在无线电通信和电子技术中,调幅器是指对载波进行幅度调制,使载波的幅度随调制信号的变化规律而变化的电路。
常见的调幅器实现方式包括平方律调幅、斩波调幅、乘法器调幅等。
平方律调幅电路
平方律调幅利用了电子器件的非线性性质。以二极管为例,二极管的特性可以近似表示成:
v_o = a_0 + a_1 v_i + a_2 v_i^2 + o(v_i^2)
而输入电压为
v_i = v_0 + v_\Omega = V_0 \cos \omega_0 t + V_\Omega cos \Omega t
其中v0是载波,vΩ是调制信号。则
\begin{alignat}{6} v_o = & a_0 + \frac{1}{2}a_2(V_0^2 + V_\Omega^2)
\\ & + a_1 V_0 \cos \omega_0 t
\\ & + a_1 V_\Omega \cos \Omega t
\\ & + a_2 V_0 V_\Omega [\cos(\omega_0 + \Omega)t + \cos(\omega_0 - \Omega)t]
\\ & + \frac{1}{2}a_2 V_0^2 \cos 2\omega_0 t
\\ & + \frac{1}{2}a_2 V_\Omega^2 \cos 2\Omega t
\\ \end{alignat}
经过带通滤波后得到
\begin{alignat}{2} v(t) & = a_1 V_0 \cos \omega_0 t + a_2 V_\Omega V_0 [\cos(\omega_0 + \Omega)t + \cos(\omega_0 - \Omega)t]
\\ & = a_1 V_0(1 + \frac{2 a_2}{a_1}V_\Omega \cos \Omega t)cos \omega_0 t
\\ \end{alignat}
调幅度m_s = \frac{2 a_2}{a_1}V_\Omega。
由于对于二极管往往a2≪a1,由上述式子可以得知,这种调制方式的调幅度不大。
在这种平衡调幅器中,二极管上的电流为
\begin{array}{lcl} i_1 & = & g_D(v_0 + v_\Omega)s(t)
\\ i_2 & = & g_D(v_0 - v_\Omega)s(t)
\end{array}
我们有输出电压为v_o = (i_1 - i_2)R = 2R g_D v_\Omega s(t)。
射频谐振功率放大器一般工作于丙类工作状态,晶体管导通角小于90度。集电极电流呈现断续尖顶余弦脉冲的形式。它可以分解为傅里叶级数,其直流分量为IC0。
集电极调幅中的各个功率量的平均值如下:这会导致直接滤波的效果并不好。所以往往通过多次“调制+滤波”的方法来实现SSB调制。在较低的载波频率下经过一轮“平衡调制+滤波”后,边带进行第二次平衡调制时,边带间距会被拉大,这使得滤波器的实现更加容易。第一轮滤波的滤波器常用滤波性能较好的石英晶体谐振滤波器、表面声波滤波器等,而第二轮以及以后的可以使用更方便的LC回路。
\begin{array}{lcl} v_{USB}(t) = v_\Omega(t) \cos \omega_0 t - \mathcal{H}[v_\Omega(t)]\sin \omega_0 t
\\v_{LSB}(t) = v_\Omega(t) \cos \omega_0 t + \mathcal{H}[v_\Omega(t)]\sin \omega_0 t
\end {array}
我们可以使用相移法来实现单边带调制。\mathcal{H}[v_\Omega(t)]可以通过将调制信号相移90°得到。将原调制信号和移相后的调制信号分别与正交载波相乘即可的到单边带信号。
这种方法的主要难点在于移相网络在一定频带范围内都要准确移相90°,这是很难做到的。
用数字基带信号调幅
数字基带信号作为调幅的调制信号时,既可以使用上述的模拟调制方法,也可以使用数字键控方法。
在二进制振幅键控(2ASK,BASK)中,我们可以通过控制开关电路的通断来直接实现幅度调制。载波在二进制基带信号的控制下通-断变化,因此2ASK又称为通-断键控(OOK)。
对于多进制振幅键控(MASK),我们可以使用多进制单极性不归零脉冲与载波相乘,得到MASK信号。如果使用多进制双极性不归零脉冲,则得到载波抑制的MASK(MASK-SC)信号。但值得注意的是,使用二进制双极性不归零脉冲,得到的是二进制相移调制信号(BPSK,2PSK)。
参见
- 调频器
- 检波器
- 调相器
- 鉴频器
- 鉴相器
- 幅度调制
- 振幅键控
- 双边带抑制载波传输
- 单边带调制
- 希尔伯特变换
参考文献
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