[原创]调幅和调频信号的频谱
12112007/07/21电子技术 IP:四川

为了让大家对调频和调幅信号的频域分布有个直观的认识,今天俺特地做了点图片。信号源采用美国IFR的无线电综测仪产生,调制音都为1KHz,如无特殊说明,载波频率为900MHz。

从数学上我们知道,调幅信号把一个代表调制信号的正(余)玄函数,作为另一个代表载波的正玄函数幅值带入而得到的。这两个信号相乘以后,产生已调信号。由三角函数变换,可以把函数的乘积,变为三个三角函数的和。相信大家还记得中学的时候学的三角函数和积变换的口诀。

这三个项,分别代表下边带、载波、上边带。从频域中就可以看出这一点。边带与载波的频率差,等于调制频率。调制度与边带和载波的幅度差或电平差有关。

图1:调制度为30%的AM信号。

图2、调制度为60%的AM信号。


图中最高峰代表载波。可以看出,随着调制度的增高,边带的功率增加了,但无论如何,边带也低于载波。

理论证明,一个边带里面已经包含了该调幅信号的全部信息。也就是说,载波和另一个边带对于传输信号来说是多余的。为此,人们巧妙的设计了一些电路,刚好把载波和另一个边带滤掉,只留下一个边带,并把这个边带放大,最后作为无线电波发射出去。这就是常见的单边带通讯模式。使用单边带制,至少比调幅制节约4倍功率。事实上,节约的量在10倍左右。

同样对于这个调幅信号,频谱仪选用不同的中频带宽,可以得到不同的谱型,但是频谱的基本信息并没有变化。当中频带宽(RBW)大于调制频率的一半的时候,就没法看清楚边带和载波的区别了。因此,分析调幅信号必须使用较小的RBW。

图3、10Hz中频带宽时看到的频谱

图4、30Hz中频带宽时看到的频谱

图5、100Hz中频带宽时看到的频谱

图6、300Hz中频带宽时看到的频谱

图7、1KHz中频带宽时看到的频谱

在图中大家看到除了距离载波最近的边带之外,还有一对功率很小的边带。其实,这对边带是由于调制信号源不纯净造成的。调制信号除了1KHz单音之外,混入了2次谐波,也就是2KHz的单音,于是造成了与载波相距2KHz的一对边带。

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~~空空如也
1211 作者
17年7个月前 IP:未同步
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接下来让我们来看调频信号。调频信号的数学表达式形式上是将调制信号的幅度带入载波的频率参数中。这样的函数用解析的方法展开为频率分量将十分繁琐。然而他可以展开为以第一类贝塞尔函数为系数的正弦级数。这个展开式在频域上表现为载波和离开载波每隔调制信号频率便出现一条的边带。当调制度很小的时候,边带将只有一对,从形式上看与调幅信号一样。但是两个边带的相位恰好相反,这一点与调幅信号不同。

图1、3KHz频偏的调频信号

图2、15KHz频偏的调频信号

下面是不同RBW情况下观察到的调频信号,调制频偏均为3KHz。

图3、10Hz的RBW

图4、300Hz的RBW

图5、1KHz的RBW

图6、3KHz的RBW

图7、3KHz的RBW,加快扫描速度后

图8、10KHz的RBW

由图中不难看出,变换扫描速度将直接影响边带与载波之间频率的测量,因此扫描速度必须有一定的规定。通常,频谱仪的制造商已经为仪器规定了合适的扫描速度。实际上,为了准确的看到调频信号,应该采用实时频谱仪。

下面这张图是怎么弄出来的?我没有用PS哈。


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