高频电子技术
第3章
调制与解调
第3章教学要点
•1、模拟调制解调方式的分类、原理和特性•2、产生调幅波、调频波的方法
•3、常用分立元器件组成的调制和解调电路识读•4、常用数字信号幅移、频移和相移键控调制的原理和特性
•5、常用频率调制和解调电路识读
3.1 调制与解调概述
3.1.1 调制解调方式分类
1、为什么要调制与解调？
(1)无线通信中需要传输的原始信号的频率都比较低,这些较低频率的信号直接以无线电波的形式传输，效率就很低。
(2)低频信号直接发射所需要的天线过长。
发射20kHz无线电波所需要的最佳天线长度为75万米长。
(3)调制可以解决不同基带信号相互之间干扰的问题。以电视信号传输为例，一个城市十个电视频道，由于这十个频道图像信号的频率都在0～6MHz之间，每个电视接收机将同时收到所有十个频道的信号，结果屏幕上所显示的将是十个频道图像的复合，这显然是无法接受的。
3.1.1 调制解调方式分类
2、调制解调方式分类
每一种调制方式都有其相应的解调方法,于是就有六种常用的调制解调方式。
3.1.1 调制解调方式分类
3、调制解调方式及调制解调电路
一个完整的调制技术还必须研究如何组成一个电路来实现基带信号的调制，按照某种调制方式用基带信号对载波信号进行调制形成符合要求的已调信号的电路，称为调制电路。
相应地，实现基带信号复原的电路则称为解调电路，一定的调制解调方式与相应的电路的组合，才形成一种完整的调制解调技术。因此，在以后的叙述中，“调制解调方式”用于特指调制解调参数的选择，而“调制解调技术”则包括实现调制解调的电路。
3.1.2 各种调制方式的波形
讨论各种调制方式前，需要介绍各种调制方式时基带信号、载波信号和已调信号的波形关系，有了这些波形分析
的基础，将使调制方式的理论分析变得容易理解。
1、幅度调制波形图
载波频率等于基带频率的10倍基带信号
载波信号
调幅波
幅度调制的结果是使已调信号的幅度随基带信号的幅度变化。
3.1.2 各种调制方式的波形
2、频率调制波形图
调频波的特征是幅度维持不变，频率随基带信号变化，这种频率变化也称频移。由图可以看出，调频波的频率随基带信号变化，基带信号取负值时，调频波频率变低，取正值时频率变高.
载波频率等于基带频率的10倍
基带信号
载波信号
调频波
3.1.2 各种调制方式的波形
3、相位调制波形图
调相波的特征是幅度维持不变，相位随基带信号变化，
载波频率等于基带频率的10倍
基带信号
载波信号
调相波
3.1.2 各种调制方式的波形
4、数字信号调制波形图
基带信号
载波信号
ASK调制波
FSK调制波
PSK调制波
3.1.3 调制的主要性能指标
由于存在多种调制方式，自然就有一个如何选择最佳调制方式的问题。为此，就需要讨论调制的主要性能指标，以便根据各种调制方式的性能来确定最佳选用方案。
1、调制方式的频带利用效率
高频载波具有单一的频率,基带信号对其进行调制后，所形成的已调信号必然具有一定的频带宽度，这个频带宽度除了与基带信号自身的频带宽度有关之外，还与调制方式有关。已调信号所使用的频带宽度即为频带利用效率的含义。
例如，48.5MHz～92MHz的甚高频段用于电视及数据广播，电视广播已调信号频带宽度6.5MHz，规定每个电视频道频率间隔8MHz，整个频段就可以安排5个频道。调制方式选用不当，每个电视频道占用的频带宽度提高到13MHz，上述频段就只能安排3个频道，频带利用效率就大大下降了。
3.1.3 调制的主要性能指标
2、调制方式的功率有效性
在保证相同通信距离的情况下，采用不同的调制方式，所需要的发射功率会有所不同，所需要的功率越小，就说其功率有效性越高。功率有效性也是衡量调制方式的重要性能指标之一。
例如，幅度调制方式中有一种称为单边带调制的技术能使功率减小一半有效性就较高。
3、抗噪声抗干扰能力
各种调制方式对于噪声等各种干扰的抑制能力也是衡量调制方式优劣的重要指标。例如，频率调制方式的抗干扰能力就比幅度调制方式强，调频波的特点是幅度为恒定值，假如通信过程中混入了幅度干扰，在解调前只要加一个限幅器电路就可以消除这种干扰。
3.2 幅度调制与解调原理
3.2.1 幅度调制的解析分析法
1、基带信号为单音频时已调波的频谱和带宽
已知：基带信号为余弦波载波信号为解：幅度调制是用基带信号控制载波的振幅，使载波的振幅随基带信号的规律变化，因此调制后形成的已调波表示为
求：
调幅波的表达式
t
Cos U )t (u m ΩΩΩ=t Cos U )t (u c
cm c ω=t
Cos ))t (u k U ()t (u c a cm AM ωΩ+=定义调幅指数
调幅波可表示为：t
Cos )t Cos m (U )t (u c a cm AM ωΩ+=1
3.2.1 幅度调制的解析分析法
1、基带信号为单音频时已调波的频谱和带宽
调幅波表达式化为
利用三角函数公式(1)已
调波由原来的载波和新增加的两项余弦波组成，新增余弦波频率为ωc －Ω和ωc ＋Ω，由于ωc >>Ω
，新增的两个频率成分都接近ωc ，属高频信号。
(2)已调波包含多个频率成分，其频带宽度为BW 为
调幅波：t
Cos )t Cos m (U )t (u c a cm AM ωΩ+=1F
2)F f ()F f (BW c c =−−+=结论：
