⬅ 返回

AM的调幅系数与调制效率

2Hz单音调制,频率 $f_m=2$ Hz 固定不变。
等待操作...

💡 核心理论:AM 信号的频谱结构与功率分解

单音调制AM时域表达式:

$$s_{\mathrm{AM}}(t) = A_{\mathrm{c}}[1 + a \cos(2\pi f_m t)]\cos(2\pi f_{\mathrm{c}} t)$$

频谱结构: 将上式用三角函数积化和差展开:

$$s_{\mathrm{AM}}(t) = A_{\mathrm{c}}\cos(2\pi f_{\mathrm{c}} t) + \frac{aA_{\mathrm{c}}}{2}\cos(2\pi (f_{\mathrm{c}}+f_m)t) + \frac{aA_{\mathrm{c}}}{2}\cos(2\pi (f_{\mathrm{c}}-f_m)t)$$

频谱包含三个分量:载波($f_{\mathrm{c}}$ 处,幅度 $A_{\mathrm{c}}$)、上边带 USB($f_{\mathrm{c}}+f_m$ 处,幅度 $aA_{\mathrm{c}}/2$)、下边带 LSB($f_{\mathrm{c}}-f_m$ 处,幅度 $aA_{\mathrm{c}}/2$)。

功率分解:

$$P_{\mathrm{c}} = \frac{A_{\mathrm{c}}^2}{2}, \quad P_{\mathrm{SB}} = \frac{a^2 A_{\mathrm{c}}^2}{4}, \quad P_t = P_{\mathrm{c}}\left(1 + \frac{a^2}{2}\right)$$ $$\eta = \frac{P_{\mathrm{SB}}}{P_t} = \frac{a^2}{2+a^2}$$

即使 $a=1$(100% 调制),最大效率也仅为 33.3%——三分之二的功率浪费在不携带信息的载波上。

⚙️ 工程应用:AM 广播与调制效率的权衡

  • 中波 AM 广播(535–1605 kHz): 最早的民用广播制式。尽管效率低,但包络检波器(一只二极管 + 电容)极其简单廉价,使亿万台收音机得以普及。每个电台占用约 10 kHz 带宽。
  • 航空通信(118–137 MHz VHF): 至今仍使用 AM!原因并非效率,而是一种称为 "capture effect" 规避的安全特性:若两架飞机同时发射,AM 不会像 FM 那样完全"俘获"强信号而丢失弱信号,塔台能听到两个信号的混合,从而察觉冲突。
  • DSB-SC(抑制载波双边带): 既然载波不携带信息,为何不直接去掉?DSB-SC 发射 $s(t) = m(t)\cos(2\pi f_{\mathrm{c}}t)$,效率 100%,但接收端需要相干解调(Costas 环或平方环),电路复杂度远高于包络检波。
  • SSB(单边带): USB 和 LSB 携带完全对称的信息,再砍掉一个边带可节省一半带宽和功率。业余无线电和远洋通信广泛使用 SSB,但需要更复杂的边带滤波器或移相法生成。