模擬線性調(diào)制
常規(guī)調(diào)幅 AM
AM 調(diào)制是一種線性調(diào)制,它的作用是將基帶信號轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)制信號。之所以調(diào)制的原因在上一篇文章說了,天線的長度要不短于信號的波長的1/10,這是為了阻抗匹配,具體原因在電磁波相關的書籍有介紹。
從圖中不難看出,AM調(diào)制是一個很簡單的調(diào)制方式,簡單的只需要一個乘法器和一個加法器就可以完成。
頻譜特點
頻帶信號:位于載頻fc,帶寬BT = 2B
上下兩個邊帶
+-fc處有兩個沖激,有純載波
波形特點
消息突顯在載波包絡上
通過調(diào)節(jié)消息信號的幅度,可以調(diào)節(jié)調(diào)幅指數(shù),從而調(diào)節(jié)調(diào)制強度。調(diào)幅指數(shù)的定義如下
不過調(diào)幅指數(shù)不能大于1,否則會發(fā)生上圖中的過調(diào)制情況;過調(diào)制會導致承載消息的已調(diào)波變形,使得消息錯誤。
發(fā)送與接收
發(fā)送使用的是一個乘法器與一個加法器的組合
接收端使用的是包絡檢波器,基本原理是:正弦波上升時,二極管正向?qū)ńo電容充電,正弦波下降時二極管截止,電容放電;通過電容的充放電就可以展示出消息信號的波形。
包絡檢波器的R C選值需要考慮輸入信號的頻率和載波的頻率
功率與效率
功率就是已調(diào)信號的平方的平均值
效率就是消息信號的功率比上總功率。使用正弦信號時,峰均功率比PARPm(t)最低,效率也只有33.3%,由此可以看出AM調(diào)制效率的低。
抑制載波雙邊帶調(diào)幅 DSB
DSB調(diào)制和AM調(diào)制信號很類似,頻域上的特性基本相同,不過在fc處沒有了沖激,而且DSB調(diào)制信號在時域上有一個反向點。
DSB調(diào)制效率為1
接收方法
包絡沒有直接直接呈現(xiàn)消息信號,所以無法使用包絡檢波器
可以通過乘以同頻同相正弦函數(shù)調(diào)制回基頻
分析公式可以知道,乘以一個同頻同相正弦信號的結(jié)果就是會產(chǎn)生基頻信號和4倍基頻信號,再同過一個低通濾波器就可以得到我們想要的原信號了。
乘法解調(diào)器的示意圖如下
同步問題
前面說了使用乘法解調(diào)器需要同頻同相的正弦波,但是發(fā)射端和接收端一般都有一定的距離,很難保證頻率相同。
為了保證接收端的本振和發(fā)射端的震蕩頻率相同,使用鎖相環(huán)(PLL)做一個可控振蕩器,通過比較接收到的DSB信號的頻率來產(chǎn)生相同的頻率
單邊帶調(diào)制 SSB
傅里葉變換的性質(zhì),信號的共軛等于原信號的頻域信號的取反。而實信號的共軛等于它本身,因此可以推導出信號的頻域共軛對稱
因此可以去掉DSB調(diào)制的一半的帶寬,但是自然界中只存在實信號,也就是說+-fc處都要有頻帶,因此只有兩種單邊帶調(diào)制方式
接收方法
接收方法可以通過相干解調(diào),解調(diào)過程圖示如下
SSB調(diào)制信號的時域公式比較復雜,先擱置
SSB調(diào)制信號還可以通過增加載波分量的方法,可以實現(xiàn)包絡檢波
殘留邊帶調(diào)幅 VSB
前面講的SSB是理想情況下的,實現(xiàn)SSB需要非常陡峭的濾波器,這在顯示中是不存在的;因此,為了能夠?qū)崿F(xiàn)這個濾波器,就加大了濾波器的過渡帶,不過過渡帶形狀必須要對稱互補
相移法生成單邊帶
前文講的SSB VSB都是在頻域進行濾波生成的單邊帶,接下來講一個在現(xiàn)代使用的更多的相移法,尤其是在生成高頻率的單邊帶時。
相移法是在時域處理的,所以需要在時域討論SSB
目前我們知道的是,DSB的時域表達式
設調(diào)制信號為
載波為
則DSB表達式為
保留上邊帶則有
保留下邊帶則有
綜合起來
式中為希爾伯特變換,相當于正弦信號相移pi/2
為了驗證SSB時域表達式的正確性,我們可以從頻域進行分析
希爾伯特變換的相關信息如下
在頻域中,做希爾伯特變換相當于乘以了一個符號函數(shù),SSB過程圖示如下
接下來就是根據(jù)時域表達式實現(xiàn)相移法