振幅调制(AM)技术基础知识

振幅调制(AM)技术基础知识

根据频谱结构的不同，可分为普通调幅（AM）波、抑制载波的双边带调幅（DSB）波和单边带调幅（SSB）波。

9.2.1 普通调幅（AM）波

1.表达式及波形





2.频谱与带宽

调幅波不是一个简单的正弦波，把式(9.1)用三角公式展开，可得：





由图可以看到：频谱的中心分量就是载频分量，它与调制信号无关，也就是说不含有用信息；上、下边频分量是以载频为中心，对称分布的，与载频间隔相等，均为，它们的幅度相等并与调制信号成正比，均为1/2ma*Ucm。边频相对载频的位置仅取决于调制信号的频率，说明边频分量含有调制信号的信息。

由式(9.2)可见，已调波表达式中出现了两个信号的“相乘”项。我们知道，信号时域相乘对应于频域卷积，卷积结果就产生了频谱搬移，普通调幅是将调制信号的频谱搬移到载频的两侧，所以说，调幅过程也是一个频率变换的过程。由于产生了新的频率分量，因此，调幅过程是一个非线性变换过程。这里强调一下，调幅所得的新的频率分量是高频分量。

3.调幅波的功率

设调幅波作用在电阻R上，则调幅波的功率分配如下：



一般情况下，值大约为0.3～0.5左右，可以看出，边频功率占总功率的比例很小，所以普通调幅波的功率利用率很低，约为1﹪～11﹪。

上面我们讨论的调制信号是单一频率信号，实际上调制信号都是由多频率成分组成的。例如音频信号的频率范围为300～3400Hz。在多谱调制的情况下，普通调幅信号可以看成是调制信号中所有频率分量分别与载频调制后的叠加，各对上、下边频的叠加组成了上、下边带，分析方法与前面的讨论相类似，

4.普通调幅电路

振幅调制电路有多种，目前广泛应用的电路有模拟乘法器和二极管调制器，我们这里讨论由模拟乘法器构成的普通调幅电路。

9.2.2 双边带调幅（DSB）波

采取不发送载频，而只传送边频分量的方式，即抑制载波的双边带调幅方式。

1.双边带调幅波分析

抑制载波的双边带调幅波数学表达式为：



根据式(9.9)可发现，其载频被抑制掉了，只剩下两个边频，其频带宽度。

双边带调幅波的波形及频谱如图9.6所示。需要注意的是，由于双边带调幅信号的振幅不是在载波振幅Ucm而是在零值上下按调制信号的规律变化，双边带调幅波的包络已不再反映原调制信号的形状。当调制信号uo(t)进入负半周时，uo(t)就变为负值，表明载波电压产生180°相移，因而当自正值或负值通过零值变化时，双边带调幅波波形均将发生180°的相位突变。

同理可知双边带调幅波的带宽为BW=2F（HZ）。



2.双边带调幅电路

由式(9.9)可以看出，输出双边带调幅信号是调制信号与载波信号的乘积，所以很容易得到抑制载频的双边带信号的调幅器，如图9.7所示。



9.2.3 单边带调幅（SSB）波

1.单边带调幅波分析

虽然抑制载波的双边带调幅克服了普通调幅的功率不经济的缺点，但已调波的带宽仍然为调制频率 的两倍。实际上，上、下边频所载有的信息是相同的。因此，只需传递一个边频就可以达到传递调制信号全部信息的目的。只有一个边带的调幅波称为单边带调幅波。

若以发送上边带为例，则单边带调幅信号的表达式为：



由上式可以看出，单边带调幅波依然是等幅波，但它与原载波是不同的，单边带调幅波的振幅与调制信号的振幅成正比，它的频率随调制信号的频率的不同而不同，因此它含有消息的特征。单边带调幅波的功率利用率又比双边带调幅波提高了一倍，所的频带宽度只有普通调幅波和双边带调幅波的一半，其优势显而易见。但该种调制方式技术较复杂，所以应用并不广泛。若调幅波中包含有一个边带的全部和另一个边带的一小部分，这种调幅波的功率利用率和频带利用率均与单边带调幅波相差不多，但技术上却比单边带调制容易实现，这种调制方式称为残留边带调幅。电视图像调制就采用残留边带调幅。

2.单边带调幅电路

比较式(9.9)和式(9.10)可以发现，单边带信号是双边带信号的上边频信号或下边频信号，所以只要在双边带调幅电路后面，引入一单边带滤波器，滤除不要的边带以得到所需的单边带信号，就构成了最简单的单边带调幅电路，如图9.8所示。这种方法称为滤波法，但实现起来并不容易。



显然对单频信号进行90°相移比较简单，但实际的调制信号是由多个频率分量组成的，这样要把各频率分量都准确的相移90°，并保持各频谱相对振幅不变是较难的，所以在使用时，我们采用相移滤波法