角调制与解调
合集下载
第七章角度调制与解调要点
第7章 角度调制与解调
角度调制：载波信号的瞬时相位按调制信号规律变化， 而幅度保持不变。简称调角。 频率调制（FM） 相位调制（PM） 1.调频（FM）：载信号的频率变化量与调制信号成正比。
（振幅保持恒定）
调频信号的解调称为鉴频或频率检波。
2.调相（PM）：载波信号的相位变化量与调制信号成正比。 （振幅保持不变） 调相信号的解调称为鉴相或相位检波。
2.FM波频谱的特点：
1.FM 为非线性调制：单音调制时，产生无数对边频(c n). 各频率分量的幅度随m f 变化，见图7.4。 2.m f 相同时，二者频谱包络的形状相同。 随着m f 的增大，FM 波的边频分量增多， 情况a的频谱要展宽，情况b的频谱不会展宽。 3.n为偶数时，上下边频分量的振幅相同，极性相同； n为奇数时，上下边频分量的振幅相同，极性相反； 4.m f 较小时(<0.5)，由J n曲线（图7.3）可知： J1 ( J 2 、 J 3 、...)， 此时可认为FM 波只由c 和c 构成，其他边频成分幅度相对 可忽略，称为窄带调频（NBFM）。
二、FM波的频谱（频域分析） 1.FM波的级数展开式 jm sin t uFM (t ) U c cos(ct m f sin t ) Re[U c e jct e f ]
其中e
Jn (mf) 1 .0 0 .8 0 .6 0 .4 0 .2 0 －0 .2 －0 .4 0 1 2 3 4 5 6 J0 J1 J2 J3 J4
mf＝ 1
mf＝ 1
c
mf＝ 2
c
mf＝ 2
c
mf＝ 5
c
mf＝ 5
c
角度调制：载波信号的瞬时相位按调制信号规律变化， 而幅度保持不变。简称调角。 频率调制（FM） 相位调制（PM） 1.调频（FM）：载信号的频率变化量与调制信号成正比。
（振幅保持恒定）
调频信号的解调称为鉴频或频率检波。
2.调相（PM）：载波信号的相位变化量与调制信号成正比。 （振幅保持不变） 调相信号的解调称为鉴相或相位检波。
2.FM波频谱的特点：
1.FM 为非线性调制：单音调制时，产生无数对边频(c n). 各频率分量的幅度随m f 变化，见图7.4。 2.m f 相同时，二者频谱包络的形状相同。 随着m f 的增大，FM 波的边频分量增多， 情况a的频谱要展宽，情况b的频谱不会展宽。 3.n为偶数时，上下边频分量的振幅相同，极性相同； n为奇数时，上下边频分量的振幅相同，极性相反； 4.m f 较小时(<0.5)，由J n曲线（图7.3）可知： J1 ( J 2 、 J 3 、...)， 此时可认为FM 波只由c 和c 构成，其他边频成分幅度相对 可忽略，称为窄带调频（NBFM）。
二、FM波的频谱（频域分析） 1.FM波的级数展开式 jm sin t uFM (t ) U c cos(ct m f sin t ) Re[U c e jct e f ]
其中e
Jn (mf) 1 .0 0 .8 0 .6 0 .4 0 .2 0 －0 .2 －0 .4 0 1 2 3 4 5 6 J0 J1 J2 J3 J4
mf＝ 1
mf＝ 1
c
mf＝ 2
c
mf＝ 2
c
mf＝ 5
c
mf＝ 5
c
高频第5章角度调制与解调
相位检波型相位鉴频器(三)
第八节：鉴频电路
相位检波器(鉴相器)(一)
由模拟相乘器加低通滤波器构成
根据模拟相乘器输入波形不同，相位检波器的线性(指输出电压大小和两个输入电压之间相位差的关系)范围也不同
设两个输入为：
则乘法器的输出为：
经低通滤波器滤出高频分量后：
故在 附近， 和 有近似线性 关系
采用间接调频时，受到非线性限制的不是相对频偏，也不是绝对频偏，而是最大相移，即调相系数
3
扩展线性频偏的方法：间接调频
频率解调的基本原理和方法
第七节：频率解调的基本原理和方法
调频-调幅变换法
调频-调相变换法
脉冲计数法
利用锁相环电路进行鉴频
本章介绍前三种方法，第四种方法将在下一章介绍
单失谐回路斜率鉴频器：原理(一)
单谐振回路的通用谐振曲线
定义鉴频灵敏度：
则推导可得：
单失谐回路斜率鉴频器：鉴频特性分析(一)
单失谐回路斜率鉴频器：鉴频特性分析(二) 第八节：鉴频电路 故鉴频灵敏度： 随输入调频波的幅度增大而增大 随器件工作点的提高而有所增大 随工作频率的升高而降低 正比于右式中各分子项 将 对 求导数，可得 时，有最大鉴频灵敏度： 因此，如果将调频信号的中心频率选在 处，则在频偏不大时，可以得到较为对称的调频-调幅变换
双失谐回路斜率鉴频器：原理(一)
第八节：鉴频电路 双失谐回路斜率鉴频器由两个单失谐回路斜率鉴频器连接而成 设上下两组谐振回路分别调谐于 并对称处于调频波的载频两边，且：
双失谐回路斜率鉴频器：原理(二)
鉴频电路 注意：只有从A，B两点间取出鉴频电压才是失真较小的对称波形。单独任一点对地的波形都是失真比较大的不对称波形
：调频波的调频系数，其物理意义是调频波的最大附加相移
第八节：鉴频电路
相位检波器(鉴相器)(一)
由模拟相乘器加低通滤波器构成
根据模拟相乘器输入波形不同，相位检波器的线性(指输出电压大小和两个输入电压之间相位差的关系)范围也不同
设两个输入为：
则乘法器的输出为：
经低通滤波器滤出高频分量后：
故在 附近， 和 有近似线性 关系
采用间接调频时，受到非线性限制的不是相对频偏，也不是绝对频偏，而是最大相移，即调相系数
3
扩展线性频偏的方法：间接调频
频率解调的基本原理和方法
第七节：频率解调的基本原理和方法
调频-调幅变换法
调频-调相变换法
脉冲计数法
利用锁相环电路进行鉴频
本章介绍前三种方法，第四种方法将在下一章介绍
单失谐回路斜率鉴频器：原理(一)
单谐振回路的通用谐振曲线
定义鉴频灵敏度：
则推导可得：
单失谐回路斜率鉴频器：鉴频特性分析(一)
单失谐回路斜率鉴频器：鉴频特性分析(二) 第八节：鉴频电路 故鉴频灵敏度： 随输入调频波的幅度增大而增大 随器件工作点的提高而有所增大 随工作频率的升高而降低 正比于右式中各分子项 将 对 求导数，可得 时，有最大鉴频灵敏度： 因此，如果将调频信号的中心频率选在 处，则在频偏不大时，可以得到较为对称的调频-调幅变换
双失谐回路斜率鉴频器：原理(一)
第八节：鉴频电路 双失谐回路斜率鉴频器由两个单失谐回路斜率鉴频器连接而成 设上下两组谐振回路分别调谐于 并对称处于调频波的载频两边，且：
双失谐回路斜率鉴频器：原理(二)
鉴频电路 注意：只有从A，B两点间取出鉴频电压才是失真较小的对称波形。单独任一点对地的波形都是失真比较大的不对称波形
：调频波的调频系数，其物理意义是调频波的最大附加相移
第5章_角度调制与解调(1)
：
双失谐回路斜率鉴频器：原理(二) 第 双失谐回路斜率鉴频器：原理(
八 节 ： 鉴 频 电 路
： 失
鉴频 失
集成电路中应用的斜率鉴频器
第 八 节 ： 鉴 频 电 路
VT5C11 ,C21的 成 的 VTC L1 ,3 ,L, 6 4 L1的 , C2的 成 3 , C4 , C1 用 C 器 VT1 ,VT2 电
Qω LC1 | Kϕ |= 1+ ξ 2 π ϕ = 2 − arctan ξ
频器
频 相 ϕ = 90° 频 频 相 90° 相位
相位检波型相位鉴频器(三) 相位检波型相位鉴频器(
相位检波器(鉴相器)( 相位检波器(鉴相器)(
波器 相 器 相 器 ( 相位 ) 波器 波
)
ω f (t ) = ω0 + S f uΩ (t )
频
瞬时频率和附加相位( 瞬时频率和附加相位(二)
相 相 瞬时 相位
相
uC (t ) = U cm cos(ω0t + ϕ0 ) ϕ (t ) = ω0t + ϕ0
第 一 节 ： 角 度 调 制 的 基 本 概 念
ϕ p (t ) = ω0t + S p uΩ (t ) + ϕ0
延时法形成脉冲式电路( 延时法形成脉冲式电路(二)
延时时 时 鉴频
第 八 ： 鉴 频 电 路 节
鉴频器
f < f m = 1/ 2τ d
时频
频
脉冲计数式鉴频器( 脉冲计数式鉴频器(三)
器 脉冲式
第 八 ： 鉴 频 电 路 节
uω
τk
u1
u2
u3
uΩ u4
鉴频 频 频
角度调制与解调 ppt课件
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
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
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
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
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
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
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
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
角度调制及解调电路
角度调制及解调电路
6-1 调角信号的分析
6-1-1 调频波和调相波的基本特性
调角： 调频（FM） 调相（PM）
u(t ) U m cos (t )
频率和相位的关系：
( t ) ( t )dt
一.调相波的特性 Um为恒定值，瞬时相位随调制信号规律变 化。 (t ) c t K p u (t ) c t (t )
一.叠加型相位鉴频器 二.比例鉴频电路
u( t ) U m cos c t K p u ( t )
瞬时角频率： d ( t ) du ( t ) (t ) c K p c c dt dt
二.调频波的特性 Um为恒定值，角频率按调制信号规 c c
6-2-1 直接调频原理
改变LC振荡回路的元件参数实现调频；
6-2-2 间接调频原理
原理：1.对调制信号进行积分； 2.用积分后的信号对载波进行调相。 优点：载波频率稳定度高。
6-3 变容二极管直接调频电路
6-3-1 原理电路及工作原理
L1：高频扼流圈； VD：PN结内建电势； ： 变容指数。
1.灵敏度：
2.线性范围；
duo S FD df
f fc
3.非线性失真。
6-5-2 实现鉴频的基本方法
一.斜率鉴频
二.相位鉴频
三.脉冲计数式鉴频
6-6 斜率鉴频器
线性频-幅线性变换网络+包络检波电路 （调频波调幅波）
6-6-2 鉴频电路
6-7 相位鉴频器
频-相变换网络+相位检波器
C j
C jQ u 1 V U D Q
6-3-2 实用的变容管直接调频电路
6-1 调角信号的分析
6-1-1 调频波和调相波的基本特性
调角： 调频（FM） 调相（PM）
u(t ) U m cos (t )
频率和相位的关系：
( t ) ( t )dt
一.调相波的特性 Um为恒定值，瞬时相位随调制信号规律变 化。 (t ) c t K p u (t ) c t (t )
一.叠加型相位鉴频器 二.比例鉴频电路
u( t ) U m cos c t K p u ( t )
瞬时角频率： d ( t ) du ( t ) (t ) c K p c c dt dt
二.调频波的特性 Um为恒定值，角频率按调制信号规 c c
6-2-1 直接调频原理
改变LC振荡回路的元件参数实现调频；
6-2-2 间接调频原理
原理：1.对调制信号进行积分； 2.用积分后的信号对载波进行调相。 优点：载波频率稳定度高。
6-3 变容二极管直接调频电路
6-3-1 原理电路及工作原理
L1：高频扼流圈； VD：PN结内建电势； ： 变容指数。
1.灵敏度：
2.线性范围；
duo S FD df
f fc
3.非线性失真。
6-5-2 实现鉴频的基本方法
一.斜率鉴频
二.相位鉴频
三.脉冲计数式鉴频
6-6 斜率鉴频器
线性频-幅线性变换网络+包络检波电路 （调频波调幅波）
6-6-2 鉴频电路
6-7 相位鉴频器
频-相变换网络+相位检波器
C j
C jQ u 1 V U D Q
6-3-2 实用的变容管直接调频电路
角度调制及解调
软件开发环境选择
选择合适的软件开发环境，如MATLAB、C 等。
软件测试与验证
对软件程序进行测试和验证，确保软件工作 正常。
角度调制系统的优化建议
硬件优化
采用高性能的硬件设备，提高系统的处理能 力和稳定性。
系统集成优化
优化系统集成方案，降低系统复杂度和成本。
软件优化
优化软件算法，提高系统的处理速度和精度。
角度调制的基本原理
01
相位调制
通过改变载波信号的相位角度来传递信息。根据不同的相位偏移，可以
表示不同的信息符号。
02
调相方式
常见的调相方式有绝对调相和相对调相。绝对调相是指信号的相位与一
个参考相位之间的关系，而相对调相是指两个信号相位之间的差异。
03
解调方式
解调时需要将相位信息还原为原始的信息符号。常见的解调方式有鉴相
角度调制的应用场景
01
02
03
卫星通信
在卫星通信中，由于传输 距离远，信号衰减严重， 角度调制可以提高信号的 抗干扰能力和传输质量。
移动通信
在移动通信中，由于用户 数量多、环境复杂，角度 调制可以更好地满足用户 高速数据传输的需求。
军事通信
在军事通信中，由于通信 环境恶劣，抗干扰能力要 求高，角度调制是一种重 要的通信方式。
性能指标
衡量抗干扰性能的主要指标包括干扰抑制比（ISR）和共信道抑制能力。干扰抑制比表示系统抑制干扰信号的能 力，共信道抑制能力则表示系统在不同干扰环境下仍能保持正常工作的能力。提高抗干扰性能需要采取有效的抗 干扰措施和技术，如扩频技术、频域滤波等。
05 角度调制系统的实现
硬件实现方案
硬件设备选择
性能指标
角度调制与解调—频谱分析
(7-21)
af(t)=Vocos(ot+ mfsint)
=Vo[cos(mfsint)cosot–sin(mfsint)sinot (7-22)
函数cos(mfsint)和sin(mfsint)，为特殊函数, 采用贝塞尔函数分析，可分解为 cos(mfsint)=J0(mf)+2J2(mf)cos2t+2J4(mf)cos4t +2Jn(mf)cost+… (n为偶数) (7-23)
n
可见，单频调制情况下，调频波和调相波可分解为载频 和无穷多对上下边频分量之和，各频率分量之间的距离均等 于调制频率，且奇数次的上下边频相位相反，包括载频分量 在内的各频率分量的振幅均由贝塞尔函数Jn(mf)值决定。
图7-5所示频谱图是根据式(7-25)和贝塞尔函数值画出 的几个调频频率(即各频率分量的间隔距离)相等、调制系数 mf不等的调频波频谱图。为简化起见，图中各频率分量均取 振幅的绝对值。
而在角度调制中，无论调频还是调相,调制指数均可大于1。
二、调角信号的频谱与有效频带宽度
由于调频波和调相波的方程式相似,因此要分析其中一种 频谱,则另一种也完全适用。 1. 调频波和调相波的频谱 前面已经提到，调频波的表示式为
af(t)=Vocos(ห้องสมุดไป่ตู้t+ mfsint) (Vm=Vo)
利用三角函数关系，可将(7-21)式改写成
率为0时的调频波和调相波。 根据式(7-7)可写出调频波的数学表达式为
K V a f ( t ) Vm cos 0 t f sin t Vm cos( 0 t m f sin t )
(7-14)
根据式(7-9)可写出调相波的数学表达式为
第六章-角度调制与解调
(1 U EQ u
c ost )
CQ (1 m cost)
m U /(EQ u ) U / EQ ，称为电容调制度，它表示 结电容受调制信号调变的程度。
3. 变容二极管全接入调频电路
Cc
Rb1 C0
Cc
VD
Rb2
L
Re
Ec
Lc
+
u
-
Cb
L
Cj
EQ
Cc
(a)
(b)
变容管作为回路总电容全部接入回路
频率变化的快慢。
m ：相对于载频的最大角频偏(峰值角频偏)
fm m 2 ：最大频偏
m k f U ：k f 是比例常数，表示U 对最大角频偏的控制 能力，单位调制电压产生的频率偏移量，称为调频灵敏度。
mf m fm F ：调频波的调制指数 。m f 与U成正比, 与 成反比。
调频波的频谱 1.调频波的展开式
鉴频器
1.定义：调频波的解调称为频率检波或鉴频（FD）， 调相波的解调称为相位检波或鉴相（PD）。
鉴频器是一个将输入调频波的瞬时频率 （f 或频偏 f ）
变换为相应的解调输出电压 uo的变换器。
2.鉴频器的主要性能指标：
uo
（1）鉴频器中心频率 f 0
uom ax
（2）鉴频带宽 Bm
f
uo
变换器
fB
m mc / 2 2m ( / 2 1)m2c / 8
二次谐波失真系数：
Kf2
2 m m
1 ( 1)m
42
Cj
Cj
CQ
o
uo
t
EQ
t
(a)
变
f
f
容
5-角度调制与解调
(3)调频信号 矢量长度：恒值 Vm 转动角速度：在载波角频率 c 上叠加按调制信号规律 变化的瞬时角频率 (t) = kfv(t) 。调频信号的一般表达 t 式 v ( t ) V cos[ t k v ( t )dt 0]
m c f
0
Ω
kf ：比例常数，单位为 rad/sV。
① 频谱不再是调 制信号频谱的简单 搬移，而是由载波 分量和无数对边频 分量所组成，每一 边频之间相隔 Ω。
② n 为奇数的上、下边频分量振幅相等，极性相反； 而 n 为偶数的上、下边频分量振幅相等，极性相同。
③ n 次边频分量的振幅与贝塞尔函 数值 Jn(Mf) 成比例。
④ 载波与各边频分量的振幅均与调 频指数 Mf 有关。Mf 越大，有效边频 分量越多。 ⑤ 对于某些 Mf 值，载波或某边频 振幅为零。
调相信号表达式 v(t) = Vmcos[ct + kpv(t) +0] kp ： 比例常数，单位: rad/V 瞬时角频率：即 (t) 的时间导数值为
(t )
d ( t ) dt c kp dv Ω ( t ) dt c Δ ( t )
按调制信号的时间导数值规律变化。
在中等质量通信系统中，取 = 0.1，即Vm 的十分之一， 相应的 BW 用 BW0.1 表示。
根据图 5-1-4 画出 的 = 0.01， = 0.1 时 L 随 M 变化曲线 如图所示。
图 5-1-5 L 随 M 的变化特性
2．卡森公式 若 L 不是正整数， 则应用大于并最靠近 该值的正整数取代。
k f V Ωm Ω
m Ω
sin t + 0 = ct + Mfsin t + 0
m c f
0
Ω
kf ：比例常数，单位为 rad/sV。
① 频谱不再是调 制信号频谱的简单 搬移，而是由载波 分量和无数对边频 分量所组成，每一 边频之间相隔 Ω。
② n 为奇数的上、下边频分量振幅相等，极性相反； 而 n 为偶数的上、下边频分量振幅相等，极性相同。
③ n 次边频分量的振幅与贝塞尔函 数值 Jn(Mf) 成比例。
④ 载波与各边频分量的振幅均与调 频指数 Mf 有关。Mf 越大，有效边频 分量越多。 ⑤ 对于某些 Mf 值，载波或某边频 振幅为零。
调相信号表达式 v(t) = Vmcos[ct + kpv(t) +0] kp ： 比例常数，单位: rad/V 瞬时角频率：即 (t) 的时间导数值为
(t )
d ( t ) dt c kp dv Ω ( t ) dt c Δ ( t )
按调制信号的时间导数值规律变化。
在中等质量通信系统中，取 = 0.1，即Vm 的十分之一， 相应的 BW 用 BW0.1 表示。
根据图 5-1-4 画出 的 = 0.01， = 0.1 时 L 随 M 变化曲线 如图所示。
图 5-1-5 L 随 M 的变化特性
2．卡森公式 若 L 不是正整数， 则应用大于并最靠近 该值的正整数取代。
k f V Ωm Ω
m Ω
sin t + 0 = ct + Mfsin t + 0
dsp第6章 角度调制和解调
(t ) c k f u (t )
(t ) o t k p u (t )
角度调制
第6章 角度调制和解调
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
AM调制方式中
AM DSB SSB
属于频谱线性搬移电路 , 调制信号寄 生于已调信号的振幅变化中
FM PM
第6章 角度调制和解调
(t )
d ( t ) du ( t ) o k p o ( t ) dt dt
( t ) k p du ( t ) ； PM波瞬时频偏 dt du ( t ) kp | |max k pU dt
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
当进行角度调制 （FM或PM）后 , 其已调波的角频率将是时间的函数 即 ω(t) 。可用右图所示的旋转矢 量表示
t =0
o
实轴
设旋转矢量的长度为 Uom , 且当t=0时，初相角为 o ，t= t时刻， 矢量与实轴之间的瞬时相角为 ( t ) ，显然有：
第6章 角度调制和解调
6.2 调角信号的分析
一.调角信号的分析与特点
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
1.瞬时频率和瞬时相位（ instantaneous frequency and phase） 如果设高频载波信号为 ： t= t
( t )
uo (t ) Uom cos(o t o ) Uom cos (t )
U kF (5) 表达式: uFM ( t ) U cos ( t )
U cos [ ot k f U cos [ ot
角度调制与解调
式中kf为比例常数，即单位调制信号电压引起的角频 率变化，单位为rad/sV。此时调频波的瞬时相角(t)为
(t )
t 0
w(t )dt 0
(8-3)
调频波瞬时频率、瞬时相位随调制信号(单音信号)变化的波形图 v 以及调频波的波形图。
0 图(a)为调制信号v， 2 w 图(b)为调频波，当v为波峰时， v(t) 频率wo+Dwm为最大；当v为波谷 o 时，频率wo–Dwm为最小。 图(c)为瞬时频率的形式， w(t) 是在载频的基础上叠加了随调制 w o 信号变化的部分。 D(t) m 图(d)为调频时引起的附加相位 o 偏移的瞬时值，D(t)与调制信号相差90。
(8-1)
式中，0为载波初相角；w0是载波的角频率，
(t)为载波振荡的瞬时相位。
当没有调制时，v(t)就是载波振荡电压，其角 频率w和初相角0都是常数。
调频时，在式(8-1)中，高频正弦载波的角频率不 再是常数w0，而是随调#43;kfv(t)=w0+Dw(t) (8-2)
t
0
K f v ( t )] dt
w0 t K f
v
0
( t )dt
(8-6)
所以FM波的数学表达式为
af(t)=Vcos(t)=Vcos w0 t K f
v ( t )dt 0
t
(8-7)
同理，根据式(8-4)设0=0 则
(t)=w0t+KPv(t)
Dwm
t
(c)
t
(d)
图8-2画出了调相波的瞬时频率、瞬时相位 随调制信号(单音信号)变化的波形图。
v
0
高频电子线路之信号变换二：角度调制与解调
6.2 调频电路
一、调频的方法
直接调频 ——uΩ或iΩ直接去改变振荡回路的谐振频率来 获得调频波。 基本原理：振荡回路两端并接一个电抗元件 X，利用调制电压去控制电抗元件的电感或 电容，从而得到频率随调制信号变化的调频 波。 间接调频——先对载波进行调相，然后转换 为调频。
二、调频电路的主要要求 （P141）
2) u1为小信号、u2为大信号
(|U1m|≤26mV 、|U2m|≥100mV)
输出电流i≈I0K2 (wCt )（u1/2UT） K2 (wCt )为双向开关函数,富氏级数展开： K2 (wCt )=4/π coswCt - 4/3π cos3wCt +4/5π cos5wCt ＋ · · · 则 i=I0 /2UT (4/π coswCt - 4/3π cos3wCt +· · ·) U1m sin (wCt+Δ Ф ) = I0 U1m /(π UT）[sinΔ Ф +sin (2wCt+Δ Ф ) +· · ·] 经低通滤波器后,输出电压为 u0 =I0 RL U1m /(π UT）sinΔ Ф
第六章
信号变换二：
角度调制及解调
6.1 角度调制原理
6.2 调频电路
6.3 角度调制的解调
6.4 自动频率控制
本章小结调制及解调
6.1 角度调制原理
6.1 角度调制原理
角度调制可分为两种：一种是频率调制，
简称调频（FM）；另一种是相位调制，
简称调相（PM）。
响小，频率稳定度高。
一、间接调频原理
——利用调相的方法来实现调频
∵ wC（t ）=dФ（t）/dt
Ф（t）=∫ wC（t）dt ∴ 先对调制信号进行积分，然后再进行调 相，从而得到调频波。
高频第6章角度调制与解调
R410 3kΩ
100kΩ J401
1R04k05Ω
VT401
C407
VT402
音频输入
TP401
C404
470pF
R416 10kΩ
C401
51pF
L401 100μH
VD401
C403
C405 C406 51pF 100pF
C408
R411
27Ω
S402 1 23
0.47μF
C402
R401 100Ω
C429 3-15pF
C431 2AP9 20pF
TP405
C434
+ C433
R427 100Ω
解调输出 0.1μF 10μF
R425
51kΩ
C432
R426 51kΩ R428
0.01μF
100Ω
11
6.2 调角波的性质(重点)
调角波的性质： 调频波（FM）的性质（重点） 调相波（PM）的性质（类比的方法学习） 调频波与调相波的比较
18
讨论：调频信号与调相信号的比较
如果设载波： u o(t) U coo ts (o)
调制信号： u (t)U co ts
FM波
PM波
(1) 瞬时频率：
(5) uFM (t
)
表U 达co式s :((tt))okFu (t)
(2) 瞬时相位：
uPM ( t )(t)U coo sk(p t )dd u (tt)
U U U
co(ts)[o tot kkppu u ((t)t ) o o ]
R420 100Ω C423 0.1μF
C426 C425 3-15pF 20pF
第6章 角度调制与解调
0
0
t
t
则 FM 信号为
t uFM t Ucm coscos t Ucm cos c t kf uΩ t dt 0
相移
4
单频调制时：uΩ t U Ωm cos Ωt
最大角频移
则 t c +kf U Ωm cos Ωt c +fm cos Ωt
U cm cos c t cos mf sin Ωt sin c t sin mf sin Ωt
根据贝塞尔函数理论有：
cos mf sin Ωt J 0 mf 2 J 2 n mf cos 2nΩt sin mf sin Ωt 2 J 2 n1 mf sin 2n 1 Ωt
kf U Ωm t c t sin Ωt c t mf sin Ωt Ω
uFM t U cm cos c t mf sin Ωt
调频指数 （最大相移）
fm kf U Ωm
mf
kf U Ωm fm ffm mf F Ω Ω
c t +kp uΩ t
t
c +kf uΩ t
c +fm cos Ωt
瞬时相位
t
c t k f uΩ t d t
0
t
c t +mp cos Ωt pm kpU Ωm Ω mp Ω mp kpU Ωm
uPM t U cm cos c t kp uΩ t U cm cos c t mp cos Ωt
10
调频信号与调相信号的相同之处在于: (1) 二者都是等幅信号。
0
t
t
则 FM 信号为
t uFM t Ucm coscos t Ucm cos c t kf uΩ t dt 0
相移
4
单频调制时：uΩ t U Ωm cos Ωt
最大角频移
则 t c +kf U Ωm cos Ωt c +fm cos Ωt
U cm cos c t cos mf sin Ωt sin c t sin mf sin Ωt
根据贝塞尔函数理论有：
cos mf sin Ωt J 0 mf 2 J 2 n mf cos 2nΩt sin mf sin Ωt 2 J 2 n1 mf sin 2n 1 Ωt
kf U Ωm t c t sin Ωt c t mf sin Ωt Ω
uFM t U cm cos c t mf sin Ωt
调频指数 （最大相移）
fm kf U Ωm
mf
kf U Ωm fm ffm mf F Ω Ω
c t +kp uΩ t
t
c +kf uΩ t
c +fm cos Ωt
瞬时相位
t
c t k f uΩ t d t
0
t
c t +mp cos Ωt pm kpU Ωm Ω mp Ω mp kpU Ωm
uPM t U cm cos c t kp uΩ t U cm cos c t mp cos Ωt
10
调频信号与调相信号的相同之处在于: (1) 二者都是等幅信号。
第五章角度调制与解调
BWCR 2F (fm F ) 显然，窄带调频时，频带宽度与调幅波基本相同，窄 带调频广泛应用于移动通信台中。
当M 1，为宽带调制时，此时有
BWCR 2fm
(fm F )
8.3 调频电路
1. 直接调频：用调制信号直接控制振荡器振荡频率， 使其不失真地反映调制信号的规律。
2. 间接调频：用调制信号的积分值控制调相器实现 调频。
t
(2) 非线性失真系数THD：
THD
fm2n
n2
fm1
(3) 中心频率准确度和稳定度
一、直接调频电路
1、变容二极管调频电路
（1）电路组成：
（2）变容二极管特性：
Cj
Cj0 (1 u
)n
UB
（3）调频原理分析
由于振荡回路中仅包含一个电感L和一个变容二极管
等效电容C j，在单频调制信号 (t) Vm cos t 的作用下 回路振荡角频率，即调频特性方程为
(t) Vcm cos(ct M sin t) Vcm Re[e j(ctM sint) ]
Vcm Re[e jct .e jM sin t ]
式中 e jM sint 是 的周期性函数，其傅立叶级数展开式为：
e jM sin t
J n (M )e jnt
n
式中
Jn
(M
)
1
2
e jM sin te jnt dt
1. 调频（FM）
(t) k f (t) k fVm cos t m cos t
其中 m k f Vm 为最大角频偏
(t) k f
t
0 (t)dt
k f Vm
sin t
M
f
sin t
当M 1，为宽带调制时，此时有
BWCR 2fm
(fm F )
8.3 调频电路
1. 直接调频：用调制信号直接控制振荡器振荡频率， 使其不失真地反映调制信号的规律。
2. 间接调频：用调制信号的积分值控制调相器实现 调频。
t
(2) 非线性失真系数THD：
THD
fm2n
n2
fm1
(3) 中心频率准确度和稳定度
一、直接调频电路
1、变容二极管调频电路
（1）电路组成：
（2）变容二极管特性：
Cj
Cj0 (1 u
)n
UB
（3）调频原理分析
由于振荡回路中仅包含一个电感L和一个变容二极管
等效电容C j，在单频调制信号 (t) Vm cos t 的作用下 回路振荡角频率，即调频特性方程为
(t) Vcm cos(ct M sin t) Vcm Re[e j(ctM sint) ]
Vcm Re[e jct .e jM sin t ]
式中 e jM sint 是 的周期性函数，其傅立叶级数展开式为：
e jM sin t
J n (M )e jnt
n
式中
Jn
(M
)
1
2
e jM sin te jnt dt
1. 调频（FM）
(t) k f (t) k fVm cos t m cos t
其中 m k f Vm 为最大角频偏
(t) k f
t
0 (t)dt
k f Vm
sin t
M
f
sin t
第5章-角度调制与解调概要
电路
C1 ：很大，隔直电容作用，对开路 C2 ：高频滤波电容(对高频短路，对开路) L1 ：高频扼流圈 应满足： | VQ | Vm
27
5.3 调频的方法
瞬时振荡角频率为:
(t)
1 LCj
1
L
(1
C jQ
m cost
)
c (1 m cos t) 2
调制特性方程
c
1 LC jQ
是静态工作点(v
间接调频：对调制信号先积分后调相
( fC 较稳定，但频偏小)
23
5.3 调频的方法
变容二极管直接调频
利用变容二极管电容受反向外加电压控制来实 现调频。
变容二极管
+
–
Cj
cj
cj0 (1 v
)
VD
Cj0 ：反向电压v = 0 时的结电容 VD ：PN结内建电位差( 很小)（势垒电容）
：电容的变化指数 ＝1/3 缓变结 ＝1/2 突变结 >1 超突变结
(t) 1
LC
C
C1
C2C j C2 C
j
C1
C2
(1
C2C jQ m cost
)
C jQ
C1、C2 的引入，使Cj 对回路总电容的影响减小，从而c 的稳定性提高，但最大角频偏m减小,调制灵敏度kf下降。
31
5.3 调频的方法
实际电路常采用变容二极管部分接入回路的方式， 而且将变容二极管作为压控电容接入LC振荡器中, 就组成了LC压控振荡器。一般可采用各种形式的 三点式电路。
6
5.1 调角波的性质
(t)=ct+ kpv(t)
相偏(t)
调相指数(最大相偏)mp
C1 ：很大，隔直电容作用，对开路 C2 ：高频滤波电容(对高频短路，对开路) L1 ：高频扼流圈 应满足： | VQ | Vm
27
5.3 调频的方法
瞬时振荡角频率为:
(t)
1 LCj
1
L
(1
C jQ
m cost
)
c (1 m cos t) 2
调制特性方程
c
1 LC jQ
是静态工作点(v
间接调频：对调制信号先积分后调相
( fC 较稳定，但频偏小)
23
5.3 调频的方法
变容二极管直接调频
利用变容二极管电容受反向外加电压控制来实 现调频。
变容二极管
+
–
Cj
cj
cj0 (1 v
)
VD
Cj0 ：反向电压v = 0 时的结电容 VD ：PN结内建电位差( 很小)（势垒电容）
：电容的变化指数 ＝1/3 缓变结 ＝1/2 突变结 >1 超突变结
(t) 1
LC
C
C1
C2C j C2 C
j
C1
C2
(1
C2C jQ m cost
)
C jQ
C1、C2 的引入，使Cj 对回路总电容的影响减小，从而c 的稳定性提高，但最大角频偏m减小,调制灵敏度kf下降。
31
5.3 调频的方法
实际电路常采用变容二极管部分接入回路的方式， 而且将变容二极管作为压控电容接入LC振荡器中, 就组成了LC压控振荡器。一般可采用各种形式的 三点式电路。
6
5.1 调角波的性质
(t)=ct+ kpv(t)
相偏(t)
调相指数(最大相偏)mp
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
穷级数进行计算:
Jn (mf ) m0
(1)m ( m f )n2m 2
m!(n m)!
高频电子线路
调频波的频谱
贝塞尔函数曲线：
Jn(mf)
1.0
0.8
J0
0.6
J1 J2
0.4
J3 J4 J5
J6 J7 J8 J9 J10
0.2 0
－ 0.2
－ 0.4 01
2 34
567
8 9 10 11 12 mf
利用贝塞尔函数的两个公式：
cos(mf sin t) J0 (mf ) 2J2 (mf ) cos 2t 2J4 (mf ) cos 4t ...
sin(mf sin t) 2J1(mf ) sin t 2J3(mf ) sin 3t ...
式中Jn(mf) 是宗数为 mf 的 n 阶第一类贝塞尔函数, 可以用无
uFM (t) Uc cos ct 2 k f
t 0
u
(
)d
Uc cos 2 fct 2 k f
t
cos 2
0
103 d
2 k f
2
t
cos 2
0
500
d
5 cos
2
3.14100 106t
2 1000 2 103
sin
2
103 t
2 2000 2 500
sin
2
500t
高频电子线路
调频波的数学表达式
FM波的表示式为
uFM (t) UC cos(ct mf sin t) Re[UCe(7j―et4e)jmf sint
式中，调频指数mf表示在载波信号的相位上附加的最 大相位偏移
最大角频偏
mf
k fU
m
（ 对比：
ma
kaU UC
U C UC
）
高频电子线路
调频波的波形
5cos 6.28108t sin 2 103t 4sin 2 500t
高频电子线路
（二） 调频信号的频域分析***
高频电子线路
调频波的频谱
uFM (t) Uc cos(ct mf sin t) Uc[cos(mf sin t) cosct sin(mf sin t) sin ct]
＋J3(mf)cos(ωc+3Ω) t－J3(mf)cos(ωc－3Ω) t
＋… … ］
（7―8）
高频电子线路
mf＝ 1
调频波的频谱
mf＝ 5
c
mf＝ 1
c
mf＝ 2
cc
mf＝ 10
mf＝ 2
c
cc
3Q
mf＝
请思考：为什么说调频是频谱的非线性搬移？
0.25
0.13
高频电子线路
调频波的频谱
将cos(mf sin t)、sin(mf sin t)的展开式代入调频波的表
达式，进一步展开得：
uFM(t) = UC［J0(mf)cosωc t
＋J1(mf)cos(ωc+Ω) t－J1(mf)cos(ωc－Ω) t
＋J2(mf)cos(ωc+2Ω) t＋J2(mf)cos(ωc－2Ω) t
0.24
1.00
0.77
0.44
0.11
2.00
0.22
0.58
0.35
0.13
3.00
0.26
0.34
0.49
0.31
0.13
4.00
0.39
0.06
0.36
0.43
0.28
0.13
5.00
0.18
0.33
0.05
0.36
0.39
0.26
0.13
6.00
0.15
0.28
0.24
0.11
0.36
0.36
高频电子线路
第七章 角度调制与解调
➢7.1 角度调制信号分析 ➢7.2 调频器与调频方法 ➢7.3 调频电路 ➢7.4 鉴频器与鉴频方法 ➢7.5 鉴频电路
高频电子线路
第七章 角度调制与解调
7.1 角度调制信号分析****
高频电子线路
角度调制
频率调制（调频FM）：高频振荡信号的振幅保持不 变，而瞬时频率随调制信号uΩ(t)作线性变化。
高频电子线路
调频波的频谱
贝塞尔函数表：
mF
J 0 (mF ) J1 (mF )
表 6.2.2 不同 mF 时的 J n (mF ) 值
J 2 (mF ) J 3 (mF ) J 4 (mF ) J 5 (mF )
J 6 (mF )
J 7 (mF )
0.01
1.00
0.20
0.99
0.10
0.50
0.94
（一） 调频信号的时域分析****
高频电子线路
调频波的数学表达式
设调制信号为单一频率信号uΩ(t)=UΩcosΩt，未调载 波电压为uC=UCcosωct，则根据频率调制的定义，调频信 号的瞬时角频率为
(t) c (t) c k f u(t) c m cos t
(7―1)
它是在ωc的基础上，增加了与uΩ(t)成正比的频率偏 移，式中kf为比例常数。
相位调制（调相PM）：高频振荡信号的振幅保持不 变，而瞬时相位随调制信号uΩ(t)作线性变化。
频率调制和相位调制合称为角度调制（调角）。 因为 相位是频率的积分， 故频率的变化必将引起相位的变化， 反之亦然。 所以调频信号与调相信号在时域特性、频谱带 宽、调制与解调的原理及实现等方面都有密切的联系。
高频电子线路
调频波的数学表达式
(t) c m cos t
调频信号的瞬时相位(t)是瞬时角频率ω(t)对时间的积
分，即
t
(t) 0 ( )d 0
（7―2）
式中0为信号的初相位。为了分析方便设0=0，则上
式变为
(t)
tபைடு நூலகம்0
( )d
ct
m
sin t
ct
mf
sin t
c
(t)
（7―3）
0
0 f ( )d ct 2 k f
0 u ( )d
uFM (t) UC cos(t)
高频电子线路
调频波的数学表达式
例： 已知载波频率fc=100MHz，载波振幅Uc=5V，调制信号 uΩ(t)=( cos2π×103t + 2cos2π×500t) V，调频灵敏度 kf=1000Hz/V。试写出该调频波的数学表达式。
高频电子线路
瞬时频率和瞬时相位
一个余弦信号： vc (t) Vcm cos(ct 0 )
可以用旋转矢量在横轴上的投影表示。
▪ 瞬时相位 ：
t
t
1 0
(t)
( )d
-
0 ( )d 0
▪ 瞬时角频率 ：(t) d(t)
dt
t
vc (t)
Vcm cos[
( )d
0
0 ]
高频电子线路
高频电子线路
调频波的数学表达式
例： 已知载波频率fc=100MHz，载波振幅Uc=5V，调制信号 uΩ(t)=( cos2π×103t + 2cos2π×500t) V，调频灵敏度 kf=1000Hz/V。试写出该调频波的数学表达式。
f (t) fc k f u (t)
t
t
t
(t)
( )d 2