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振幅調制(AM)技術基礎知識

振幅調制(AM)技術基礎知識

根據頻譜結構的不同，可分為普通調幅（AM）波、抑制載波的雙邊帶調幅（DSB）波和單邊帶調幅（SSB）波。

9.2.1 普通調幅（AM）波

1.表達式及波形





2.頻譜與帶寬

調幅波不是一個簡單的正弦波，把式(9.1)用三角公式展開，可得：





由圖可以看到：頻譜的中心分量就是載頻分量，它與調制信號無關，也就是說不含有用信息；上、下邊頻分量是以載頻為中心，對稱分布的，與載頻間隔相等，均為，它們的幅度相等并與調制信號成正比，均為1/2ma*Ucm。邊頻相對載頻的位置僅取決于調制信號的頻率，說明邊頻分量含有調制信號的信息。

由式(9.2)可見，已調波表達式中出現了兩個信號的“相乘”項。我們知道，信號時域相乘對應于頻域卷積，卷積結果就產生了頻譜搬移，普通調幅是將調制信號的頻譜搬移到載頻的兩側，所以說，調幅過程也是一個頻率變換的過程。由于產生了新的頻率分量，因此，調幅過程是一個非線性變換過程。這里強調一下，調幅所得的新的頻率分量是高頻分量。

3.調幅波的功率

設調幅波作用在電阻R上，則調幅波的功率分配如下：



一般情況下，值大約為0.3～0.5左右，可以看出，邊頻功率占總功率的比例很小，所以普通調幅波的功率利用率很低，約為1﹪～11﹪。

上面我們討論的調制信號是單一頻率信號，實際上調制信號都是由多頻率成分組成的。例如音頻信號的頻率范圍為300～3400Hz。在多譜調制的情況下，普通調幅信號可以看成是調制信號中所有頻率分量分別與載頻調制后的疊加，各對上、下邊頻的疊加組成了上、下邊帶，分析方法與前面的討論相類似，

4.普通調幅電路

振幅調制電路有多種，目前廣泛應用的電路有模擬乘法器和二極管調制器，我們這里討論由模擬乘法器構成的普通調幅電路。

9.2.2 雙邊帶調幅（DSB）波

采取不發送載頻，而只傳送邊頻分量的方式，即抑制載波的雙邊帶調幅方式。

1.雙邊帶調幅波分析

抑制載波的雙邊帶調幅波數學表達式為：



根據式(9.9)可發現，其載頻被抑制掉了，只剩下兩個邊頻，其頻帶寬度。

雙邊帶調幅波的波形及頻譜如圖9.6所示。需要注意的是，由于雙邊帶調幅信號的振幅不是在載波振幅Ucm而是在零值上下按調制信號的規律變化，雙邊帶調幅波的包絡已不再反映原調制信號的形狀。當調制信號uo(t)進入負半周時，uo(t)就變為負值，表明載波電壓產生180°相移，因而當自正值或負值通過零值變化時，雙邊帶調幅波波形均將發生180°的相位突變。

同理可知雙邊帶調幅波的帶寬為BW=2F（HZ）。



2.雙邊帶調幅電路

由式(9.9)可以看出，輸出雙邊帶調幅信號是調制信號與載波信號的乘積，所以很容易得到抑制載頻的雙邊帶信號的調幅器，如圖9.7所示。



9.2.3 單邊帶調幅（SSB）波

1.單邊帶調幅波分析

雖然抑制載波的雙邊帶調幅克服了普通調幅的功率不經濟的缺點，但已調波的帶寬仍然為調制頻率 的兩倍。實際上，上、下邊頻所載有的信息是相同的。因此，只需傳遞一個邊頻就可以達到傳遞調制信號全部信息的目的。只有一個邊帶的調幅波稱為單邊帶調幅波。

若以發送上邊帶為例，則單邊帶調幅信號的表達式為：



由上式可以看出，單邊帶調幅波依然是等幅波，但它與原載波是不同的，單邊帶調幅波的振幅與調制信號的振幅成正比，它的頻率隨調制信號的頻率的不同而不同，因此它含有消息的特征。單邊帶調幅波的功率利用率又比雙邊帶調幅波提高了一倍，所的頻帶寬度只有普通調幅波和雙邊帶調幅波的一半，其優勢顯而易見。但該種調制方式技術較復雜，所以應用并不廣泛。若調幅波中包含有一個邊帶的全部和另一個邊帶的一小部分，這種調幅波的功率利用率和頻帶利用率均與單邊帶調幅波相差不多，但技術上卻比單邊帶調制容易實現，這種調制方式稱為殘留邊帶調幅。電視圖像調制就采用殘留邊帶調幅。

2.單邊帶調幅電路

比較式(9.9)和式(9.10)可以發現，單邊帶信號是雙邊帶信號的上邊頻信號或下邊頻信號，所以只要在雙邊帶調幅電路后面，引入一單邊帶濾波器，濾除不要的邊帶以得到所需的單邊帶信號，就構成了最簡單的單邊帶調幅電路，如圖9.8所示。這種方法稱為濾波法，但實現起來并不容易。



顯然對單頻信號進行90°相移比較簡單，但實際的調制信號是由多個頻率分量組成的，這樣要把各頻率分量都準確的相移90°，并保持各頻譜相對振幅不變是較難的，所以在使用時，我們采用相移濾波法