8-3 调频信号的产生与解调

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调制解调原理详细介绍

−1000
1
1000
解：已知： Sa(ωCt) ⇔ 已知：
设： f1(t) = f (t)cos1000t
π G2ωC (ω) ωC 1 1 ∴ Sa(2t) ⇔ G4 (ω) = F( jω) π 2
−1001
− 999
0
999
1001
ω
F ( jω) = 1 {F[ j(ω +1000)] + F[ j(ω −1000)] 1 2 = 1 [G4 (ω +1000) + G4 (ω −1000)] 4
解调
已调信号y 已调信号y (t)= f (t)cosω0t )cosω
g(t)
g(t) = y(t) ⋅ s(t) = f (t) ⋅ s2 (t) = f (t) cos2 ω0t = 1 [ f (t) + f (t) cos2ω0t] 2
2
−ωc 0 ωc
y(t)
s (t) = cosω0t
上式中，对于全部t，A选择得足够大，有，其频谱选择得足够大，上式中，对于全部t 为 Y( jω) = Aπ[δ (ω + ω0 ) + δ (ω − ω0 )] + 1 {F[ j(ω +ω0 )] + F[ j(ω −ω0 )]} 2 由上式可见，由上式可见，除了由于载波分量而在处形成两个冲激函数之外，这个频谱与抑制载波的AM的频谱相激函数之外，这个频谱与抑制载波的AM的频谱相同。
AM信号解调的特点 AM信号解调的特点
此信号的频谱通过理想低通滤波器，其截止频此信号的频谱通过理想低通滤波器，幅值为2 率 ωC ≥ B，幅值为2，就可取出 F( jω)，把高频分量滤除，分量滤除，从而恢复原信号 f (t) 。由图可见，由图可见，接收端与发送端的载波信号是同频率同相位的。率同相位的。它要求调制器与解调器的载波信号准确同步。号准确同步。下图是发射载波AM的解调方案的解调方案。下图是发射载波AM的解调方案。

(高频电子线路)第七章频率调制与解调

02
频率调制
定义与原理
定义
频率调制是一种使载波信号的频率随调制信号线性变化的过程。
原理
通过改变振荡器的反馈电容或电感，使其等效谐振频率随调制信号变化，从而得到调频信号。
调频信号的特性
线性关系
调频信号的频率与调制信号成线性关系，即f(t)=f0+m(t)，其中f(t)是瞬时频率， f0是载波频率，m(t)是调制信号。
介绍了多种调频解调的方法，包括相干解调和非相干解调，并比较了它们
的优缺点和应用场景。
调频信号的特性分析
详细分析了调频信号的频率、幅度和相位特性，以及这些特性如何影响信号的传播和接收。
频率调制与解调的应用
讨论了频率调制与解调在通信、雷达、电子战等领域的应用，并给出了具体的应用实例。
未来研究方向与挑战
带宽增加
调频指数
调频指数是调频信号的最大瞬时频率与载波频率之差与调制信号幅度之比的绝对值，表示调频信号的频率变化范围。
调频信号的带宽随着调制信号的增加而增加，因此具有较好的抗干扰性能。
调频电路实现
01
02
03
直接调频电路
通过改变振荡器元件的物理参数实现调频，具有电路简单、调频范围较窄的优点。
调频系统集成化与小型化研究
随着电子技术的进步，未来的研究将更加注重调频系统的集成化和小型化。这涉及到系统架构的设计、电路的优化以及新型材料的应用等多个方面。
调频技术的跨领域应用探索
除了传统的通信和雷达领域，频率调制与解调技术还有望在物联网、无人驾驶、生物医疗等领域发挥重要作用。未来的研究将探索这些新的应用场景，并寻求技术与具体领域的结合点。

信号的调制与解调

us=(Uc+mx)coswct
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机械工程测试技术
x O Uc O
第五章信号的获取与调理
a)调制信号 t
t
b)载波信号
Us
O
t
c)双边带调幅信号
Us=(Uc+mx)coswct
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机械工程测试技术
第五章信号的获取与调理
调幅电路通常用乘法器（包括电桥）或是将电参数直接调制。
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第五章信号的获取与调理
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机械工程测试技术
第五章信号的获取与调理
信号的调频与解调一、调频原理与方法（一）什么是调频？写出调频信号的数学表达式，
画出其波形。调频就是用调制信号x去控制高频载波信号的频率。常用的是线性调频，即让调频信号的频率按调制信号x的线性函数变化。调频信号us的一般表达式可写为： us=Umcos(wc+mx)t
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机械工程测试技术
第五章信号的获取与调理
相敏检波器的工作原理
• 上图就是一个典型的二极管相敏检波电路。变压器A的输入信号为调幅波xm，B的输入信号为载波z，uf为输出。 • 在设计上要求B的二次边输出远大于A的二次边输出。
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机械工程测试技术
调幅波的解调主要有同步解调、整流检波和相敏检波三种方法。
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机械工程测试技术
第五章信号的获取与调理
相敏检波是最常用的方法，不仅能鉴别信号的幅值，还能鉴别信号的相位。

信号调制的基本原理

信号调制的基本原理
信号调制是一种将信息从原始信号转换为适合传输的形式的技术。

它的基本原理可以概括为以下几个步骤：
1. 信息编码：将要传输的信息转换为二进制数字序列，例如 ASCII 码或 Unicode 码。

2. 调制信号生成：使用二进制数字序列生成一个调制信号，该信号可以是模拟信号或数字信号。

3. 信号传输：将调制信号通过传输介质（如电缆、无线电波或光纤）发送到接收端。

4. 信号解调：在接收端，使用解调技术将调制信号转换回原始信息。

在调制过程中，调制信号的特性（如频率、相位或幅度）会根据二进制数字序列的变化而改变。

这种变化可以用来表示信息的不同状态，例如 0 和 1。

在解调过程中，接收端会使用相应的解调技术来识别这些状态，并将其转换回原始信息。

调制技术的选择取决于许多因素，例如传输介质的特性、所需的传输速率、误码率要求等。

常见的调制技术包括幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）和数字调制（例如 QPSK、16-QAM 等）。

总之，信号调制是一种将信息从原始信号转换为适合传输的形式的技术，它涉及信息编码、调制信号生成、信号传输和信号解调等步骤。

调制技术的选择取决于传输介质的特性和所需的传输速率等因素。

调频解调实验

频率调制解调实验李祖明 131180016一、实验目的1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统； 2．掌握用变容二极管调频振荡器实现FM 的方法； 3．理解静态调制特性、动态调制特性概念和测试方法。

4．了解调频波产生和解调的全过程以及整机调试方法，建立起调频系统的初步概念； 5．了解斜率鉴频与相位鉴频器的工作原理；6．熟悉初、次级回路电容、耦合电容对于电容耦合回路相位鉴频器工作的影响。

二．实验内容1．用示波器观察调频器输出波形，考察各种因素对于调频器输出波形的影响； 2．变容二极管调频器静态调制特性测量； 3．变容二极管调频器动态调制特性测量。

4．调频-鉴频过程观察：用示波器观测调频器输入、输出波形，鉴频器输入、输出波形； 5．观察初级回路电容、次级回路电容、耦合电容变化对FM 波解调的影响。

三．实验原理频率调制工作原理: (1)调频及其数学表达式设调制信号为()cos m c u t U t ωΩΩ=Ω，载波信号为()cos c m c u t U t ω=。

调频时，载波高频振荡的瞬时频率随调制信号()u t Ω呈线性变化，其比例系数为f K ，即()()()c f c t K u t t ωωωωΩ=+=+∆，式中，c ω是载波角频率，也是调频信号的中心角频率。

()t ω∆是由调制信号()u t Ω所引起的角频率偏移，称频偏或频移。

()t ω∆与()u t Ω成正比，()()f t K u t ωΩ∆=。

()t ω∆的最大值称为最大频偏，用ω∆表示：max max ()()f t K u t ωωΩ∆=∆=单音频调制时，对于调频信号，它的()t ω为()cos cos c f m c t K U t t ωωωωΩ=+Ω=+∆Ω由此就得到调频信号的数学表达式，即有()cos (cos )cos(sin )m c m c u t U t dt U t t ωωωϕωϕ∆⎡⎤=+∆Ω+=+Ω+⎣⎦Ω⎰假定初相角0ϕ=，则得()cos(sin )m c u t U t t ωω∆=+ΩΩ式中，ω∆Ω叫调频波的调制指数，以符号f m 表示，即 f m ω∆=Ω它是最大频偏ω∆与调制信号角频率Ω之比。

频率调制与解调

连续波雷达
通过连续发射载波信号并调制频率，实现目标的测距和定位。
雷达测距与定位的优点
高精度、远距离、实时性强。
05 频率调制与解调的优缺点
优点
抗干扰能力强
频率调制技术通过改变信号的频率来传输信息，能够有效抵抗各种干扰，如噪声和多径干扰，从而提高信号的传输质量和可靠性。
频带利用率高
频率调制技术可以在有限的频带内传输更多的信息，提高了频谱利用率。
卫星通信
1 2
卫星电视信号传输
通过将视频和音频信号调制到高频载波上，实现卫星电视信号的传输。
卫星电话通信
利用频率调制技术，实现远距离的语音通信。
3
卫星导航定位
通过频率调制技术，实现高精度的定位和导航服务。
雷达测距与定位
脉冲雷达
利用频率调制技术，发射脉冲信号并接收反射回来的信号，通过测量信号往返时间来计算目标距离。
动态频谱管理
利用智能化的动态频谱管理技术，实现频谱资源的灵活分配和高效利用。
新技术的应用与展望
人工智能与机器学习
利用人工智能和机器学习技术对调频信号进行智能分析和优化，提高信号处理效率和可靠性。
物联网与5G通信
结合物联网和5G通信技术，实现大规模、高密度、低延迟的调频信号传输和处理。
软件定义无线电
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调频信号的解调方法有多种，包括相干解调、非相干解调等。相干解调需要使用到载波信号的相位信息，
而非相干解调则不需要。
04
频率调制的基本原理是将输入信号控制载波的频率变化，从而实现信息的传输。解调则是通过检测载波的频率变化来还原出原始信息。
对实际应用的指导意义
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频率调制与解调实验报告

频率调制与解调实验报告1．熟悉LM566单片集成电路的组成和应用。

2．掌握用LM566单片集成电路实现频率调制的原理和方法。

3．了解调频方波、调频三角波的基本概念。

4．掌握用LM565单片集成电路实现频率解调的原理，并熟悉其方法。

5．了解正弦波调制的调频方波的解调方法。

6．了解方波调制的调频方波的解调方法。

二、实验准备1．做本实验时应具备的知识点：• LM566单片集成压控振荡器• LM566组成的频率调制器工作原理• LM565单片集成锁相环• LM565组成的频率解调器工作原理2．做本实验时所用到的仪器：•万用表•双踪示波器• AS1637函数信号发生器•低频函数发生器（用作调制信号源）•实验板5（集成电路组成的频率调制器单元）三、实验内容1．定时元件RT 、CT对LM566集成电路调频器工作的影响。

2．输入调制信号为直流时的调频方波、调频三角波观测。

3．输入调制信号为正弦波时的调频方波、调频三角波观测4．输入调制信号为方波时的调频方波、调频三角波观测。

5．无输入信号时（自激振荡产生）的输出方波观测。

6．正弦波调制的调频方波的解调。

7．方波调制的调频方波的解调。

四、实验步骤1．实验准备⑴在箱体右下方插上实验板5。

接通实验箱上电源开关，此时箱体上±12V、±5V电源指示灯点亮。

⑵把实验板5上集成电路组成的频率调制器单元右上方的电源开关（K5）拨到ON位置，就接通了 5V电源（相应指示灯亮），即可开始实验。

2．观察RT 、CT对频率的影响（RT= R3+Wl、CT=C1）⑴实验准备① K4置ON位置，从而C1连接到566的管脚⑦上；②开关K3接通，K1、K2断开，从而W2和C2连接到566的管脚⑤上；③调W2使V5=3.5V（用万用表监测开关K3下面的测试点）；④将OUT1端接至AS1637函数信号发生器的INPUT COUNTER来测频率。

⑵改变W1并观察输出方波信号频率，记录当W1为最小、最大（相应地RT为最小、最大）时的输出频率，并与理论计算值进行比较，给定：R3=3kΩ，W1=1kΩ，C1=2200pF。

调频解调电路工作原理

调频解调电路工作原理
调频解调电路工作原理：
调频解调电路是一种用于将调频信号还原为原来的频率信号的电路。

其工作原理基于调频信号的特点，即频率会随着信号中的信息内容而变化。

调频信号可以表示为：fm(t) = Ac * cos(2π * (fc + kf * m(t)) * t)，其中fm(t)为调频信号，Ac为载波幅度，fc为载波频率，kf为
调制系数，m(t)为调制信号。

调频解调电路主要包括两个部分：解调器和滤波器。

解调器的作用是提取调频信号中的调制信号，一般采用频率鉴频器或相干解调器来完成。

频率鉴频器通过与载波频率同步，将调频信号的频率变化转换为振幅变化，然后通过一个包络检波器来提取调制信号。

相干解调器则通过与载波信号相干检波的方式，将调频信号还原为基带信号。

滤波器的作用是去除解调过程中产生的干扰，保留所需的调制信号。

解调过程中可能会引入一些高频噪声或者其他信号，需要使用滤波器将它们滤除，只保留所需的调制信号。

通过解调器和滤波器的协同工作，调频解调电路可以将调频信号还原为原来的频率信号，从而实现对调频信号的解调。

调频收音机的工作原理

调频收音机的工作原理
调频收音机是一种常见的电子设备，其工作原理主要涉及到以下几个方面：
一、调频信号的产生
调频信号是指由电台发射的调制信号，也就是广播信号。

其产生的过程是将音频信号通过调制器以一定的频率变化（即调制）后，与高频载波信号混合起来形成调制信号，然后经过天线发射出去。

二、接收机主要组成部分
1. 天线：用于接收电磁波，将电磁信号转化为电信号。

2. 预放器：用于增强接收到的微弱信号，提高信号的信噪比。

3. 中频放大器：将高频信号转化为中频信号，同时对信号进行放大。

4. 检波器：用于检测和分离调制信号和载波信号，将其转化为音频信号。

5. 音频放大器：用于对音频信号进行放大，使其可以驱动扬声器发出
声音。

三、接收机工作流程
1. 天线接收调频信号，将其转化为微弱的电信号，经过预放器增强后送入中频放大器。

2. 中频放大器将信号转化为中频信号，同时对信号进行放大。

3. 中频信号经过解调过程，将调制信号和高频信号分离，得到原始音频信号。

4. 原始音频信号经过音频放大器进行放大，驱动喇叭发出声音，完成广播接收。

四、调频收音机的优点
1. 模拟调频信号具有高保真度，音质优良，可同时传输音乐和语言等多种信息，获得了广泛的应用。

2. 调频收音机使用方便，无需接受设备和复杂的电线连接。

3. 收音机信号稳定，不易受到干扰和突发信号的干扰。

4. 收音机具有局限性较小的传播范围，可以实现地域性的广播覆盖。

第7章频率调制与解调

2024/8/8
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间接调频中的调相方法： (1) 矢量合成法：针对窄带调相。
uPM (t) Uc cos(ct mp cost)
Uc cosct cos(mp cost) Uc sinct sin(mp cost) 当m p π/12时：uPM (t) U c cosct U cmp cost sin ct
本章的重点是调频和鉴频。
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1
1、调频信号的时域分析
调制信号： u U cost；载波信号：uc Uc cosct；瞬时频率： (t) c (t) c k fU cost c m cost
k f :比例常数 (调制灵敏度 ); m k fU : 峰值角频偏。
调频信号瞬时相位： (t )
变容二极管调频器：用调制信号去控制振荡器的变容二极管的结电容，是最常用的调频方法，本章要重点讲这种调频电路。
电抗管调频：用电子管、晶体管或场效应管作为振荡器的等效可控电抗，在调制信号控制下实现调频，目前这种调频方法已很少使用。
(2) 间接法：对调制信号先积分，再调相可以实现调频。
间接法的关键是如何调相，调相方法包括：矢量合成法、可变移相法和可变延时法。
J
2 n
(mf
)
n
Uc2 2RL
Pc ,
J
2 n
(mf
)
1
n
说明：调频波的平均功率和未调载波的平均功率相等。因此调
频器可以理解为功率分配器，它的功能是将载波功率分配给每
个边频分量，而分配的原则与调频指数mf有关。
4、调频波和调相波的比较
调制信号：u U cost 载波信号：uc Uc cosct
Δfm＝75kHz，Fmax=15kHz，Bs=180kHz>>2Fmax=30kHz。适用频段：由于FM信号的带宽较宽，因此FM只用于超短波和频率更高的波段。

第六章习题

一、选择题（易）1 调频信号的频偏量与。

（）A ．调制信号的频率有关B ．调制信号的振幅有关C ．调制信号的相位有关答案：B（中）2 调相信号的最大相移量与。

（）A ．调制信号的频率有关B ．调制信号的振幅成正比C ．调制信号的相位有关答案：B（中）3 调频信号必须工作在。

（）A ．中波波段B ．短波波段C ．超短波波段答案：C（易）4 调频信号解调是。

（）A ．用检波器B ．先检波后鉴频C ．先鉴频后检波答案：C（中）5 对分频器描述正确的是。

（）A ．分频器是振荡器的一种，为了实现分频，工作状态应当是非常不稳定的B ．分频器是振荡器的一种，为了实现分频，工作状态应当是非常稳定的C ．都不对答案：C（中）6 下面的说法是正确的。

（）A ．PM 波的相位随u Ω而变，但频率不变化B ．FM 波的相位随u Ω而变，但频率不变化C ．PM 波与FM 波的频率都变化，但变化规律不相同答案：C（易）7 调频波的灵敏度为。

（）A ．ωΩ B ．U ωΩC ．ω 答案：B（中）8 若载波c cm c =cos u U t ω，调制信号=cos u U t ΩΩΩ，则FM 波的最大ω = 。

（）A ．f m ΩB ．f k U ΩC ．f k U ΩΩ 答案：A（中）9 若载波c cm c =cos u U t ω，调制信号=cos u U t ΩΩΩ，则FM 波的表达式为。

（）A ．()cos(sin )FM cm c f u t U t m t ω=+ΩB ．()cos(-sin )FM cm c f u t U t m t ω=ΩC ．()cos(-cos )FM cm c f u t U t m t ω=Ω 答案：C（中）10 若载波c cm c =cos u U t ω，调制信号=cos u U t ΩΩΩ，则PM 波的表达式为。

（）A ．()cos(sin )PM cm c P u t U t m t ω=+ΩB ．p ()cos(-sin )PM cm c u t U t m t ω=ΩC ．p ()cos(-cos )PM cm c u t U t m t ω=Ω 答案：A（中）11 若调频发射机和调幅发射机采用同一型号的功放管，则调频机的实际输出功率比调幅机的实际输出功率。

通信原理实验13 模拟调制解调实验(FM)

实验十三模拟调制解调实验（FM）实验内容1.模拟调制(FM)实验2.模拟解调(FM)实验一、实验目的1.掌握变容二极管调频电路的工作原理及调频调制特性及其测量方法。

2.熟悉相位鉴频器的基本工作原理。

3.了解鉴频特性曲线（S曲线）的正确调整方法。

二、实验电路工作原理(一)模拟调制实验1.变容二极管工作原理调频即为载波的瞬时频率受调制信号的控制。

其频率的变化量与调制信号成线性关系。

常用变容二极管实现调频。

变容二极管调频电路如图8-1所示。

从J2处加入调制信号，使变容二极管的瞬时反向偏置电压在静态反向偏置电压的基础上按调制信号的规律变化，从而使振荡频率也随调制电压的规律变化，此时从J1处输出为调频波（FM）。

C15为变容二级管的高频通路，L1为音频信号提供低频通路，L1和C23又可阻止高频振荡进入调制信号源。

图8-1 变容二极管调频f因为LCf π21=，所以电容小时，振荡频率高，而电容大时，振荡频率低。

从图（a ）中可以看到，由于C-u 曲线的非线性，虽然调制电压是一个简谐波，但电容随时间的变化是非简谐波形，但是由于LCf π21=，f 和C 的关系也是非线性。

不难看出，C-u 和f-C的非线性关系起着抵消作用，即得到f-u 的关系趋于线性（见图（c ））。

2. 变容二极管调频器获得线性调制的条件设回路电感为L ，回路的电容是变容二极管的电容C （暂时不考虑杂散电容及其它与变容二极管相串联或并联电容的影响），则振荡频率为LCf π21=。

为了获得线性调制，频率振荡应该与调制电压成线性关系，用数学表示为Au f =，式中A 是一个常数。

由以上二式可得LCAu π21=，将上式两边平方并移项可得2222)2(1-==Bu u LA C π，这即是变容二极管调频器获得线性调制的条件。

这就是说，当电容C 与电压u 的平方成反比时，振荡频率就与调制电压成正比。

3. 调频灵敏度调频灵敏度f S 定义为每单位调制电压所产生的频偏。

调频工作原理

调频工作原理
调频（Frequency Modulation，简称FM）是一种调制方式，通
过改变载波信号的频率，来传输音频或其他信息。

调频工作原理是基于改变载波频率的信号特性。

在调频通信中，音频信号被称为基带信号，而调制后的信号则是载波信号和基带信号的组合。

调频的关键是将基带信号的频率变化转化为载波信号的频率变化。

调频的过程分为两个步骤：调制和解调。

调制是将基带信号的频率变化转换为载波信号的频率变化。

在调制过程中，基带信号经过一个称为调制器的电路，与载波信号进行组合。

基带信号的不同频率对应着不同的载波频率，这样就完成了调制过程。

解调是将调制后的信号还原为原始的基带信号。

解调器是用于解调信号的电路。

在解调过程中，通过检测载波信号的频率变化，将其转换为基带信号的频率变化。

调频具有抗干扰能力强、信噪比高等优点，因此在广播、电视、无线通信等领域被广泛应用。

调频的工作原理就是利用调制器将基带信号的频率变化转换为载波信号的频率变化，并通过解调器将调制后的信号还原为原始的基带信号。

这样通过调频技术，可以更好地传输音频和其他信息，提供更清晰、稳定的通信质量。

1、调频波的调制与解调

实验一、调频波的调制与解调一、实验内容1．调频波的调制2．调频波的解调二、实验目的和要求1．熟悉MATLAB系统的基本使用方法2．掌握调制原理和调频波的调制方法3．掌握解调原理和调频波的解调方法三、预习要求1．熟悉有关调频的调制和解调原理2．熟悉鉴频器解调的方法并了解锁相环解调四、实验设备〔软、硬件〕1．MATLAB软件通信工具箱,SIMULINK2．电脑五、实验注意事项通信仿真的过程可以分为仿真建模、实验和分析三个步骤.应该注意的是,通信系统仿真是循环往复的发展过程.也就是说,其中的三个步骤需要往复的执行几次之后,以仿真结果的成功与否判断仿真的结束.六、实验原理1调频波的调制方法1.1 调制信号的产生产生调频信号有两种方法,直接调频法和间接调频法.间接调频法就是可以通过调相间接实现调频的方法.但电路较复杂,频移小,且寄生调幅较大,通常需多次倍频使频移增加.对调频器的基本要求是调频频移大,调频特性好,寄生调幅小.所以本实验中所用的方法为直接调频法.通过一振荡器,使它的振荡频率随输f的正弦波；当输入基带入电压变化.当输入电压为零时,振荡器产生一频率为信号的电压变化时,该振荡频率也作相应的变化.1.2 调频波的调制原理与表达式此振荡器可通过VCO〔压控振荡器〕来实现.压控振荡器是一个电压——频率转化装置,振荡频率随输入控制电压线性变化.在实际应用中有限的线性控制范围体现了压控的控制特性.同时,压控振荡器的输出反馈在鉴相器上,而鉴相器反应的是相位不是频率,而这是压控相位和角频率积分关系固有的,所以需要压控的积分作用,压控输出信号的频率随输入信号幅度的变化而变化,确切的说输出信号频率域输入信号幅度成正比,若输入信号幅度大于零,输出信号频率高于中心频率；若小于零,则输出信号频率低于中心频率.从而产生所需的调频信号.利用压控振荡器作为调频器产生调频信号,模型框图如图1所示：图1 利用压控振荡器作为调制器在本章的调频仿真中,用到的调制信号为单音正弦波信号.因此,这里讨论调制信号为单频余弦波的情况.在连续波的调制中,调制载波的表达式为()cos()C C t A t ωφ=+ (1)如果幅度不变,起始相位为零时,而瞬时角频率时调制信号的线性函数,则这种调制方式为频率调制.此时瞬时角频率偏移为()FM K f t ω∆= (2)瞬时角频率为()C FM K f t ωω=+ (3)其中()f t 为调制信号,FM K 为频偏常数.由于瞬时角频率与瞬时相位之间互为微分或积分关系,即()()C FM d t K f t dtφωω==+...........................〔4〕 ()()C FM t dt t K f t dt φωω==+⎰⎰ (5)故调频信号可表达为()cos[()]FM C FM S t A t K f t dt ω=+⎰ (6)在本章的调频仿真中,用到的调制信号为单音正弦波信号.因此,这里讨论调制信号为单频余弦波的情况.调制信号为()cos m m f t A t ω= (7)如果进行频率调制,则由公式〔6〕可得调频信号表达式为〔8〕调制指数………………………………〔9〕其中、取具体数值：采样频率fs=10000Hz振荡器的振荡频率〔即调频波的调制信号的频率〕实验要求800Hz ——17KHz初始相位信号灵敏度Kc=0.12 调频波的解调原理和解调方法解调主要方法：调频收音机的核心部件是调频解调器,其中调频解调器有三种：普通鉴频器、调频负反馈解调器和利用锁相环的调频解调器.2.1普通鉴频器的原理图2 普通鉴频器原理框图普通鉴频器是先将调频信号变换为调幅调频信号,使该调幅调频信号幅度与调频信号的瞬时频率成比例,然后再利用调幅解调器提取其包络,恢复出原基带信号.2.2调频负反馈解调器原理图3 调频负反馈解调框图在调频解调器中引入负反馈,使得加于鉴频器输入端的调频信号的调制指数很小,这样使得鉴频器前的带通滤波器的带宽是窄的,它对抑制鉴频前的加性噪声有益处.带通滤波器输出的调频信号,其调制指数远远小于接收输入调频信号的调制指数,因此带通滤波器输出的调频信号是窄带调频信号,所以调频负反馈接收机的带通滤波器与鉴频器的带宽均是窄带,低通滤波器的限制于基带信号的带宽,输出即是所需的原基带信号.调频负反馈解调器可降低门限信噪比大约3dB.2.3利用锁相环作调频解调器原理]sin cos[)(S ϕωω++=t A K t A t m m FM c FM c fmK 2K π=c f πω2c =0=ϕ图4 利用锁相环作调频解调器锁相环解调器一种低门限的解调电路,与调频负反馈不同之处在于该锁相环在锁定时,VCO 输出的调频信号与接收输入的调频信号是同频且几乎是同相的,两者的相位差甚小.环路滤波器频率相应的带宽与基带信号的带宽相同,因而对在环路滤波器输出端的噪声也进行了限带,而VCO 的输出是宽带调频信号,它的瞬时频率跟随接收频率信号的瞬时频率而变.2.4 利用锁相环解调器解调调频信号原理：在锁相环中,PFD 鉴相器检测参考信号与反馈信号之间的误差信号,是一个具有抽样性质的电路.当PFD 〔鉴相器〕检测到两个信号均有一次下降沿是,PFD 〔鉴相器〕输出一次相位误差,随后相位误差被送到低通滤波器,低通滤波器滤除其中的高频信号,计算出控制信号送入压控震荡器,压控根据控制信号输出合成信号,在反馈给PFD 〔鉴相器〕,与参考信号比较相位误差.相位误差输出一次,锁相环状态改变一次,同理不输出相位误差,则锁相环信号均不改变.其中调频负反馈以与锁相环解调器与普通鉴频器相比,它们的主要优点是可以扩展门限、降低门限信噪比,是低门限解调电路.所以首选调频负反馈以与锁相环解调器作为普通鉴频器的升级版.就本实验而言以锁相环解调器为核心器件.非相干解调器由限幅器、鉴频器和低通滤波器等组成,其方框图如图2-3所示.限幅器输入为已调频信号和噪声,限幅器是为了消除接收信号在幅度上可能出现的畸变；带通滤波器的作用是用来限制带外噪声,使调频信号顺利通过.鉴频器中的微分器把调频信号变成调幅调频波,然后由包络检波器检出包络,最后通过低通滤波器取出调制信号.设输入调频信号为： (10)〔一〕微分器的作用是把调频信号变成调幅调频波.微分器输出为 (11)))(cos()()(S ττωd m K t A t S t tf c FM t ⎰∞-+==dt t dS dt t dS t FM i d )()()(S ==))(sin()]([ττωωd m K t t K tf c fm c ⎰∞-++-=〔二〕包络检波的作用是从输出信号的幅度变化中检出调制信号.包络检波器输出为： (12)K d称为鉴频灵敏度〔V/Hz〕,是已调信号单位频偏对应的调制信号的幅度,经低通滤波器后加隔直流电容,隔除无用的直流,得: (13)连续傅里叶变换是一个特殊的把一组函数映射为另一组函数的线性算子.傅里叶变换就是把一个函数分解为组成该函数的连续频率谱.在数学分析中,信号f<t>的傅里叶变换被认为是处在频域中的信号.离散傅里叶变换的一种快速算法,简称FFT.为了节省电脑的计算时间,实现数字信号的实时处理,减少离散傅里叶变换〔DFT〕的计算量.七、实验步骤1 调频波调制Matlab仿真模拟第一步,设计原理框图:第二步,首先需要对调制信号进行积分,然后将积分过后的信号对载频信号进行调相,输出得到调频信号.第三步,具体操作：<1>通过sine wave模块〔正弦信号源〕输入幅度为5,角频率为200*pi rad/s,周期为200Hz,初始相位为90度以满足输出为单频余弦信号；<2>后跟着积分器integrator模块；作为调相的输入.<3>同时在两侧高频载波由正弦与余弦cos<2*pi*u>,sin<2*pi*u>产生,然后乘上高频载波,得到了两路载波,相乘后利用积化和差原理得到调频信号.第四步,SIMULINK模型的连接与参数配置)()]([)(S tKKKtKKt fmdcdfmcdo+=+=ωω)()(m0tKKt fmd=图6第四步,具体参数设置如下：图7 Sine wave 单频余弦信号源的参数图8 Sine wave1单频余弦信号源的参数配置图9 Sine wave2单频正弦信号源的参数配置2、解调设计的步骤与参数要求第一步,设计原理框图非相干解调器有限幅器、鉴频器和低通滤波器组成,（1）原信号的幅度为5,所以限幅器saturation 模块参数设置上下限为5,是为了消除接受信号在幅度上可能出现的畸变；（2）带通滤波器Analog Filter Design 模块截止频率为语音信号的两倍即800Hz-10000Hz,换算为角频率为2pi*f 是用来限制带外噪声.（3）鉴频器包括微分器Derivative 和包络检波器,其中的微分器把调频信号变成调幅调频波.（4）然后又通过包络检波器检出包络,包络检波器包括限幅器上下限为2和低通截止频率为300Hz,再换算成角频率填入参数（5）最后通过带通滤波器取50-150Hz,取出调制的源信号.解调的主要过程就是：非相干解调器由限幅器、鉴频器和低通滤波器组成.已调信号首先经过限幅器1,通过带通滤波器1,经包络检波器<即限幅器和低通滤波器组成>检出包络,经过带通滤波器得到解调出的信号.第二步,simulink模块的连接与参数设置图12 第一个限幅器的参数配置图13第一个带通滤波器的参数配置图14 包络检波器中的限幅器的参数配置图15 包络检波器中的低通滤波器参数配置图16 带通滤波器的参数配置调频波的仿真构建与结果分析两个仿真模块连接起来就成了调频波的调制与解调,见下图：图17 调频波的调制与解调simulink模块图18 各项仿真结果1.输入的余弦信号2.调频波3.解调后的信号图18〔2〕仿真结果1.输入的余弦信号2.调频波3.解调后的信号上面两幅图第一个调制波失真较为严重,恢复的较为理想,在积分器后插入示波器,未失真,那么是调相时的失真.第二幅图是更改了调相的两个正余弦高频载波的频率,可能是带通滤波器的参数设置超出了恢复信号的频率范围造成的,第二幅图符合解调的结果 .调频波的调制解调系统仿真分析：在此次仿真过程中,依照原有的通信Fm调频信号的调制解调原理,通过对相关模块参数的配置,经过间接调频,中心频率较为稳定,但是实现有点复杂,可能参数还是不够细腻,得到的调频波仍有一定的失真,但经过非相干解调还是能够很好地恢复,在其间不免有过很多次的更改参数,甚至有过想删除模块的冲动,但还是克服了很多的错误与不足,最后得到了比较理想的结果.八、实验报告要求1、结合实验要求,写明实验所需模块、实验原理、实验内容、画出仿真图以与步骤.2、分析实验结果.分析调频收音机输入输出信号的变化.3、通过调节不同的参数观察输出波形的变化.九、参考资料1、《通信原理教程》秦静主编中国人民公安大学 2014年9月出版2、《基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用》薛定宇,陈阳泉著清华大学 2011年出版十、思考题1、观测并分析调频波的频谱特点？2、调频波的时域波形与调幅波的时域波形有什么异同？。

第8章光学信号的调制和解调

34
1. 纵向电光调制
将出射光强与入射光强相比，得：
怎么来的？
3 3 n x n y 2 n0 63 E z L 2 n0 63 V
V
2
V 3 2n0 63
33
1. 纵向电光调制
V 1 T sin ( ) [1 cos V 2V 2
第8章光学信号的调制
8.1 光信号调制的概述 8.2 光信号调制的基本原理 8.3 光信号调制的基本方法 8.4 调制信号的解调
8.1 光信号调制的概述
光波是信息的载体，通常称为光载波。 1. 载波的特征参数？ 2. 调制：一次调制和二次调制
3. 二次调制的意义
1.光载波的特征参数
－－人眼和探测器起作用的是光波的电场强度
8.3.1 光信号强度的调制 8.3.2 光信号相位的调制
8.3.3 光信号频率的调制
8.3.4 光信号偏振的调制
8.3.1 光信号强度的调制
可实现强度调制典型的方法
1. 辐射源调制
2. 机电调制 3. 光电子调制
需要掌握
1.辐射源调制
--改变输入电流来实现光强度的调制 1)半导体激光器调制－－调制频率40GHz
E (t ) E sin[0 t m f sin( t )]
调制指数m 对调频波形的影响
启动虚拟仪器 LabVIEW8.6仿真信号
E (t ) E sin[0 t m f sin( t )]
调频波的频谱由载频ω0和无数对边频(ω0 ±nΩ)组成调频波的另一特征：调频波有效带宽随调制信号振幅增大而变宽，但与调制信号的频率基本无关根据对信号失真要求的不同，调频波有效频宽不同，一般取

实验六和七（调频及解调）

实验六和七（调频及解调）实验六变容⼆极管调频器⼀、实验⽬的1．通过实验进⼀步掌握调频原理。

2．了解变容⼆极管调频器电路原理及电路中元器件的作⽤。

3．了解调频器调制特性及测量⽅法。

4．观察寄⽣调幅现象，了解其产⽣原因及消除⽅法.5．进⼀步掌握利⽤调制度测量仪测量频偏的技术。

⼆、预习内容1．复习频率调制的原理2．复习变容⼆极管的⾮线性特性，及变容⼆极管调频振荡器调制特性。

3．复习⾓度调制的原理和变容⼆极管调频电路有关资料。

4．复习调制度测量仪测量频偏的技术。

三、实验原理频率调制和相位调制是被⼴泛采⽤的两种基本调制⽅式。

其中，频率调制（Frequency Modulation）简称调频，它是使载波信号的频率按调制信号规律变化的⼀种调制⽅式；相位调制（Phase Modulation）简称调相，它是使载波信号的相位按调制信号的规律变化的⼀种调制⽅式。

两种调制⽅式都表现为载波信号的瞬时相位受到调变，故统称为⾓度调制（Angle Modulation），简称调⾓。

调⾓波包含调频波和调相波，它们都是等幅的⾼频振荡，要传送的信息分别反映在⾼频振荡的频率和相位变化上。

要从调⾓波中解调出原调制信号，必须采⽤频率检波器和相位检波器。

从调频中检出随⾓频率变化的调制信号的过程称为频率检波，简称鉴频。

从调相波中检出随相位变化的调制信号的过程称为相位检波，简称鉴相。

1．频率调制的基本原理：设⾼频载波为u c =U cm cosωc t,调制信号为U Ω(t),则调频信号的瞬时⾓频率瞬时相位Ω+==tf c t dtt u k t dt t t 0)()()(ωωφ)()(t u k t f c Ω+=ωω调频信号其中k f 为⽐例系数。

上式表明,调频信号的振幅恒定,瞬时⾓频率是在固定的载频上叠加⼀个与调制信号电压成正⽐的⾓频率偏移(简称⾓频偏)Δω(t)=k f u Ω(t),瞬时相位是在随时间变化的载波相位φc (t)=ωc t 上叠加了⼀个与调制电压积分成正⽐的相位偏移(简称相偏)Δφ(t)=k f ∫t 0u Ω(t)dt。