頻譜的非線性搬移

頻譜的非線性搬移第1頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四全相角可以用旋轉(zhuǎn)矢量在橫軸上的投影表示。一、調(diào)角信號(hào)的時(shí)域特性§8-1調(diào)角波的基本特性

1、瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位0t0=t1tt=)(tw余弦信號(hào)全相角:（角頻率是常數(shù)）初始相位瞬時(shí)角頻率瞬時(shí)相位第2頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四2、調(diào)頻信號(hào)在頻率調(diào)制時(shí)，使余弦信號(hào)的瞬時(shí)角頻率與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系變化，而初始相位不變。調(diào)頻信號(hào)ωc為中心角頻率（即載波角頻率）kf為比例常數(shù)，單位是rad/s·v瞬時(shí)角頻率為：瞬時(shí)相位為：第3頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四3、調(diào)相信號(hào)相位調(diào)制時(shí)，保持余弦信號(hào)的中心角頻率不變，而使其瞬時(shí)相位與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系變化。調(diào)相信號(hào)瞬時(shí)相位為：kp為比例常數(shù)，單位是rad/v瞬時(shí)角頻率為：第4頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四4、單音調(diào)角波的數(shù)學(xué)表示式、頻移和相移假定未調(diào)載波表示為：調(diào)制信號(hào)為：

調(diào)頻波的瞬時(shí)角頻率為：頻移的幅度，稱為最大頻偏或簡(jiǎn)稱頻偏:瞬時(shí)角頻偏：第5頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四調(diào)頻波的瞬時(shí)相位附加相移部分：調(diào)頻波的最大附加相移為調(diào)頻指數(shù)Mf：Mf可以小于1，也可大于1

正比于，反比于。第6頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式以單頻余弦波作調(diào)制信號(hào)的調(diào)頻波，其主要性質(zhì)有：頻偏決定于調(diào)制信號(hào)的振幅，瞬時(shí)頻率的變化規(guī)律決定于調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律。調(diào)頻波的幅度為常數(shù)。調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)可大于1，而且通常應(yīng)用于大于1的情況。調(diào)制指數(shù)與頻偏成正比，與調(diào)制頻率成反比。第7頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四調(diào)相波的數(shù)學(xué)表示式調(diào)相波的瞬時(shí)相位為：調(diào)相波的最大附加相移Mp稱為調(diào)相指數(shù)調(diào)相波的瞬時(shí)角頻率為：調(diào)相波：瞬時(shí)角頻偏為：第8頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四單音調(diào)角信號(hào)參數(shù)比較表達(dá)式最大附加相移（調(diào)制指數(shù)）最大頻偏附加相位瞬時(shí)相位瞬時(shí)角頻偏瞬時(shí)角頻率相位調(diào)制頻率調(diào)制第9頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四單音調(diào)制波形第10頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四二、調(diào)角信號(hào)的頻域特性調(diào)制信號(hào)為：調(diào)頻波的表示式為：下面分析單頻余弦信號(hào)調(diào)制下，調(diào)頻波的頻譜。式中，出現(xiàn)了兩個(gè)特殊函數(shù)。第11頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四利用三角函數(shù)公式，展開可得：第12頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四1、第一類貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)：第13頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四2、調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)包含載波頻率分量（但是幅度小于1，與Mf有關(guān)。)；還包含無窮多個(gè)邊頻分量；各邊頻分量之間的距離是調(diào)制信號(hào)角頻率；各頻率分量的幅度由貝塞爾函數(shù)決定；奇次旁頻分量的相位相反。0.770.440.440.110.110.020.02第14頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)制指數(shù)Mf

關(guān)系密切。Mf愈大，則具有一定幅度的邊頻數(shù)目愈多。對(duì)于某些Mf值，載頻分量或某次邊頻分量的幅度是零。頻率調(diào)制不是將信號(hào)的頻譜在頻率軸上直接平移,而是將信號(hào)各頻率分量進(jìn)行非線性變換。因此，頻率調(diào)制又稱為非線性調(diào)制。各頻率分量間的功率分配。調(diào)頻波的功率等于未調(diào)載波的功率。調(diào)制后，已調(diào)波出現(xiàn)許多頻率分量，這個(gè)總功率就分配到各分量。隨Mf的不同，各頻率分量之間功率分配的數(shù)值不同。頻譜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第15頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四3、調(diào)頻波的頻帶寬度調(diào)頻波的頻帶寬度有兩種近似：忽略小于0.01的分量：（集中99%以上的功率）忽略小于0.1的分量：（集中98-99%的功率）卡森（Carson）公式理論上，調(diào)頻波包含有無窮多個(gè)頻率分量，其帶寬是無窮寬的；但實(shí)際上，在調(diào)制指數(shù)一定時(shí)，超過某一階數(shù)的貝塞爾函數(shù)的值已經(jīng)相當(dāng)小，其影響可以忽略，這時(shí)則可認(rèn)為調(diào)頻波所具有的頻帶寬度是近似有限的第16頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四不同Mf時(shí)的調(diào)頻波帶寬上式表明，在調(diào)制指數(shù)較小的情況下，調(diào)頻波只有角頻率分別為和的三個(gè)分量，它與用同樣調(diào)制信號(hào)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅所得調(diào)幅波的頻帶寬度相同。通常，把這種情況的頻率調(diào)制稱為窄帶調(diào)頻。上式表明，在調(diào)制指數(shù)較大的情況下，調(diào)頻波的帶寬等于二倍頻偏。通常，把這種情況的頻率調(diào)制稱為寬帶調(diào)頻。又稱為恒定帶寬調(diào)頻。介于前兩種情況之間。第17頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四恒定帶寬調(diào)頻槪念調(diào)制指數(shù)較大時(shí)，調(diào)頻波的帶寬等于二倍頻偏。對(duì)于調(diào)相波，。調(diào)相波頻帶寬度在調(diào)制信號(hào)頻率的高端和低端相差很大，所以對(duì)頻帶的利用是不經(jīng)濟(jì)的。對(duì)于調(diào)頻波，，當(dāng)減小，增加。增加，則具有一定幅度的邊頻數(shù)目愈多，帶寬增加。減小，則各旁頻分量之間的距離減小，帶寬減小。最大頻偏第18頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四復(fù)雜頻率信號(hào)的調(diào)角信號(hào)的頻譜當(dāng)兩個(gè)頻率不同的信號(hào)同時(shí)對(duì)一個(gè)載波進(jìn)行頻率調(diào)制時(shí)，所得調(diào)頻波的頻譜中，除有載波角頻率分量及和分量外，還有分量,它們是兩個(gè)調(diào)制信號(hào)頻率之間的組合頻率分量。復(fù)雜調(diào)角信號(hào)頻帶寬度：第19頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四調(diào)頻波的功率第20頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四使振蕩器的頻率隨調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系變化。如：變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路?！?-2調(diào)頻電路一、調(diào)制原理概述1、直接調(diào)頻優(yōu)點(diǎn)：易于得到比較大的頻偏。缺點(diǎn)：中心頻率的穩(wěn)定度不易做得很高。2、間接調(diào)頻優(yōu)點(diǎn)：載波中心頻率穩(wěn)定度較好第21頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四二、調(diào)頻電路的技術(shù)指標(biāo)1、調(diào)制特性定義：振蕩器的頻率偏移與調(diào)制電壓的關(guān)系稱為調(diào)制特性，表示為：在一定電壓范圍內(nèi)，調(diào)制特性應(yīng)近似為直線特性。2、調(diào)制靈敏度單位調(diào)制電壓變化產(chǎn)生的頻偏在調(diào)制電壓作用下，所能達(dá)到的最大頻率偏移。3、最大頻偏第22頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四4、中心頻率穩(wěn)定度調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率是以穩(wěn)定的中心頻率（載波頻率）為基準(zhǔn)變化的。如果中心頻率不穩(wěn)定，就有可能使調(diào)頻信號(hào)的頻譜落到接收機(jī)通帶范圍之外，以致不能保證正常通信。因此，對(duì)于調(diào)頻電路，不僅要滿足頻偏的要求，而且要使中心頻率保持足夠高的穩(wěn)定度。第23頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四三、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路1、變?nèi)荻O管的特性PN結(jié)反向偏置時(shí)，勢(shì)壘電容隨反偏電壓改變0VC

C0為V=0時(shí)變?nèi)莨艿牡刃щ娙荨?/p>

γ為變?nèi)葜笖?shù)，大小取決于PN結(jié)的結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)分布情況。緩變結(jié)變?nèi)莨?，其?1/3；突變結(jié)變?nèi)莨?，其?1/2；超突變結(jié)變?nèi)莨埽洇?1～4。

VB為內(nèi)建電位差，硅管約為0.7V，鍺管約為0.2V。第24頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四因，故。第25頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四2、變?nèi)莨茏龌芈房傠娙菘烧归_為：可得調(diào)制特性為：利用展開式：變?nèi)莨苷{(diào)頻電路中，變?nèi)莨芄ぷ髟讦?2的區(qū)域中心頻率的偏移非線性失真第26頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四第27頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四3、變?nèi)莨懿糠纸尤氲闹苯诱{(diào)頻電路第28頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四第29頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四電容C1C2對(duì)頻率的影響第30頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四變?nèi)莨懿糠纸尤氲闹苯诱{(diào)頻電路90MHz高頻通路第31頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四晶體振蕩器直接調(diào)頻電路100MHz無線話筒中的發(fā)射機(jī)第32頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四四、間接調(diào)頻先將調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分處理，再進(jìn)行調(diào)相而得到調(diào)頻波，其方框如下圖所示。優(yōu)點(diǎn)：載波中心頻率穩(wěn)定度較好。調(diào)相器：矢量合成法。可變相移法。可變時(shí)延法。第33頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四1、矢量合成法調(diào)相電路振蕩器移相網(wǎng)絡(luò)相乘器加法器產(chǎn)生窄帶調(diào)相信號(hào)第34頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四2、可變相移法調(diào)相電路振蕩器可控相移網(wǎng)絡(luò)＋－回路對(duì)載波失諧較小,則并聯(lián)回路失諧產(chǎn)生相移第35頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四第36頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四3、可變時(shí)延法調(diào)相電路振蕩器可控延時(shí)網(wǎng)絡(luò)教材P280脈沖調(diào)相電路。第37頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四四、間接調(diào)頻與直接調(diào)頻電路比較直接調(diào)頻電路可產(chǎn)生較大頻偏

但最大相對(duì)頻偏受調(diào)制非線性限制間接調(diào)頻電路最大線性相移小，即Mp（Mf）小且最大頻偏受調(diào)制非線性限制第38頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四五、擴(kuò)展最大頻偏的辦法倍頻器：混頻器：直接調(diào)頻電路：相對(duì)頻偏受限制，可采用高頻率調(diào)制，再降低載波。間接調(diào)頻電路：最大頻偏受限制，可采用低頻率調(diào)制，提高相對(duì)頻偏，再提高載波。第39頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四§5-3調(diào)頻波解調(diào)電路作用：從已調(diào)波中撿出反映在頻率或相位上的調(diào)制信號(hào)。調(diào)頻波的解調(diào)稱為頻率檢波，簡(jiǎn)稱鑒頻調(diào)相波的解調(diào)稱為相位檢波，簡(jiǎn)稱鑒相第40頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四一、鑒頻電路的主要性能指標(biāo)1、鑒頻線性性3、鑒頻靈敏度2、鑒頻線性范圍鑒頻特性：鑒頻電路輸出低頻解調(diào)電壓與輸入調(diào)頻信號(hào)瞬時(shí)頻偏的關(guān)系。理想鑒頻特性應(yīng)該為線性。單位頻偏產(chǎn)生的輸出電壓的大?。ㄨb頻跨導(dǎo)）第41頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四二、調(diào)角信號(hào)的解調(diào)原理1、鑒頻原理方法二：限幅鑒頻方法一：鎖相鑒頻頻幅轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波鑒頻頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)鑒相相位鑒頻變換器限幅器非線性變換網(wǎng)絡(luò)低通或脈沖計(jì)數(shù)器脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻第42頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四包絡(luò)檢波型鑒頻器頻幅轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波鑒頻據(jù)線性變換網(wǎng)絡(luò)不同，分為：

斜率鑒頻、疊加型相位鑒頻包絡(luò)檢波第43頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四非線性變換網(wǎng)絡(luò)低通或脈沖計(jì)數(shù)器脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻調(diào)頻信號(hào)的信息寄托在已調(diào)波的頻率上。從某種意義上講，信號(hào)頻率就是信號(hào)電壓或電流波形單位時(shí)間內(nèi)過零點(diǎn)(或零交點(diǎn))的次數(shù)。對(duì)于脈沖或數(shù)字信號(hào)，信號(hào)頻率就是信號(hào)脈沖的個(gè)數(shù)?；谶@種原理的鑒頻器稱為零交點(diǎn)鑒頻器或脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器。第44頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四2、鑒相原理乘法器LP載波提取900相移疊加型相位鑒頻包絡(luò)檢波器＋－＋－＋－＋－＋－第45頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四三、LC回路的頻幅和頻相轉(zhuǎn)換特性第46頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四四、鑒頻器電路1、斜率鑒頻電路LC構(gòu)成單失諧回路CRL構(gòu)成低通濾波器＋－