调制与解调的基本原理及应用

一些被测物理量经传感器变换后，虽然已变换为电量，但这些电信号通常微弱。这类信号在经过前文提到的直流放大器之前，还需要先将它转换为高频交流信号，即先行调制，而后用交流放大器放大。

调制是使一个信号的某一参数在另一信号的控制下发生变化的过程。前一信号称为载波，一般是较高频率的交流信号，后一信号称为调制或控制信号，调制出来的信号称为已调制波。已调制波携带调制信号的信息，具有交变、高频的特点，一般都便于放大与传输。解调是从已调波中恢复出调制信号的过程。调制与解调是工程测试中的常用技术，应用极广。

在调制过程中，载波的幅值A、频率f、相位P均可以进行控制，分别称为调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）。三种模式的已调制波分别称为调幅波、调频波、调相波。图4-28所示为载波、调制信号、调幅波、调频波。本节着重讨论调幅和解调的原理和常用技术。

（1）调幅原理

调幅是将一个高频简谐信号（载波）与测试信号（调制信号）相乘，使高频信号的幅值随测试信号的变化而变化。接下来以频率为f₀的余弦信号作为载波的情况为例，介绍调幅的基本原理。

图4-28 载波、调制信号、调幅波及调频波

根据傅里叶变换：两个信号乘积的谱，等于这两个信号的谱的卷积，即

x（t）y（t）⇔X（f）∗Y（f）

余弦函数cos2πf₀t的频谱是一对脉冲，即

在频域内，一个函数与单位脉冲函数做卷积，相当于将其频谱由坐标原点平移至该脉冲函数所在之处。所以，若以高频余弦信号作载波，把信号x（t）和载波信号相乘，其结果就相当于把原信号的频谱图形由原点平移至载波频率f₀处，其幅值减半，即：(www.xing528.com)

如图4-29所示，调幅过程就相当于频谱的“搬移”，即频移过程。

图4-29 调幅过程

a）时域 b）频域

（2）解调原理

把调幅波再次与原载波信号相乘，则频谱将再一次进行“搬移”，其结果如图4-30所示。若用一个低通滤波器滤去中心频率为2f₀的高频成分，就可以复现原信号的频谱，这一过程称为同步解调，经过同步解调后的信号幅值同调制前的信号相比，幅值减小一半，可以用放大处理来恢复原有幅值。同步解调时所乘的信号与调制时的载波具有相同的频率和相位。在时域分析中也可看到：

除了同步解调以外，工程实际中还经常采用整流检波解调和相敏检波解调的方式来进行解调，可以查阅相关的专业书籍，本书不再详细介绍。

图4-30 同步解调