CM · 调制基础
调幅 AM
AM 把消息加载到载波的振幅上,所以连接波形各峰顶的包络本身就是消息。本单元要弄清:包络要忠实地跟住消息需要什么条件,以及调制指数 m 为什么不能超过 1。
包络能跟住消息吗?
蓝线是快速振荡的载波,上下包住它的金色虚线就是包络。调小或调大调制指数 m,包络随消息起伏的深度会跟着变化;m 一超过 1,包络就折到 0 以下,那一段会变成红色实线。
调制指数 mm = 1.30
m = 1 是分界。初始值比它大,属于过调制,所以包络有一部分显示为红色。
当前调制指数下的包络
s(t) = [1 + m cos(ωm t)] cos(ωc t)
过调制 · 失真
把消息搭在幅度上
载波 cos(ωc t) 振荡得非常快,是运送消息的载体。让它的振幅随消息一涨一缩,连接快速振荡各峰顶的曲线,也就是包络,就会原样画出缓慢变化的消息。接收机只要把包络取出来就能恢复消息,用一个二极管做成的简单包络检波器就够了。
调制指数 m 决定起伏的深度
在 s(t) = [1 + m cos(ωm t)] cos(ωc t) 中,m 表示振幅起伏的深度。m 小时包络只是轻微晃动,消息加载得很弱;m 接近 1 时,振幅会先降到几乎 0,再升到原来的两倍。反过来,在图中量出包络峰顶高度 Amax 和谷底高度 Amin,就能用 m = (Amax − Amin)/(Amax + Amin) 求出调制指数。
观察s(t) = [1 + m cos(ωm t)] cos(ωc t)
消息加载在包络上。
选择m = (Amax − Amin) / (?)
调制指数用包络的峰和谷来量。
过调制与带宽
m 一旦超过 1,1 + m cos(ωm t) 就会在一段时间内变成负值。在这一段,包络穿过 0 折向另一侧,上下颠倒,图中变成红色实线的部分正是这里。包络检波器分辨不出这种翻转的形状,会把消息读得失真,这就是过调制。另一方面,乘法把消息频谱在载波两侧各搬一份,形成两个边带,所以 AM 的带宽是消息带宽的两倍,即 B = 2 fm。
填空m ? 1
要让包络不折返,必须 m ≤ 1。
自己来B = ?
两个边带 → 带宽是消息的两倍。
回到第一屏
调制指数越大,包络起伏越深,把消息描得越清楚;m 一超过 1,包络就穿过 0 折返,那一段变成了红色。在 0.45 到 1 之间,包络忠实地跟住消息,指示条也指向金色。AM 要记住的只有一点:消息在振幅的包络里,而只有 m ≤ 1 时,这条包络才与消息形状相同。
调幅(AM)把消息加载到载波的振幅上,得到 s(t) = [1 + m cos(ωm t)] cos(ωc t)。波形的包络就是消息;只有当调制指数满足 m ≤ 1 时,包络才不会折到 0 以下,完整地保留消息。m > 1 是包络折返失真的过调制。由于有两个边带,带宽为 B = 2 fm。
下一单元
AM 把消息放在振幅里,因此怕噪声:噪声一晃动振幅,包络立刻就脏了。下一单元 FM 改把消息加载到载波的瞬时频率上,以多占带宽为代价,换来很强的抗噪能力。