文章内容来源于【中国大学MOOC 华中科技大学通信(高频)电子线路精品公开课】,此篇文章仅作为笔记分享。
调制
调制的原因
第一个原因
是为了要做出切实可行的天线。
- 无线电波能够从天线发射出去,以及正常的接收,需要要求天线的集合尺寸与信号的波长相当。具体的,天线的几何尺寸需要大于1/4的信号波长。(频率和波长的计算可看:“频率和波长换算”)
- 可见天线的尺寸极大,即使是3.75km也极难实现,所以需要用调制来提升信号频率。需要把要发射的音频信号的频率加载到频率较高的载波上,需要调制。
第二个原因
是频分复用,因为频带资源很宝贵,所以我们希望频分复用。
- 频分复用具体就是采用调制,将频谱从低频搬到不同的载波频率,从而实现频分复用。
那么调制所完成的功能就是一个频谱的搬移,也可以把调制理解为就是一个频谱的搬移。 - 如果要搬移的过程中频谱的结构不变,那么就叫作线性搬移,或者叫作线性调制。
- 如果搬移的过程中频谱的结构发生了变化,那么就叫作非线性调制。
- 频谱结构指的是它们频率成分之间的幅度、相对幅度不变。
第三个原因
是要有可实现的回路带宽——“相对带宽”
- 以低频的音频为例,20Hz~20kHz,其绝对带宽20k,中心频率在10kHz左右,相对带宽为2。
- 将音频信号调制到高频后,例如调幅广播的高频,在这样一个频带,选其中间的一个频率点,就是f0选取1000k,音频信号调制到高频后,其绝对带宽不变,还是20kHz,相对带宽算出来就是1/50 = 0.02,相对带宽小了100倍。
- 对于低频信号而言,在低频的时候是属于低频的宽带信号。宽带信号不好处理,20Hz到20kHz的频率,要想处理到一致是非常困难的。
- 对于高频信号而言,其相对带宽比较小,相当于高频窄带信号。那么对于这样的高频的载频,可以处理到1000kHz,那么处理20kHz带宽信号不是问题。故也是要用上调制的原因。
调制的定义、三要素
- 三要素:调制信号、被调制信号、已调制信号。
- 定义:调制信号(消息信号)去改变被调制信号(载波)的参数。
- 调制就是把要发送的消息信号加载到载波上,载波的频率一般比较高。
- 通过用消息信号去改变载波的某些参数,包括幅度、频率、相位,因此消息信号就是调制信号,其去改变载波的参数,那么载波就是被调制信号。
调制的分类
- 从载波是连续波还是离散波可以分为连续波调制和脉冲波调制。
- 本课主要学习模拟调制,数字调制会在通信原理里面详细学习。
- 调频FM和调相PM属于非线性的调制,因为在搬运过程中,频谱结构发生变化。
- 而对于调幅AM而言,其频谱结构没有发生变化,属于线性调制。
重点和难点
- 左边是发端,右边是收端。在发端当然是调幅,在收端有一个混频,混频之后就是检波,检波就是解调,调幅的解调又叫作检波。
- 重点就是需要了解调幅的电路、检波的电路,以及混频的电路。
- 难点就是在混频中存在混频干扰;其次,在包络检波中存在失真也是一个难点.
调幅、检波、混频(频谱搬移)
- 对于调幅、检波、混频而言,都属于调制,检波实际上属于是调幅的逆过程。
- 对于调幅而言,相当于把低频的信号调到高频的信号上面;从频谱搬移的角度来说,就是把低频的频率搬移到高频的频率,是线性调制。
- 相应的在接收端的检波,无非就是把高频的频率搬移回到低频的频率,是非线性调制。
- 从混频的位置中可以看到,它是从高频小放出来以后,就是混频。也就是把高频的频段挪到中频的频段,这就是混频所完成的功能。所以混频也是频谱的搬移,是非线性调制。
小结
- 调幅、检波、混频它们的框图基本上相同,主要因为非线性器件可以实现频率变换,然后再用滤波器选出想要的频率。
- 对于频域而言,实际上就是一个线性的频谱搬移。无非对于混频而言,是从高频搬到中频;对于检波而言,从中频搬到低频,所以都属于频谱的搬移。
- 那么从时域上面来说,频谱的线性搬移实际上就是成了一个cos或sin的函数。
小结
信号调制的本质是通过改变载波信号的某些特性(如幅度、频率或相位)来传输信息,以便在传输过程中提高抗干扰能力和有效利用频谱。