南京郵電學院《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》第11章調(diào)制、解調(diào)

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1、1 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 第 十 一 章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 11 1 調(diào) 制 解 調(diào) 的 概 念 11 2 幅 度 調(diào) 制 11 4 角 度 調(diào) 制11-6 解 調(diào) 器 2 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 11-1 調(diào) 制 解 調(diào) 的 概 念 u調(diào) 制 ： 用 有 用 的 信 息 信 號 去 控 制 或 改 變 一 個 高 頻 振 蕩 信號 的 某 些 參 數(shù) 的 過 程 。 其 中 ， 信 息 信 號 稱 為 調(diào) 制 信 號 ， 高頻 振 蕩 信 號 稱 為 載 波 ， 調(diào) 制 后 的 信 號 稱 為 已 調(diào) 信

2、號u解 調(diào) ： 是 調(diào) 制 的 逆 過 程 ， 即 從 已 調(diào) 信 號 中 還 原 出 有 用 信息 信 號 的 過 程 。 調(diào) 制 的 方 法 ： 用 正 弦 波 作 為 載 波 信 號 的 模 擬 調(diào) 制 方 式 ； 用 一 組 數(shù) 字 或 脈 沖 串 作 為 載 波 信 號 的 脈 沖 調(diào) 制 方 式 。 11-1-1 模 擬 方 法 的 三 種 基 本 調(diào) 制 方 式 3 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 1 振 幅 調(diào) 制 （ 調(diào) 幅 AM） ： 用 信 息 信 號 控 制 載 波 信 號 的 振 幅 ， 如 圖 11-1(a)所 示 。 2 頻 率 調(diào) 制 （

3、調(diào) 頻 FM） ： 用 信 息 信 號 控 制 載 波 信 號 的 頻 率 ，如 圖 11-1(b)所 示 。 3.相 位 調(diào) 制 （ 調(diào) 相 PM） ： 用 信 息 信 號 控 制 載 波 信 號 的 相 位 。 4 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 11-1-2 數(shù) 字 調(diào) 制 （ 鍵 控 ） 調(diào) 制 信 號 為 數(shù) 字 信 號 ， 一 般稱 “ 鍵 控 ” 。 數(shù) 字 調(diào) 制 分 為振 幅 鍵 控 （ 詢 問 ） 、 移 頻 鍵控 （ FSK） 、 移 相 鍵 控（ PSK） ， 波 形 如 圖 11-2所示 。 5 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變

4、換 11-1-3 脈 沖 調(diào) 制用 脈 沖 串 組 成 載 波 ， 用 信 息 信號 去 改 變 脈 沖 串 的 幅 度 稱 為 脈沖 幅 度 調(diào) 制 （ PAM） ； 用 信 息信 號 去 改 變 脈 沖 串 的 寬 度 稱 為脈 沖 寬 度 調(diào) 制 （ PWM） ； 用 信息 信 號 去 改 變 脈 沖 串 出 現(xiàn) 的 時間 位 置 稱 為 脈 沖 位 置 調(diào) 制 （PPM） 。 圖 11-3所 示 為 這 三 種脈 沖 調(diào) 制 波 形 的 示 意 圖 。 6 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 11-1-4 多 路 調(diào) 制 和 多 路 傳 輸模 擬 方 式 的 多 路

5、調(diào) 制 是 建 立 在 頻 率 分 割 制 （ 頻 分 制 ） 的 基 礎(chǔ) 上 的 。 頻 分 制 ： 即 每 個 消 息 或 信 道 分 配 一 個 頻 帶 ， 各 個 頻 帶 緊 靠 在 一 起 ?；?者 說 將 不 同 的 消 息 信 號 調(diào) 制 到 不 同 的 載 波 上 ， 然 后 混 在 一 起 用 同 一根 電 纜 發(fā) 送 出 去 。 在 接 收 端 用 帶 通 濾 波 器 將 不 同 載 波 的 已 調(diào) 信 號 分 離出 來 。 即 ： 頻 分 多 路 復 用 系 統(tǒng) 。 脈 沖 式 的 數(shù) 字 多 路 調(diào) 制 系 統(tǒng) 是 建 立 在 時 間 分 割 制 （ 時 分 制 ） 的

6、基 礎(chǔ) 上 的 。 時 分 制 ： 即 每 個 消 息 或 信 道 分 配 一 確 定 的 時 間 間 隔 ， 每 個 間 隔之 間 有 一 小 延 遲 （ 保 證 各 信 號 不 受 干 擾 ） 。 由 于 各 個 信 道 之 間 采 用 了 時 間 分 割 ， 所 以 每 個 信 道 在 接 收 端 都 能 被 正 確 地 分 離 出 來 。 即 ：時 分 多 路 復 用 系 統(tǒng) 。 7 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 11-2 幅 度 調(diào) 制幅 度 調(diào) 制 有 四 種 ： 標 準 幅 度 調(diào) 制 ； 雙 邊 帶 幅 度 調(diào) 制 （ DSB AM） ； 單 邊 帶 幅

7、 度調(diào) 制 （ SSB AM） ； 殘 留 邊 帶 幅 度 調(diào) 制 （ VSB AM） 。 11-2-1 標 準 調(diào) 幅 的 基 本 特 性一 、 AM調(diào) 幅 波 的 表 達 式 及 波 形 圖設(shè) 調(diào) 制 信 號 為 ： ； 載 波 信 號 為 ： 已 調(diào) 波 表 達 式 為 ： tUtu ssms cos tUtu ccmc cos ttUUttuUtu cssmcmcscmAM coscoscos ttMUttUUUtu csacmcscmsmcmAM coscos1coscos1 式 中 稱 “ 調(diào) 幅 指 數(shù) ” 或 “ 調(diào) 幅 度 ” 。 Ma 1。 波 形 圖 如 圖 11-4所

8、示 。 cmsma UUM 8 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 二 、 調(diào) 幅 波 的 頻 譜 tUMtUMtU ttMUtu sccmasccmaccm csacmAM cos2cos2cos coscos1 9 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 “ 差 頻 ” 、 “ 和 頻 ” 分 別 為 下 邊 頻 和 上 邊 頻 。 調(diào) 幅 波 的 帶 寬 為 ： ssAM fBW 222 三 、 調(diào) 幅 波 的 功 率在 1負 載 電 阻 上 ， 信 號 的 平 均 功 率 與 電 壓 振 幅 的 平 方 成 正 比 。 則 ，已 調(diào) AM波 的 功 率

9、分 配 為 ：載 波 功 率 ：邊 頻 功 率 ：總 功 率 ： 可 見 ， 在 AM調(diào) 制 中 ， 載 波 功 率 占 了 總 功 率 中 的 絕 大 多 數(shù) 。因 此 ， 效 率 不 高 。221 cmU 22 412212 cmacma UMUM 2222 2414121 acmcmacm MUUMU 10 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 四 、 AM調(diào) 幅 的 實 現(xiàn) 如 圖 11-5所 示11-2-2 雙 邊 帶 調(diào) 幅（ DSB AM） 抑制 載 波 調(diào) 幅 （ 平 衡 調(diào)幅 ） 將 標 準 調(diào) 幅 波 的 載 波 分 量 濾 除 。 u 其 表 達 式 為

10、：u 波 形 圖 及 頻 譜 圖 ： 如 圖 11-6（ 下 頁 ） 所 示 。u 實 現(xiàn) 方 法 ： 如 圖 11-7（ 下 頁 ） 所 示 。 tUtUttUtutu scsmscsmcssmcsDSB cos2cos2coscoscos 11 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 12 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 11-2-3 單 邊 帶 調(diào) 幅 （ SSB AM） 只 保 留 雙 邊 帶 調(diào) 幅 中 的 一 個 邊 帶 分 量 。 如 圖 11-8（ 上 頁 ） 所 示 。 11-2-4 混 頻混 頻 又 稱 為 變 頻 ， 即 將 一 個 頻

11、 率 變 為 另 一 個 所 需 的 頻 率 。 其 實 質(zhì) 是頻 率 的 搬 移 的 過 程 。 13 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 11-4 角 度 調(diào) 制 11-4-1 調(diào) 頻 波 與 調(diào) 相 波 的 數(shù) 學 表 達 式調(diào) 頻 波 的 特 征 是 已 調(diào) 波 的 瞬 時 角 頻 偏 與 調(diào) 制 信 號 成正 比 ， 即 ， 所 以 。式 是 kf為 調(diào) 頻 靈 敏 度 。 則 調(diào) 頻 波 的 瞬 時 相 位 為 ： 為 載 波 初 相 角 。 tus t tukt sf tuktt sfcc t sfc dttuktt 0 0 0所 以 ， 調(diào) 頻 波 的 一 般

12、 表 達 式 為 ：可 見 ， 調(diào) 頻 波 的 相 位 是 隨 調(diào) 制 信 號 的 積 分 而 變 化 的 。 t sfccmcmFM dttuktUtUtu 0 0coscos 14 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 設(shè) ， 則 調(diào) 頻 波 的 表 達 式 為 ： tUtu ssms cos 0sincos tUktUtu sssmfccmFM令 調(diào) 頻 指 數(shù) Mf： 為 最 大 頻 偏 ， 則 smsmssmff ffUkM m 0sincos tMtUtu sfccmFM波 形 如 圖 11-17所 示 。 調(diào) 頻 波 是 等 幅 波 ， 所 以 平 均 功 率 與

13、 載 波 相 同 。調(diào) 相 波 的 特 征 是 已 調(diào) 波 的 瞬 時 相 偏 與 調(diào) 制 信 號 成 正 比 ，即 ， 所 以 調(diào) 相 波 的 一 般 表 達 式 為 ： t tus tukt sp 0coscos tuktUtUtu spccmcmPM 15 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 11-4-2 調(diào) 頻 波 頻 譜單 頻 調(diào) 制 情 況 下 ， 調(diào) 頻 波 和 調(diào) 相 波 可 分 解 為 載 波 和 無 窮 多 對 上下 邊 頻 分 量 之 和 ， 各 頻 率 分 量 之 間 的 距 離 均 等 于 調(diào) 制 頻 率 ， 各 頻 率 分 量 的 振 幅 均 由

14、貝 塞 爾 函 數(shù) 值 決 定 。 Mf越 大 ， 具 有 較 大 振幅 的 邊 頻 分 量 就 越 多 。 如 圖 11-18（ 下 頁 ） 所 示 。 16 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 11-4-3 調(diào) 頻 波 有 效 頻 譜 寬 度 估 算 sfFM fMBW 12 17 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 11-6 解 調(diào) 器 11-6-1 調(diào) 幅 波 的 解 調(diào) 檢 波 器 一 、 包 絡(luò) 檢 波 器調(diào) 幅 波 的 解 調(diào) 也 稱 為 “ 檢 波 ” 。 電 路 及 檢 波 波 形 如 圖 11-23所示 18 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào)

15、及 V/F-F/V變 換 D導 通 時 ， C充 電 ， 充 電 時 間 常 數(shù) 為 （ 小 ）D截 止 時 ， C放 電 ， 放 電 時 間 常 數(shù) 為 （ 大 ） ， 但不 能 太 大 ， 否 則 會 出 現(xiàn) “ 惰 性 失 真 ” ， 如 圖 11-23(c)所 示 。 LD RRC1 LCR2二 、 同 步 檢 波 器同 步 檢 波 器 不 僅 適 用 于 標 準 調(diào) 幅 波 的 檢 波 ， 也 適 用 于 雙 邊 帶和 單 邊 帶 調(diào) 幅 波 的 檢 波 。 這 種 檢 波 器 需 要 一 個 與 載 波 頻 率 和相 位 完 全 相 同 的 同 步 參 考 信 號 （ 本 機 振

16、蕩 ） 。 實 現(xiàn) 模 型 如 圖11-25(a)所 示 。 19 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 設(shè) ui(t)為 雙 邊 帶 調(diào) 幅 信 號 ， 參 考 信 號 ur(t)的 頻 率 、 相 位 與 載 波 相同 。 即 ： ， 則 相 乘 器 輸 出 為 ： 其 中 第 一 項 為 被 檢 波 器 恢 復 出 來 的 調(diào) 制 信 號 ， 第 二 項 為 二 倍 頻的 DSB AM波 ， 可 用 低 通 濾 波 器 濾 除 。 ttUtutu cssmcsi coscoscos tUtu crmr cos ttuKUtuKUtUttKutu csrmsrmcrmcso

17、 2cos22coscos 20 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 11-6-2 調(diào) 頻 波 的 解 調(diào) 調(diào) 頻 波 的 解 調(diào) 稱 為 頻 率 檢 波 ，簡 稱 鑒 頻 。 調(diào) 相 波 的 解 調(diào) 稱為 相 位 檢 波 ， 簡 稱 鑒 相 。 一 、 脈 沖 計 數(shù) 法（ 零 交 點 鑒 頻 器 ） 解 調(diào)如 圖 11-27所 示 。 21 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 調(diào) 頻 波 （ 放 大 限 幅 ） 等 幅 不 等 寬 方 波 （ 微 分 ） 尖 脈 沖 （ 脈 沖 形 成 電 路 ） 等 寬 而 疏 密 不 同 的 脈 沖 序 列 （ 低

18、通 濾波 器 ） 得 調(diào) 頻 脈 沖 序 列 的 平 均 分 量 ， 即 為 調(diào) 制 信 號 。 二 、 波 形 變 換 法 解 調(diào) 所 謂 波 形 變 換 法 調(diào) 頻 解 調(diào) ， 是 將 調(diào) 頻 波 首 先 變 換 成 調(diào) 頻 調(diào) 幅 波 或 調(diào) 相 波 ， 然 后 通 過 包 絡(luò) 檢 波 或 鑒 相 器 恢 復 原 來 的 調(diào)制 信 號 。 1 斜 率 鑒 頻 器 （ 頻 率 振 幅 變 換 式 鑒 頻 器 ）如 圖 11-28所 示 。 使 諧 振 回 路 工 作 在 失 諧 狀 態(tài) ， 如 圖 中 Q點 。圖 11-29為 雙 失 諧 鑒 頻 器 及 其 特 性 ， 其 具 有 較 好

19、 的 線 性 和 較 大 的 鑒 頻 范 圍 。 22 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 23 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 2 相 位 鑒 頻 器 （ 頻 率 相 位 變 換 式 鑒 頻 器 ） 將 瞬 時 頻 率 的 變 化 轉(zhuǎn) 換 為 瞬 時 相 位 的 變 化 ， 然 后 用 相位 檢 波 器 檢 出 調(diào) 制 信 號 的 頻 率 解 調(diào) 電 路 稱 為 相 位 鑒 頻 器 。 如 圖 11-30所 示 24 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 11-6-3 相 敏 檢 波 器 （ PSD） 相 敏 檢 波 器 又 稱 為 相

20、 位 檢 波 器 或 鑒 相 器 。 鑒 相 器 的 輸 出 電 壓是 兩 輸 入 電 壓 相 位 差 的 函 數(shù) ， 即 。 21 fuo 25 第 11章 調(diào) 制 解 調(diào) 及 V/F-F/V變 換 圖 11-32(a)所 示 為 一 鑒 相 器 ， 設(shè) 兩 輸 入 信 號 同 頻 不 同 相 ，即 ： ，所 以 乘 法 器 輸 出 電 壓 為 ：經(jīng) 濾 波 器 后 ， 輸 出 為 ：兩 輸 入 為 同 頻 不 同 相 的 方 波 時 ， 則 鑒 相 特 性 是 三 角 形 ， 如圖 11-23(c) 111 cos tUtu m 222 cos tUtu m 21212121 2cos2cos2 tUUKUUKtu mmmmo 21cos Ktuo