友善下載 - 義守大學

第 四 章 Linear CW Modulation 線 性 調 變作 者 : 陳 昭 宏義 守 大 學 電 子 工 程 系相 關 單 元學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調目 錄目 錄第 四 章 Linear CW Modulation 線 性 調 變 ................................................................................. 1第 一 節 學 習 目 標 ................................................................................................................. 3第 二 節 帶 通 訊 號 與 系 統 (Bandpass signal and systems) .................................................. 4一 、 類 比 訊 息 (Analog message conventions) ................................................................ 4二 、 帶 通 訊 號 (Bandpass Signals) ................................................................................... 5三 、 帶 通 訊 號 (Bandpass Signals): 低 通 等 效 頻 譜 ....................................................... 6四 、 帶 通 傳 輸 (Bandpass Transmission) ......................................................................... 7五 、 範 例 :Carrier and envelope Delay ......................................................................... 7六 、 多 工 (multiplexing)................................................................................................... 8第 三 節 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 (Double-Sideband Amplitude Modulation) ........................... 10一 、 振 幅 調 變 訊 號 與 頻 譜 (AM signals and Spectra) ................................................... 10二 、 振 幅 調 變 訊 號 頻 譜 之 頻 帶 ................................................................................... 11三 、 雙 旁 波 帶 調 變 訊 號 與 頻 譜 (DSB signals and spectra) ........................................... 12四 、 雙 旁 波 帶 (DSB) ...................................................................................................... 13五 、 DSB 與 AM 傳 輸 功 率 與 發 射 效 率 ........................................................................... 13六 、 範 例 與 練 習 ........................................................................................................... 14七 、 音 頻 調 變 與 相 量 分 析 (Tone Modulation and phasor analysis) ............................ 15第 四 節 調 變 器 ................................................................................................................... 17一 、 乘 積 式 調 變 器 (Product modulator) ...................................................................... 17二 、 平 方 律 調 變 器 (Square-law modulators) ............................................................... 17

三 、 平 衡 式 調 變 器 (Balanced modulator) .................................................................... 19四 、 Ring modulator ...................................................................................................... 19五 、 交 換 式 調 變 器 (Switching modulators) ................................................................. 20第 五 節 抑 制 旁 波 帶 振 幅 調 變 器 (suppressed-sideband amplitude modulation) ............. 22一 、 抑 制 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 (SSB signals and Spectra) ............................................ 22二 、 抑 制 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 (SSB signals and Spectra) ............................................ 23三 、 單 旁 波 產 生 (SSB generation) ................................................................................ 24四 、 Phase-shift method for SSB generation ................................................................ 24五 、 殘 留 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 (VSB signals and spectra) ............................................. 25六 、 殘 留 旁 波 帶 訊 號 (with carrier) .............................................................................. 27第 六 節 頻 率 轉 換 與 解 調 (Frequency conversion and demodulation) .............................. 28一 、 頻 率 轉 換 (Frequency conversion) ......................................................................... 28二 、 頻 率 轉 換 應 用 (satellite transponder with frequency conversion) ....................... 29三 、 同 步 偵 測 (Synchronous detection ) ...................................................................... 29四 、 相 鎖 迴 路 (Phase-lock loops) .................................................................................. 30五 、 解 調 與 同 步 ........................................................................................................... 30六 、 波 封 偵 測 (Envelope detection) ............................................................................. 31

第 一 節 學 習 目 標相 關 單 元學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調目 錄 給 定 一 帶 通 訊 號 , 可 以 找 出 其 波 封 (envlope)、 相 位 (phase)、 同 相 (in phaase)與 正 交 (quadrature) 分 量 、 低 通 等 效 訊 號 與 頻 譜 。 描 述 與 應 用 頻 寬 (bandwidth) 定 理 , 分 析 帶 通 系 統 (bandpass system)。 畫 出 DSB、AM 訊 號 之 波 封 與 波 形 , 並 能 辨 認 AM、DSB、SSB、VSB 之 頻 譜(spectral) 性 質 。 畫 出 線 譜 圖 (line spectrum) 與 相 量 圖 (phasor diagram), 並 應 用 於 AM、DSB、SSB、VSB 訊 號 之 半 波 帶 與 全 功 率 分 析 。 分 辨 乘 積 式 (product)、 功 率 式 (power-law)、 平 衡 式 (balanced) 調 變 器(modulation), 與 分 析 調 變 系 統 。 辨 識 同 步 (sychronous) 與 波 封 包 (envelope) 偵 測 器 之 特 性 。

第 二 節 帶 通 訊 號 與 系 統 (Bandpass signal and systems)相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調類 比 訊 息 、 帶 通 訊 號 、 低 通 等 效 頻 譜 、 帶 通 傳 輸 、 範 例 、 多 工目 錄 遠 距 離 之 高 效 率 通 訊 , 通 常 需 要 以 高 頻 之 弦 波 載 波 傳 送 。 經 由 頻 率 轉 移 (translation) 或 調 變 (modulation) 可 以 將 頻 帶 有 限(bandlimited) 之 訊 號 轉 移 頻 帶 傳 送 。 因 此 , 大 部 份 長 距 離 傳 輸 系 統 , 都 會 包 含 帶 通 響 應 (bandpassfrequency response)。 所 以 我 們 必 需 瞭 解 , 何 為 bandpass signal? 何 為 bandpass system?一 、 類 比 訊 息 (Analog message conventions)相 關 單 元 學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調相 關 資 料 類 比 訊 息 、 帶 通 訊 號 、 低 通 等 效 頻 譜 、 帶 通 傳 輸 、 範 例 、 多 工目 錄 訊 息 頻 寬 (message bandwidth),WX(f) = 0 , f > W 若 先 正 規 化 訊 號 使 x ( t)≤1 則 訊 號 之 功 率 頻 譜 為 = x2 ( t)≤1S x 若 訊 號 為 單 頻 訊 號 , 則 假 設 為x( t)= Am cosωmtAm≤1fm< W

二 、 帶 通 訊 號 (Bandpass Signals)相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調類 比 訊 息 、 帶 通 訊 號 、 低 通 等 效 頻 譜 、 帶 通 傳 輸 、 範 例 、 多 工目 錄 由 頻 譜 性 質 定 義 帶 通 訊 號 (Bandpass Signals)Vbp( f ) = 0ffffcc−W+ W 時 域 表 示 為 V ( t)= A(t)cos[ ω t + φ(t)]bpc 若 將 上 式 以 和 角 分 解 表 示 如 下 :v ( t)= A(t)cosφ(t)v ( t)= A(t)sinφ(t)i∆q∆ 稱 同 相 (in phase)、 正 交 相 (quadrature)vbp 帶 通 訊 號( t)= v ( t)cosωt − v= v ( t)cosωt + vvbpi= v ( t)cosωt + vicqcq( t)cos( t)= v ( t)cosωt − viicqcq( t)cos( t)sinωt( ω t + 90 )cc( t)sinωt( ω t + 90 )cc 頻 譜1Vbp( f ) =2where[ ][ V ( f − f ) + V ( f + f )] + V ( f − f ) + V ( f + f )[ v ( t)] V ( f ) [ v ( t)]V ( f ) = F = Fiiicqiqcj2qcqc2A(t)= vi ( t)+ vq( t)φ ( t)= Bandpass signal (a) Spectrum; (b)Waveform2vq( t)arctanv ( t)i

(a) Rotating phasor; (b) Phasor diagram with rotation suppressed三 、 帶 通 訊 號 (Bandpass Signals): 低 通 等 效 頻 譜相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調類 比 訊 息 、 帶 通 訊 號 、 低 通 等 效 頻 譜 、 帶 通 傳 輸 、 範 例 、 多 工目 錄 若 將 訊 號 頻 譜 移 至 低 通 頻 帶 , 稱 低 通 等 效 頻 譜 (lowpass equivalentspectrum)[ V ( f ) + jV ( f )] = V ( f + f ) u(f f )1Vlpf ) = ∆iqbp c+2(c1 1 時 域 訊 號 v ( t)= F [ V ( f )] = [ v ( t)jv ( t)]-vlp( t)=12lp lpi+A(t)ejφ( t)2q

低 通 等 效 與 帶 通 關 係 Lowpass to bandpass transformationvbpj[ ωct+φ ( t)]{ A(t)e }( t)= Re⎡1= 2Re⎢A(t)e⎣2= 2Re[ ]j ωcv ( t)etlpjωctejφ( t)⎤⎥⎦∗ 頻 譜 關 係 V f ) = V ( f − f ) + V ( − f − f )bp(lp c lpc 簡 單 表 示 為 V ( f ) = V ( f − f ) f > 0bplpc四 、 帶 通 傳 輸 (Bandpass Transmission)相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調類 比 訊 息 、 帶 通 訊 號 、 低 通 等 效 頻 譜 、 帶 通 傳 輸 、 範 例 、 多 工目 錄 由 低 通 等 效 頻 譜 所 描 述 , 帶 通 傳 輸 可 轉 換 為 低 通 等 效 模 型Y ( f ) = HlpwhereHlplp( f ) = H( f ) Xbp( flp( f )− f ) u(fc+fc) 其 中y ( t)= 2ReiA ( t)= 2y[ ylp( t)] yq( t)= 2Im[ ylp( t)][ y ( t)] φ ( t)= arg[ y ( t)]lpylp五 、 範 例 :Carrier and envelope Delay相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調類 比 訊 息 、 帶 通 訊 號 、 低 通 等 效 頻 譜 、 帶 通 傳 輸 、 範 例 、 多 工目 錄分 析 下 列 帶 通 系 統 之 Carrier and envelope Delay。( 如 圖 )

jθ ( f )Hbp( f ) = Ke fl< f

在 一 個 載 波 中 , 可 應 用 多 工 概 念 同 時 傳 送 多 個 訊 號 , 需 要 每 一 訊 號 之 頻 譜 沒 有 重 疊1H ( f ) =⎛ f f ⎞01+jQ⎜ −⎟⎝ f0f ⎠B =fu−fl=f0Q 每 訊 號 之 頻 帶 寬 要 足 夠 但 不 可 重 疊 , 一 般 為 滿 足 此 要 求 , 需B0 .01 10 / τ , f c> 10MHzc

第 三 節 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 (Double-Sideband AmplitudeModulation)相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調振 幅 調 變 訊 號 、 振 幅 調 變 之 頻 帶 、 雙 旁 波 帶 調 變 與 頻 譜 、 雙 旁 波 帶 、DSB與 AM 傳 輸 功 率 與 發 射 效 率 、 範 例 與 練 習 、 音 頻 調 變 與 相 量 分 析目 錄 有 兩 種 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 振 幅 調 變 Amplitude modulation(AM) 抑 制 載 波 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 suppressed-carrier Double-SidebandAmplitude Modulation。一 、 振 幅 調 變 訊 號 與 頻 譜 (AM signals and Spectra)相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調振 幅 調 變 訊 號 、 振 幅 調 變 之 頻 帶 、 雙 旁 波 帶 調 變 與 頻 譜 、 雙 旁 波 帶 、DSB與 AM 傳 輸 功 率 與 發 射 效 率 、 範 例 與 練 習 、 音 頻 調 變 與 相 量 分 析目 錄 假 設 輸 入 訊 號 為 x(t), 則 載 波 之 振 幅[ 1 ux()]A( t)= Ac + t 所 調 變 之 輸 出 訊 號x ( t)= Acc[ 1+µ x(t)]cosωt= A cosωt + A µ x(t)cosωtccccc 其 中 μ 稱 調 變 指 數 (modulation index) 正 常 調 變 使 用 須 滿 足

f c>> W µ ≤1過 調 變 (Over modulation) 當 μ 調 變 指 數 (modulation index) 與 訊 號 乘 積 大 於 1, 會 產 生 過 調 變 。ux(t)< 1因 此 若 x(t)有 正 規 化( x(t)< 1),µ < 1 當 過 調 變 發 生 時 會 產 生 Phase reversals : 調 變 訊 號 之 相 位 發 生 反 轉 現 象 。 envelop distortion: 因 調 變 訊 號 之 相 位 發 生 反 轉 , 造 成 訊 號 波 封 失真 。AM waveforms (a) Message; (b) AM wave with µ < 1; (c) AM wave with µ > 1 過 調 變 發 生 時 Phase reversals : 調 變 訊 號 相 位 發 生 反 轉 現 象 。 envelop distortion: 因 調 變 訊 號 相 位 發 生 反 轉 , 造 成 訊 號 波 封 失 真 。二 、 振 幅 調 變 訊 號 頻 譜 之 頻 帶相 關 單 元學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調目 錄

相 關 資 料振 幅 調 變 訊 號 、 振 幅 調 變 之 頻 帶 、 雙 旁 波 帶 調 變 與 頻 譜 、 雙 旁 波 帶 、DSB與 AM 傳 輸 功 率 與 發 射 效 率 、 範 例 與 練 習 、 音 頻 調 變 與 相 量 分 析 Double-sideband: 當 訊 號 調 變 至 載 波 頻 帶 , 原 訊 號 之 正 負 頻 帶 會 在 載 波 兩側 形 成 對 應 之 旁 波 帶 。 上 旁 波 帶 Upper sidebands: 頻 帶 高 於 載 波 之 旁 波 帶 。 下 旁 波 帶 Lower sifebands: 頻 帶 低 於 載 波 之 旁 波 帶 。 Symmetrical side-bands: 當 訊 號 為 實 數 訊 號 , 上 下 旁 波 帶 對 稱 於 載 波 。 AM transmission bandwidth(BT) 需 兩 倍 訊 號 頻 寬 (W),DSB 也 是 。B T= 2W 功 率 (power)1µXc( f ) = Acδ( f − fc) + AcX ( f − fc) f > 022 Average transmitted power S x 2 ( t)T≡cST≡12A2( + µ S )2 c1 Unmodulated carrier power P ≡x122cA c Power per sidebandS ≡ P + 2PTcsbPsb≡142A µ S2cx三 、 雙 旁 波 帶 調 變 訊 號 與 頻 譜 (DSB signals and spectra)相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調振 幅 調 變 訊 號 、 振 幅 調 變 之 頻 帶 、 雙 旁 波 帶 調 變 與 頻 譜 、 雙 旁 波 帶 、DSB與 AM 傳 輸 功 率 與 發 射 效 率 、 範 例 與 練 習 、 音 頻 調 變 與 相 量 分 析目 錄 AM 有 浪 費 載 波 功 率 之 缺 點 。 克 服 此 缺 點 可 以 用 抑 制 載 波 , 由 A(1+μx(t)) 改 為 Ax(t) 上 述 方 法 稱 「 雙 旁 波 帶 調 變 」 (Double-sideband-suppressed-carriermodulation, 簡 稱 DSB)。

Peak envelop powerDSB waveforms 過 調 變 發 生 時 Phase reversals : 調 變 訊 號 相 位 發 生 反 轉 現 象 。 envelop distortion: 因 調 變 訊 號 相 位 發 生 反 轉 , 造 成 訊 號 波 封 失 真 。四 、 雙 旁 波 帶 (DSB)相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調振 幅 調 變 訊 號 、 振 幅 調 變 之 頻 帶 、 雙 旁 波 帶 調 變 與 頻 譜 、 雙 旁 波 帶 、DSB與 AM 傳 輸 功 率 與 發 射 效 率 、 範 例 與 練 習 、 音 頻 調 變 與 相 量 分 析目 錄 DSB 之 調 變 訊 號 為x ( t)= A x(t)cosωtccc 其 中 振 幅 調 變 資 訊 為⎧ 0A(t)= Ac x(t)φ = ⎨ ⎩±180x(t)> 0x(t)< 0 因 此 傳 輸 功 率 為ST1= 2 Psb=2A2cSx五 、DSB 與 AM 傳 輸 功 率 與 發 射 效 率相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調振 幅 調 變 訊 號 、 振 幅 調 變 之 頻 帶 、 雙 旁 波 帶 調 變 與 頻 譜 、 雙 旁 波 帶 、DSB與 AM 傳 輸 功 率 與 發 射 效 率 、 範 例 與 練 習 、 音 頻 調 變 與 相 量 分 析目 錄 最 大 之 旁 波 帶 傳 輸 功 率

P sb⎧ A= ⎨ 2⎩A2maxmax/ 4/16DSBAM with µ = 1 發 射 效 率 : 最 大 之 旁 波 帶 傳 輸 功 率 / 最 大 瞬 間 功 率PsbA2max⎧ Sx/ 4= ⎨⎩Sx/16DSBAM with µ = 1六 、 範 例 與 練 習相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調振 幅 調 變 訊 號 、 振 幅 調 變 之 頻 帶 、 雙 旁 波 帶 調 變 與 頻 譜 、 雙 旁 波 帶 、DSB與 AM 傳 輸 功 率 與 發 射 效 率 、 範 例 與 練 習 、 音 頻 調 變 與 相 量 分 析目 錄範 例 : 射 頻 傳 輸 器 功 率 分 析 規 格 :傳 輸 功 率 S T≤ 3kW最 大 瞬 間 功 率2Amax ≤ 8kW 傳 輸 之 調 變 訊 號 為 單 頻 訊 號A 訊 號 功 率2m= 1 , Sx= Am/ 2 = 問 : 使 用 DSB 調 變 之 傳 輸 功 率 為 ? 使 用 AM 調 變 ( 調 變 係 數 1) 之 傳 輸 功 率 為 ?解 : DSB 調 變 之 傳 輸 功 率 為1Psb =1 ST≤1.5kWPsb= A2max≤1.0kW2812 AM 調 變 ( 調 變 係 數 1) 之 傳 輸 功 率 因 為 P = / 4sbP c 所 以ST = Pc+ 2Psb= 6Psband Psb= ST/ 6 ≤ 0. 5kW 又 因 最 大 瞬 間 功 率2P sb= A / 32 ≤ 0. 25kWmax

所 以 AM 之P sb= 0. 25kW 相 同 傳 輸 功 率 DSB 調 變 較 AM 需 調 變 4 倍 之 傳 輸 功 率 效 果 。練 習 : 調 變 訊 號 之 波 形 有 一 方 波 訊 號 ,⎧+1 ,0 < t ≤ T/2x ( t)= ⎨⎩ −1T/2 < t ≤ T 週 期 性 x ( t + T) = x(t) 問 : 畫 出 調 變 後 之 波 形 DSB? AM with μ=0.5? AM with μ=1?練 習 : 由 傳 輸 功 率 推 估 系 統 規 格 假 設 有 語 音 訊 號 x ( t)1 and S = 1/ 5max=x 需 要 訊 號 傳 輸 功 率P sb= 10W2 求 DSB 之 傳 輸 功 率 ( S ) 與 最 大 功 率 規 格 ( Amax)?T 求 AM with μ=1, 之 傳 輸 功 率 與 最 大 功 率 規 格 ?七 、 音 頻 調 變 與 相 量 分 析 (Tone Modulation and phasor analysis)相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調振 幅 調 變 訊 號 、 振 幅 調 變 之 頻 帶 、 雙 旁 波 帶 調 變 與 頻 譜 、 雙 旁 波 帶 、DSB與 AM 傳 輸 功 率 與 發 射 效 率 、 範 例 與 練 習 、 音 頻 調 變 與 相 量 分 析 假 設 有 音 頻 訊 號 x t)A cos( ω t)( = ,DSB 之 線 頻 譜 , 如 下mm目 錄 則 DSB 之 調 變 輸 出 訊 號

x ( t)= A AccmAcA=2mcosωt cosωtmcos( ω −ω) t +cmcAcA2mcos( ω + ω ) tcm AM 之 調 變 輸 出 訊 號Acµ AmAcµ Amxc ( t)= Accosω ct+ cos( ωc−ωm)t + cos( ωc+ ωm)t22

第 四 節 調 變 器相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調乘 積 式 調 變 器 、 平 方 律 調 變 器 、 平 衡 式 調 變 器 、Ring modulator、 交 換 式調 變 器目 錄調 變 器 與 傳 輸 器 (Modulators and transmitters) DSB 與 AM 訊 號 之 旁 波 半 瓣 之 訊 號 分 量 會 有 新 的 頻 率 分 量 , 所 以 是 時 變 非線 性 系 統 (time-varing or nonlinear)。 因 為 LTI 系 統 不 會 產 生 新 的 頻 率 分 量 。 調 變 器 : Product modulators Square-law and balanced modulators Switching modulators一 、 乘 積 式 調 變 器 (Product modulator)相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調乘 積 式 調 變 器 、 平 方 律 調 變 器 、 平 衡 式 調 變 器 、Ring modulator、 交 換 式調 變 器目 錄 AM 調 變( ω t)( 1+x())x ( t)= A cos tc c cµ 可 以 以 乘 積 式 調 變 器 調 變 , 如 下 圖二 、 平 方 律 調 變 器 (Square-law modulators)相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調乘 積 式 調 變 器 、 平 方 律 調 變 器 、 平 衡 式 調 變 器 、Ring modulator、 交 換 式調 變 器目 錄

假 設 非 線 性 之 元 件 之 輸 出 入 關 係 如 下 :v = a v + a vout21 in 2 in 輸 入 為vin( t)= x(t)+ cosωtc 輸 出vout22⎡ 2a⎤( t)=2a1x(t)+ a2x( t)+ a2cos ωct+ a1⎢1+ x(t)⎥ cosωct⎣ a1⎦ 經 由 帶 通 濾 波 器 xc⎡ 2a⎤( t)=2a1 ⎢1+ x(t)⎥ cosωct⎣ a1⎦ 訊 號 經 平 方 律 調 變 器 之 頻 譜 變 化 需 以 帶 通 濾 波 器 將 所 需 之 頻 帶 內 資 訊 濾 出 平 方 律 調 變 器 以 FET 實 作

三 、 平 衡 式 調 變 器 (Balanced modulator)相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調乘 積 式 調 變 器 、 平 方 律 調 變 器 、 平 衡 式 調 變 器 、Ring modulator、 交 換 式調 變 器目 錄四 、Ring modulator相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調乘 積 式 調 變 器 、 平 方 律 調 變 器 、 平 衡 式 調 變 器 、Ring modulator、 交 換 式調 變 器目 錄

下 圖 為 Ring modulator: 可 以 將 x(t) 與 c(t) 相 乘 得vout444( t)= x(t)cosωct− x(t)cos3ωct+ x(t)cos5ωct−π3π5π 帶 通 輸 出 xc4( t)= x(t)cosωctπ五 、 交 換 式 調 變 器 (Switching modulators)相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調乘 積 式 調 變 器 、 平 方 律 調 變 器 、 平 衡 式 調 變 器 、Ring modulator、 交 換 式調 變 器目 錄 Low-level modulator: 調 變 器 之 輸 出 功 率 遠 小 於 發 射 功 率 , 需 要 發 射 功 率放 大 器 。 前 幾 種 調 變 器 皆 屬 之 。 High-level modulator: 調 變 器 之 輸 出 功 率 接 近 發 射 功 率 。 交 換 式 調 變 器(Switching modulators), 可 使 用 C 級 功 率 放 大 器 設 計 此 調 變 器 。C 級 放 大 器 設 計 之 switching modulator 與 輸 出 波 形 C 級 放 大 器 設 計 之 switching modulator 輸 出 波 形

第 五 節 抑 制 旁 波 帶 振 幅 調 變 器 (suppressed-sidebandamplitude modulation)相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調抑 制 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 、 抑 制 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 、 單 旁 波 產 生 、Phase-shiftmethod for SSB、 殘 留 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 、 殘 留 旁 波 帶 訊 號 (with carrier)目 錄 傳 統 之 振 幅 調 變 (AM) 在 功 率 與 頻 寬 上 非 常 浪 費 功 率 : 因 為 載 波 浪 費 傳 輸 功 率 。Psb ≤1 ST: 傳 輸 功 率ST, 4 P : 旁 波 瓣 訊 號 功 率sb 頻 寬 : 因 為 有 上 下 旁 波 帶 , 浪 費 頻 寬 。BT ≥, BT: 傳 輸 頻 寬2WW : 訊 號 頻 寬 因 此 , 發 展 出 抑 制 旁 波 帶 振 幅 調 變 器 ,SSB or VSB一 、 抑 制 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 (SSB相 關 單 元相 關 資 料signals and Spectra)學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調抑 制 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 、 抑 制 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 、 單 旁 波 產 生 、Phase-shiftmethod for SSB、 殘 留 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 、 殘 留 旁 波 帶 訊 號 (with carrier)目 錄 下 圖 為 產 生 抑 制 旁 波 帶 訊 號 之 方 塊 圖 SSB 之1 調 變 訊 號 x c( t)= AcAmcos(ωc± ωm)t2 頻 寬 與 傳 輸 功 率B = WTST= Psb1=4A2cSx

二 、 抑 制 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 (SSB相 關 單 元相 關 資 料signals and Spectra)學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調抑 制 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 、 抑 制 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 、 單 旁 波 產 生 、Phase-shiftmethod for SSB、 殘 留 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 、 殘 留 旁 波 帶 訊 號 (with carrier)目 錄 右 圖 為 USSB 與 LSSB 之 頻 譜 上 列 之 頻 譜 可 由 DSB 應 用 sideband band filter( 可 將 下 列 低 通 調 變 至 載 波帶 )H lp( f ) =1(12± sgn f )f≤ W抑 制 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 (SSB signals and Spectra) 由 sideband band filter 後 之 訊 號 有xci11( t)= Acx(t)xcq( t)= ± Ac22∧x(t) 合 成 後 之 調 變 訊 號 為1^⎡⎤xc( t)= Ac ⎢x(t)cosωct x(t)sinωct2 ⎣⎥⎦∧1 2 2 調 變 訊 號 之 瞬 間 振 幅 A(t)= Acx ( t)+ x ( t)2SSB 之 限 制“SSB is not appropriate for pulse transmission, digital data, or similar applications,and more suitable modulating signals (such as audio waveforms) should still be

lowpass filtered before modulation in order to smooth out any abrupt transitionsthat might cause excessive horns or smear.”三 、 單 旁 波 產 生 (SSB generation)相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調抑 制 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 、 抑 制 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 、 單 旁 波 產 生 、Phase-shiftmethod for SSB、 殘 留 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 、 殘 留 旁 波 帶 訊 號 (with carrier)目 錄 基 本 產 生 方 法 sideband filter 轉 移 帶 需 要 很 小 否 則 會 濾 除 訊 號 用 雙 層 架 構 處 理 Phase-shift method for SSB generation四 、Phase-shift method for SSB generation相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調抑 制 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 、 抑 制 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 、 單 旁 波 產 生 、Phase-shiftmethod for SSB、 殘 留 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 、 殘 留 旁 波 帶 訊 號 (with carrier)目 錄 使 用 hilbert transform, 並 整 合 為 下 式A∧cAcxc( t)= x(t)cosωct± x(t)cos(ωct− 90 )22 方 塊 圖 , 如

範 例 :Weaver’s SSB modulation 為 SSB generation五 、 殘 留 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 (VSB signals and spectra)相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調抑 制 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 、 抑 制 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 、 單 旁 波 產 生 、Phase-shiftmethod for SSB、 殘 留 旁 波 帶 訊 號 與 頻 譜 、 殘 留 旁 波 帶 訊 號 (with carrier)目 錄 SSB 在 低 頻 帶 有 較 差 之 響 應 。 VSB 可 克 服 此 問 題 。 VSB 產 生 方 法 VSB sideband filter

轉 移 函 數 如H ( f ) = u(f − f ) − H ( f − f ) f > 0c βcH − f ) = −H( f ) = 0 f > Bβ(β VSB filter 有 一 2ß 之 轉 移 帶 所 以 傳 輸 頻 寬B T= W + β ≈ W 當 ß

若 ß

第 六 節 頻 率 轉 換 與 解 調 (Frequency conversion anddemodulation)相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調頻 率 轉 換 、 頻 率 轉 換 應 用 、 同 步 偵 測 、 相 鎖 迴 路 (PLL,phase lock loops)、 解調 與 同 步 、 波 封 偵 測目 錄 調 變 (Modulation): 如 Linear CW(AM、DSB、SSB、VSB) 產 生 訊 息 頻 帶 上 移 。 解 調 變 ( Demodulation) 產 生 訊 息 頻 帶 下 移 , 以 便 將 訊 息 由 調 變 訊 號 中 解出 。 可 透 過 同 步 偵 測 器 (synchronous detector) 封 波 偵 測 器 (envelope detector) 頻 率 轉 移 或 轉 換 (frequency translation or conversion): 將 訊 號 頻 譜 平 移 至 其它 頻 帶 。一 、 頻 率 轉 換 (Frequency conversion)相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調頻 率 轉 換 、 頻 率 轉 換 應 用 、 同 步 偵 測 、 相 鎖 迴 路 (PLL,phase lock loops)、 解調 與 同 步 、 波 封 偵 測目 錄 頻 率 轉 換 可 以 由 乘 以 一 弦 波 訊 號 完 成 。 如 下 圖 稱 mixing Or heterodyning 例 如 :DSB 訊 號( t)cosωtx1 再 乘cosω2t 轉 換 為11x ( t)cosω1tcosω2t= x(t)cos(ω1+ ω2)t + x(t)cos(ω1−ω2)t22 頻 率 轉 移 至 ω1 + ω2, ω1−ω2

二 、 頻 率 轉 換 應 用 (satellite transponder with frequencyconversion)相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調頻 率 轉 換 、 頻 率 轉 換 應 用 、 同 步 偵 測 、 相 鎖 迴 路 (PLL,phase lock loops)、 解調 與 同 步 、 波 封 偵 測目 錄 上 傳 頻 帶 6GHz, 下 傳 4GHz 因 此 中 繼 器 中 需 作 頻 帶 轉 移 。三 、 同 步 偵 測 (Synchronous detection )相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調頻 率 轉 換 、 頻 率 轉 換 應 用 、 同 步 偵 測 、 相 鎖 迴 路 (PLL,phase lock loops)、 解調 與 同 步 、 波 封 偵 測目 錄 所 有 線 性 調 變 訊 號 可 以 應 用 乘 積 解 調 器 解 調 出 原 訊 號[ K + K x(t)] cos t K x ( t)ω txc( t)=c µωc−µ qsinc 需 要 本 地 振 盪 器 與 訊 號 完 全 同 步 才 會 有 好 的 解 調 訊 號 , 稱 同 步(synchronous) 或 同 調 (coherent) 偵 測 器 (detection) 解 調 結 果 y ( t)= K [ K + K x(t)]D D c µ

[ K + K x(t)] cos t K x ( t)ω txc( t)=c µωc−µ qsinc 當 本 地 之 振 盪 器 與 訊 號 之 相 位 完 全 一 樣 稱 同 步 。 本 地 之 振 盪 器 與 訊 號 常 應 用 PLL 技 術 同 步 。 則 乘 後x ( t)cosωt ==c[ K + K x(t)]x ( t)sinωt cosωt[ K + K x(t)]( 1−cos(2ωt)) − K x ( t)sinωt cosωtcµccµc2cos ω t − Kcµ qµ qcccc 經 過 低 通 濾 波 器y[ K + K x()]( t)= K tD D c µ四 、 相 鎖 迴 路 (Phase-lock loops)相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調頻 率 轉 換 、 頻 率 轉 換 應 用 、 同 步 偵 測 、 相 鎖 迴 路 (PLL,phase lock loops)、 解調 與 同 步 、 波 封 偵 測目 錄 無 論 在 接 收 機 或 發 射 機 , 皆 要 有 穩 定 之 振 盪 器 相 鎖 迴 路 方 塊 圖 如 相 鎖 迴 路 (Phase-lock loops) 是 常 用 之 技 術五 、 解 調 與 同 步相 關 單 元學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調目 錄

相 關 資 料頻 率 轉 換 、 頻 率 轉 換 應 用 、 同 步 偵 測 、 相 鎖 迴 路 (PLL,phase lock loops)、 解調 與 同 步 、 波 封 偵 測 若 解 調 頻 率 為 ω’,Φ’ 若 相 位 不 同 步yD( t)=⎧K⎪= ⎨ 2⎪⎩ KDD'KDcosωmtcos( ω't + φ )''[ cos( ω + ω ) t + cos( ω −ω) t)]cosωt cosφmmmφ'= 0ω'= 0 若 頻 率 不 同 步yD( t)= K⎧K= ⎨⎩KDDDcoscos( ω ω')tmcos( ω t φ')tm[ ω t ( ω't + φ')]mφ'= 0ω'= 0六 、 波 封 偵 測 (Envelope detection)相 關 單 元相 關 資 料學 習 目 標 、 帶 通 訊 號 與 系 統 、 雙 旁 波 帶 振 幅 調 變 、 調 變 器 、 抑 制 旁 波 帶振 幅 調 變 器 、 頻 率 轉 換 與 解 調頻 率 轉 換 、 頻 率 轉 換 應 用 、 同 步 偵 測 、 相 鎖 迴 路 (PLL,phase lock loops)、 解調 與 同 步 、 波 封 偵 測目 錄 AM 之 偵 測 器 , 為 非 同 步 偵 測 , 因 此 AM 之 波 封 與 訊 號 完 全 一 樣 。 因 此 可 使 用 簡 單 電 路 路 如 下 檢 測 波 封 可 解 調 AM

需 滿 足 下 列 條 件1W