第八章角度调制与解调精选文档.ppt

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1、第八章角度调制与解调本讲稿第一页，共三十页学习目的与要求学习目的与要求1.掌握调频与调相的原理与二者异同点；掌握调频与调相的原理与二者异同点；2.掌握变容二极管直接调频的原理；掌握变容二极管直接调频的原理；3.了解晶体振荡器直接调频；了解晶体振荡器直接调频；4.熟悉间接调频的几种方法：谐振回路或相移网络调相；熟悉间接调频的几种方法：谐振回路或相移网络调相；矢量合成调相法；脉冲调相；矢量合成调相法；脉冲调相；5.掌握相位鉴频器原理，熟悉比例鉴频器原理，了解脉冲计掌握相位鉴频器原理，熟悉比例鉴频器原理，了解脉冲计 数式鉴频器与符合门鉴频器原理。数式鉴频器与符合门鉴频器原理。本讲稿第二页，共三十页

2、0D D m 0+D D mAMFM本讲稿第三页，共三十页调频波的指标调频波的指标寄生调幅寄生调幅频谱宽度频谱宽度抗干扰能力抗干扰能力本讲稿第四页，共三十页幅幅度度调调制制角角度度调调制制调频FM调相PM载波信号载波信号的受控参量的受控参量振幅振幅频率频率相位相位解调方式解调方式相干解调或相干解调或非相干解调非相干解调鉴频或鉴频或频率检波频率检波鉴相或鉴相或相位检波相位检波解调方式解调方式的差别的差别频谱线性搬频谱线性搬移频谱结构移频谱结构无变化无变化频谱非线性频谱非线性频谱结构发频谱结构发生变化属于生变化属于非线性频率非线性频率变换变换特点特点频带窄频带窄频带利频带利用率高用率高频带宽频带宽

3、频带利频带利用不经用不经济、抗济、抗干扰性干扰性强强用途用途广播广播电视电视通信通信遥测遥测数字数字通信通信调幅AM本讲稿第五页，共三十页图图图图 10.1.1 10.1.1 利用波形变换电路进行鉴频利用波形变换电路进行鉴频利用波形变换电路进行鉴频利用波形变换电路进行鉴频 在接受调频或调相信号时，必须采在接受调频或调相信号时，必须采用频率检波或相位检波，相位检波用频率检波或相位检波，相位检波称为鉴相器，频率检波称为鉴频器。称为鉴相器，频率检波称为鉴频器。本讲稿第六页，共三十页End鉴频器的指标鉴频器的指标鉴频灵敏度鉴频灵敏度鉴频跨导鉴频跨导鉴频频带宽度鉴频频带宽度寄生调幅抑制能力寄生调幅抑制能

4、力失真和稳定性失真和稳定性鉴频的方法鉴频的方法很多，可归纳为三类：见教材很多，可归纳为三类：见教材P355本讲稿第七页，共三十页图图图图 10.1.2 10.1.2 鉴频特性曲线鉴频特性曲线鉴频特性曲线鉴频特性曲线 本讲稿第八页，共三十页8.2.1 瞬时频率与瞬时相位瞬时频率与瞬时相位8.2.2 调频波和调相波的调频波和调相波的数学表示式数学表示式8.2.3 调频波和调相波的调频波和调相波的频谱和频带宽度频谱和频带宽度本讲稿第九页，共三十页 调频是使高频载波的瞬时频率按调制信号规律变化的一种调制方调频是使高频载波的瞬时频率按调制信号规律变化的一种调制方式；调相是使高频载波的瞬时相位按调制信号规

5、律变化的一种调制式；调相是使高频载波的瞬时相位按调制信号规律变化的一种调制方式。因为这两种调制都表现为方式。因为这两种调制都表现为高频振荡波的总瞬时相角受到调变高频振荡波的总瞬时相角受到调变，故将它们统称为故将它们统称为角度调制角度调制(简称调角简称调角)。瞬时频率瞬时频率瞬时相位瞬时相位0实轴实轴本讲稿第十页，共三十页调频调频设调制信号为设调制信号为v(t)，载波信号载波信号 0 0是未调制时的载波中心频率；是未调制时的载波中心频率；kfv(t)是瞬时频率相对于是瞬时频率相对于0 0的的偏移，叫瞬时频率偏移，简称偏移，叫瞬时频率偏移，简称频率偏移或频移频率偏移或频移。可表示为可表示为最大频移

6、，即最大频移，即频偏频偏，表示为，表示为瞬时频率瞬时频率瞬时相位瞬时相位相移相移调制指数调制指数本讲稿第十一页，共三十页调相调相 0 0t t+0 0是未调制时的载波相位；是未调制时的载波相位；kpv(t)是瞬时相位相对于是瞬时相位相对于0 0t+t+0 0的偏移，叫瞬时的偏移，叫瞬时相位相位偏移，简称偏移，简称相位相位偏移或偏移或相相移移。可表示为可表示为最大相移，即最大相移，即相偏相偏，表示为，表示为瞬时相位瞬时相位瞬时频率瞬时频率频偏频偏调制指数调制指数设调制信号为设调制信号为v(t)，载波信号载波信号本讲稿第十二页，共三十页数学表达式数学表达式瞬时频率瞬时频率瞬时相位瞬时相位最大频移最

7、大频移调制指数调制指数FM波波PM波波附：上述比较中的调制信号附：上述比较中的调制信号 v(t)，载波，载波V0mcos 0(t)本讲稿第十三页，共三十页以单音调制波为例以单音调制波为例调制信号调制信号调频调频瞬时频率瞬时频率瞬时相位瞬时相位已调频信号已调频信号:本讲稿第十四页，共三十页调相调相瞬时频率瞬时频率瞬时相位瞬时相位已调相信号已调相信号:以单音调制波为例以单音调制波为例调制信号调制信号本讲稿第十五页，共三十页以单音调制波为例以单音调制波为例调制信号调制信号调频调频调相调相瞬时频率瞬时频率瞬时相位瞬时相位瞬时频率瞬时频率瞬时相位瞬时相位引导看教材引导看教材P360图图8.2.3调频与调

8、相的比较调频与调相的比较本讲稿第十六页，共三十页Endm pmmm f调频波的调制指数：调频波的调制指数：调相的调制指数：调相的调制指数：可以看出调相制的信号带宽随调制信号频率的升高而增加，可以看出调相制的信号带宽随调制信号频率的升高而增加，而调频波则不变，有时把而调频波则不变，有时把调频制叫做恒定带宽调制调频制叫做恒定带宽调制。本讲稿第十七页，共三十页 由于调频波和调相波的方程式相似，因此只要分析其中一种的频谱，由于调频波和调相波的方程式相似，因此只要分析其中一种的频谱，则对另一种也完全适用。则对另一种也完全适用。已调频信号已调频信号已调相信号已调相信号已调频信号已调频信号其中其中是以是以m

9、f为参数的为参数的n阶第一类贝赛尔函数。阶第一类贝赛尔函数。一、频谱一、频谱调制信号调制信号本讲稿第十八页，共三十页一、频谱一、频谱本讲稿第十九页，共三十页本讲稿第二十页，共三十页一、频谱一、频谱 1)单音调制时，调频波的频谱不是调制信号频谱的简单搬移，而是单音调制时，调频波的频谱不是调制信号频谱的简单搬移，而是由载波和无数对边带分量所组成，由载波和无数对边带分量所组成，它们的振幅由对应的各阶贝塞尔函它们的振幅由对应的各阶贝塞尔函数值所确定。其中，奇次的上、下边带分量振幅相等、极性相反；偶数值所确定。其中，奇次的上、下边带分量振幅相等、极性相反；偶次的振幅相等、极性相同。次的振幅相等、极性相同

10、。2)调制指数调制指数mf越大，具有较大振幅的边频分量就越多。这与调幅波越大，具有较大振幅的边频分量就越多。这与调幅波不同，在单频信号调幅的情况下，边频数目与调制指数无关。不同，在单频信号调幅的情况下，边频数目与调制指数无关。3)载波分量和各边带分量的振幅均随载波分量和各边带分量的振幅均随mf变化而变化。对于某些变化而变化。对于某些mf值，值，载频或某边频振幅为零。籍此可以测定调制指数载频或某边频振幅为零。籍此可以测定调制指数mf。本讲稿第二十一页，共三十页 上式表明，当上式表明，当V0一定时，不论一定时，不论mf为何值，调频波的平均功率为何值，调频波的平均功率恒为定值，并且等于未调制时的载波

11、功率。换句话说，改变恒为定值，并且等于未调制时的载波功率。换句话说，改变mf仅仅会引起载波分量和各边带分量之间功率的重新分配，但不会引起会引起载波分量和各边带分量之间功率的重新分配，但不会引起总功率的改变。总功率的改变。4)根据帕塞瓦尔根据帕塞瓦尔(Parseval)定理调频波的平均功率等于各频谱分量平定理调频波的平均功率等于各频谱分量平均功率之和。因此，在电阻均功率之和。因此，在电阻R上，调频波的平均功率应为上，调频波的平均功率应为本讲稿第二十二页，共三十页 虽然调频波的边频分量有无数多个，但是，对于任一给定的虽然调频波的边频分量有无数多个，但是，对于任一给定的mf值，高到一定次数的边频分量

12、其振幅已经小到可以忽略，以致滤除这值，高到一定次数的边频分量其振幅已经小到可以忽略，以致滤除这些边频分量对调频波形不会产生显著的影响。些边频分量对调频波形不会产生显著的影响。二、带宽二、带宽 通常规定：凡是振幅小于未调制载波振幅的通常规定：凡是振幅小于未调制载波振幅的1(或或10，根据不，根据不同要求而定同要求而定)的边频分量均可忽略不计，保留下来的频谱分量就确定的边频分量均可忽略不计，保留下来的频谱分量就确定了调频波的频带宽度。了调频波的频带宽度。如果将小于调制载波振幅如果将小于调制载波振幅l0的边频分量略去不计，则频谱宽的边频分量略去不计，则频谱宽度度BW可由下列近似公式求出：可由下列近似

13、公式求出：本讲稿第二十三页，共三十页在实际应用中也常区分为：在实际应用中也常区分为：从上面的讨论知道，调频波和调相波的频谱结构以及频带宽度与从上面的讨论知道，调频波和调相波的频谱结构以及频带宽度与调制指数有密切的关系。总的规律是：调制指数有密切的关系。总的规律是：调制指数越大，应当考虑的边调制指数越大，应当考虑的边频分量的数目就越多，无论对于调频还是调相均是如此。频分量的数目就越多，无论对于调频还是调相均是如此。这是它们这是它们共同的性质。共同的性质。但是，由于调频与调相制与调制频率但是，由于调频与调相制与调制频率F的关系不同，仅当的关系不同，仅当F变化时，变化时，它们的频谱结构和频带宽度的关

14、系就互不相同。它们的频谱结构和频带宽度的关系就互不相同。本讲稿第二十四页，共三十页调频调频调相调相 对于调频制，仅当对于调频制，仅当F变化时，在常用的宽带调频制中，频率变化时，在常用的宽带调频制中，频率分量随分量随mf变化而变化，但同时带宽基本恒定。因此又把调频叫做恒变化而变化，但同时带宽基本恒定。因此又把调频叫做恒定带宽调制。定带宽调制。对于调相制，仅当对于调相制，仅当F变化时，频率分量不变，但带宽变化。变化时，频率分量不变，但带宽变化。特别是特别是F增加时，带宽增加。对于增加时，带宽增加。对于Fmin Fmax而言，而言，Fmax决定总的带决定总的带宽，低端频率分量的频谱利用率不高宽，低端

15、频率分量的频谱利用率不高。因此，模拟通信系统中。因此，模拟通信系统中调频制要比调相制应用得广泛。调频制要比调相制应用得广泛。本讲稿第二十五页，共三十页End 下面分析一下含多个频率成分信号调制的调频信号的频谱，下面分析一下含多个频率成分信号调制的调频信号的频谱，以双频信号为例以双频信号为例 此时增加了许多组合频率，使频谱组成大为复杂。因此，调频与此时增加了许多组合频率，使频谱组成大为复杂。因此，调频与调相制属于非线性调制。调相制属于非线性调制。本讲稿第二十六页，共三十页8.3.1 直接调频原理直接调频原理8.3.2 间接调频原理间接调频原理本讲稿第二十七页，共三十页 产生调频信号的电路叫做调频

16、器。对它有四个主要产生调频信号的电路叫做调频器。对它有四个主要要求：（要求：（1）已调波的瞬时频率与调制信号成比例地变化。）已调波的瞬时频率与调制信号成比例地变化。这是基本要求。（这是基本要求。（2）未调制时的载波频率，即已调波的）未调制时的载波频率，即已调波的中心频率具有一定的稳定度（视应用场合不同而有不同中心频率具有一定的稳定度（视应用场合不同而有不同的要求）。（的要求）。（3）最大频移与调制频率无关。（）最大频移与调制频率无关。（4）无寄生）无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。调幅或寄生调幅尽可能小。产生调频信号的方法很多，归纳起来主要有两类：产生调频信号的方法很多，归纳起来主要有两类：第一类

17、是用调制信号直接控制载波的瞬时频率第一类是用调制信号直接控制载波的瞬时频率直接直接调频。第二类是由调相变调频调频。第二类是由调相变调频间接调频。间接调频。本讲稿第二十八页，共三十页 直接调频的基本原理是用调制信号直接线性地改变直接调频的基本原理是用调制信号直接线性地改变载波振荡的瞬时频率。因此，凡是能直接影响载波振荡载波振荡的瞬时频率。因此，凡是能直接影响载波振荡瞬时频率的元件或参数，只要能够用调制信号去控制它瞬时频率的元件或参数，只要能够用调制信号去控制它们，并从而使载波振荡瞬时频率按调制信号变化规律线们，并从而使载波振荡瞬时频率按调制信号变化规律线性地改变，都可以完成直接调频的任务。性地改变，都可以完成直接调频的任务。如果载波由如果载波由LC自激振荡器产生，则振荡频率主要自激振荡器产生，则振荡频率主要由谐振回路的电感元件和电容元件所决定。因此，只由谐振回路的电感元件和电容元件所决定。因此，只要能用调制信号去控制回路的电感或电容，就能达到要能用调制信号去控制回路的电感或电容，就能达到控制振荡频率的目的。控制振荡频率的目的。本讲稿第二十九页，共三十页End瞬时频率瞬时频率瞬时相位瞬时相位图图图图 10.3.1 10.3.1 借助于调相器得到调频波借助于调相器得到调频波借助于调相器得到调频波借助于调相器得到调频波本讲稿第三十页，共三十页