角度调制与解调 ppt课件

第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质 二、调频波和调相波的数学表达式
v t V o co o t k s p V c o t s
V oco o t sm pc o ts 调相波
最大频偏：p kpV
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
二、调频波和调相波的数学表达式
v Ft M V o co o t m s fs itn
式中， cos(mf sint)和 sin(mf sint)均为周期性函数，
均可以分解为傅立叶级数，从而求得 v F M 的( t )频谱表达式。
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
三、调频波和调相波的频谱和频带宽度
c o s(m fsin t) J0 (m f) 2 J2 n (m f)c o s2 n t n 1
第十章 角度调制与解调
§10.4 变容二极管调频
变容二极管调频电路是一种常用的直接调频电路，广泛用于移动通信 和频率微调电路中。其优点是工作频率高，固有损耗小，线路简单，能获 得较大频偏；缺点是中心频率稳定度低。
一、变容管的调制特性
C
j
C j0 (1 v R
)
VD
v R ——变容管的反向偏压。
V D ——PN结内建电位差。 ——变容指数， 1 ~ 6 。
使 (t)，v就(t)实现了直接调频。
例如，载波由LC正弦振荡器产生，
0
。1如果能够用调制信号去控
LC
制其中的电感L或电容C，并使 或 正L 比于 C ，则就实v 现( t了) 直接调
频。
优点：电路较简单，最大频偏较大。 缺点：中心频率稳定度不够高。
第十章 角度调制与解调
§10.3 调频方法概述
二、间接调频原理
§10.2 调角波的性质
二、调频波和调相波的数学表达式
t
vF M (t)V ocos[0tkf 0v (t)dt]
v P M (t) V oc o s[0 t kp v (t)]
比较上述二式可见：
调频波可以看成调制信号为
t 0
v
(
t的)d调t 相波；
调相波则可以看成调制信号为 d v (的t ) 调频波。 dt
二、间接调频原理
载波的瞬时相位为：
t
(t)0 (t) (t)0 (t) k p0 v (t)d t
调相器输出信号为：
v0(t)V 0cos[0tkp0 tv (t)dt]
第十章
§10.3 调频方法概述 二、间接调频原理
角度调制与解调
载波 振荡器
缓冲级
调频波输出 调相器
积分器
优点：载波振荡器独立，故中心频率稳定度可很高。 缺点：可能得到的最大频偏较小，而电路要复杂些。 调制信号
三、调频波和调相波的频谱和频带宽度
频带宽度：
若将小于未调制载波振幅10％的边频分量略去不计，则频谱宽度 可由下列近似公式计算：
BW 2 m f 1 F
由于
mf
kfVf F
B W 2 f F
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
三、调频波和调相波的频谱和频带宽度 频带宽度：
根据 f 的不同，调频制可分为宽带与窄带两种。
用调制信号控制载波频率，称为频率调制，简称调频(FM)；用调制信 号去控制载波相位，则称为相位调制，简称调相(PM)。无论是FM或PM， 都会使载波的相位角发生变化，因此二者可统称为角度调制，简称调角。
FM、PM波在波形、数学表达式、频谱结构、功率特性方面，均很相 似。但PM制缺点多，主要用于数字通信中；在模拟系统中，FM优点突出， 应用较多，故本章主要介绍调频技术。
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
三、调频波和调相波的频谱和频带宽度
由于FM、PM波的数学表达式基本相同，因此，只分析FM波的频 谱，它对PM波也同样适用。
vFM(t) Vo cos(0t mf sint) Vo cos0tcos(mf sint) Vo sin0tsin(mf sint)
3ห้องสมุดไป่ตู้
C j 0 ——v R 0 时的势垒电容。
第十章 角度调制与解调
§10.4 变容二极管调频
一、变容管的调制特性
Cj Cj
VR
00
t
VR
t
第十章 角度调制与解调
§10.4 变容二极管调频
二、变容管直接调频电路
vR V0 v(t)
V0 V cost
C0
C j0 (1 V 0
)
VD
CC1CCCCCC00 C11CC CC C0
v Pt M V o co o t m sp c o t s
m
f mF
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
二、调频波和调相波的数学表达式
频偏、相偏（调制指数）与调制频率的关系
f kfV
mf kfV/
p kpV
mp kpV
FM m f
f PM
p
mP
0
0
第十章 角度调制与解调
调制灵敏度 kf 3KH/zV
写出FM信号表达式。
u F 5 c M 2 1 o 7 t 6 s 0 s 2 1 i 3 t n 6 s 0 3 1 i 3 t n
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
例： 已知调角波 u t 1 c0 2 o 1 6 s t 0 1 c0 2 ot 0 s0
式中， f0
2
1，
L1C
C
C1
CC 1 CC
C0
第十章 角度调制与解调
§10.5 晶体振荡器直接调频
C1、上C2述、L晶C振体荡、器变直容接管调，频组方成法皮可获得较大的频偏，但其中心频率稳定性 尔较斯差晶，振影。响了它的应用。例如88～108MHz的调频广播中，各调频台的 L信1中若、号心某L短2频台、路率中L。3绝心—对频高稳率扼定为圈度1，0必0对M须调H优制z于，±则2该KH台z频，率否稳则定相度邻应电优台于就2要×发10生-5相。互干扰。
①最大频偏 ②最大相偏 ③信号带宽 ④此信号在单位电阻上的功率 ⑤确定是何种波形
第十章 角度调制与解调
§10.3 调频方法概述
频率调制是对调制信号的频谱进行非线性频率变换，而不是线性搬移， 因此不能简单地使用乘法器和滤波器来实现；而必须利用电抗元件的受 控性（压控、流控）或移相特性来实现，因而构成直接调频（前者）和 间接调频两大类调频实现方法。
幅值为0。
4、 根据展开式，可计算FM波的功率：
因此，调频前后平均功
率没有发生变化，调频使
P F M J 0 2 ( m f) 2 [ J 1 2 ( m f) J 2 2 ( m f) ...] 1 载波总功率向边频分量转
移，重新作了分配。
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
第十章
§10.6 间接调频
角度调制与解调
载波 振荡器
缓冲级
调频波输出 调相器
间接调频的载波振荡器是独立的，故中心频率 的稳定度可以很高。因而广泛用于广播发射机和 电视伴音系统中。
积分器
调制信号
间接调频的关键在于如何实现对载波的调相。
第十章 角度调制与解调
§10.6 间接调频
调相器是一个以LC调谐回路为负载的高频电压放大器，把变容二极管部
对于调相： 调相波：
瞬时频移：
totkpv t
v P ( t ) M V o co o t k p v s t
ptkp
d vt
dt
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
二、调频波和调相波的数学表达式
调频波： 调相波：
vFM (t)V oco s otkf 0 tv td t
v P ( t ) M V o co o t k p v s t
将 v (t)V co (ts) 代入
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质 二、调频波和调相波的数学表达式
vtVoco sotkf Vsi nt
V o co o t s m fs itn调频波
最大频偏：f kfV
载波信号： vo(t)Voco(ts)
瞬时频率： (t)okfv(t)
频 偏： (t)kfv(t)
瞬时相位： (t)0t okfvtdt otkf 0tvtdt
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
二、调频波和调相波的数学表达式
调频波： vFM (t)V oco s otkf 0 tv td t
sin (m fsin t)2 J2n 1(m f)sin (2 n 1 ) t n 1
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
三、调频波和调相波的频谱和频带宽度
FM(t) Vo {J0(mf )cos0t J1(mf )[cos(0 )t cos(0 )t] J2(mf )[cos(0 2)t cos(0 2)t] J3(mf )[cos(0 3)t cos(0 3)t]
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
三、调频波和调相波的频谱和频带宽度
1、在载频分量的左右，有无数对边频分量； 它们与载波频率的间距是调制频率 的整数倍； 奇次倍的边频分量振幅相等、相位相反。振 幅大小由 J 确n ( m定f )。
2、m f 越大，边频分量越多。
3、对某些m f 值，载波分量或边频分量的振
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
调角时，载波的频率或相位是随时变化的。为此，首先需要建立瞬时频 率和瞬时相位的概念。
一、瞬时频率与瞬时相位
v(t)Vmco(ts)
(t)0ttdt0
(t) dt
dt
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
二、调频波和调相波的数学表达式
调制信号： v (t)V co (ts)
先将调制信号进行积分处理，然后用它去控制载波瞬时相位的变 化，从而间接控制载波瞬时频率的变化，叫做间接调频。
设调制信号为 v ( t ) ；
积分后输出信号则为
t 0
v
(t)
dt
；
用
t 0
v
(t
)去 d控t 制载波瞬时相位的变化，得：
(t)kP
t
0v(t)dt
第十章 角度调制与解调
§10.3 调频方法概述
Cj
(vR)
(1V0
Cj0 Vcost)
(1
C0 mcos
t)
VD
m V 1 V0 VD
第十章 角度调制与解调
§10.4 变容二极管调频
二、变容管直接调频电路
C(t)C'C
CC
CC
1CC(1mcost) 1CC
C0
C0
由 C (引t ) 起的振荡频率变化量：
f (t) C(t)
f0
2C
宽带调频： f F 亦即 mf 1
BW2f
窄带调频： m f 1
BW 2F
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
例：
调制信号 u 2 c2 o 1 s 3 t 0 3 c3 o 1 s 3 t0
载波信号 uc5co2s17 0t
第十章 角度调制与解调
§10.1 概述
调频波的主要技术指标：
1.频谱宽度 理论上无限宽，但略去很小的边带分量后，仍为有限宽度，分为宽带调 频与窄带调频，前者用于广播，后者用于通信。
2.寄生调幅 调频波应该是等幅波，但实际上在调频过程及传播过程中，往往会引起 振幅起伏，称为寄生调幅，应越小越好。
3.抗干扰能力 宽带调频抗干扰能力比AM强得多；但在弱信号条件下还不如AM，故 采用窄带调频。
分（或全部）地接入谐振回路中，在调制信号的作用下，调谐回路的谐振 频率就会发生变化 ，(在t 载) 波信号通过时，回路呈现失谐，产生相位偏 移 ，调谐回路的输出信号产生了附加相移 ，从而实现了调相。
第十章 角度调制与解调
§10.1 §10.2 §10.3
概述 调角波的性质 调频方法概述
§10.4 变容二极管调频
§10.5 晶体振荡器直接调频 §10.6 间接调频
§10.8 相位鉴频器
§10.9 比例鉴频器
第十章 角度调制与解调
§10.1 概述
角度调制就是用调制信号去控制载波相角（频率或相位）的变化，使其 频率或相位随调制信号的规律而线性变化；而载波的振幅保持不变。
基本要求：
1.已调波的瞬时频率增量与调制信号成正比例地变化。 2.最大频偏与调制信号的频率无关。 3.已调波的中心频率（即未调制时的载波频率）具有一定的稳定度。
第十章 角度调制与解调
§10.3 调频方法概述
一、直接调频原理
用调制信号直接线性地改变载波振荡器的瞬时频率，叫做直接调频。
用调制信号去控制直接影响载波振荡器瞬时频率的元件值，并从而
V0—变容管反偏直流电压。
当调制信号使变容管的结电 容变化时，晶体的等效电感随 之变化，从而晶体振荡器的振 荡频率受到了调制，实现了直 接调频。
第十章 角度调制与解调
§10.5 晶体振荡器直接调频
T1管为拾音器和音频放大电路， 2.2μH电感为音频通路，高频阻扼。 T2管为皮尔斯晶振，集电极为3倍频选频网络，将载波频率升到 100MHz，同时也将频偏扩大3倍。