非线性调制(角度调制)原理
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非线性调制(角度调制)原理
1.角度调制的基本概念
(1)相位调制(PM)
①相位调制的定义
相位调制是指瞬时相位偏移随调制信号m(t)作线性变化的过程。即
②相位调制的信号表达式
当调制信号为m(t),调相信号一般表达式为
(5-1-1)设调制信号时,可得PM信号为
(5-
1-2)③相位调制的参量
a.调相灵敏度K P
式(5-1-1)中K p为调相灵敏度(rad/V),是单位调制信号幅度引起PM信号的相位偏移量。
b.调相指数m p
式(5-1-2)中m p=K p A m为调相指数,是最大的相位偏移。
④相位调制的波形图
图5-16 PM信号波形图
(2)频率调制(FM)
①频率调制的定义
频率调制是指瞬时频率偏移随调制信号m(t)成比例变化的过程,即
②频率调制的信号表达式
当调制信号为m(t),可得调频信号一般表达式为
(5-1-3)设调制信号时,可得FM信号为
(5-1-4)③频率调制的参量
a.调频灵敏度K f
式(5-1-3)中K f为调频灵敏度(rad/(s·V)),是单位调制信号幅度引起FM信号的瞬时频偏量。
b.调频指数m f
式(5-1-4)中m f为调频指数,其表达式
是最大的相位偏移;其中的Δω=K f A m,为最大角频偏;Δf=m f·f m,为最大频偏。
④相位调制的波形图
图5-17FM信号波形图
(3)FM与PM之间的关系
①PM与FM的区别
PM是相位偏移随调制信号rn(t)线性变化,FM是相位偏移随m(t)的积分呈线性变化。
②FM与PM的关系图
图5-18 FM与PM之间的关系图
③FM与PM相互转换关系
a.间接调相:将调制信号先微分,而后进行调频,得到调相波的方式。
b.间接调频:将调制信号先积分,而后进行调相,得到调频波的方式。
2.窄带调频
(1)窄带调频的概念
当FM信号的最大瞬时相位偏移满足
(5-1-5)
时,FM信号的频谱宽度比较窄,称为窄带调频(NBFM)。
(2)窄带调频的信号表达式
窄带调频信号的时域表达式为
(3)窄带调频的频谱
①频谱表达式
窄带调频信号的频域表达式为
②频谱特性
a.频谱含有一个载波和位于±ωc处的两个边带;
b.带宽是调制信号最高频率的两倍;
c.边频分别乘了因式和,频率加权的结果引起调制信号频谱的失真;
d.一个边带和AM反相。
(4)窄带调频的特点
①最大频率偏移较小;
②占据的带宽较窄;
③抗干扰性能比AM系统要好;
3.宽带调频
(1)宽带调频的概念
当FM信号的最大瞬时相位偏移不满足式(5-1-5)时,FM信号的频谱宽度比较宽,称为宽带调频(WBFM)。
(2)宽带调频的信号表达式
设单音调制信号为,宽带调频的信号时域表达式为
式中,J n(m f)为第一类n阶贝塞尔(Bessel)函数,是调频指数m f的函数。
(3)宽带调频的频谱
①频谱表达式
宽带调频的信号频域表达式为
②频谱特性
a.频谱由载波分量ωc和无数边频ωc±nωm组成;
b.当n=0时是载波分量ωc,其幅度为AJ0(m f);
c.当n≠0时就是对称分布在载频两侧的边频分量ωc±nωm,幅度为AJ n(m f),相邻边频之间的间隔为ωm;
d.当n为奇数时,上、下边频极性相反;当n为偶数时极性相同。
(4)宽带调频的的带宽
①单一频率调制
a.调频波FM的有效带宽为
式中,为最大频偏,为调制频率。
b.当m f<<1时,带宽近似为
B FM≈2f m(NBFM)
即窄带调频的带宽,带宽只随调制频率f m变化,与最大频偏Δf无关。
c.当m f>>1时,带宽近似为
B FM≈2Δf(WBFM)
此时,带宽由最大频偏Δf决定,与调制频率f m无关。
②非单一频率调制
对于多音或任意带限信号调制的调频信号的带宽为
式中,f m是调制信号的最高频率,m f是最大频偏Δf与f m的比值。
(5)宽带调频的功率分配
调频信号s FM(t)在1Ω电阻上消耗的平均功率为
调制后总的功率不变,将原来载波功率中的一部分分配给每个边频分量。即调制过程是进行功率的重新分配,分配原则与调制指数m f有关。
4.调频信号的产生与解调
调频:用调制信号控制载波频率的变化。
(1)调频信号的产生
①直接调频法
a.直接调频的定义
直接调频是用调制信号直接控制载波振荡器的频率,使其按调制信号的规律作线性变化的过程。
b.直接调频的实现框图
图5-19 直接调频实现框图
其中,VCO是压控振荡器,其振荡频率正比于输入控制电压,即
②间接调频法(阿姆斯特朗法)
a.间接调频的定义
间接调频是先将调制信号积分,然后对载波进行调相,产生一个NBFM信号,再经n次倍频器得到WBFM信号的方法。
b.间接调频的实现框图
图5-20 间接调频实现框图
c.间接调频的特点
优点:频率稳定度好。
缺点:需多次倍频和混频,电路较复杂。