高频课件第八章(精品).ppt

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1、高频电子线路高频电子线路第第8 8章章 角度调制与解调角度调制与解调南南南南 京京京京 理理理理 工工工工 大大大大 学学学学高高高高 频频频频 电电电电 子子子子 线线线线 路路路路p调频、调相统称为调角(Angle Modulation)pp调频调频调频调频（Frequency ModulationFMFM）:用调制信号去控制高频振荡频率，使瞬时频率随调制信号规律线性变化的过程。pp调相调相调相调相（Phase ModulationPMPM）:用调制信号去控制高频振荡相位，使瞬时相位随调制信号规律线性变化的过程。8.1 8.1 概述概述南南南南 京京京京 理理理理 工工工工 大大大大 学学

2、学学高高高高 频频频频 电电电电 子子子子 线线线线 路路路路有用信号：载波信号：调制的涵义调制的涵义则：不变不变不变南南南南 京京京京 理理理理 工工工工 大大大大 学学学学高高高高 频频频频 电电电电 子子子子 线线线线 路路路路8.28.2 角度调制的基本原理角度调制的基本原理p正弦波的正弦波的瞬时频率瞬时频率和和瞬时相位瞬时相位随调制信号变化的随调制信号变化的调制，称为角度调制调制，称为角度调制n如果瞬时频率随调制信号线性变化，（幅度不变）称如果瞬时频率随调制信号线性变化，（幅度不变）称为频率调制（为频率调制（Frequency ModulationFrequency Modulati

3、on）n如果瞬时相位随调制信号线性变化，如果瞬时相位随调制信号线性变化，（幅度不变）称（幅度不变）称为相位调制（为相位调制（Phase ModulationPhase Modulation）n从考察瞬时频率和瞬时相位的关系入手，研究频率调从考察瞬时频率和瞬时相位的关系入手，研究频率调制和相位调制之间的关系制和相位调制之间的关系南南南南 京京京京 理理理理 工工工工 大大大大 学学学学高高高高 频频频频 电电电电 子子子子 线线线线 路路路路 瞬时频率和瞬时相位瞬时频率和瞬时相位p载波信号p全相角n 瞬时相位瞬时相位n称某一时刻的全相角为瞬时相位称某一时刻的全相角为瞬时相位n 瞬时频率瞬时频率n

4、称某一时刻的角频率为瞬时频率称某一时刻的角频率为瞬时频率n如果是纯余弦信号，瞬时频率为如果是纯余弦信号，瞬时频率为 c8.2.1 8.2.1 调角波的表达式及波形调角波的表达式及波形南南南南 京京京京 理理理理 工工工工 大大大大 学学学学高高高高 频频频频 电电电电 子子子子 线线线线 路路路路1.调频波表达式及波形pp频率调制频率调制频率调制频率调制:使载波信号的瞬时角频率与调制信号成线性使载波信号的瞬时角频率与调制信号成线性关系变化，而初始相位不变关系变化，而初始相位不变：中心角频率，载波角频率：中心角频率，载波角频率：比例常数：比例常数调频波：调频波：调频波：调频波：南南南南 京京京京

5、 理理理理 工工工工 大大大大 学学学学高高高高 频频频频 电电电电 子子子子 线线线线 路路路路调制信号为单频余弦信号南南南南 京京京京 理理理理 工工工工 大大大大 学学学学高高高高 频频频频 电电电电 子子子子 线线线线 路路路路p特点：特点：nmf表示相位偏移的最大值表示相位偏移的最大值nmf可以小于可以小于1，可以大于，可以大于1nmf正比于频偏正比于频偏nmf反比于调制信号频率反比于调制信号频率 n 调频波的调制指数：调频波的调制指数：南南南南 京京京京 理理理理 工工工工 大大大大 学学学学高高高高 频频频频 电电电电 子子子子 线线线线 路路路路pp相位调制相位调制相位调制相位

6、调制:保持载波信号的中心角频率不变，而使其瞬保持载波信号的中心角频率不变，而使其瞬时相位与调制信号成线性关系变化时相位与调制信号成线性关系变化2.调相波表达式及波形调相波：调相波：调相波：调相波：南南南南 京京京京 理理理理 工工工工 大大大大 学学学学高高高高 频频频频 电电电电 子子子子 线线线线 路路路路相位调制：相位调制：南南南南 京京京京 理理理理 工工工工 大大大大 学学学学高高高高 频频频频 电电电电 子子子子 线线线线 路路路路特点：特点：n m mP P表示相位偏移的最大值表示相位偏移的最大值n m mP P只和调制信号幅度成正比只和调制信号幅度成正比 其频偏和调制信号幅度成

7、正比，和调制信其频偏和调制信号幅度成正比，和调制信号的频率也成正比号的频率也成正比n 调相波的调制指数：调相波的调制指数：南南南南 京京京京 理理理理 工工工工 大大大大 学学学学高高高高 频频频频 电电电电 子子子子 线线线线 路路路路 调频波与调相波瞬时相位：瞬时相位：瞬时相位：瞬时相位：南南南南 京京京京 理理理理 工工工工 大大大大 学学学学高高高高 频频频频 电电电电 子子子子 线线线线 路路路路（3）比较）比较南南南南 京京京京 理理理理 工工工工 大大大大 学学学学高高高高 频频频频 电电电电 子子子子 线线线线 路路路路调频波和调频波和调频波和调频波和调相波调相波调相波调相波的

8、瞬时角频率、附加相位和波形的瞬时角频率、附加相位和波形的瞬时角频率、附加相位和波形的瞬时角频率、附加相位和波形调调制制信信号号瞬瞬时时角角频频率率调调频频波波附附加加相相位位调调制制信信号号瞬瞬时时角角频频率率调调相相波波附附加加相相位位南南南南 京京京京 理理理理 工工工工 大大大大 学学学学高高高高 频频频频 电电电电 子子子子 线线线线 路路路路调频波与调相波的关系调频波与调相波的关系p频率调制和相位调制都是改变载波信号的相频率调制和相位调制都是改变载波信号的相角，只是该相角的变化随调制信号的变化关角，只是该相角的变化随调制信号的变化关系不同，它们之间存在着内在联系系不同，它们之间存在着

9、内在联系n如果先将调制信号经积分处理后，再进行相位如果先将调制信号经积分处理后，再进行相位调制，得到的是调制信号的调制，得到的是调制信号的调频波调频波n如果先将调制信号经微分处理后，再进行频率如果先将调制信号经微分处理后，再进行频率调制，得到的是调制信号的调制，得到的是调制信号的调相波调相波相位调制器相位调制器积分器积分器频率调制器频率调制器微分器微分器频率解调器频率解调器相位解调器相位解调器相位解调器相位解调器微分器微分器频率解调器频率解调器积分器积分器调制与解调的实现方法调制与解调的实现方法频率调制器频率调制器相位调制器相位调制器例：已知调角信号为v(t)20cos(2106t+10cos

10、2000t)(V)，试确定：1、最大频偏2、最大相偏3、若调制信号为cos2000t，这是调频波还是调相波？2、最大相偏：10rad 3、是调相波 1、最大频偏：rad/s南南南南 京京京京 理理理理 工工工工 大大大大 学学学学高高高高 频频频频 电电电电 子子子子 线线线线 路路路路p调频方法总体上可分为两大类调频方法总体上可分为两大类n直接调频直接调频p直接使振荡器的频率随调制信号呈线性关系变化直接使振荡器的频率随调制信号呈线性关系变化n间接调频间接调频p现将调制信号积分处理后，再进行调相现将调制信号积分处理后，再进行调相8.38.3 频率调制电路频率调制电路南南南南 京京京京 理理理理

11、 工工工工 大大大大 学学学学高高高高 频频频频 电电电电 子子子子 线线线线 路路路路8.3.18.3.1直接调频电路直接调频电路 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LC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：变容二极管直接调频电路。变容二极管直接调频电路。n 特点：可变电抗在振荡回路中特点：可变电抗在振荡回路中 n 优点：易于得到比较大的频偏优点：易于得到比较大的频偏n 缺点：中心频率的频率稳定度不易做得很高缺点：中心频率的频率稳定度不易做得很高南南南南

12、京京京京 理理理理 工工工工 大大大大 学学学学高高高高 频频频频 电电电电 子子子子 线线线线 路路路路 先将调制信号进行积分处理，再进行调相而得到调频波8.3.28.3.2间接调频电路间接调频电路 利用调频波与调相波之间的关系：载波振荡器载波振荡器（晶体振荡器）（晶体振荡器）缓冲器缓冲器（放大器）（放大器）调相器调相器积分器积分器n 特点：可变电抗不在振荡回路中，在振荡器后级，如放大器的特点：可变电抗不在振荡回路中，在振荡器后级，如放大器的谐振回路中谐振回路中 n 优点：载波中心频率稳定度很高优点：载波中心频率稳定度很高n 缺点：频偏小缺点：频偏小南南南南 京京京京 理理理理 工工工工 大

13、大大大 学学学学高高高高 频频频频 电电电电 子子子子 线线线线 路路路路8.48.4 调频波的解调调频波的解调对于调频波而言，调制信息包含在已调信号瞬时频对于调频波而言，调制信息包含在已调信号瞬时频率的变化中，所以解调的任务就是把已调信号瞬时率的变化中，所以解调的任务就是把已调信号瞬时频率的变化不失真的转变成电压变化，即实现频率的变化不失真的转变成电压变化，即实现“频频率率电压电压”转换，完成这一功能的电路，称为频转换，完成这一功能的电路，称为频率解调器，简称鉴频器。率解调器，简称鉴频器。南南南南 京京京京 理理理理 工工工工 大大大大 学学学学高高高高 频频频频 电电电电 子子子子 线线线

14、线 路路路路解调方法解调方法1、利用锁相环路实现解调利用锁相环路实现解调。有关这种解调方法的内容见教材第7章。2、利用调频波的过零信息实现解调利用调频波的过零信息实现解调。因为调频波的频率。因为调频波的频率是随调制信号变化的，所以它们在是随调制信号变化的，所以它们在单位时间单位时间内过零点的内过零点的数目将不同。当瞬时频率高时，过零点的数目就多，瞬数目将不同。当瞬时频率高时，过零点的数目就多，瞬时频率低时，过零点的数目就少。利用调频波的这个特时频率低时，过零点的数目就少。利用调频波的这个特点，可以实现解调。点，可以实现解调。南南南南 京京京京 理理理理 工工工工 大大大大 学学学学高高高高 频

15、频频频 电电电电 子子子子 线线线线 路路路路过零解调器过零解调器过零解调器过零解调器南南南南 京京京京 理理理理 工工工工 大大大大 学学学学高高高高 频频频频 电电电电 子子子子 线线线线 路路路路3、将将调频波变换为调相调频波变换为调相调频波变换为调相调频波变换为调相 调频波调频波调频波调频波，使相位的变化与瞬时频率使相位的变化与瞬时频率的变化成正比，的变化成正比，然后用然后用相位检波器相位检波器相位检波器相位检波器解调解调，即可得到所需信号。，即可得到所需信号。这种方法的方框图如下图所示。为了实现调频波到调相为了实现调频波到调相为了实现调频波到调相为了实现调频波到调相调频波的变换调频波

16、的变换调频波的变换调频波的变换，通常采用，通常采用移相器移相器，即将调频波延时即将调频波延时t0时间的方法。时间的方法。移相器对于由单频余弦信号对于由单频余弦信号 对载波调频对载波调频所得到的调频信号将其延时所得到的调频信号将其延时t0 后可表示为：后可表示为：如果如果 的值较小，使得的值较小，使得 ，则上式可简化为：原调频信号的相角原调频信号的相角原调频信号的相角原调频信号的相角附加相位附加相位附加相位附加相位与调制信号成线性关系与调制信号成线性关系与调制信号成线性关系与调制信号成线性关系包含了调制信号的信息包含了调制信号的信息包含了调制信号的信息包含了调制信号的信息该式表明，该式表明，调频

17、波延时调频波延时 后，得到一个调相后，得到一个调相-调频波。调频波。0t通常通常要求延时要求延时 。相位检波器相位检波器乘积型鉴相器乘积型鉴相器4、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-调频调频调频调频波波波波。因为调频波的频率变化与调制信号成正比，所以变换后信号所以变换后信号的幅度变化也与调制信号成正比。的幅度变化也与调制信号成正比。然后用然后用幅度解调器幅度解调器幅度解调器幅度解调器解调解调，即可，即可得到所需信号。得到所需信号。这种方

18、法的方框图如下图所示。为了实现为了实现调频波到调幅调频波到调幅调频波的变换，可以使用将调频波的变换，可以使用将调频波对调频波对调频波对调频波对t t求求求求导导导导的办法。的办法。对时间域微分对时间域微分；（相位鉴频器）（相位鉴频器）p390 对频率域微分对频率域微分：（双失谐回路鉴频器）（双失谐回路鉴频器）P386n n调频波对时间取导后仍为一调频波，其瞬时频率变化规律与调频波对时间取导后仍为一调频波，其瞬时频率变化规律与调频波对时间取导后仍为一调频波，其瞬时频率变化规律与调频波对时间取导后仍为一调频波，其瞬时频率变化规律与原调频信号相同，只是初始相位增加。但其幅度不再是等幅的，原调频信号相

19、同，只是初始相位增加。但其幅度不再是等幅的，原调频信号相同，只是初始相位增加。但其幅度不再是等幅的，原调频信号相同，只是初始相位增加。但其幅度不再是等幅的，而是而是而是而是与调频波的瞬时频率成正比与调频波的瞬时频率成正比与调频波的瞬时频率成正比与调频波的瞬时频率成正比。因瞬时频率表示了调制信号。因瞬时频率表示了调制信号。因瞬时频率表示了调制信号。因瞬时频率表示了调制信号的变化规律，所以幅度变化也反映了调制信号的变化规律。的变化规律，所以幅度变化也反映了调制信号的变化规律。的变化规律，所以幅度变化也反映了调制信号的变化规律。的变化规律，所以幅度变化也反映了调制信号的变化规律。调频波对调频波对t

20、t求导：求导：与频率解调器配合使用的限幅器 由于调频信号传输过程中，信号通道的频率特性不理想及外由于调频信号传输过程中，信号通道的频率特性不理想及外界干扰和内部噪声的影响，在鉴频器输入端调频信号的振幅界干扰和内部噪声的影响，在鉴频器输入端调频信号的振幅可能发生变化，从而使鉴频器的输出产生附加干扰，以致不能可能发生变化，从而使鉴频器的输出产生附加干扰，以致不能准确解调。为此，在鉴频器前常常接入限幅器。准确解调。为此，在鉴频器前常常接入限幅器。调频信号是一种类似高频正弦形的信号，高频正弦信号限幅调频信号是一种类似高频正弦形的信号，高频正弦信号限幅器基本原理与脉冲限幅器类似，但为得到等幅的正弦波，应器基本原理与脉冲限幅器类似，但为得到等幅的正弦波，应采用双向限幅器，在限幅器后接带通滤波器以滤除高次谐波。采用双向限幅器，在限幅器后接带通滤波器以滤除高次谐波。在实际电路中，常用差分放大构成限幅器。这种电路的优点在实际电路中，常用差分放大构成限幅器。这种电路的优点是易于实现集成化，且电路简单，限幅电平较低。见是易于实现集成化，且电路简单，限幅电平较低。见p401。理论课程结束！理论课程结束！作业：6.15 6.17