角度調(diào)制與解調(diào)電路

1、第五章第五章 角度調(diào)制與解調(diào)電路角度調(diào)制與解調(diào)電路5.1 5.1 角度調(diào)制信號(hào)的基本特性角度調(diào)制信號(hào)的基本特性5.3 5.3 調(diào)頻波解調(diào)電路調(diào)頻波解調(diào)電路 （鑒頻、鑒相）（鑒頻、鑒相）5.2 5.2 調(diào)頻電路調(diào)頻電路 （調(diào)頻、調(diào)相）（調(diào)頻、調(diào)相）5.4 5.4 數(shù)字調(diào)制與解調(diào)電路數(shù)字調(diào)制與解調(diào)電路 通信系統(tǒng)中，角度調(diào)制解調(diào)模塊 所在位置晶晶 體體振蕩器振蕩器倍頻器倍頻器低電平低電平調(diào)制器調(diào)制器線性功線性功放器放器信號(hào)放信號(hào)放大器大器高電平高電平振振 幅幅調(diào)制器調(diào)制器混頻器混頻器高高 頻頻放大器放大器晶晶 體體振蕩器振蕩器混頻器混頻器本本 地地振蕩器振蕩器中中 頻頻放大器放大器解調(diào)器解調(diào)器低低

2、頻頻放大器放大器電源電源頻率變換器頻率變換器功率變換器功率變換器調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相調(diào)頻、調(diào)相檢波、鑒頻、鑒相鑒頻、鑒相發(fā)送接收角度調(diào)制角度解調(diào)第第5章章 角度調(diào)制與解調(diào)電路角度調(diào)制與解調(diào)電路vW W ( t ) 5.1 角度調(diào)制角度調(diào)制信號(hào)的基本特性信號(hào)的基本特性5.1.1 調(diào)頻調(diào)頻波和波和調(diào)相調(diào)相波波調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為調(diào)角調(diào)角信號(hào)信號(hào)載波載波用用 vW W ( t ) 調(diào)制調(diào)制 Vm Vm ( t ) = = Vm0 + ka vW W ( t ) 調(diào)幅調(diào)幅AM用用 vW W ( t ) 調(diào)制調(diào)制 w w w w ( t ) = = w wc + kf vW W ( t ) 調(diào)頻

3、波調(diào)頻波FM用用 vW W ( t ) 調(diào)制調(diào)制 j j ( t ) j j ( t ) = = w wc t + kp vW W ( t ) + j j0 調(diào)相波調(diào)相波PMv = = Vm cos (w wc ) dt + j j0 t0Vmcos w wct +j j0 第第5章章 角度調(diào)制與解調(diào)電路角度調(diào)制與解調(diào)電路vc = = Vcmcos（w wct + j j0）vW W ( t ) 調(diào)頻調(diào)頻調(diào)相調(diào)相Vm cos (w wc + kf vW W ) dt + j j05.1 角度調(diào)制角度調(diào)制信號(hào)的基本特性信號(hào)的基本特性信號(hào)信號(hào)載波載波調(diào)相波調(diào)相波PM調(diào)頻波調(diào)頻波FM調(diào)角調(diào)角5.1.

4、1 調(diào)頻調(diào)頻波和波和調(diào)相調(diào)相波波 t0Vm cos w wct + kp vW W +j j0 Vmcos (w wct +kp vW W) +j j0 d /dt t0 dtkp vW Wkf vW W第第5章章 角度調(diào)制與解調(diào)電路角度調(diào)制與解調(diào)電路vc = = Vcmcos（w wct + j j0）vW W = = VW W mcosW W t調(diào)頻調(diào)頻Vm cos (w wct + sinW W t + j j0 )Vm cos (w wct + kp VW W mcosW W t +j j0 )5.1 角度調(diào)制角度調(diào)制信號(hào)的基本特性信號(hào)的基本特性調(diào)相波調(diào)相波PM調(diào)頻波調(diào)頻波FM調(diào)角調(diào)角

5、單音調(diào)制（以下以單音調(diào)制為例）單音調(diào)制（以下以單音調(diào)制為例）單音信號(hào)單音信號(hào)kf VW W mW W調(diào)相指調(diào)相指數(shù)數(shù) Mp調(diào)相調(diào)相調(diào)頻指調(diào)頻指數(shù)數(shù) Mf5.1.1 調(diào)頻調(diào)頻波和波和調(diào)相調(diào)相波波最大頻偏最大頻偏 D Dw wmMp W WMf W W第第5章章 角度調(diào)制與解調(diào)電路角度調(diào)制與解調(diào)電路= = Vm cos (w wct + kp VW W mcosW W t +j j0 )5.1 角度調(diào)制角度調(diào)制信號(hào)的基本特性信號(hào)的基本特性PMFM= = Vm cos (w wct + sinW W t + j j0 )kf VW W mW W調(diào)相指數(shù)調(diào)相指數(shù) Mp調(diào)頻指數(shù)調(diào)頻指數(shù) Mf5.1.1

6、調(diào)頻調(diào)頻波和波和調(diào)相調(diào)相波波最大頻偏最大頻偏 D Dw wm最大頻偏最大頻偏 D Dw wmvfM = = Vm cos (w wc + kf VW W mcosW W t ) dt + j j0vpM= =Vmcos (w wc + kpVW W mW W sinW W t )dt +j j0 t0 t0第第5章章 角度調(diào)制與解調(diào)電路角度調(diào)制與解調(diào)電路= = Vm cos (w wct + kp VW W mcosW W t +j j0 )5.1 角度調(diào)制角度調(diào)制信號(hào)的基本特性信號(hào)的基本特性PMFM= = Vm cos (w wct + sinW W t + j j0 )kf VW W mW

7、 W調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù) Mp調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù) Mf5.1.1 調(diào)頻調(diào)頻波和波和調(diào)相調(diào)相波波最大頻偏最大頻偏 D Dw wm最大頻偏最大頻偏 D Dw wm對(duì)相角的調(diào)制深對(duì)相角的調(diào)制深度，稱調(diào)制指數(shù)度，稱調(diào)制指數(shù)對(duì)頻率的調(diào)制深對(duì)頻率的調(diào)制深度，稱最大頻偏度，稱最大頻偏vpM = =Vmcos (w wc + kpVW W mW W sinW W t )dt +j j0 t0vpM= =Vmcos (w wc + kpVW W m sinW W t )dt +j j0 t0FM與與PM波形對(duì)比波形對(duì)比1）均是等幅波）均是等幅波2）均可用調(diào)頻式描述）均可用調(diào)頻式描述vfM = = Vm cos (w

8、wc + kf VW W mcosW W t ) t + j j0 dt0vpM = = Vm cos (w wc - kpVW W mW W sinW W t ) t + j j0 dt0vpM = = Vm cos (w wct + kp VW W mcosW W t +j j0 )vfM = = Vm cos (w wct + sinW W t + j j0 )kf VW W mW W3）也可用調(diào)相式描述）也可用調(diào)相式描述vc = = Vcmcos（w wct + j j0）vW W = = VW W mcosW W t單音信號(hào)單音信號(hào)載波載波第第5章章 角度調(diào)制與解調(diào)電路角度調(diào)制與解調(diào)

9、電路5.1 角度調(diào)制角度調(diào)制信號(hào)的基本特性信號(hào)的基本特性5.1.1 調(diào)頻調(diào)頻波和波和調(diào)相調(diào)相波波a) FM：b)PM:0d ( )( )( )( ) ddtttttttjwjw=或ppm=Mk Vmf1wD=MmfmwD= k VmpwD=MFM與與PM波形對(duì)比波形對(duì)比5.1 角度調(diào)制角度調(diào)制信號(hào)的基本特性信號(hào)的基本特性5.1.1 調(diào)頻調(diào)頻波和波和調(diào)相調(diào)相波波4）調(diào)制深度與）調(diào)制深度與 W W 的關(guān)系的關(guān)系第第5章章 角度調(diào)制與解調(diào)電路角度調(diào)制與解調(diào)電路5.1 角度調(diào)制角度調(diào)制信號(hào)的基本特性信號(hào)的基本特性5.1.2 調(diào)角信號(hào)的頻譜調(diào)角信號(hào)的頻譜1）調(diào)頻的實(shí)質(zhì)是）調(diào)頻的實(shí)質(zhì)是實(shí)現(xiàn)頻譜的非線性搬移

10、實(shí)現(xiàn)頻譜的非線性搬移所以調(diào)頻是表現(xiàn)頻譜的非線性搬移。所以調(diào)頻是表現(xiàn)頻譜的非線性搬移。 為第一類貝塞爾函數(shù)，為第一類貝塞爾函數(shù)，n為階數(shù)，為階數(shù)，Mf為宗數(shù)為宗數(shù)若若n=0， 為載波分量為載波分量mfC()coswVMt若若n0，為無窮多對(duì)邊帶分量為無窮多對(duì)邊帶分量fJ ()nMFMmcfmccos(sin)Jcos()ww=nfVtMtVMn tC2wnn當(dāng)時(shí)，是非線性譜線+mCn=1J ()cos()wnfVMn t其中：其中：2）能量關(guān)系）能量關(guān)系調(diào)頻波平均功率恒等于載波功率。若調(diào)頻波平均功率恒等于載波功率。若 變化，僅僅是各個(gè)變化，僅僅是各個(gè)分量的能量發(fā)生變化，而保持總的平均功率不變。分

11、量的能量發(fā)生變化，而保持總的平均功率不變。fM2nfnJ()M=1（載波功率）（載波功率）22cmn2nvLcmaLf2J()=VRPVMR2第第5章章 角度調(diào)制與解調(diào)電路角度調(diào)制與解調(diào)電路5.1 角度調(diào)制角度調(diào)制信號(hào)的基本特性信號(hào)的基本特性5.1.3 調(diào)角信號(hào)的頻譜寬度調(diào)角信號(hào)的頻譜寬度(Hz) Mf1時(shí)為時(shí)為寬帶調(diào)頻寬帶調(diào)頻, CRfm2BWM Ff= D2BW 實(shí)際頻帶寬度實(shí)際頻帶寬度CRf=BWMF2(1)有效頻帶寬度有效頻帶寬度中心頻率要穩(wěn)定中心頻率要穩(wěn)定調(diào)制線性要好調(diào)制線性要好調(diào)制靈敏度要高調(diào)制靈敏度要高最大頻偏要盡可能的大最大頻偏要盡可能的大 Fd(D Df )= =SdvW W

12、vW W =0=0D D f m5.2 調(diào)頻電路調(diào)頻電路 概述概述調(diào)頻性能要求調(diào)頻性能要求0vW WD Dffcfc調(diào)制調(diào)制特性特性電壓變化電壓變化頻率變化頻率變化 D DfvW W調(diào)頻調(diào)頻正弦振蕩正弦振蕩調(diào)相調(diào)相矢量法矢量法移相法移相法時(shí)延法時(shí)延法12jDjD 0.86jD5.2 調(diào)頻電路調(diào)頻電路 概述概述振蕩振蕩回路回路vW Wvc調(diào)頻波調(diào)頻波載波發(fā)生載波發(fā)生調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)調(diào)頻方法調(diào)頻方法多諧振蕩多諧振蕩調(diào)相器調(diào)相器vW W調(diào)頻波調(diào)頻波晶體晶體振蕩振蕩vc積分器積分器調(diào)相波調(diào)相波vpMvfMvfM5.2 調(diào)頻電路調(diào)頻電路 直接調(diào)頻直接調(diào)頻調(diào)變調(diào)變 三點(diǎn)式振蕩器的諧振頻率三點(diǎn)式振蕩器的諧振

13、頻率C1L1+vW WLCVQ+變?nèi)荻?jí)管的特性變?nèi)荻?jí)管的特性v： 為外加電壓為外加電壓VB ： PN結(jié)內(nèi)建電位差：結(jié)內(nèi)建電位差：Cj(0) ： v =0時(shí)的結(jié)電容時(shí)的結(jié)電容n ：變?nèi)荻?jí)管的變?nèi)葜笖?shù)：變?nèi)荻?jí)管的變?nèi)葜笖?shù)Cj (v) =Cj (0)(1- v/ VB ) nv = - (VQ+vW W )12345圖圖5-2-9圖圖5-2-11圖圖5-2-125.2 調(diào)頻電路調(diào)頻電路 直接調(diào)頻直接調(diào)頻調(diào)變調(diào)變 多諧振蕩器電容的充電時(shí)間多諧振蕩器電容的充電時(shí)間T1T2vW WI0I0VCCf = I0 / 4CVBEonC圖圖5-2-14vfmvc多諧振多諧振蕩器蕩器調(diào)制調(diào)制信號(hào)信號(hào)調(diào)頻調(diào)頻

14、方波方波多諧振蕩器就是：多諧振蕩器就是：T1 和和 T2管的工作狀態(tài)，在飽和與截止間不斷翻轉(zhuǎn)，輸出周期方波。管的工作狀態(tài)，在飽和與截止間不斷翻轉(zhuǎn)，輸出周期方波。nfcfc(n+2) fc5.2 調(diào)頻電路調(diào)頻電路 調(diào)相調(diào)相Mp /12 rad = 0.26rad 矢量法：矢量法：時(shí)延法時(shí)延法移相法：移相法：Mp /6 rad = 0.52rad Mp 4/5 rad = 2.51rad 由晶體產(chǎn)生載波，然后調(diào)變由晶體產(chǎn)生載波，然后調(diào)變 相位相位一、矢量合成法一、矢量合成法vo =Vm cos ( w wct + Mp cosW W t )=Vm cosw wct . cos (Mp cosW W

15、 t ) - - Vm sin w wct . sin (Mp cosW W t ) Mp很小很小=Vm cos w wct - - Vm sin w wct . (Mp cosW W t ) 相乘器相乘器相加器相加器5.2 調(diào)頻電路調(diào)頻電路 調(diào)相調(diào)相由晶體產(chǎn)生載波，然后調(diào)變由晶體產(chǎn)生載波，然后調(diào)變 相位相位=Vm cos w wct + + VmMp cosW W t cos(w wct + +90o)電路模型電路模型矢量原理矢量原理移相器移相器Mp /12 rad = = 0.26rad 二、可變相移法二、可變相移法vo =Vm cos ( w wct + Mp cosW W t )Mp

16、/6 rad = = 0.52rad Vm cos w wctvW W載波載波可變相可變相移網(wǎng)絡(luò)移網(wǎng)絡(luò)實(shí)用電路實(shí)用電路vo相移回路相移回路vois5.2 調(diào)頻電路調(diào)頻電路 調(diào)相調(diào)相由晶體產(chǎn)生載波，然后調(diào)變由晶體產(chǎn)生載波，然后調(diào)變 相位相位二、可變相移法二、可變相移法Mp /6 rad = = 0.52rad 相移回路相移回路voisw w0 = w wc (1 + m cosW W t )n/2j jz = - - arctan2Qe (w w - - w w0 ) / w w0= Qe mn cosW W t線性相移條件：線性相移條件：Re = Mp cosW W t5.2 調(diào)頻電路調(diào)頻電路

17、 調(diào)相調(diào)相由晶體產(chǎn)生載波，然后調(diào)變由晶體產(chǎn)生載波，然后調(diào)變 相位相位要提高要提高 Mp ，必須采用多級(jí)移相網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)，必須采用多級(jí)移相網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)vo =Vm3 (cos w wct + 3mnQe cosW W t )vovs二、可變相移法二、可變相移法5.2 調(diào)頻電路調(diào)頻電路 調(diào)相調(diào)相由晶體產(chǎn)生載波，然后調(diào)變由晶體產(chǎn)生載波，然后調(diào)變 相位相位Mp /6 rad = 0.52rad 三、可變時(shí)延法三、可變時(shí)延法Mp 4/5 rad = = 2.51rad 線性相移條件：線性相移條件：vo =Vmcos w wc( t - - t t )=Vmcos ( w wc t - - w wc kdVW W

18、mcosW W t )調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù)5.2 調(diào)頻電路調(diào)頻電路 調(diào)相調(diào)相由晶體產(chǎn)生載波，然后調(diào)變由晶體產(chǎn)生載波，然后調(diào)變 相位相位t t = kdVW WmcosW W t 調(diào)相電路優(yōu)點(diǎn)調(diào)相電路優(yōu)點(diǎn)載波信號(hào)由外電路晶振提供，中心頻率穩(wěn)定載波信號(hào)由外電路晶振提供，中心頻率穩(wěn)定頻偏很小頻偏很小調(diào)相電路缺點(diǎn)調(diào)相電路缺點(diǎn)5.2 調(diào)頻電路調(diào)頻電路 調(diào)相調(diào)相由晶體產(chǎn)生載波，然后調(diào)變由晶體產(chǎn)生載波，然后調(diào)變 相位相位一、擴(kuò)大頻偏的基本概念一、擴(kuò)大頻偏的基本概念1.倍頻可以擴(kuò)大絕對(duì)頻偏，保持相對(duì)頻偏不變倍頻可以擴(kuò)大絕對(duì)頻偏，保持相對(duì)頻偏不變2.混頻保持絕對(duì)頻偏不變，擴(kuò)大相對(duì)頻偏混頻保持絕對(duì)頻偏不變，擴(kuò)大相對(duì)頻

19、偏二、擴(kuò)大頻偏的方法二、擴(kuò)大頻偏的方法1.采用倍頻的方法采用倍頻的方法2.既倍頻又混頻的方法既倍頻又混頻的方法w w = w wc + D Dw wmc cosW W t 5.2.5 擴(kuò)大頻偏的方法擴(kuò)大頻偏的方法作業(yè)作業(yè) 預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)p283-3065.3 5.3 調(diào)頻波的解調(diào)（限幅、鑒頻、鑒相）調(diào)頻波的解調(diào)（限幅、鑒頻、鑒相）5.3.1 限幅鑒頻的方法概述限幅鑒頻的方法概述5.3.2 斜率鑒頻電路斜率鑒頻電路5.3.3 相位鑒頻電路相位鑒頻電路復(fù)習(xí)發(fā)射機(jī)端調(diào)角原理圖復(fù)習(xí)發(fā)射機(jī)端調(diào)角原理圖FM= = Vm cos (w wct + sinW W t )kpk1VW W mW W載波發(fā)生器載波發(fā)生器

20、w wct調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)vW W積分器積分器調(diào)相器調(diào)相器vfM = = Vm cos (w wc + kf vW W ) d t t0 VW W m cosW W tVm cos w wct= = Vm cos (w wct + sinW W t)kf VW W mW Wk1 vW W d tt0 vpM = = Vmcos(w wc t +kp ) = = vfMk1 vW W d t t0 FMPM間接調(diào)頻直接調(diào)頻無論調(diào)頻、調(diào)相，發(fā)射出的總是調(diào)頻信號(hào)無論調(diào)頻、調(diào)相，發(fā)射出的總是調(diào)頻信號(hào)5.3.1 概述概述接收機(jī)端頻率解調(diào)示意圖接收機(jī)端頻率解調(diào)示意圖限幅器限幅器鑒鑒相相器器微分網(wǎng)絡(luò)微分網(wǎng)絡(luò)

21、頻頻 幅幅變換變換檢波檢波 整形濾波整形濾波包絡(luò)包絡(luò)檢波檢波vovo時(shí)延網(wǎng)絡(luò)時(shí)延網(wǎng)絡(luò)頻頻 相相變換變換乘積型乘積型疊加型疊加型vovo調(diào)頻調(diào)幅波調(diào)頻調(diào)幅波調(diào)頻脈沖波調(diào)頻脈沖波調(diào)頻調(diào)相波調(diào)頻調(diào)相波斜率鑒頻脈沖鑒頻相位鑒頻vs5.3.1 概述概述限幅器限幅器鑒鑒相相器器V1m cos (w wct + sinW W t )kf VW W mW W微分網(wǎng)絡(luò)微分網(wǎng)絡(luò)頻頻 幅幅變換變換檢波檢波 整形濾波整形濾波包絡(luò)包絡(luò)檢波檢波 A0V1m(w wc+ kf VW W mcosW W t ).sin (w wct + sinW W t )kf VW W mW WvovoA0V1m cos w wc(t t

22、 t0 ) + sinW W (t t t0 )kf VW W mW W= = A0V1m cos w wct + sinW W t kf VW W m t t0 cosW W t w wct t0kf VW W mW W時(shí)延網(wǎng)絡(luò)時(shí)延網(wǎng)絡(luò)頻頻 相相變換變換乘積型乘積型疊加型疊加型vovo調(diào)幅波調(diào)幅波脈沖波脈沖波調(diào)相波調(diào)相波斜率鑒頻器斜率鑒頻器脈沖鑒頻器脈沖鑒頻器相位鑒頻器相位鑒頻器5.3.1 概述概述接收機(jī)端頻率解調(diào)原理圖接收機(jī)端頻率解調(diào)原理圖時(shí)延量時(shí)延量 -90o+j j其中其中W W t t0很小很小5.3.1 概述概述限幅器限幅器vbt0VcmVcmVbmtvoVCCTvoRLVBBvs

23、vcCrLrCLT6T6voVCCvsvst0ic2tvsic2三極管限幅器三極管限幅器差分對(duì)管管限幅器差分對(duì)管管限幅器5.3.1 概述概述vfMvAV脈沖鑒頻器脈沖鑒頻器v2v1v3v4v5單失諧回路單失諧回路鑒頻電路鑒頻電路5.3.2 斜率斜率鑒頻電路鑒頻電路載波中心頻率載波中心頻率 fc 失諧在失諧在LC回路幅頻特性的感性上升沿，線性段的中點(diǎn)?；芈贩l特性的感性上升沿，線性段的中點(diǎn)。vov2fcf00tf0ftfcA(f )vsv2特點(diǎn)：特點(diǎn)：感性回路感性回路fcv21v22vo即回路即回路 f01 幅頻特性的感性上升沿，幅頻特性的感性上升沿，和回路和回路 f02 幅頻特性的容性下降沿。幅頻特性的容性下降沿。雙失諧回路雙失諧回路鑒頻電路鑒頻電路5.3.2 斜率斜率鑒頻電路鑒頻電路特點(diǎn)：特點(diǎn)：f01fcf02容性回路容性回路感性回路感性回路載波中心頻率載波中心頻率 fc 失諧在，雙失諧在，雙LC回路的回路的 f01 諧振點(diǎn)和諧振點(diǎn)和 f02 諧振點(diǎn)之間，諧振點(diǎn)之間，集成電路中雙失諧斜率鑒頻器集成電路中雙失諧斜率鑒頻器L15.3.2 斜率斜率鑒頻電路鑒頻電路C2L1C1vsRsv1v2f01fcf02fcf01f02低端諧振點(diǎn)低端諧振點(diǎn)高端諧振點(diǎn)高端諧振點(diǎn)載波中心頻率載波中心頻率f02f01fc集成電路中雙失諧斜率鑒頻器集成電路中雙失諧斜率鑒頻器L1 分別加到分