《高频电子线路》阳昌汉版-第7章-角度调制与解调ppt课件.ppt
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1、1 概述概述 角度调制原理及特性角度调制原理及特性 调频电路调频电路调频信号的解调调频信号的解调2 7.1 7.1 概概 述述 ut 高频振荡的振幅不变,而瞬时相角随高频振荡的振幅不变,而瞬时相角随调制信号调制信号按一定关系变化。按一定关系变化。 (简称调角)(简称调角)一、角度调制的定义与分类一、角度调制的定义与分类定义:定义:相位调制(简称调相):相位调制(简称调相): ut 高频振荡的振幅不变,而其高频振荡的振幅不变,而其瞬时角频率瞬时角频率随调制信号随调制信号 线性关系变化。线性关系变化。 FM频率调制(简称调频):频率调制(简称调频): ut 高频振荡的振幅不变,而其高频振荡的振幅不
2、变,而其瞬时相位瞬时相位随调制信号随调制信号 线性关系变化。线性关系变化。 PM二、角度调制的优点与用途二、角度调制的优点与用途优点:优点: 抗干扰能力强、抗干扰能力强、载波功率利用率高载波功率利用率高用途:用途:FM: 调频广播、广播电视、通信及遥控遥测等调频广播、广播电视、通信及遥控遥测等PM: 数字通信等数字通信等分分类:类:37.2 角度调制原理及特性角度调制原理及特性 dttdt 00ttt dt回顾:相位与角频率的关系相位与角频率的关系47.2.1 调角信号的时域特性调角信号的时域特性一、调频信号一、调频信号载波信号:载波信号: tUtuccmccos调制信号:调制信号: tu瞬时
3、角频率:瞬时角频率: (t) = ?瞬时相位:瞬时相位: ?t则则FM信号为信号为 )(costcmFMtUu5u (t) = U m cos t (t) = c+ kf U m cos t= c+ fm cos t tUktt sinmfctmt sinfc调频指数调频指数(最大相移)(最大相移)最大角频移最大角频移单频调制时单频调制时则则mffmUkUkmmff FMcmcfcossinutUtmtfmmffmfmfF6 u (t) = U m cos t (t) = c+ fm cos t)(ttm sinf tmtUtusincos)(fccmFM调制信号调制信号瞬时角频率瞬时角频率调
4、频波调频波相移相移最高最高最密最密特点:特点: 调制信号电平最高处调制信号电平最高处对应的瞬时正频移最大,对应的瞬时正频移最大,波形最波形最密集密集;调制信号电平最低处调制信号电平最低处对应的瞬时负频移最大,对应的瞬时负频移最大,波形最稀疏波形最稀疏。最低最低最稀最稀波形(等幅疏密波):波形(等幅疏密波):7二、调相信号二、调相信号载波信号:载波信号: tUtuccmccos调制信号:调制信号: tu故调相信号为故调相信号为rad / V瞬时相位:瞬时相位: coscostpccmcmPMtuktUtUu cp=+tt k ut瞬时角频率:瞬时角频率: =dttdt8设设 u (t) = U
5、m cos t ,单频调制时,单频调制时,则则 tUkttmcospc tmtsinpc tmtUucoscostpccmPM调相指数调相指数(最大相移)(最大相移)mp pmmppUkm mppmpmk Ucpcostmtcpmsint最大角频移最大角频移在振幅调制中,调幅指数在振幅调制中,调幅指数ma1,否则会产生过调幅失真。,否则会产生过调幅失真。而在角度调制中,无论是调频还是调相,调制指数均可大于而在角度调制中,无论是调频还是调相,调制指数均可大于1。需要说明:需要说明:9 u (t) = U m cos ttmtcos)(pttsin)(pmc tmtUucoscostpccmPM调
6、制信号调制信号瞬时角频率瞬时角频率调相波调相波相移相移波形(等幅疏密波):波形(等幅疏密波):特点:特点: 调制信号电平变化率(斜率)最大处调制信号电平变化率(斜率)最大处对应的瞬时正频移最对应的瞬时正频移最大,大,波形最波形最密集密集;调制信号电平变化率最小处调制信号电平变化率最小处对应的瞬时负对应的瞬时负频移最大,频移最大,波形最稀疏波形最稀疏。最大最大最密最密最小最小最稀最稀10三、调频信号与调相信号的比较三、调频信号与调相信号的比较调制信号调制信号u (t) = U m cos t载波信号载波信号 uc(t) = Ucm cos c t调调 频频调相调相瞬时角频率瞬时角频率 (t) =
7、 c+ kf u (t) = c+ fm cos tttukd)(dpc = c pm sin t 瞬时相位瞬时相位tttukt0fcd)(tmt sinfc= ct + kp u (t)= ct + mpcos t 最大角频移最大角频移= kf U m= mf =kpU m = mp 最大相移最大相移 mp = kpU m mffmfUkmd )(cos)(0fccmFMttuktUtut sincosfccmtmtU )(cospccmPMtuktUtu coscospccmtmtU ( ) t fm pm表达式表达式11例例1已知已知 u (t) = 5 cos (2 103 t)V ,
8、 调角信号表达式为调角信号表达式为uo(t) =10 cos (2 106 t ) +10cos (2 103 t)V试判断该调角信号是调频信号还是调相信号,并求调制试判断该调角信号是调频信号还是调相信号,并求调制指数、最大频移、载波频率和载波振幅。指数、最大频移、载波频率和载波振幅。解解 tttc=2 106 t + 10cos (2 103 t)调相指数调相指数 mp = 10 rad载波频率载波频率 fc = 106 (Hz) fpm = mpF最大频移最大频移载波振幅载波振幅 Ucm = 10V= 10 103 = 10 kHz相移相移 正比于调制信号,故为正比于调制信号,故为调相信号
9、。调相信号。 t12例例2 一组频率为一组频率为300 3000Hz的余弦调制信号,振幅相同,的余弦调制信号,振幅相同,调频时调频时最大频移最大频移为为 75 kHz,调相时,调相时最大相移最大相移为为 2 rad,试求调制信号频率范围内:试求调制信号频率范围内:(1) 调频时调频时mf 的变化范围的变化范围;(2) 调相时调相时 fpm的范围的范围; 解解(1) 调频时,调频时, ffm与调制信号频率无关,与调制信号频率无关,恒为恒为75 kHz 。Ffmfmf 而minfmfmaxFfm)rad(25030010753maxfmminfFfm)rad(25300010753故故minppm
10、minFmfHz 6003002 maxppmmaxFmfHz 600030002 (2) 调相时,调相时, mP 与调制信号频率无关,与调制信号频率无关,恒为恒为2 rad 。Ffmpmp 而故故137.2.2 调角信号的频谱与带宽调角信号的频谱与带宽一、调角信号的频谱一、调角信号的频谱 tmtUtusincosfccmFMtmttmtU sinsinsin sincoscosfcfccm FM信号和信号和PM信号的频谱结构相同,下面仅讨论调频波信号的频谱结构相同,下面仅讨论调频波的频谱。的频谱。设调制信号设调制信号 , tUtucosm tUtuccmccos载波信号载波信号 ,则,则根据
11、根据贝塞尔函数理论有:贝塞尔函数理论有: tnmJmJtmnn 2cos2 sincos1f2f0f tnmJtmnn 12sin2 sinsin0f12f Jn(mf) 称为以称为以mf为参数的为参数的n阶第一类阶第一类贝塞尔函数贝塞尔函数14 ttmtmUtucf1cf0cmFMsin sinJ2cosJ ttmttmcf3cf2sin 3sin)(J2cos 2cos)(J2 .sin 5sin)(J2cos 4cos)(J2cf5cf4ttmttm tmUcf0cmcosJ ttmU 2cos2cos)(Jccf2cmttmU 3cos3cosJccf3cmttmU 4cos4cosJ
12、ccf4cm可得可得ttmU ccf1cmcoscosJ载频载频第一对边频第一对边频第二对边频第二对边频第三对边频第三对边频第四对边频第四对边频151 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13mJn(m)Jn(m) 随随m、n 变化的规律变化的规律 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 00.2 0.4n=0n=1n=2n=3 n增大时,总趋势使边频分量振幅减小。增大时,总趋势使边频分量振幅减小。 m越大,具有较大振幅的边频分量就越多;且有些边频越大,具有较大振幅的边频分量就越多;且有些边频分量振幅超过载频分量振幅。当分量振幅超过载频分量振幅。当m为某些值时,载频分量可为某些值
13、时,载频分量可能为零,能为零,m为其它某些值时,某些边频分量振幅为其它某些值时,某些边频分量振幅可能可能为零。为零。 16(3)载频分量和各边频分量的振幅均随载频分量和各边频分量的振幅均随Jn (m) 而变化而变化 。调角信号频谱特点:调角信号频谱特点:(1)调角信号的频谱是由载频调角信号的频谱是由载频 和无数对上、下边和无数对上、下边频频分量分量 组成,它组成,它不是调制信号频谱的线性搬移不是调制信号频谱的线性搬移。ccn (2)奇数项的上、下边频分量的振幅相等,极性相反;奇数项的上、下边频分量的振幅相等,极性相反;偶数项的上、下两边频分量的振幅相等,极性都相同。偶数项的上、下两边频分量的振
14、幅相等,极性都相同。c-FM / PM的频谱的频谱c+cc+2c+3c+4c-2c-3c-4c调制信号调制信号u载波载波uc17二、调角信号的带宽二、调角信号的带宽 实际上可以把调角信号认为是有限带宽的信号,这取决实际上可以把调角信号认为是有限带宽的信号,这取决于实际应用中允许解调后信号的失真程度。于实际应用中允许解调后信号的失真程度。 v 理论上:理论上:频带无限宽频带无限宽凡是振幅小于未调载波振幅的凡是振幅小于未调载波振幅的10%的边频的边频分量可以忽略不计。即分量可以忽略不计。即 |()| 0.10 nJm 常用的工程准则:常用的工程准则: BW = 2 (m + 1) F= 2F +
15、2 f m由由 Bessel function 可知:当可知:当nm+1时,时,Jn(m)的值恒小于的值恒小于0.1,所以得调角信号的有效带宽为(,所以得调角信号的有效带宽为(参看表参看表7-2)mmfmF()18当当 m 1时,时,BW 2 m F = 2 fm ,称为,称为宽带调角信号宽带调角信号。当当 m 2fm (2)鉴频跨导)鉴频跨导(鉴频灵敏度鉴频灵敏度)0| foDfdduS定义:定义:(4)非线性失真:应尽可能小)非线性失真:应尽可能小SD值越大,鉴频曲线越陡,鉴频能力越强。值越大,鉴频曲线越陡,鉴频能力越强。鉴频特性曲线接近于直线的频率范围。鉴频特性曲线接近于直线的频率范围。
16、51二、鉴相器的主要质量指标二、鉴相器的主要质量指标 (1)鉴相特性曲线:)鉴相特性曲线:通常应大于调相波最大相移的二倍。通常应大于调相波最大相移的二倍。(2)鉴相跨导:)鉴相跨导:(3)鉴相线性范围:)鉴相线性范围:鉴相器的输出电压与输入信号的瞬时相位偏移的关系。鉴相器的输出电压与输入信号的瞬时相位偏移的关系。通常要求是线性关系。通常要求是线性关系。鉴相特性在原点处的斜率。鉴相特性在原点处的斜率。(4)非线性失真,应尽可能小。)非线性失真,应尽可能小。0|oduSd 定义:定义:52鉴相器可鉴相器可实现实现PM信号的解调信号的解调,但也广泛但也广泛用于解调用于解调FM信号,信号,以及以及锁锁
17、相技术及频率合成技术相技术及频率合成技术中。中。 鉴相器是用来比较两个鉴相器是用来比较两个同频输入电压同频输入电压 和和 的相位,而输的相位,而输出电压出电压 是两个输入电压相位差的函数,是两个输入电压相位差的函数, )(1tu)(2tu)(0tu即即)()()(21ttftuo )(tuO当当线性鉴相的情况下,输出电压线性鉴相的情况下,输出电压 与两个输入电压的瞬时相位差成正比。与两个输入电压的瞬时相位差成正比。 鉴相器鉴相器)()(11ttu )()(22ttu )(tuo)(: )(11tut )(: )(22tut 其中:其中:的瞬时相位。的瞬时相位。的瞬时相位。的瞬时相位。)()()
18、(21ttktuo 即即7.5.2 鉴相器鉴相器鉴相器鉴相器模拟鉴相器模拟鉴相器数字鉴相器数字鉴相器叠加型叠加型门电路鉴相器门电路鉴相器乘积型乘积型53)(cos111ttUucm 设设22sinmcuUt 即即乘法器乘法器低通滤波器低通滤波器u2uo(t)u1(PM)(参考信号参考信号)一般来说,一般来说, 和和 为正交关系,为正交关系,1u2u一、乘积型鉴相器一、乘积型鉴相器)()(1tuktP 而而222sin( )mcuUtt 为了分析方便为了分析方便,假设假设2( ) 0t 54(一)(一) 和和 均为小信号均为小信号1u2u根据模拟乘法器的特性,其输出电流根据模拟乘法器的特性,其输
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