7 角度调制与解调.ppt

高频电子线路第七章第七章 角度调制与解调角度调制与解调7.1 7.1 角度调制信号分析角度调制信号分析7.2 7.2 调频器与调频方法调频器与调频方法7.3 7.3 调频电路调频电路7.4 7.4 鉴频器与鉴频方法鉴频器与鉴频方法7.5 7.5 鉴频电路鉴频电路 高频电子线路7.1 7.1 角度调制信号分析角度调制信号分析*第七章第七章 角度调制与解调角度调制与解调高频电子线路 频率调制和相位调制合称为频率调制和相位调制合称为角度调制（调角）角度调制（调角）。因为因为相位是频率的积分，相位是频率的积分，故频率的变化必将引起相位的变化，故频率的变化必将引起相位的变化，反之亦然。反之亦然。所以调频信号与调相信号在时域特性、频谱带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宽、调制与解调的原理及实现等方面都有密切的联系。角角度度调调制制频率调制（调频频率调制（调频FM）：高频振荡信号的振幅保持不）：高频振荡信号的振幅保持不变，而变，而瞬时频率随调制信号瞬时频率随调制信号u(t)作线性变化作线性变化。相位调制（调相相位调制（调相PM）：高频振荡信号的振幅保持不）：高频振荡信号的振幅保持不变，而变，而瞬时相位随调制信号瞬时相位随调制信号u(t)作线性变化作线性变化。高频电子线路瞬时频率和瞬时相位瞬时频率和瞬时相位瞬时角频率瞬时角频率：瞬时相位瞬时相位：一个余弦信号：一个余弦信号：可以用旋转矢量在横轴上的投影表示。可以用旋转矢量在横轴上的投影表示。0 1高频电子线路（一）（一）调频信号的时域分析调频信号的时域分析*高频电子线路调频波的数学表达式调频波的数学表达式设调制信号为单一频率信号设调制信号为单一频率信号u(t)=Ucost，未调载，未调载波电压为波电压为uC=UCcosct，则根据频率调制的定义，调频信，则根据频率调制的定义，调频信号的瞬时角频率为号的瞬时角频率为(71)它是在它是在c的基础上，增加了与的基础上，增加了与u(t)成正比的频率偏成正比的频率偏移，式中移，式中kf为比例常数。为比例常数。高频电子线路调频波的数学表达式调频波的数学表达式调频信号的瞬时相位调频信号的瞬时相位(t)是瞬时角频率是瞬时角频率(t)对时间的积对时间的积分，即分，即式中式中 0为信号的初相位。为了分析方便设为信号的初相位。为了分析方便设 0=0，则上，则上式变为式变为（72）（73）高频电子线路FM波的表示式为波的表示式为调频波的数学表达式调频波的数学表达式(74)式中，调频指数式中，调频指数mf表示表示在载波信号的相位上附加的最在载波信号的相位上附加的最大相位偏移大相位偏移 最大角频偏最大角频偏（对比：对比：）高频电子线路调调频频波波的的波波形形高频电子线路例：例：已知载波频率已知载波频率f fc c=100MHz=100MHz，载波振幅，载波振幅U Uc c=5V=5V，调制信号，调制信号u u(t t)=()=(cos2cos210103 3t t+2cos22cos2500500t t)V)V，调频灵敏度，调频灵敏度k kf f=1000Hz/V=1000Hz/V。试写出该调频波的数学表达式。试写出该调频波的数学表达式。调频波的数学表达式调频波的数学表达式高频电子线路例：例：已知载波频率已知载波频率f fc c=100MHz=100MHz，载波振幅，载波振幅U Uc c=5V=5V，调制信号，调制信号u u(t t)=()=(cos2cos210103 3t t+2cos22cos2500500t t)V)V，调频灵敏度，调频灵敏度k kf f=1000Hz/V=1000Hz/V。试写出该调频波的数学表达式。试写出该调频波的数学表达式。调频波的数学表达式调频波的数学表达式高频电子线路（二）（二）调频信号的频域分析调频信号的频域分析*高频电子线路调调频频波波的的频频谱谱利用贝塞尔函数的两个公式：利用贝塞尔函数的两个公式：式中式中Jn(mf)是宗数为是宗数为mf的的n阶第一类贝塞尔函数阶第一类贝塞尔函数,可以用无可以用无穷级数进行计算穷级数进行计算:高频电子线路调调频频波波的的频频谱谱贝塞尔函数曲线：贝塞尔函数曲线：高频电子线路调调频频波波的的频频谱谱贝塞尔函数表：贝塞尔函数表：高频电子线路（78）uFM(t)=UCJ0(mf)cosct J1(mf)cos(c+)tJ1(mf)cos(c)tJ2(mf)cos(c+2)tJ2(mf)cos(c2)tJ3(mf)cos(c+3)tJ3(mf)cos(c3)t 调调频频波波的的频频谱谱将将、的展开式代入调频波的表的展开式代入调频波的表达式，进一步展开得：达式，进一步展开得：高频电子线路调调频频波波的的频频谱谱请思考：为什么说调频是频谱的非线性搬移？请思考：为什么说调频是频谱的非线性搬移？高频电子线路单频调频信号频谱特点单频调频信号频谱特点:(1)由载频和无穷多组上、下边频组成由载频和无穷多组上、下边频组成,这些频率分量满这些频率分量满足足cn,即即各边频分量之间的距离是调制信号角频率各边频分量之间的距离是调制信号角频率。0.770.440.440.110.110.020.02调调频频波波的的频频谱谱高频电子线路单频调频信号频谱特点单频调频信号频谱特点:(2)各边频分量振幅值与对应阶各边频分量振幅值与对应阶贝塞尔函数成正比，但振幅值不是贝塞尔函数成正比，但振幅值不是随随n单调变化单调变化,且有时候为零。且有时候为零。(3)随着随着mf值的增大值的增大,具有较大具有较大振幅的边频分量数目增加振幅的边频分量数目增加,载频分载频分量振幅呈衰减振荡趋势量振幅呈衰减振荡趋势,在个别地在个别地方载频分量为零。方载频分量为零。调调频频波波的的频频谱谱高频电子线路调频波所占的带宽，理论上说是无穷宽的，因为它包含调频波所占的带宽，理论上说是无穷宽的，因为它包含有无穷多个频率分量。有无穷多个频率分量。但实际上，在调制指数一定时，超过某一阶数的贝塞尔但实际上，在调制指数一定时，超过某一阶数的贝塞尔函数的值已经相当小，其影响可以忽略。函数的值已经相当小，其影响可以忽略。调调频频波波的的带带宽宽通常的准则是信号的频带宽度应包括幅度大于未调载波通常的准则是信号的频带宽度应包括幅度大于未调载波10%以上的边频分量以上的边频分量,即即|Jn(mf)|0.1，此时此时卡森（卡森（Carson）公式公式高频电子线路mf介于前两种情况之间介于前两种情况之间时，带宽为时，带宽为 BW=2(mf+1)F=2(fm+F)调调频频波波的的带带宽宽为为窄带调频窄带调频，此时带宽为，此时带宽为BW=2F为为宽带调频宽带调频，此时带宽为，此时带宽为BW=2fm高频电子线路（三）（三）调频信号的功率调频信号的功率*高频电子线路调频波的功率调频波的功率调频信号的平均功率：调频信号的平均功率：结论：结论：(713)(715)调频波的平均功率与未调载波的平均功率相等。当调频波的平均功率与未调载波的平均功率相等。当mf由由零增加时，已调波的载频功率下降，而分散给其他边频分量。零增加时，已调波的载频功率下降，而分散给其他边频分量。即即调频的过程是进行功率的重新分配，而总功率不变调频的过程是进行功率的重新分配，而总功率不变。高频电子线路（四）（四）调频波与调相波的比较调频波与调相波的比较*高频电子线路设设高高频频载载波波为为uc=Uccosct，调调制制信信号号为为u(t)=Ucost，则则调相信号的瞬时相位：调相信号的瞬时相位：(t)=ct+(t)=ct+kpu(t)调相波的数学表达式调相波的数学表达式调相波的表达式：调相波的表达式：mp=kpU调相指数：调相指数：（最大相位偏移）（最大相位偏移）调相波的瞬时角频率：调相波的瞬时角频率：高频电子线路调频波的数学表达式调频波的数学表达式调频信号的瞬时角频率调频信号的瞬时角频率对比：对比：调频信号的瞬时相位调频信号的瞬时相位调频波的表达式调频波的表达式调频指数调频指数高频电子线路相同之处相同之处:(1)二者都是等幅信号；二者都是等幅信号；(2)二者的频率和相位都随二者的频率和相位都随调制信号而变化调制信号而变化,均产生频偏均产生频偏与相偏。与相偏。调频波与调相波的比较调频波与调相波的比较高频电子线路调频波与调相波的比较调频波与调相波的比较不同之处不同之处:调频调频指数指数mf与与调调制制频频率成反比率成反比,最大最大频频偏与偏与调调制制频频率无关率无关调调相指数相指数mp与与调调制制频频率无关率无关,最大最大频频偏与偏与调调制制频频率成正比率成正比高频电子线路调频波与调相波的比较调频波与调相波的比较P268高频电子线路调频波与调相波的比较调频波与调相波的比较高频电子线路调频波与调相波的比较调频波与调相波的比较例：若用例：若用u u=cos4000t V=cos4000t V的单音频信号，分别对的单音频信号，分别对u uc c=2cos2=2cos210106 6t Vt V的载波进行调频和调相，已知的载波进行调频和调相，已知调频灵敏度调频灵敏度k kf f=50kHz/V=50kHz/V，调相灵敏度，调相灵敏度k kP P=50rad/V=50rad/V，则最大频偏和调制指数各为多少？则最大频偏和调制指数各为多少？高频电子线路调频波与调相波的比较调频波与调相波的比较例：若用例：若用u u=cos4000t V=cos4000t V的单音频信号，分别对的单音频信号，分别对u uc c=2cos2=2cos210106 6t Vt V的载波进行调频和调相，已知的载波进行调频和调相，已知调频灵敏度调频灵敏度k kf f=50kHz/V=50kHz/V，调相灵敏度，调相灵敏度k kP P=50rad/V=50rad/V，则最大频偏和调制指数各为多少？则最大频偏和调制指数各为多少？依题意依题意:F=2kHz=2kHzfc c=1MHz U=1MHz U=1V=1V调频时调频时:调相时调相时:高频电子线路调频波与调相波的比较调频波与调相波的比较例：设有一组正弦调制信号，频率为例：设有一组正弦调制信号，频率为3003400Hz，（，（1）若若采用调频方式，且最大频偏为采用调频方式，且最大频偏为75KHz，求调频指数的取值范求调频指数的取值范围；（围；（2）若采用调相方式，且最大相偏为）若采用调相方式，且最大相偏为1.5rad，求最大频，求最大频偏的取值范围。偏的取值范围。高频电子线路调频波与调相波的比较调频波与调相波的比较例：设有一组正弦调制信号，频率为例：设有一组正弦调制信号，频率为3003400Hz，（，（1）若若采用调频方式，且最大频偏为采用调频方式，且最大频偏为75KHz，求调频指数的取值范求调频指数的取值范围围；（；（2）若采用调相方式，且最大相偏为）若采用调相方式，且最大相偏为1.5rad，求最大频，求最大频偏的取值范围。偏的取值范围。高频电子线路调频波与调相波的比较调频波与调相波的比较例：设有一组正弦调制信号，频率为例：设有一组正弦调制信号，频率为3003400Hz，（，（1）若若采用调频方式，且最大频偏为采用调频方式，且最大频偏为75KHz，求调频指数的取值范求调频指数的取值范围围；（；（2）若采用调相方式，且最大相偏为）若采用调相方式，且最大相偏为1.5rad，求最大频，求最大频偏的取值范围偏的取值范围。高频电子线路 用频率为用频率为4KHz、幅度为幅度为0.2V的正弦波，对幅度的正弦波，对幅度为为2V，频率为频率为10.7MHz的余弦载波进行调角，已的余弦载波进行调角，已知最大频偏为知最大频偏为6060KHz，试分别写出调角后的调频波，试分别写出调角后的调频波和调相波的数学表达式。和调相波的数学表达式。课课堂堂练练习习调频调频:调相调相:高频电子线路UPM(t)=2cos(210.7106t15sin8103t)V课课堂堂练练习习UFM(t)=2cos(210.7106t15cos8103t)V 用频率为用频率为4KHz、幅度为幅度为0.2V的的正弦正弦波，对幅度波，对幅度为为2V，频率为频率为10.7MHz的的余弦余弦载波进行调角，已载波进行调角，已知最大频偏为知最大频偏为6060KHz，试分别写出调角后的调频波，试分别写出调角后的调频波和调相波的数学表达式。和调相波的数学表达式。高频电子线路课课堂堂练练习习已知音频调制信号的频率已知音频调制信号的频率F=15kHz,若要求最大若要求最大频偏频偏fm=45kHz,求（求（1）采用调频方式时的调频指）采用调频方式时的调频指数数mf、带宽带宽BW,画出频谱图；（画出频谱图；（2）采用）采用调相方式调相方式时的调相指数时的调相指数mp、带宽带宽BW。高频电子线路课课堂堂练练习习解（解（1）：）：mf=BW=2(3+1)15103=120kHz已知调制信号的频率已知调制信号的频率F=15kHz,若要求最大频偏若要求最大频偏fm=45kHz,求求（1）采用调频方式时的调频指数）采用调频方式时的调频指数mf、带宽带宽BW,画出频谱图画出频谱图；（2）采用）采用调相方式时的调相指数调相方式时的调相指数mp、带宽带宽BW。高频电子线路课课堂堂练练习习已知调制信号的频率已知调制信号的频率F=15kHz,若要求最大频偏若要求最大频偏fm=45kHz,求求（1）采用调频方式时的调频指数）采用调频方式时的调频指数mf、带宽带宽BW,画出频谱图画出频谱图；（2）采用）采用调相方式时的调相指数调相方式时的调相指数mp、带宽带宽BW。高频电子线路mp=课课堂堂练练习习BW=2(3+1)15103=120kHz解（解（2）：）：已知调制信号的频率已知调制信号的频率F=15kHz,若要求最大频偏若要求最大频偏fm=45kHz,求（求（1）采用调频方式时的调频指数）采用调频方式时的调频指数mf、带宽带宽BW,画出频谱图；画出频谱图；（2）采用）采用调相方式时的调相指数调相方式时的调相指数mp、带宽带宽BW。高频电子线路课课堂堂练练习习设设调调制制信信号号为为u(t)=0.2sin4103t(V)、载载波波信信号号为为uC(t)=2cos2106t(V)，已已知知调调角角时时的的最最大频偏为大频偏为24KHz。1、分别写出这时调频波和调相波的数学表达式。分别写出这时调频波和调相波的数学表达式。2、它们的频带宽度分别是多少？、它们的频带宽度分别是多少？3、如果调制信号的幅度增大一倍，而频率降低一、如果调制信号的幅度增大一倍，而频率降低一半，该半，该调频波和调相波调频波和调相波的最大频偏及带宽又分别的最大频偏及带宽又分别是多少？是多少？高频电子线路课课堂堂练练习习设设调调制制信信号号为为u(t)=0.2sin4103t(V)、载载波波信信号号为为uC(t)=2cos2106t(V)，已已知知调调角角时时的的最最大大频频偏偏为为24KHz。1、分别写出这时调频波和调相波的数学表达式分别写出这时调频波和调相波的数学表达式。2、它们的频带宽度分别是多少？、它们的频带宽度分别是多少？3、如果调制信号的幅度增大一倍，而频率降低一半，、如果调制信号的幅度增大一倍，而频率降低一半，该该调频波和调相波的最大频偏及带宽又分别是多少调频波和调相波的最大频偏及带宽又分别是多少？uFM(t)=2cos（2106t12cos4103t）(V)uPM(t)=2cos（2106t12sin4103t）(V)高频电子线路课课堂堂练练习习均为均为2(24+2)=52KHz设设调调制制信信号号为为u(t)=0.2sin4103t(V)、载载波波信信号号为为uC(t)=2cos2106t(V)，已知调角时的最大频偏为已知调角时的最大频偏为24KHz。1、分别写出这时调频波和调相波的数学表达式。分别写出这时调频波和调相波的数学表达式。2、它们的频带宽度分别是多少、它们的频带宽度分别是多少？3、如果调制信号的幅度增大一倍，而频率降低一半，该、如果调制信号的幅度增大一倍，而频率降低一半，该调频波和调相波调频波和调相波的最大频偏及带宽又分别是多少？的最大频偏及带宽又分别是多少？BW=2(fm+F)频带宽度频带宽度高频电子线路课课堂堂练练习习频谱宽度：频谱宽度：2(48+1)=98KHz最大频偏最大频偏:fm=kfU=48KHz调频时调频时调相时调相时fm=kfU=24KHz2(24+1)=50KHz设设调调制制信信号号为为u(t)=0.2sin4103t(V)、载载波波信信号号为为uC(t)=2cos2106t(V)，已知调角时的最大频偏为已知调角时的最大频偏为24KHz。1、分别写出这时调频波和调相波的数学表达式。分别写出这时调频波和调相波的数学表达式。2、它们的频带宽度分别是多少？、它们的频带宽度分别是多少？3、如果调制信号的幅度增大一倍，而频率降低一半，该、如果调制信号的幅度增大一倍，而频率降低一半，该调频波和调相波调频波和调相波的最大频偏及带宽又分别是多少？的最大频偏及带宽又分别是多少？高频电子线路7.2 7.2 调频器与调频方法调频器与调频方法*第七章第七章 角度调制与解调角度调制与解调高频电子线路具有线性的调制特性。具有线性的调制特性。具有较高的调制灵敏度。具有较高的调制灵敏度。最大频率偏移与调制信号频率无关。最大频率偏移与调制信号频率无关。未调制的载波频率应有一定的频率稳定度。未调制的载波频率应有一定的频率稳定度。无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。调频器的技术指标调频器的技术指标高频电子线路1、调制特性、调制特性被调振荡器的频率被调振荡器的频率偏移与调制电压的关偏移与调制电压的关系称为调制特性，在系称为调制特性，在一定电压范围内，调一定电压范围内，调制特性应近似为直线制特性应近似为直线特性。特性。调频器的技术指标调频器的技术指标高频电子线路2、调制灵敏度、调制灵敏度调制电压变化单位数值所产生的频率偏移称为调制灵调制电压变化单位数值所产生的频率偏移称为调制灵敏度。敏度。调频器的技术指标调频器的技术指标调制灵敏度的大小与调频电路的形式、受调制元件的调制灵敏度的大小与调频电路的形式、受调制元件的特性等有关。特性等有关。高频电子线路调频器的技术指标调频器的技术指标3、最大频偏、最大频偏最大频偏最大频偏是指在调制电压作用下，所能达到的最是指在调制电压作用下，所能达到的最大频率偏移。大频率偏移。4、中心频率稳定度、中心频率稳定度调频信号的瞬时频率是以中心频率（载波频率）为基调频信号的瞬时频率是以中心频率（载波频率）为基准变化的。若中心频率不稳定，就有可能使调频信号的准变化的。若中心频率不稳定，就有可能使调频信号的频谱落到接收机通带之外。因此调频电路不仅要满足频频谱落到接收机通带之外。因此调频电路不仅要满足频偏的要求，而且要使中心频率保持足够高的稳定度。偏的要求，而且要使中心频率保持足够高的稳定度。高频电子线路1、直接调频、直接调频直接调频就是直接使振荡器的频率随调制信号成线性关系直接调频就是直接使振荡器的频率随调制信号成线性关系变化。例如，在一个由变化。例如，在一个由LC回路决定振荡频率的振荡器中，将回路决定振荡频率的振荡器中，将一个可变电抗元件接入回路，使可变电抗元件的电抗值随调一个可变电抗元件接入回路，使可变电抗元件的电抗值随调制电压而变化，即可使振荡器的振荡频率随调制信号而变化。制电压而变化，即可使振荡器的振荡频率随调制信号而变化。如：如：变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路。优点：易于得到比较大的频偏。优点：易于得到比较大的频偏。缺点：中心频率的稳定度不易做得很高。缺点：中心频率的稳定度不易做得很高。调调频频方方法法高频电子线路先将调制信号进行积分处理，再进行调相而得到调频波先将调制信号进行积分处理，再进行调相而得到调频波。优点：载波中心频率稳定度较好。优点：载波中心频率稳定度较好。2、间接调频、间接调频利用调频波与调相波之间的关系：利用调频波与调相波之间的关系：调调频频方方法法高频电子线路调调频频方方法法2、间接调频、间接调频高频电子线路实现间接调频的关键是如何进行相位调制。通常实现实现间接调频的关键是如何进行相位调制。通常实现相位调制的方法有如下三种相位调制的方法有如下三种:(1）矢量合成法。）矢量合成法。(2）可控移相法。）可控移相法。(3）可控延时法。）可控延时法。调调频频方方法法2、间接调频、间接调频高频电子线路间间接接调调频频方方法法（1）矢量合成法）矢量合成法:这种方法主要针对的是这种方法主要针对的是窄带的调频或调相窄带的调频或调相信信号。对于单音调相信号号。对于单音调相信号 uPM=Ucos(ct+mpcost)=Ucosctcos(mpcost)-Usin(mpcost)sinct 当当mp/12时，上式近似为时，上式近似为uPMUcosct-Umpcostsinct高频电子线路间间接接调调频频方方法法uPMUcosct-Umpcostsinct（1）矢量合成法）矢量合成法:高频电子线路间间接接调调频频方方法法（2）可控移相法可控移相法:将角频率为将角频率为c的高频载波的高频载波uc(t)通过一个通过一个可控相移网络，此网络产生的相移可控相移网络，此网络产生的相移 受调制电压受调制电压u(t)控控制，且满足制，且满足=kpu(t)的关系，所以输出为调相信号。的关系，所以输出为调相信号。高频电子线路间间接接调调频频方方法法（3）可控延时法可控延时法:将载波信号通过一可控延时网络，使延将载波信号通过一可控延时网络，使延时时间时时间受调制信号控制，即受调制信号控制，即=kdu(t)则输出则输出u=Ucosc(t-)=Ucosctkdcu(t)由此可知，输出信号已变成调相信号了。由此可知，输出信号已变成调相信号了。可控延可控延时网络时网络高频电子线路7.3 7.3 调调 频频 电电 路路*第七章第七章 角度调制与解调角度调制与解调高频电子线路变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路0VC V=0时变容管的等效电容为时变容管的等效电容为。变容指数为变容指数为，它是一个取决于，它是一个取决于PN结的结构和杂质分布的系数。结的结构和杂质分布的系数。缓变结变容管，缓变结变容管，其其=1/3；突变结变容管，突变结变容管，其其=1/2；超突变结变容管，其超突变结变容管，其=2。势垒电位差势垒电位差，硅管约为，硅管约为0.7V，锗管约为锗管约为0.2V。（721）高频电子线路静态工作点为静态工作点为EQ时时,变容二极管结电容为变容二极管结电容为（722）设在变容二极管上加的调制信号电压为设在变容二极管上加的调制信号电压为u(t)=Ucost则则（723）变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路高频电子线路变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路 将式（将式（723）代入式（）代入式（721）,得得(724)调制信号调制信号u(t)Cj的变化的变化fo的变化的变化高频电子线路变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路高频电子线路变容二极管调频实际电路变容二极管调频实际电路高频电子线路0.260.340.490.310.130.04课课堂堂练练习习,求调频波的中心频率求调频波的中心频率fC、调制指数调制指数mf和和最大频偏最大频偏调频电路及信号频谱如图所示，设调频电路及信号频谱如图所示，设高频电子线路课课堂堂练练习习,求调频波的求调频波的中心频率中心频率fC、调制指数调制指数mf和和最大频偏最大频偏调频电路及信号频谱如图所示，设调频电路及信号频谱如图所示，设中心频率：中心频率：（）高频电子线路0.260.340.490.310.130.04课课堂堂练练习习,求调频波的中心频率求调频波的中心频率fC、调制指数调制指数mf和和最大频偏最大频偏调频电路及信号频谱如图所示，设调频电路及信号频谱如图所示，设调制指数调制指数BW=8F高频电子线路0.260.340.490.310.130.04课课堂堂练练习习,求调频波的中心频率求调频波的中心频率fC、调制指数调制指数mf和和最大频偏最大频偏调频电路及信号频谱如图所示，设调频电路及信号频谱如图所示，设调制指数调制指数调制信号调制信号F=1KHz（）最大频偏：最大频偏：高频电子线路7.4 7.4 鉴频器与鉴频方法鉴频器与鉴频方法*第七章第七章 角度调制与解调角度调制与解调高频电子线路角角度度解解调调调调角角波波的的解解调调就就是是从从调调角角波波中中恢恢复复出出原原调调制制信信号号的的过过程程，解解调调电电路路的的输输出出信信号号应应该该与与已已调调波波的的瞬瞬时时频频率率或或瞬时相位成线性关系。瞬时相位成线性关系。调频波的解调电路称为频率检波器或鉴频器（调频波的解调电路称为频率检波器或鉴频器（FD）调相波的解调电路称为相位检波器或鉴相器（调相波的解调电路称为相位检波器或鉴相器（PD）高频电子线路图728 鉴频器及鉴频特性 鉴鉴频频特特性性鉴鉴频频的的过过程程是是将将已已调调波波的的频频率率变变化化转转换换为为输输出出信信号号的幅度变化，因此鉴频器是一个频的幅度变化，因此鉴频器是一个频幅变换器幅变换器。高频电子线路鉴频器的技术指标鉴频器的技术指标0f1、灵敏度（鉴频跨导）、灵敏度（鉴频跨导）鉴频器鉴频特性的灵敏度鉴频器鉴频特性的灵敏度通常用通常用处鉴频特性的斜率处鉴频特性的斜率定义，即定义，即鉴频灵敏度的单位为鉴频灵敏度的单位为V/Hz。鉴频特性（鉴频特性（S曲线曲线）高频电子线路鉴频器的技术指标鉴频器的技术指标2、线性范围、线性范围线性范围是指鉴频特性线性范围是指鉴频特性近似为直线的范围（图中近似为直线的范围（图中BWD），），这个范围应该大这个范围应该大于调频信号最大频偏的两于调频信号最大频偏的两倍。倍。0f高频电子线路鉴频器的技术指标鉴频器的技术指标0f3、非线性失真、非线性失真由于鉴频特性不是理由于鉴频特性不是理想直线而使解调信号产想直线而使解调信号产生的失真称为鉴频器的生的失真称为鉴频器的非线性失真。非线性失真。高频电子线路鉴鉴频频方方法法方法一：振幅鉴频法方法一：振幅鉴频法将等幅调频波变换为幅度变化与频率变化成正比的调幅将等幅调频波变换为幅度变化与频率变化成正比的调幅-调频波调频波。因为变换后信号的幅度变化与调制信号成正比，用。因为变换后信号的幅度变化与调制信号成正比，用幅度解调器解调，即可得到所需信号。幅度解调器解调，即可得到所需信号。高频电子线路鉴鉴频频方方法法vSv1v高频电子线路鉴鉴频频方方法法1）直接时域微分法）直接时域微分法设调制信号为设调制信号为u=f(t),调频波为调频波为方法一：振幅鉴频法方法一：振幅鉴频法对此式直接微分可得对此式直接微分可得AMFM高频电子线路鉴鉴频频方方法法鉴鉴频频方方法法1）直接时域微分法）直接时域微分法方法一：振幅鉴频法方法一：振幅鉴频法高频电子线路鉴鉴频频方方法法鉴鉴频频方方法法方法一：振幅鉴频法方法一：振幅鉴频法2）斜率鉴频法）斜率鉴频法高频电子线路鉴鉴频频方方法法鉴鉴频频方方法法方法一：振幅鉴频法方法一：振幅鉴频法2）斜率鉴频法）斜率鉴频法高频电子线路鉴鉴频频方方法法鉴鉴频频方方法法包络检波包络检波波形变换波形变换方法一：振幅鉴频法方法一：振幅鉴频法2）斜率鉴频法）斜率鉴频法在斜率鉴频电路中，利用的是调谐回路的失（离）谐状在斜率鉴频电路中，利用的是调谐回路的失（离）谐状态，因此又称失（离）谐回路法。态，因此又称失（离）谐回路法。单调谐回路谐振曲线的倾斜部分线性度较差。为了扩大单调谐回路谐振曲线的倾斜部分线性度较差。为了扩大线性范围，实际上多采用三调谐回路的双离谐平衡鉴频器。线性范围，实际上多采用三调谐回路的双离谐平衡鉴频器。高频电子线路双离谐平衡鉴频器双离谐平衡鉴频器鉴鉴频频方方法法鉴鉴频频方方法法方法一：振幅鉴频法方法一：振幅鉴频法2）斜率鉴频法）斜率鉴频法f02f03f01高频电子线路鉴鉴频频方方法法2）斜率鉴频法）斜率鉴频法f02f03f01+-+-高频电子线路双离谐平衡鉴频器的鉴频特性双离谐平衡鉴频器的鉴频特性鉴鉴频频方方法法方法一：振幅鉴频法方法一：振幅鉴频法2）斜率鉴频法）斜率鉴频法在较宽的频率范围内具有较在较宽的频率范围内具有较好的线性。好的线性。高频电子线路将调频波变换为调相将调频波变换为调相调频波，使相位的变化与瞬时频率调频波，使相位的变化与瞬时频率的变化成正比的变化成正比，然后用相位检波器解调，即得到所需信号。，然后用相位检波器解调，即得到所需信号。鉴鉴频频方方法法方法二：相位鉴频法方法二：相位鉴频法高频电子线路鉴鉴频频方方法法将调频波变换为调相将调频波变换为调相调频波，使相位的变化与瞬时频率调频波，使相位的变化与瞬时频率的变化成正比的变化成正比，然后用相位检波器解调，即得到所需信号。，然后用相位检波器解调，即得到所需信号。方法二：相位鉴频法方法二：相位鉴频法高频电子线路鉴鉴频频方方法法方法二：相位鉴频法方法二：相位鉴频法1）乘积型）乘积型相乘后，经相乘后，经LPF：高频电子线路鉴鉴频频方方法法方法二：相位鉴频法方法二：相位鉴频法1）乘积型）乘积型缺点：鉴相的动态范围较小。缺点：鉴相的动态范围较小。相乘后，经相乘后，经LPF：高频电子线路先将先将us和和ur相加，把两者相位差的变化转换为合成信相加，把两者相位差的变化转换为合成信号号的振幅变化，然后用包络检波器检出，从而达到鉴相的目的。的振幅变化，然后用包络检波器检出，从而达到鉴相的目的。2）叠加型）叠加型鉴鉴频频方方法法方法二：相位鉴频法方法二：相位鉴频法高频电子线路鉴鉴频频方方法法方法三：直接脉冲计数式鉴频法方法三：直接脉冲计数式鉴频法调频信号的信息包含在已调波的频率上。信号频率可调频信号的信息包含在已调波的频率上。信号频率可以说是信号电压或电流波形在单位时间内过零点的次数。以说是信号电压或电流波形在单位时间内过零点的次数。对于脉冲或数字信号，信号频率就是信号脉冲对于脉冲或数字信号，信号频率就是信号脉冲的个数。基的个数。基于这种原理的鉴频器称为零交点鉴频器或脉冲计数式鉴频于这种原理的鉴频器称为零交点鉴频器或脉冲计数式鉴频器。器。高频电子线路鉴鉴频频方方法法方法三：直接脉冲计数式鉴频法方法三：直接脉冲计数式鉴频法高频电子线路7.5 7.5 鉴频电路鉴频电路*第七章第七章 角度调制与解调角度调制与解调高频电子线路互感耦合相位鉴频器互感耦合相位鉴频器（频 相）相相位位鉴鉴频频器器高频电子线路频率频率相位变换相位变换考虑初、次级回路均为高考虑初、次级回路均为高Q回路回路相相位位鉴鉴频频器器高频电子线路I1在次级回路产生的感应电动势为在次级回路产生的感应电动势为频率频率相位变换相位变换在次级回路形成的电流为在次级回路形成的电流为相相位位鉴鉴频频器器高频电子线路其中其中:频率频率相位变换相位变换相相位位鉴鉴频频器器高频电子线路频率频率相位变换相位变换f相相位位鉴鉴频频器器其中其中:高频电子线路频率频率相位变换相位变换可见在一定频率范围内，可见在一定频率范围内，U2与与U1间的相位差与频率之间间的相位差与频率之间成线性关系，即实现了频相变换成线性关系，即实现了频相变换。时时u2超前于超前于u1f相相位位鉴鉴频频器器高频电子线路两个检波二极两个检波二极管上的高频电压管上的高频电压:相相位位鉴鉴频频器器高频电子线路不同频率时的不同频率时的与与矢量图矢量图 时时U2超前于超前于U1相相位位鉴鉴频频器器高频电子线路相位相位幅度变换幅度变换f=f0=fc时：时：UD1与与UD2的振幅相等，的振幅相等，即即UD1=UD2;合成矢量的幅度随合成矢量的幅度随U2与与U1间的相位差而变化间的相位差而变化:相相位位鉴鉴频频器器高频电子线路相位相位幅度变换幅度变换合成矢量的幅度随合成矢量的幅度随U2与与U1间的相位差而变化间的相位差而变化:f fc时：时：UD1UD2，随着随着f 的增的增加，两者差值将加大；加，两者差值将加大；相相位位鉴鉴频频器器高频电子线路相位相位幅度变换幅度变换合成矢量的幅度随合成矢量的幅度随U2与与U1间的相位差而变化间的相位差而变化:f fc时：时：UD1R，则则RL比比例例鉴鉴频频器器高频电子线路当当f=fc时，时，UD1=UD2,i1=i2,但以相反方向流过负载但以相反方向流过负载RL,所所以输出电压为零；以输出电压为零；当当f fc时，时，UD1UD2,i1i2,输出电压为负；输出电压为负；当当f fc时，时，UD1UD2,i1i2，输出电压为正。输出电压为正。比比例例鉴鉴频频器器高频电子线路输出电压也可由下式导出：输出电压也可由下式导出：可见输出电压取决于可见输出电压取决于uc1、uc2之比。之比。比比例例鉴鉴频频器器高频电子线路正正交交鉴鉴频频器器高频电子线路7.6 7.6 调频收发信机及附属电路调频收发信机及附属电路*第七章第七章 角度调制与解调角度调制与解调高频电子线路调频发射机方框图调频发射机方框图高频电子线路调频接收机方框图调频接收机方框图高频电子线路预加重及去加重电路预加重及去加重电路调频制的噪声频谱调频制的噪声频谱(电压谱电压谱)呈三角形，即呈三角形，即随着调制频率随着调制频率的增高，噪声也增大，造成信号的低频信噪比较大，而高频的增高，噪声也增大，造成信号的低频信噪比较大，而高频信噪比明显不足。信噪比明显不足。电压谱电压谱功率谱功率谱理论证明，对于输入白噪声，调幅制的输出噪声频谱呈理论证明，对于输入白噪声，调幅制的输出噪声频谱呈矩形，在整个调制频率范围内，所有噪声都一样大。矩形，在整个调制频率范围内，所有噪声都一样大。高频电子线路预预加加重重电电路路在发射机中采取在发射机中采取“预加重预加重”技术，即技术，即人为地提升信号的高人为地提升信号的高频分量，以提高调制频率高端的信噪比。频分量，以提高调制频率高端的信噪比。高频电子线路去去加加重重电电路路在接收机中采取相应的在接收机中采取相应的“去加重去加重”技术，以技术，以恢复原调制恢复原调制频率之间的比例关系，同时输出端噪声的高频分量也被降低，频率之间的比例关系，同时输出端噪声的高频分量也被降低，从而改善了从而改善了FM系统的输出信噪比。系统的输出信噪比。高频电子线路课课堂堂练练习习1、已知调角波：、已知调角波：u(t)=5sin(2106t+3cos4103t)V，根根据该表达式能否确定下列参数？若能则求其值，若不能试说明据该表达式能否确定下列参数？若能则求其值，若不能试说明理由：理由：（1）载波频率）载波频率fC和调制信号频率和调制信号频率F；（2）调制信号调制信号u(t)的表达式；的表达式；（3）最大相偏最大相偏 m m和最大频偏和最大频偏fm；（4）信号带宽；信号带宽；高频电子线路1、已知调角波：、已知调角波：u(t)=5sin(2106t+3cos4103t)V，根根据该表达式能否确定下列参数？若能则求其值，若不能试说明据该表达式能否确定下列参数？若能则求其值，若不能试说明理由：理由：（1）载波频率）载波频率fC和调制信号频率和调制信号频率F解：能确定解：能确定课课堂堂练练习习高频电子线路（2）调制信号调制信号u(t)的表达式的表达式解：在没有确定解：在没有确定u(t)是哪种调角波之前，不能确定是哪种调角波之前，不能确定u(t)若若u(t)是调频波是调频波，则，则因而因而1、已知调角波：、已知调角波：u(t)=5sin(2106t+3cos4103t)V，根根据该表达式能否确定下列参数？若能则求其值，若不能试说明据该表达式能否确定下列参数？若能则求其值，若不能试说明理由：理由：课课堂堂练练习习高频电子线路解：在没有确定解：在没有确定u(t)是哪种调角波之前，不能确定是哪种调角波之前，不能确定u(t)若若u(t)是调相波是调相波，则，则请自己思考！请自己思考！（2）调制信号调制信号u(t)课课堂堂练练习习1、已知调角波：、已知调角波：u(t)=5sin(2106t+3cos4103t)V，根根据该表达式能否确定下列参数？若能则求其值，若不能试说明据该表达式能否确定下列参数？若能则求其值，若不能试说明理由：理由：高频电子线路解：能确定解：能确定（3）最大相偏）最大相偏 m m和最大频偏和最大频偏fm课课堂堂练练习习1、