高频电子线路第7章 频率调制与解调
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(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。
高频电子线第7章频率调制与解调详解
第7章 频率调制与解调
7.1 角度调制信号分析
二、信号的频域分析 1. 调频波的展开式
因为 e jmf sin t 是周期为2π/Ω的周期性时间函数,可以将它展开为傅氏
级数,其基波角频率为Ω,即
e jm f sin t
J n (m f )e jnt
n
式中Jn(mf)是宗数为mf的n阶第一类贝塞尔函数。
计算。
西安电子科技大学ISN国家重点实验室——付卫红
第7章 频率调制与解调
7.1 角度调制信号分析
三、调频信号的功率
调频信号uFM(t)在电阻RL上消耗的平均功率为
PFM
uF2M (t) RL
因为 uFM Uc Jn (mf ) cos(Ct nt) n-
由于余弦项的正交性,总和的均方值等于各项均方值的总和, 则：
第7章 频率调制与解调
7.1 角度调制信号分析
二、信号的频域分析
3. 调频信号的带宽
当mf很小时,如mf<0.5,为窄频带调频,此时
uFM (t) UC [J0 (m f ) cosct J1(m f ) cos(c )t -
J1(mf ) cos(c )t]
－
0
由于边频分量的合成 矢量与载波垂直，故 也叫正交调制
|Jn(mf)| ≥0.01
n/mf 4 3 2 1
0 4 8 12 16 20
mf
|Jn(mf)|≥0.01时的n/mf曲线
西安电子科技大学ISN国家重点实验室——付卫红
第7章 频率调制与解调
7.1 角度调制信号分析
二、信号的频域分析 3. 调频信号的带宽
n/mf 4
由图可见,当mf很大时,n/mf趋近于
高频电子线路 第7章 频率调制与解调
当mf很小时,如mf<0.5,为窄频带调频,此时 Bs=2F （7―10）
《高频电路原理与分析》
第7章 频率调制与解调
对于一般情况,带宽为 Bs=2(mf+1)F=2(∆fm+F) 更准确的调频波带宽计算公式为
Bs = 2( m f + m f + 1) F
（7―12）
（7―11）
当调制信号不是单一频率时,由于调频是非线性 过 程,其频谱要复杂得多。比如有F1、F2两个调制频率, 则根据式(7-7)可写出 jωc t
0 (a) uΩ 0 t (b) ∆ωm t
ω (t) ωc
0 (c) IFM(t) 0 (d)
t
t
ϕ (t)
ϕc
4π 2π 0
∆ϕ (t) mf Tc 2Tc (e) t
图7―1 调频波波形 《高频电路原理与分析》
第7章 频率调制与解调
∆fm mf ∆fm mf 0 F
图7―2 调频波∆fm、mf与F的关系
7.3.1 直接调频电路 1.变容二极管直接调频电路 1) 变容二极管调频原理 其结电容Cj与在其两端所加反偏电压u之间存在着 如下关系:
C0 Cj = u γ (1 + ) uϕ
（7―21）
《高频电路原理与分析》
第7章 频率调制与解调
Cj
C j/pF
γ ＝1/3 γ ＝1/2 γ ＝2
0 (a) u/V
第7章 频率调制与解调
(2）可变移相法。可变移相 法就是利用调制信号控制移相网络或谐振回路的 电抗或电阻元件来实现调相。 (3）可变延时法。将载波信号通过一可控延时网络, 延时时间τ受调制信号控制,即 τ=kduΩ(t) 则输出信号为 u=Ucosωc(t-τ)=Ucos［ωct-kdωcuΩ(t)］ 由此可知,输出信号已变成调相信号了。
高频电子线路最新版课后习题解答第七章——角度调制与解调答案
第七章 思考题与习题7.1 什么是角度调制？解：用调制信号控制高频载波的频率（相位），使其随调制信号的变化规律线性变化的过程即为角度调制。
7.2 调频波和调相波有哪些共同点和不同点，它们有何联系？解：调频波和调相波的共同点调频波瞬时频率和调相波瞬时相位都随调制信号线性变化，体现在m f MF ∆=；调频波和调相波的不同点在：调频波m f m f k V Ω∆=与调制信号频率F 无关，但f m f k V M Ω=Ω与调制信号频率F 成反比；调相波p p m M k V Ω=与调制信号频率F 无关，但m f m f k V Ω∆=Ω与调制信号频率F 成正比；它们的联系在于()()d t t dtϕω=，从而具有m f MF ∆=关系成立。
7.3 调角波和调幅波的主要区别是什么？解：调角波是载波信号的频率（相位）随调制信号的变化规律线性变化，振幅不变，为等福波；调幅波是载波信号的振幅随调制信号的变化规律线性变化，频率不变，即高频信号的变化规律恒定。
7.4 调频波的频谱宽度在理论上是无限宽，在传送和放大调频波时，工程上如何确定设备的频谱宽度？ 解：工程上确定设备的频谱宽度是依据2m BW f =∆确定7.5为什么调幅波调制度 M a 不能大于1，而调角波调制度可以大于1？解：调幅波调制度 M a 不能大于，大于1将产生过调制失真，包络不再反映调制信号的变化规律；调角波调制度可以大于1，因为f fcmmV M k V Ω=。
7.6 有一余弦电压信号00()cos[]m t V t υωθ=+。
其中0ω和0θ均为常数，求其瞬时角频率和瞬时相位解： 瞬时相位 00()t t θωθ=+ 瞬时角频率0()()/t d t dt ωθω==7.7 有一已调波电压1()cos()m c t V A t t υωω=+，试求它的()t ϕ∆、()t ω∆的表达式。
如果它是调频波或调相波，它们相应的调制电压各为什么？解：()t ϕ∆＝21A t ω，()()12d t t A t dtϕωω∆∆==若为调频波，则由于瞬时频率()t ω∆变化与调制信号成正比，即()t ω∆＝()f k u t Ω＝12A t ω，所以调制电压()u t Ω＝1fk 12A t ω 若为调相波，则由于瞬时相位变化()t ϕ∆与调制信号成正比，即 ()t ϕ∆＝p k u Ω（t ）所以调制电压()u t Ω＝1pk 21A t ω 由此题可见，一个角度调制波可以是调频波也可以是调相波，关键是看已调波中瞬时相位的表达式与调制信号：与调制信号成正比为调相波，与调制信号的积分成正比（即瞬时频率变化与调制信号成正比）为调频波。
高频电子线路(第七章 振幅调制与解调)
Vmax 5V
Vmin 1V t
标准调幅的已所 调示 波 ,ma如 _图 ______
解 法 一 :V 0 V m a x2 V m in 3 (V ) m aV0 VV 0m in33 12 3
解 法 :m aV V 二 m ma a V V x xm mii n n3 2
16
调幅度变化时，已调波的变化
载波的频率和相位保持不变。
12
§7.2 标准调幅波的原理和特点
一、调幅波的数学表达式
设 调制信号 载波信号
v (t) V cos t
v 0 ( t ) V 0 c o s 0 t (0 )
则 调幅波信号为
v (t ) (V 0 k aV c o s t ) c o s 0t
V0 (1
n
则调幅波信号
v ( t ) V 0 ( 1 m 1 c o s 1 t m 2 c o s 2 t ) c o s 0 t
V 0 1nm ncos nt cos0t
V 0 c o s0 t n 1 2 m n c o s (0 n ) t 1 2 m n c o s (0 n ) t
载 v0(波 t) 1c 0o 0 ts
进行标准,调 且k幅 a 1
求 （1）已调波的表达式； （2）各个频率分量的调制系数ma1，ma2； （3）边频功率（上下边频功率之和）与载波功率之比。
26
例题7.2(解)
已 v ( t ) ( V 0 调 k a V 1 c 1 t o 波 k a V 2 c s 2 t ) o c0 t s o
调幅波 v ( t ) V 0 (1 m a c o s t ) c o s 0 t
co ts1
振幅V ( t ) V 0 (1 m a c o s t )
《高频电子线路》频率调制与解调实验报告
《高频电子线路》频率调制与解调实验报告课程名称：高频电子线路实验类型：验证型实验项目名称：频率调制与解调一、实验目的和要求通过实验，学习频率调制与解调的工作原理、电路组成和调试方法，学习用锁相环电路实现频率调制、斜率鉴频实现调频信号的解调的设计方法，利用Multisim仿真软件进行仿真分析实验。
二、实验内容和原理1、实验原理所谓调制，就是用一个信号(原信号也称调制信号)去控制另一个信号(载波信号)的某个参量，从而产生已调制信号，解调则是相反的过程，即从已调制信号中恢复出原信号。
根据所控制的信号参量的不同，调制可分为：调幅，使载波的幅度随着调制信号的大小变化而变化的调制方式。
调频，使载波的瞬时频率随着调制信号的大小而变，而幅度保持不变的调制方式。
调相，利用原始信号控制载波信号的相位。
这三种调制方式的实质都是对原始信号进行频谱搬移，将信号的频谱搬移到所需要的较高频带上，从而满足信号传输的需要。
2、实验内容（1）设计实现中心频率为100kHz的调频信号发生器。
绘出电路原理图，采用锁相调频的方式，给出仿真结果图。
（2）对产生的调频信号，采用斜率鉴器进行鉴频，设计失谐网络和包络检波器，绘出电路图，给出仿真结果图。
三、主要仪器设备计算机、Multisim仿真软件、双踪示波器、函数发生器、直流电源。
四、操作方法与实验步骤及实验数据记录和处理1、采用锁相环路实现调频信号，调频信号的中心频率为100kHz。
2、对调频信号进行解调，采用斜率鉴器，对调频信号进行解调。
将AD741输出的100kHz 的调频信号加到电容C7与地之间，设计失谐网络和包络检波器。
C21nFR65kΩR550ΩC71µF L11.2mHU2AD741CH3247651U3AD741CH3247651R131kΩR141kΩR152kΩR164kΩD21N4150D31N4150V712VV812VC81µFXSC1A BExt Trig++__+_C3160nFR810kΩR71kΩR111kΩR121kΩC4160nFC510µF C9160nF4、分析说明U2、U3、D2、D3的作用。
西安电子科技大学高频电子线路课件第7章
( t ) c (1 A1m cos t A2 m 2 cos 2 t )
LC
1
c
A2
m c A1m c cos t
2
A2
m 219 c co
7.3.1
f1 f q [1
C
1 L
直接调频电路
]
1 j
二、晶振直接调频电路
24
7.5.0 基于振幅鉴频法的鉴频
二、斜率鉴频器 1，单失谐
25
7.5.0 基于振幅鉴频法的鉴频
2，双失谐
26
7.5.0 基于相位鉴频法的鉴频
一、乘积型相位鉴频
设 (f)
2
tg 1 ( 2Q0 f / f 0 )
，us=Us cos(ωct+ mfsin t )
则us’=Us ’cos(ωct+ mfsin t +)
29
7.5.1
叠加型相位鉴频电路
（一）互感耦合相位鉴频器
30
7.5.1
叠加型相位鉴频电路
H ( j ) U 2 / U 1
U2 jA H ( j ) U1 1 jξ
( )
π 2
tg 1 ξ
31
7.5.1
U D1 U 1 U2 2
n AM P 2 2 un
FM
PFM
1 2 U c Pc 2 RL
1 2 2 U c J n (m f ) 2 RL n J (m f ) 1
2 n
RL
PFM
n
1
2
8
7.1.2
高频电子线路(第七章振幅调制与解调)讲义
作用2：提高信道的利用率
通过频域复用 通过先进的调制技术
同学们将在《通信原理》课程中详细学习
4
调制解调在无线通信系统中的位置
调制信号
已调波
话 筒
音频 放大器
调制器
变频器
激励放大
输出功 率放大
载波信号
载波 振荡器
天线开关
扬 声 器
音频 放大器
解调器
中频放大 与滤波
混频器
高频放大
本地 振荡器
(1) 调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程。
2
§7.1 概述
§7.1.1 调制的作用 §7.1.2 调制的分类 §7.1.3 调幅与混频本质的一致性 §7.1.4 调幅电路的分类
3
§7.1.1 调制的作用
调制的作用主要有2个
作用1：在无线通信中，为了便于信号发射 （天线不能太长，而只有当天线长度与波长相 当时才能将电磁波辐射出去），将低频的原始 信息（如语音）调制到高频段。
0 v0 (t)
V0
0
v(t )
0
v(t )
0
2020/8/3
t
t
（3）当 m a 1
最大调幅(百分之百)
t
（4）当 m a 1 过调幅
实际电路中必须避免。
t
18
18
ma 0
未调幅
0 ma 1 ma 1 ma 1
第七章 振幅调制(调幅)与解调
基础知识： 非线性及混频电路
1
本章主要内容
§7.1 概述 §7.2 标准调幅波的原理和特点 §7.3 低电平调幅电路 §7.4 高电平调幅电路 §7.5 单边带信号的特点和产生方法 §7.6 包络检波(非相干解调)电路 §7.7 同步检波(相干解调)原理 §7.8 残留边带调制解调简介
通过频域复用 通过先进的调制技术
同学们将在《通信原理》课程中详细学习
4
调制解调在无线通信系统中的位置
调制信号
已调波
话 筒
音频 放大器
调制器
变频器
激励放大
输出功 率放大
载波信号
载波 振荡器
天线开关
扬 声 器
音频 放大器
解调器
中频放大 与滤波
混频器
高频放大
本地 振荡器
(1) 调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程。
2
§7.1 概述
§7.1.1 调制的作用 §7.1.2 调制的分类 §7.1.3 调幅与混频本质的一致性 §7.1.4 调幅电路的分类
3
§7.1.1 调制的作用
调制的作用主要有2个
作用1：在无线通信中，为了便于信号发射 （天线不能太长，而只有当天线长度与波长相 当时才能将电磁波辐射出去），将低频的原始 信息（如语音）调制到高频段。
0 v0 (t)
V0
0
v(t )
0
v(t )
0
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t
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（3）当 m a 1
最大调幅(百分之百)
t
（4）当 m a 1 过调幅
实际电路中必须避免。
t
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ma 0
未调幅
0 ma 1 ma 1 ma 1
第七章 振幅调制(调幅)与解调
基础知识： 非线性及混频电路
1
本章主要内容
§7.1 概述 §7.2 标准调幅波的原理和特点 §7.3 低电平调幅电路 §7.4 高电平调幅电路 §7.5 单边带信号的特点和产生方法 §7.6 包络检波(非相干解调)电路 §7.7 同步检波(相干解调)原理 §7.8 残留边带调制解调简介
高频电子线路第二版第7章角度调制与解调电路
本章教学内容 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 概述 频率调制电路 相位调制电路 集成调频发射机 调相信号解调电路(鉴相器) 调频信号解调电路(鉴频器) 数字角度调制与解调
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7.1 概 述 7.1.1 角度调制的定义、特点与用途 1.角度调制的定义 载波振荡的振幅不变，而其总瞬时相角随调制信号uΩ(t)按一 定关系变化。 角度调制分为相位调制和频率调制。 (1)相位调制的定义 载波振荡的振幅不变，而其瞬时相位随调制信号uΩ(t)线性关 系变化。这样的已调波称为调相波，常用PM表示。 (2)频率调制的定义 载波振荡的振幅不变，而其瞬时频率随调制信号uΩ(t)线性关 系变化。这样的已调波称为调频波，常用FM表示。
c cm c
1.调相波 根据定义，高频振荡的振幅Um不变，而瞬时相位隨调制信号 uΩ(t)线性关系变化。即
U m Ucm
(t ) ct KPuΩ (t )
式中，KP为比例常数，单位是弧度／伏(rad／V)。
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调相波的一般数学表示式为 u(t ) Ucm cosct KPuΩ (t ) 调相波的瞬时角频率为 d (t ) duΩ (t ) (t ) c K p dt dt 2.调频波 根据定义，高频振荡的振幅Um不变，而瞬时角频率与隨调制 信号uΩ(t)线性关系变化。即 U m Ucm (t ) c Kf uΩ (t ) 式中，Kf为比例常数，单位是弧度／秒²伏(rad／s· V)。 调频波的瞬时相位为 t t (t ) (t )dt ct Kf u (t )dt
高频电子线路 第七章 2
(2)调制信号 Ω(t); 调制信号u 调制信号 在确定是调频波或调相波之前不能确定u 在确定是调频波或调相波之前不能确定 Ω(t)。 。
调频波
d ϕ (t ) ω( t ) = = ω c + k f u Ω (t ) dt = 2 π × 10 6 − 3 × 4 π × 10 3 sin 4 π × 10 3 t
第二节
调频器与调频方法
二、调频方法
调频方法有两种，直接调频和间接调频。 调频方法有两种，直接调频和间接调频。
高频电子线路
第7章
角度调制与解调
第二节
直接调频
间接调频
{ {
调频器与调频方法
正弦波直接调频
{
电抗管直接调频 变容二极管直接调频
非正弦波直接调频： 非正弦波直接调频： 最后必须转换成正弦波调频 矢量法 ∆ϕ ≤
∴ f0 = 100MHZ,∆f m = 750KHZ
高频电子线路
第7章
角度调制与解调
第二节
调频器与调频方法
（2）
ω1 (t ) = 2π ×10 ×106 + 2π ×15 ×103 cos Ωt
∵ ∆fm1 = 15 ×103 KHZ Bs1 = 2(∆fm1 + F ) = 2 ×16 ×103 =32KHZ f01 = 10MHZ
接收机正常接收所必须满足的一项重要性能指标，否则， 接收机正常接收所必须满足的一项重要性能指标，否则， 调频信号的有效频谱分量就会落到接收机通频带以外， 调频信号的有效频谱分量就会落到接收机通频带以外，造成信 号失真，并干扰邻近电台信号。 号失真，并干扰邻近电台信号。
高频电子线路
第7章
角度调制与解调
I0 f = 4 C U B E ( on )
调频波
d ϕ (t ) ω( t ) = = ω c + k f u Ω (t ) dt = 2 π × 10 6 − 3 × 4 π × 10 3 sin 4 π × 10 3 t
第二节
调频器与调频方法
二、调频方法
调频方法有两种，直接调频和间接调频。 调频方法有两种，直接调频和间接调频。
高频电子线路
第7章
角度调制与解调
第二节
直接调频
间接调频
{ {
调频器与调频方法
正弦波直接调频
{
电抗管直接调频 变容二极管直接调频
非正弦波直接调频： 非正弦波直接调频： 最后必须转换成正弦波调频 矢量法 ∆ϕ ≤
∴ f0 = 100MHZ,∆f m = 750KHZ
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第7章
角度调制与解调
第二节
调频器与调频方法
（2）
ω1 (t ) = 2π ×10 ×106 + 2π ×15 ×103 cos Ωt
∵ ∆fm1 = 15 ×103 KHZ Bs1 = 2(∆fm1 + F ) = 2 ×16 ×103 =32KHZ f01 = 10MHZ
接收机正常接收所必须满足的一项重要性能指标，否则， 接收机正常接收所必须满足的一项重要性能指标，否则， 调频信号的有效频谱分量就会落到接收机通频带以外， 调频信号的有效频谱分量就会落到接收机通频带以外，造成信 号失真，并干扰邻近电台信号。 号失真，并干扰邻近电台信号。
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第7章
角度调制与解调
I0 f = 4 C U B E ( on )
高频电子线路第7章 频率调制及解调
t 一般调制信号f (t )：uFM (t ) U C cosct k f f ( )d 0
2018/11/13
3
调频波波形：
2018/11/13
4
调频波的三个基本参数：Δfm、kf 和mf (1) 峰值频偏 Δfm: 反映频率受调制的程度，是衡量调频质量的 重要指标。 瞬时角频偏：Δω(t)=kfUΩcosΩt，峰值频偏：Δfm=kfUΩ/2π； 瞬时频率的变化范围：fc－Δfm～fc+Δfm； 瞬时频率的最大变化值：2Δfm ；
2018/11/138 Nhomakorabea单频调制时FM波的频谱：左列Ω为常数；右列Δωm为常数
2018/11/13
9
调频波的频谱结构和特点: (1) 有无穷多个频率分量：在以fc为中心、以F为间隔对称分布， 各分量的幅值取决于Bessel函数； (2) 载频分量不总是最大，有时为0； (3) 功率大部分集中在载频附近； (4) 频谱结构与mf的关系 F一定：Δfm↑→ mf↑→频谱就会展宽； Δfm一定：F↓→ mf↑→频谱宽度基本不变。 FM和PM有相似的频谱结构，都包含有无穷多个边频分量， 因此都属于非线性调制。 (5) 窄带调频(NBFM)：虽与AM波的频谱相同，但有原则区别
(2) 调频灵敏度kf：反映调制信号对瞬时角频率控制能力。 kf=Δωm/UΩ (3) 调频指数mf：单音调制信号引起的最大瞬时相位偏移量。 mf =Δωm/Ω=Δfm/ F=Δφm = kf UΩ/ Ω Δφm：峰值相偏。 mf可以小于1，也可以大于1。
2018/11/13 5
调频波 fm、m f 与F的关系：
FM信号带宽的精确计算公 式：Bs 2(mf mf 1)F
2018/11/13 11
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调频波波形：
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调频波的三个基本参数：Δfm、kf 和mf (1) 峰值频偏 Δfm: 反映频率受调制的程度，是衡量调频质量的 重要指标。 瞬时角频偏：Δω(t)=kfUΩcosΩt，峰值频偏：Δfm=kfUΩ/2π； 瞬时频率的变化范围：fc－Δfm～fc+Δfm； 瞬时频率的最大变化值：2Δfm ；
2018/11/138 Nhomakorabea单频调制时FM波的频谱：左列Ω为常数；右列Δωm为常数
2018/11/13
9
调频波的频谱结构和特点: (1) 有无穷多个频率分量：在以fc为中心、以F为间隔对称分布， 各分量的幅值取决于Bessel函数； (2) 载频分量不总是最大，有时为0； (3) 功率大部分集中在载频附近； (4) 频谱结构与mf的关系 F一定：Δfm↑→ mf↑→频谱就会展宽； Δfm一定：F↓→ mf↑→频谱宽度基本不变。 FM和PM有相似的频谱结构，都包含有无穷多个边频分量， 因此都属于非线性调制。 (5) 窄带调频(NBFM)：虽与AM波的频谱相同，但有原则区别
(2) 调频灵敏度kf：反映调制信号对瞬时角频率控制能力。 kf=Δωm/UΩ (3) 调频指数mf：单音调制信号引起的最大瞬时相位偏移量。 mf =Δωm/Ω=Δfm/ F=Δφm = kf UΩ/ Ω Δφm：峰值相偏。 mf可以小于1，也可以大于1。
2018/11/13 5
调频波 fm、m f 与F的关系：
FM信号带宽的精确计算公 式：Bs 2(mf mf 1)F
2018/11/13 11
高频电路原理与分析-第7章频率调制与解调
调制的分类
1 幅度调制(AM)
调制信号改变载波信 号幅度的过程。
2 频率调制(FM)
调制信号改变载波信 号频率的过程。
3 相位调制(PM)
调制信号改变载波信 号相位的过程。
频率调制的原理与方法
直接频率调制
直接改变载波信号的频率，简单粗暴。
间接频率调制
通过改变载波信号的相位或幅度，间接改变频率。
调频技术的实际应用
认知无线电
利用智能技术来实现无线电 频谱的有效利用和优化。
通过检测载波信号的相位变化，恢复调制信号。
调制与解调的性能评价
调制与解调的性能影响通信系统的质量。评价指标包括信噪比、频谱利用率、 抗干扰能力等。合理评估性能有助于设计和优化高效的调制解调系统。
频率调制与解调的发展趋势
数字调制
数字调制技术的发展将在通 信系统中起到重要作用。
软件定义无线电
通过软件控制无线电设备， 实现更高的灵活性和性能。
调频技术在通信领域有广泛的应用。它能够提供稳定的通信信号，并具有抗 干扰能力强、传输距离远的优点。广播、无线电导航和移动通信等领域都使 用调频技术。
Байду номын сангаас
解调的原理与方法
1
幅度解调(AM)
通过检测载波信号的幅度变化，恢复调制信号。
2
频率解调(FM)
通过检测载波信号的频率变化，恢复调制信号。
3
相位解调(PM)
高频电路原理与分析-第7 章频率调制与解调
本章介绍频率调制与解调的基础概念、分类、原理与方法，以及调频技术的 实际应用。探讨解调的原理与方法，评价调制与解调的性能，并展望频率调 制与解调的发展趋势。
调制与解调的基础概念
高频 通信电子线路课件Chapter 7 角度调制与解调
1）在调频广播、移动通信和电视伴音信号的传输中， 准则是：幅度小于未调载频振幅10%的边频分量可以滤除， 这时带宽内边频分量集中调频波总功率98%－99%，这时带宽 应按如下公式计算： BFM 2m f 1F 2( f F ) 例：调频广播的频率范围为88－108MHz，最高调制频率 为 1 5 kHz， 最 大 频 偏 规 定 为 7 5 kHz， 则 调 频 信 号 带 宽 为 180kHz，小于各电台之间的规定的频道间隔200kHz。 2）在要求更严格的场合，准则是：幅度小于未调载频 振幅1%的边频分量可以滤除，这时带宽内边频分量集中了 调频波总功率99%以上。这时带宽按以下公式计算：
Chapter 7 角 度 调 制 与 解 调 ——频谱非线性变换电路
§7.1 §7.2 §7.3 §7.4 §7.5 概述 调角波的性质 调频方法及电路 调角信号解调 调频制的抗干扰性能
§7.1 概述
一、角度调制（调角）的含义
在调制的过程中，如果受控的是载波信号的频率，则 称频率调制（简称调频），以FM表示；若受控的是载波信 号的相位，则称为相位调制（简称调相），以PM表示。 控制瞬时频率与瞬时相位都将改变高频载波信号的角 度，因此调频和调相也通称为调角。
故调相波的数学表达式为：
vPM (t ) V cos[0t K p v (t )]
调相波的瞬时频率为
d (t ) dv (t ) 0 K p dt dt 其中Kp是比例常数（调相灵敏度），它表示单位调制信号电压 所引起的相位偏移，单位为rad/V。
(t )
v 0 (a)
t=t
(t )
t=0
o
实轴
从图中可看出瞬时频率和瞬时相位的关系。 瞬时相位为 瞬时频率为
高频电子线第7章 频率调制与解调讲解
西安电子科技大学ISN国家重点实验室——付卫红
第7章 频率调制与解调
7.1 角度调制信号分析
二、信号的频域分析
1. 调频波的展开式
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 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 mf
m!(n m)!
Jn (mf ) J-n (mf )Jn(mf ) n
Jn (mf ) -J-n (mf ) n
uFM (t) UC Re[
J n (m f )e j(ctnt ) ]
n
UC Jn (mf ) cos(c n)t
n
西安电子科技大学ISN国家重点实验室——付卫红
第7章 频率调制与解调
西安电子科技大学ISN国家重点实验室——付卫红
第7章 频率调制与解调
7.1 角度调制信号分析
一、调频信号的时域分析 1. 解析式
(t) c m cos t
uFM UC cos(ct m f sin t)
调频波是波形疏 密变化的等幅波
(t) ct mf sin t
西安电子科技大学ISN国家重点实验室——付卫红
2. 频率调制，又称调频，它是使高频震荡信号的频率按调制信号的规 律变化（即瞬时频率变化的大小与调制信号成线性关系），而振幅保 持恒定的一种调制方式。
3. 相位调制，又称调相，他的相位按调制信号的规律变化，振幅保持 不变。
4. 调频信号的解调称为鉴频或频率检波，调相信号的解调称为鉴相或 相位检波。
5. 角度调制属于频谱的非线性变换
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fm mf
0
fm mf
F
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2. 调频信号的频域分析
通过分析下面复周期函数的傅立叶级数展开，可以了解
调频波的频谱特点。
e jmf sin t
J n (mf )e jn t
n
Jn(mf)：宗数为mf的n阶一类贝塞尔(Bessel)函数，可以用无 穷级数进行计算：
(1)n ( m f )n2m
mf的某些值上，函数为0。
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8
单频调制时FM波的频谱：左列Ω为常数；右列Δωm为常数
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调频波的频谱结构和特点:
(1) 有无穷多个频率分量：在以fc为中心、以F为间隔对称分布， 各分量的幅值取决于Bessel函数；
(2) 载频分量不总是最大，有时为0；
(3) 功率大部分集中在载频附近；
Jn (m f )
m0
2 m!(n m)!
调频波的级数展开式为：
uFM (t) UC cos(ct m f sin t) UC Jn (m f ) cos(c n)t n
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Bessel函数的特点:
(1) m f =0：J0(m f )=1，其它各阶Bessel函数为0。这意味着当没 有调制信号时，uFM只包含载波分量。 (2) 所有Bessel函数都是正、负交替变化的非周期函数，而且在
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。
FM信号带宽的精确计算公式：Bs 2(mf mf 1)F
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3、调频波的功率：设负载阻抗为RL
PFM
Uc2 2RL
本章的重点是调频和鉴频。
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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 )
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
(2) 调频灵敏度kf：反映调制信号对瞬时角频率控制能力。
kf=Δωm/UΩ (3) 调频指数mf：单音调制信号引起的最大瞬时相位偏移量。
mf =Δωm/Ω=Δfm/ F=Δφm = kf UΩ/ Ω Δφm：峰值相偏。 mf可以小于1，也可以大于1。
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调频波fm、m f 与F的关系：
uFM (t) UC[J0(mf ) cosct J1(mf ) cos(c )t－J1(mf ) cos(c )t]
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调频波的信号带宽：
虽然从理论上讲，调频波带宽为无穷大，但由于FM信号 的能量主要集中在fc附近，因此在工程实践中通常忽略其它 振幅很小的边频分量。
FM信号带宽(Carson公式)：Bs=2(mf+1)F=2(Δfm+F) (1) mf <<1：属于窄带调频(NBFM)，Bs =2F； (2) mf >>1：属于宽带调频(WBFM)，Bs =2Δfm。 举例：调频广播。
调相信号瞬时相位 (t：) ct (t) ct k pU cost ct m cos t ct m p cos t
调相信号：uPM (t) Uc cos(ct mp cost)
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m kpU mp：峰 值 相 偏 和 调 指 数
k
：调
p
相
制
灵
敏
度
12
PM信 号 瞬 时 频 率 ： (t )
(4) 频谱结构与mf的关系 F一定：Δfm↑→ mf↑→频谱就会展宽； Δfm一定：F↓→ mf↑→频谱宽度基本不变。 FM和PM有相似的频谱结构，都包含有无穷多个边频分量，
因此都属于非线性调制。
(5) 窄带调频(NBFM)：虽与AM波的频谱相同，但有原则区别
mf 1: J1(mf ) J2(mf ), J3(mf ) ,
t 0
(
)d
)
ct
m
sin t
ct
(t )
FM调频波：uFM
(t)
UC
cos(ct
m
sin t)
UC
cos(ct
mf
sin t)
mf
m
: 调频指数。
一般调制信号f
(t
)：uFM
(t
)
UC
c
osct
k
f
t
f ( )d
0
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3
调频波波形：
2020/4/5
4
调频波的三个基本参数：Δfm、kf 和mf (1) 峰值频偏 Δfm: 反映频率受调制的程度，是衡量调频质量的 重要指标。 瞬时角频偏：Δω(t)=kfUΩcosΩt，峰值频偏：Δfm=kfUΩ/2π； 瞬时频率的变化范围：fc－Δfm～fc+Δfm； 瞬时频率的最大变化值：2Δfm ；
d dt
(t)
c
mpsin
t
c m sin t
调频和调相的相互转化：
u (t) 积分
调相 uFM (t)
u (t) 微分
调频 u PM (t)
PM的频谱：分析方法与FM相同。
PM的带宽：Bs 2(mp 1)F
特点：由于mp和F无关，所以Bs与F成正比。如果按照最高调制 信号频率Fmax设计信道，则调制信号频率较低时，系统频带利用 率利用的不充分。因此在模拟通信中，很少采用调相方式。
第7章 频率调制与解调
➢ 调频信号分析 ➢ 调频器与调频方法 ➢ 调频电路 ➢ 鉴频器与鉴频方法 ➢ 鉴频电路 ➢ 调频收发信机及特殊电路
2020/4/5
1
一、 调频信号分析
角度调制：包括频率调制(FM)和相位调制(PM)。角度调制和
解调过程属于频谱的非线性搬移，分析方法和模型也与频谱
的线性搬移电路不同。 FM：高频信号的频率按调制信号的规律变化，FM信号的解 调称为鉴频或频率检波。 PM：高频信号的相位按调制信号的规律变化，PM信号的解 调称为鉴相或相位检波。 FM与PM关系：由于频率和相位之间存在微分和积分的的关 系。因此在实际实现的过程中，调频可以用调相的方法实现； 同样调相也可以用调频的方法来实现。
0
fm mf
F
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2. 调频信号的频域分析
通过分析下面复周期函数的傅立叶级数展开，可以了解
调频波的频谱特点。
e jmf sin t
J n (mf )e jn t
n
Jn(mf)：宗数为mf的n阶一类贝塞尔(Bessel)函数，可以用无 穷级数进行计算：
(1)n ( m f )n2m
mf的某些值上，函数为0。
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单频调制时FM波的频谱：左列Ω为常数；右列Δωm为常数
2020/4/5
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调频波的频谱结构和特点:
(1) 有无穷多个频率分量：在以fc为中心、以F为间隔对称分布， 各分量的幅值取决于Bessel函数；
(2) 载频分量不总是最大，有时为0；
(3) 功率大部分集中在载频附近；
Jn (m f )
m0
2 m!(n m)!
调频波的级数展开式为：
uFM (t) UC cos(ct m f sin t) UC Jn (m f ) cos(c n)t n
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Bessel函数的特点:
(1) m f =0：J0(m f )=1，其它各阶Bessel函数为0。这意味着当没 有调制信号时，uFM只包含载波分量。 (2) 所有Bessel函数都是正、负交替变化的非周期函数，而且在
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。
FM信号带宽的精确计算公式：Bs 2(mf mf 1)F
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3、调频波的功率：设负载阻抗为RL
PFM
Uc2 2RL
本章的重点是调频和鉴频。
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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 )
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
(2) 调频灵敏度kf：反映调制信号对瞬时角频率控制能力。
kf=Δωm/UΩ (3) 调频指数mf：单音调制信号引起的最大瞬时相位偏移量。
mf =Δωm/Ω=Δfm/ F=Δφm = kf UΩ/ Ω Δφm：峰值相偏。 mf可以小于1，也可以大于1。
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调频波fm、m f 与F的关系：
uFM (t) UC[J0(mf ) cosct J1(mf ) cos(c )t－J1(mf ) cos(c )t]
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调频波的信号带宽：
虽然从理论上讲，调频波带宽为无穷大，但由于FM信号 的能量主要集中在fc附近，因此在工程实践中通常忽略其它 振幅很小的边频分量。
FM信号带宽(Carson公式)：Bs=2(mf+1)F=2(Δfm+F) (1) mf <<1：属于窄带调频(NBFM)，Bs =2F； (2) mf >>1：属于宽带调频(WBFM)，Bs =2Δfm。 举例：调频广播。
调相信号瞬时相位 (t：) ct (t) ct k pU cost ct m cos t ct m p cos t
调相信号：uPM (t) Uc cos(ct mp cost)
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m kpU mp：峰 值 相 偏 和 调 指 数
k
：调
p
相
制
灵
敏
度
12
PM信 号 瞬 时 频 率 ： (t )
(4) 频谱结构与mf的关系 F一定：Δfm↑→ mf↑→频谱就会展宽； Δfm一定：F↓→ mf↑→频谱宽度基本不变。 FM和PM有相似的频谱结构，都包含有无穷多个边频分量，
因此都属于非线性调制。
(5) 窄带调频(NBFM)：虽与AM波的频谱相同，但有原则区别
mf 1: J1(mf ) J2(mf ), J3(mf ) ,
t 0
(
)d
)
ct
m
sin t
ct
(t )
FM调频波：uFM
(t)
UC
cos(ct
m
sin t)
UC
cos(ct
mf
sin t)
mf
m
: 调频指数。
一般调制信号f
(t
)：uFM
(t
)
UC
c
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k
f
t
f ( )d
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调频波波形：
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调频波的三个基本参数：Δfm、kf 和mf (1) 峰值频偏 Δfm: 反映频率受调制的程度，是衡量调频质量的 重要指标。 瞬时角频偏：Δω(t)=kfUΩcosΩt，峰值频偏：Δfm=kfUΩ/2π； 瞬时频率的变化范围：fc－Δfm～fc+Δfm； 瞬时频率的最大变化值：2Δfm ；
d dt
(t)
c
mpsin
t
c m sin t
调频和调相的相互转化：
u (t) 积分
调相 uFM (t)
u (t) 微分
调频 u PM (t)
PM的频谱：分析方法与FM相同。
PM的带宽：Bs 2(mp 1)F
特点：由于mp和F无关，所以Bs与F成正比。如果按照最高调制 信号频率Fmax设计信道，则调制信号频率较低时，系统频带利用 率利用的不充分。因此在模拟通信中，很少采用调相方式。
第7章 频率调制与解调
➢ 调频信号分析 ➢ 调频器与调频方法 ➢ 调频电路 ➢ 鉴频器与鉴频方法 ➢ 鉴频电路 ➢ 调频收发信机及特殊电路
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一、 调频信号分析
角度调制：包括频率调制(FM)和相位调制(PM)。角度调制和
解调过程属于频谱的非线性搬移，分析方法和模型也与频谱
的线性搬移电路不同。 FM：高频信号的频率按调制信号的规律变化，FM信号的解 调称为鉴频或频率检波。 PM：高频信号的相位按调制信号的规律变化，PM信号的解 调称为鉴相或相位检波。 FM与PM关系：由于频率和相位之间存在微分和积分的的关 系。因此在实际实现的过程中，调频可以用调相的方法实现； 同样调相也可以用调频的方法来实现。