振幅調變

电子通信中使用的一种调变方法

振幅調變Amplitude ModulationAM),也可簡稱為调幅,是在电子通信中使用的一种調變方法,最常用于无线电载波传输信息。在振幅调制中,载波的振幅(信号强度)是与所发送的波形成比例变化的。例如,该波形可能是与揚聲器再现的声音相对应,也有可能与电视像素的光强度相对应。这种方法与载波頻率变化的频率调制,以及相位变化的相位调制均形成对比。

调制方式
連續調變
调幅调频调角
模拟AM
SSB · DSB
FMPM
数字ASK
OOK · QAM
FSK
MSK · GFSK
PSK
CPM
其他SM (類比)
脈衝调制
模拟PAM · PDM · PPM
数字PCM · PWM
扩频
CSS · DSSS · THSS · FHSS
另見
调制 · 线路码 · 调制解调器 · ΔΣ調變 · OFDM · FDM

AM是最早用于通过无线电传送声音的调制方法。它在20世纪头二十年间发展,开始于Roberto Landell De Moura与范信達的在1900年的无线电话实验。[1] 在今天,它仍在多种通信形式中使用;例如用在便携式对讲机英语two way radioVHF航空无线电公民波段无线电英语Citizen's Band Radio与电脑的调制解调器中。[來源請求] “AM”通常指中波调幅无线电广播

音频、调幅和调频载波的动画。
图1:音频信号(最上面)可由载波频率使用调幅或调频方式承载。

示意圖编辑

一個簡單的振幅調變示意圖如下:

振幅調變的信號No.4就是(No.1+No.2)*No.3得來。

交換調變器(switching modulator)编辑

交換調變器是一種可以產生AM波的方法。其中我們假設接到二極體的載波 振幅大到它可以在二極體特性曲線兩邊來回震盪。假設二極體是一個理想開關,在順向偏壓時阻抗為零。這樣,我們就可以用片段縣性來近似這個二極體與負載電阻組合的轉換特性。

标准AM的简化分析编辑

 
幅度调制图解

考虑一个频率为 fc,幅度为 A 的载波(正弦波):

 .

m(t) 表示调制波形。对于这个例子,我们只需用一个比 fc 小很多的,频率为 fm 的正弦波调制:

 ,

其中 M 是调制的幅度。我们需要让 M<1 以使 (1+m(t)) 总是正数。若 M>1 则会出现过调制,从传输信号中重构消息信号会导致原始信号的丢失。幅度调制的结果就是载波 c(t) 乘以正数 (1+m(t)):

   
 

在这个简单情形中 M调制指数相同。当 M=0.5 时调幅信号 y(t) 对应于图4中最上面的图(标记为“50%调制”)。

运用积化和差恒等式,y(t) 可以用三个正弦波的和表示:

 

因此,调制信号有三个组成部分:载波 c(t) 没有变,还有频率略高和略低于载波频率 fc 的两个纯正弦波(称为边带)。

解调方法编辑

调幅解调器的最简单的形式包括一个充当包络检波器的二极管。另一种类型的解调器——乘积检波器英语product detector的电路更加复杂,但能提供更好的解调质量。

調幅的優點编辑

調幅是歷史上最早發明的調變方式。調幅的優點是容易產生及恢復訊號。在發射器中,可以用交換調變器,或是平方率調變器(square-law modulator)來完成調變。在接收器中,可以用波封檢測器,或是平方率檢測器(square-law detector)來完成解調。也就是說,調幅系統成本十分低廉,這就是為什麼AM無線電廣播會如次受到歡迎。

調幅的缺點编辑

  1. 浪費功率
    載波 與帶有資訊的基頻訊號 並不相關。因此,傳輸載波就會浪費功率,也就是說,在調幅的總功率中,有一部分是真正有被 影響,有另一部分是被浪費的。
  2. 浪費頻寬
    AM波的上邊帶及下邊帶相互對稱於載波頻率,所以若我們知道其中一組邊帶的振幅譜及相位譜,由於對稱性,我們就可以知道另外一組。這也表示在資訊傳輸的時候,其實只有一組邊帶就夠了,通道也因此只需要提供基頻訊號的頻寬,所以,從這樣的觀點來看,因為調幅需要的傳輸頻寬是訊息頻寬的兩倍,所以我們可以宣稱它是浪費頻寬的。

調幅的變化形式编辑

要克服調幅的缺點,我們可以對調幅的過程做修改,但是這樣的修改往往會造成系統的複雜度增加,也就是說,我們是在犧牲系統複雜度來使通訊資源能夠更好的使用。

  1. 雙邊帶抑制載波調變(DSB-SC調變)
    DSB-SC的發射波只由上下邊帶組成。因為抑制了載波,所以可以節省傳輸功率,但是通道頻寬需求還是跟原來一樣,也就是訊息頻寬的兩倍。
  2. 殘留邊帶調變(VSB調變)
    VSB調變讓一組邊帶幾乎全部通過,而另一組邊帶幾乎全不通過,也就是有少量的殘留。所以,VSB的頻寬需求,比起訊息頻寬多了前述的殘留邊帶的寬度。這種方式的調變,很適合用在寬頻訊號,例如說電視訊號,在極低頻率處含有顯著的成分。又例如說,在電視廣播中,很強的載波會跟被調波一起被發送,所以我們能在接收端處用波封檢測器來解調訊號,因此接收器的設計得以被簡化。
  3. 單邊帶調變(SSB調變)
    SSB的被調波只由上邊帶或者是下邊帶組成,所以,SSB調變的功能是,將調變波的頻譜在頻域中轉移到新的位置。單邊帶調變適合傳送聲音訊號。這樣的調變方法需要的傳輸功率以及通道頻寬都最少,但缺點是實現成本的增加以及系統複雜度的增加。

参见编辑

参考文献编辑

注释
来源
  • Newkirk, David and Karlquist, Rick (2004). Mixers, modulators and demodulators. In D. G. Reed (ed.), The ARRL Handbook for Radio Communications (81st ed.), pp. 15.1–15.36. Newington: ARRL. ISBN 0-87259-196-4.

外部链接编辑