第6章角度调制与解调1概要优秀PPT.ppt

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1、第第6章章角度调制与解调角度调制与解调1本章学问点及结构本章学问点及结构角角度度调调制制与与解解调调调角波的性质调角波的性质（数学表达式、频谱特征、功率）数学表达式、频谱特征、功率）6.2调频波的解调调频波的解调（电路，评价指标（电路，评价指标）6.5调频波的产生调频波的产生（原理，电路，评价指标原理，电路，评价指标）6.3，6.42第第6章章 角度调制与解调角度调制与解调n6.1 概述概述n6.2 调角波的性质调角波的性质（重点）（重点）n6.3 调频信号的产生调频信号的产生n6.4 调频电路调频电路（重点）（重点）n6.5 调频波的解调调频波的解调（重点）（重点）n6.6 限幅器限幅器n6

2、.7 调制方式的比较调制方式的比较36.1 概概 述述回顾问题：（第回顾问题：（第5章章 调幅系统概念）调幅系统概念）2.“调制调制”与与“解调解调”的方式有哪些？的方式有哪些？1.“调制调制”与与“解调解调”的过程如何实现？的过程如何实现？3.“调制调制”对应的波形特征？对应的波形特征？4.4.调制器、解调器调制器、解调器在无线电收发系统中的在无线电收发系统中的位置？位置？42.调制与解调的方式：调制与解调的方式：限制限制调调制制低频信号低频信号高频信号高频信号（载波）（载波）载波的参数载波的参数调幅波调幅波幅度幅度 频率频率 相位相位调频波调频波 调相波调相波检波检波低频信号低频信号解解调

3、调鉴频鉴频鉴相鉴相调幅波调幅波 调频波调频波 调相波调相波55.5.调频与鉴频的典型电路：调频与鉴频的典型电路：66.2 调角波的性质调角波的性质(重点重点)调角波的性质：调角波的性质：调频波（调频波（FM）的性质（重点）的性质（重点）调相波调相波（PM）的性质的性质（类比的方法学习）（类比的方法学习）调频波与调相波的比较调频波与调相波的比较7一、调频（相）波一、调频（相）波数学表达式数学表达式及及波形特征波形特征如何如何？二、调频（相）波的频谱有什么特征？二、调频（相）波的频谱有什么特征？如何依据频谱计算频带宽度？如何依据频谱计算频带宽度？三、如何计算调频三、如何计算调频（相）（相）波的波的

4、功率功率？问题：问题：8一、调频波数学表达式一、调频波数学表达式调制信号调制信号载波信号的频率载波信号的频率限制限制载波信号载波信号调频波的频率调频波的频率已调信号已调信号即：调频波即：调频波调频波的相位调频波的相位1、调频的过程、调频的过程92.调频过程的数学表达调频过程的数学表达:10角频率偏移程度由调制信号幅度确定角频率偏移程度由调制信号幅度确定又称作调频波的又称作调频波的调制指数调制指数m mf f，它可以大于它可以大于1.1.(1).瞬时频率偏移瞬时频率偏移:(2).最大频率偏移最大频率偏移(也简称频偏也简称频偏):(3).(3).最大相移最大相移几个关键参量：几个关键参量：11已知

5、载波频率为已知载波频率为100100MHzMHz，载波电压幅度为载波电压幅度为5 5V V，调制信号调制信号试写出调频波的数学表示式（设最大频偏为试写出调频波的数学表示式（设最大频偏为20kHz20kHz）应用例应用例1：12依据调相过程，写出调相波数学表达式依据调相过程，写出调相波数学表达式调制信号调制信号载波信号的相位载波信号的相位限制限制载波信号载波信号调相波的相位调相波的相位已调信号已调信号即：调相波即：调相波二、调相波数学表达式二、调相波数学表达式类比法类比法132.调调相相 过过程程14又称作又称作 调相指数调相指数 它它与调制信号的幅度成正比，与调制信号的幅度成正比，而与调制频率

6、无关。而与调制频率无关。最大相移最大相移关键参量：关键参量：15探讨：调频信号与调信任号的比较探讨：调频信号与调信任号的比较如果设载波：如果设载波：调制信号：调制信号：FMFM波波 PMPM波波(1)(1)瞬时频率：瞬时频率：(2)(2)瞬时相位：瞬时相位：(3)(3)最大频偏：最大频偏：(4)(4)最大相位：最大相位：(5)(5)表达式表达式:16三、调频与调相的关系三、调频与调相的关系总结总结 载波信号：载波信号：1.调制指数（即：最大相移）调制指数（即：最大相移）2.最大频率偏移最大频率偏移频偏频偏与调制信号振幅与调制信号振幅Um成正成正比，频率比，频率成反比。成反比。与调制信号频率与调

7、制信号频率无关。无关。FMPMFMPM3.FM与与PM的共同点的共同点:=m 17应用例2已知载频振荡的频率为已知载频振荡的频率为 ，振幅为，振幅为 ,调制信号为单频余弦波。调制信号为单频余弦波。(l)当调制信号频率为当调制信号频率为F=400Hz时时,最大频偏为最大频偏为 ，写出调频波和调相波的数学表达式，写出调频波和调相波的数学表达式;(2)若调制频率变为若调制频率变为2kHz,哪些参数会变？试写哪些参数会变？试写出此时调频波与调相波的数学表达式。出此时调频波与调相波的数学表达式。18频谱分析的方法频谱分析的方法（与（与AM波频谱分析方法相同）波频谱分析方法相同）：2.以每一余弦（或正弦）

8、项的频率以每一余弦（或正弦）项的频率 或或 为为横坐标上的点横坐标上的点，其幅度其幅度 为纵坐标上的点，为纵坐标上的点，画出频谱分布图。画出频谱分布图。1.将调角波（电压）信号的数学表达式绽开成将调角波（电压）信号的数学表达式绽开成余弦（或正弦）项之和的形式，即余弦（或正弦）项之和的形式，即四、调角波的频谱四、调角波的频谱19利用贝塞尔函数理论中的两个公式：利用贝塞尔函数理论中的两个公式：调频波的频谱调频波的频谱20结论：结论：1.1.一个一个FMFM波，除有载频波，除有载频 重量外，重量外，2.2.还有无穷多个边频重量，边频之间还有无穷多个边频重量，边频之间的的3.3.间隔仍为间隔仍为 。调

9、频波的频谱调频波的频谱2.2.边频幅度的大小为边频幅度的大小为 ，由由BessellBessell函数确定。函数确定。21可见，可见，mf值越大，贝塞尔函数的阶数将增多。值越大，贝塞尔函数的阶数将增多。这意味着，这意味着，mf值越大值越大，调频波频谱中的边频数调频波频谱中的边频数目增多，从而使频带加宽。目增多，从而使频带加宽。mf相同时，随着贝塞尔函数阶数上升，其值变更不确定越小。相同时，随着贝塞尔函数阶数上升，其值变更不确定越小。这意味着，调频波的频谱幅度不是线性递减的。这意味着，调频波的频谱幅度不是线性递减的。22五、调频波的频带宽度五、调频波的频带宽度或或由由BessellBessell

10、函数的特点，当阶数函数的特点，当阶数 时时则认为则认为 ，边频总数为，边频总数为（1）mf1当当 mf1 时，即时，即称为：宽带调频称为：宽带调频此带宽此带宽大于大于AM波带宽波带宽23（2）对于）对于窄带调频窄带调频 mf1 时，即时，即则：则：边频重量很少，只有边频重量很少，只有1到到3项项与与AM波带宽相同波带宽相同24例：已知调制信号例：已知调制信号 若若 不变，不变，F F增大一倍增大一倍，求，求FMFM和和PMPM波的带宽。波的带宽。（3）调角信号频谱与调制信号的关系）调角信号频谱与调制信号的关系25（3）调角信号频谱与调制信号的关系）调角信号频谱与调制信号的关系 续续说明：说明：

11、在调制频率在调制频率F F的高端和低端，的高端和低端，PMPM波的频带宽度波的频带宽度变更极大，所以其频带的利用是不经济的。变更极大，所以其频带的利用是不经济的。即：即：PM PM 波的频带利用率不如波的频带利用率不如 FM FM 波好。波好。这正是模拟通信系统中调频这正是模拟通信系统中调频FMFM制比调相制比调相PMPM制应制应用得广泛的主要缘由。用得广泛的主要缘由。一般一般PMPM只作为产生调频只作为产生调频FMFM波的一种间接手段来波的一种间接手段来应用。应用。26间接调频原理间接调频原理间接调频间接调频:利用调相来实现调频利用调相来实现调频27六、调角波的功率六、调角波的功率计算方法计

12、算方法：(设调角波电压加于负载电阻设调角波电压加于负载电阻R上）上）1.将调幅（电压）信号的数学表达式绽开成余将调幅（电压）信号的数学表达式绽开成余弦（或正弦）项之和的形式，即弦（或正弦）项之和的形式，即2.28结论：结论：调角波功率等于调制前的载波功率，即调角波功率等于调制前的载波功率，即将原来载波功率中的一部分转入边频中去。将原来载波功率中的一部分转入边频中去。六、调角波的功率六、调角波的功率因此，调制过程不须要外界供应边频功率。因此，调制过程不须要外界供应边频功率。29应用例36-10，1130一、调频方法一、调频方法二、调频电路的性能指标二、调频电路的性能指标6.3 调频信号的产生调频

13、信号的产生316.4 调频电路调频电路一、变容二极管调频电路一、变容二极管调频电路（重点）（重点）二、电抗管调频电路二、电抗管调频电路三、晶体振荡器调频电路三、晶体振荡器调频电路间接调频电路间接调频电路干脆调频电路干脆调频电路获得大频偏的方法：倍频器获得大频偏的方法：倍频器32干脆调频方法干脆调频方法直接调频：直接调频：调制信号直接控制载波振荡器的调制信号直接控制载波振荡器的频率频率33一、变容二极管调频电路一、变容二极管调频电路1.1.变容二极管的特性变容二极管的特性2.2.变容二极管实际调频变容二极管实际调频电路分析电路分析3.3.变容二极管调频原理变容二极管调频原理 调频调频过程分析过程

14、分析4.4.调频电路的调频电路的性能分析性能分析 性能指标性能指标341.变容二极管变容二极管特性特性 受电压控制的可变电抗元件受电压控制的可变电抗元件（1 1）符号、等效电路）符号、等效电路（2 2）结电容与反向电压关系）结电容与反向电压关系等效电路等效电路符号符号A A：常数，取决于二极常数，取决于二极管本身的属性管本身的属性U U：外加反向偏压外加反向偏压U U：PNPN结的势垒电压结的势垒电压(Si:0.7V Ge:Si:0.7V Ge:0.3V)0.3V)n n：结电容变化系数结电容变化系数352.2.变容二极管实际调频电路分析变容二极管实际调频电路分析分析思路：分析思路：变容二极管

15、上要加直流偏压和调制信号变容二极管上要加直流偏压和调制信号变容二极管要作为高频振荡电路的一部分变容二极管要作为高频振荡电路的一部分363.变容二极管调频原理变容二极管调频原理a.定性分析定性分析 b.定量分析定量分析当当 时时,374、调频电路的性能指标、调频电路的性能指标 1.1.调制特性调制特性2.2.调制灵敏度调制灵敏度3.3.3.3.最大频偏最大频偏4.4.4.4.载波频率稳定度载波频率稳定度在正常调制电压作用下，在正常调制电压作用下，所能达到的最大频率偏移值。所能达到的最大频率偏移值。调制电压变化单位数值，所产生的频率偏移。调制电压变化单位数值，所产生的频率偏移。相对频率偏移与调制电

16、压之间的关系相对频率偏移与调制电压之间的关系38二、电抗管调频电路二、电抗管调频电路1.电抗管调频原理电抗管调频原理2.等效电抗的推导等效电抗的推导3.电抗管调频电路的特点电抗管调频电路的特点电抗管：由一只晶体管或场效应管加上由电抗和电抗管：由一只晶体管或场效应管加上由电抗和 电阻元件构成的移相网络组成。电阻元件构成的移相网络组成。它等效为一个电抗元件（电感或电容）它等效为一个电抗元件（电感或电容）且其参数可以随调制信号而变更。且其参数可以随调制信号而变更。392.等效电抗的推导等效电抗的推导a.等效电抗是一个电容等效电抗是一个电容b.等效电抗是一个电感等效电抗是一个电感403.电抗管调频电路

17、的特点电抗管调频电路的特点优点：能获得较大的频偏；便于做成集成电路。优点：能获得较大的频偏；便于做成集成电路。缺点：载频不能很高，频率稳定度较低。缺点：载频不能很高，频率稳定度较低。41三、晶体振荡器调频电路三、晶体振荡器调频电路1.1.石英晶体振荡器变容管调频电路石英晶体振荡器变容管调频电路较之前两种干脆调频电路，提高了载波频率的稳定度，较之前两种干脆调频电路，提高了载波频率的稳定度，但频偏不太大但频偏不太大2.2.用用 型网络变换获得较大频偏型网络变换获得较大频偏42四、间接调频电路四、间接调频电路 1、积分电路积分电路RC电路电路 2、调相电路调相电路失谐失谐法法间接调频间接调频:利用调

18、相来实现调频利用调相来实现调频43（1）积分电路积分电路RC电路电路其中其中（2）调相电路）调相电路失谐法失谐法 实现实现实现：实现：444.间接调频电路特点间接调频电路特点优点：中心频率稳定度高优点：中心频率稳定度高缺点：为了实现线性调相，缺点：为了实现线性调相，因而最大，因而最大频偏小。频偏小。改善：可以通过倍频法，提高频偏和载频。改善：可以通过倍频法，提高频偏和载频。456.5 6.5 调频波的解调调频波的解调从从FM波中得到原来的调制信号波中得到原来的调制信号 频率检波或鉴频频率检波或鉴频。完成鉴频功能的电路完成鉴频功能的电路鉴频器鉴频器一、鉴频器的性能指标一、鉴频器的性能指标二、鉴频

19、电路二、鉴频电路46一、鉴频电路一、鉴频电路1.斜率鉴频器斜率鉴频器2.相位鉴频器相位鉴频器（重点）（重点）3.比例鉴频器比例鉴频器4.脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器472、相位鉴频器、相位鉴频器 利用回路的利用回路的频率频率-相位相位特性来实现将特性来实现将调频波变换为调幅调频波。调频波变换为调幅调频波。常用的相位鉴频器：常用的相位鉴频器：电容耦合相位鉴频器电容耦合相位鉴频器电感耦合相位鉴频器电感耦合相位鉴频器（重点）（重点）48(1)电感耦合相位鉴频器电感耦合相位鉴频器a.原理电路原理电路b.等效电路等效电路c.各点电压关系式各点电压关系式d.各点电压表达式推导各点电压表达式推导49a.

20、电路与工作原理电路与工作原理 线性变换电路部分（频相转换网络）线性变换电路部分（频相转换网络）幅度检波部分幅度检波部分 L3高频扼流圈：高频扼流圈：把原边电压引入副边回路把原边电压引入副边回路 供应直流及低频电路通路供应直流及低频电路通路(1)电感耦合相位鉴频器电感耦合相位鉴频器50原理：原理：（1 1）变，变，对对 的相位的相位随随 变，变，的大小的大小随随 变，变，正是利用这种相位变更的特正是利用这种相位变更的特点，将频率的变更转换为幅度点，将频率的变更转换为幅度的变更。的变更。（2 2）幅度检波：）幅度检波：每一个检波器的输出电压每一个检波器的输出电压 也随也随 变，所以总输出也随变，所

21、以总输出也随 变。变。5152鉴频器的性能指标：鉴频器的性能指标：1.鉴频跨导（利用鉴频跨导（利用S曲线定义）曲线定义）2.鉴频频带宽度鉴频频带宽度 B（大于等于大于等于2倍的倍的FM波频偏）波频偏）3.非线性失真非线性失真4.抑制寄生调幅抑制寄生调幅53优点：优点：S曲线线性度好，检波失真小曲线线性度好，检波失真小 S曲线斜率大，鉴频灵敏度高曲线斜率大，鉴频灵敏度高 S曲线线性范围大曲线线性范围大缺点：线路困难；调整较困难。缺点：线路困难；调整较困难。电感耦合相位鉴频器电感耦合相位鉴频器543、比例鉴频器、比例鉴频器 比例鉴频器是一种类似于相位鉴频器，而又具有比例鉴频器是一种类似于相位鉴频器

22、，而又具有自限幅实力的鉴频器。自限幅实力的鉴频器。(1)(1)两个二极管顺接；两个二极管顺接；(2)(2)在电阻在电阻(R R1 1+R R2 2)两端并接一个两端并接一个大电容大电容C C5 5，容量约在容量约在1010FF数量数量级。级。(3)(3)接地点和输出点改变。接地点和输出点改变。是相位鉴频器的一半是相位鉴频器的一半55相位鉴频相位鉴频鉴频特性比较鉴频特性比较 566.6 6.6 限幅器限幅器限幅器的作用限幅器的作用限幅特性曲线限幅特性曲线限幅电路限幅电路 1 1、二极管限幅器、二极管限幅器 2 2、三极管限幅器三极管限幅器57限幅器应用的几个关键问题：限幅器应用的几个关键问题：1

23、.1.依据限幅特性曲线可知，依据限幅特性曲线可知，限幅是个限幅是个 (线性，线性，非线性非线性)过程。过程。2.2.限幅过程的非线性，使得限幅中会产生限幅过程的非线性，使得限幅中会产生输入信号中所没有的新的频率成分，所以，输入信号中所没有的新的频率成分，所以，限幅器中要有限幅器中要有 电路，以滤除无用的电路，以滤除无用的频率成分，使输出信号与输入信号频率一频率成分，使输出信号与输入信号频率一样。样。58限幅器应用的几个关键问题：限幅器应用的几个关键问题：3.3.依据限幅特性曲线，比门限依据限幅特性曲线，比门限电压小的输入信号，输出电压电压小的输入信号，输出电压值基本不变；特殊当信号弱时，值基本

24、不变；特殊当信号弱时，便失去限幅作用。便失去限幅作用。因此，为避开这种状况，在限幅器因此，为避开这种状况，在限幅器前要有前要有 电路。电路。591.1.抗干扰性能抗干扰性能2.2.2.2.频带宽度频带宽度3.3.3.3.放射功率和耗电量放射功率和耗电量4.4.4.4.强信号堵塞现象强信号堵塞现象问题：为什么目前广播电视接受宽带调问题：为什么目前广播电视接受宽带调频，而一般移动通信设备接受窄带调频频，而一般移动通信设备接受窄带调频？问题：若广播要提高声音质量（音质），问题：若广播要提高声音质量（音质），接受哪种调制方式较好？为什么？接受哪种调制方式较好？为什么？问题：相同载波功率的条件下，调频放

25、射问题：相同载波功率的条件下，调频放射机所需的功率要比调幅放射机小，为什么机所需的功率要比调幅放射机小，为什么？问题：若发生强信号堵塞现象，对调幅波有什么影响？问题：若发生强信号堵塞现象，对调幅波有什么影响？6.7 调制方式（调制方式（FM、AM）的比较的比较60本章总结本章总结n理解：理解：调角波的一般表达式、波形、频谱特点等调角波的一般表达式、波形、频谱特点等 调频波产生、解调的方法。调频波产生、解调的方法。n计算：计算：调角波带宽、功率，频偏、调制指数等调角波带宽、功率，频偏、调制指数等n分析：分析：相位鉴频器实现鉴频的过程（矢量图，相位鉴频器实现鉴频的过程（矢量图，鉴频特性曲线）鉴频特性曲线）61