高頻第6章-角度調(diào)制與解調(diào)課件

第6章角度調(diào)制與解調(diào)調(diào)角波的基本性質(zhì)調(diào)頻波調(diào)相波調(diào)頻電路直接調(diào)頻間接調(diào)頻鑒頻器斜率鑒頻內(nèi)容提要特點(diǎn)：（1）非線性調(diào)制；

角度調(diào)制：用調(diào)制信號(hào)控制高頻載波的瞬時(shí)頻率或瞬時(shí)相位，使高頻載波的瞬時(shí)頻率或瞬時(shí)相位隨調(diào)制信號(hào)的大小而線性地變化。角度調(diào)制后已調(diào)波的振幅保持不變。（2）抗干擾性強(qiáng)：因?yàn)楦蓴_信號(hào)體現(xiàn)在信號(hào)的幅度上，而調(diào)角信號(hào)的信息體現(xiàn)在瞬時(shí)頻率或相位上。解調(diào)之前可用限幅電路去掉干擾信號(hào)。從已調(diào)波中檢取出原調(diào)制信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為解調(diào):(AM)振幅解調(diào)——檢波

(FM)頻率解調(diào)——鑒頻

(detection)

(frequencydiscrimination)(PM)相位解調(diào)——鑒相(phasediscrimination)調(diào)頻與調(diào)相都引起相角變化，統(tǒng)稱(chēng)為角度調(diào)制；調(diào)角波沒(méi)有引起振幅變化，所以為等幅波。角度調(diào)制信號(hào)的基本特征設(shè)高頻信號(hào)：若沒(méi)有調(diào)制：與初相位

為常數(shù)角度調(diào)制時(shí)：頻率和相角都是變量瞬時(shí)角頻率瞬時(shí)相角6.1.1調(diào)角波的基本性質(zhì)6-1、試求

的瞬時(shí)角頻率？

6-2、試求

在t=0時(shí)的瞬時(shí)角頻率？

例題瞬時(shí)角頻率瞬時(shí)相角調(diào)頻波數(shù)學(xué)表達(dá)式、頻偏及相偏波形調(diào)相波數(shù)學(xué)表達(dá)式、頻偏及相偏波形調(diào)角波的頻譜與帶寬單頻調(diào)制時(shí)調(diào)頻波與調(diào)相波的比較6.1.1調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)6.1.2調(diào)頻波調(diào)頻波（FM）：瞬時(shí)角頻率與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系，而初始相位不變。瞬時(shí)角頻移

載波“中心”頻率

最大角頻偏

調(diào)頻靈敏度

瞬時(shí)角頻率最大角頻偏指由調(diào)制信號(hào)引起的瞬時(shí)角頻率偏離中心角頻率的最大值。

6.1.2調(diào)頻波調(diào)頻指數(shù)：

調(diào)頻波表達(dá)式：瞬時(shí)角頻率瞬時(shí)相角調(diào)頻信號(hào)波形

調(diào)相波（PM）：瞬時(shí)相位與

成線性關(guān)系瞬時(shí)相位

瞬時(shí)相移

調(diào)相指數(shù)為瞬時(shí)相移的最大值(最大相位偏移)

調(diào)相靈敏度單位為6.1.3調(diào)相波由瞬時(shí)相位與所對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)角頻率之間的關(guān)系，可得：最大角頻偏:

PM波的表達(dá)式調(diào)相波的波形示意

FM波

PM波(1)瞬時(shí)頻率：(2)瞬時(shí)相位：

(3)最大頻偏(4)最大相位：

(5)表達(dá)式:

調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)的比較單音調(diào)角信號(hào)參數(shù)比較頻率調(diào)制相位調(diào)制瞬時(shí)角頻率瞬時(shí)角頻偏瞬時(shí)相位附加相位最大頻偏最大附加相移（調(diào)制指數(shù)）表達(dá)式判斷是調(diào)頻、調(diào)相？單音調(diào)制波形討論：mp

ΔωmΔωmΩmfΩ（1）FM波：（2）PM波：

例6.3、為了產(chǎn)生一個(gè)調(diào)頻信號(hào)，假設(shè)載波信號(hào)為，調(diào)制信號(hào)為，單位電壓產(chǎn)生的頻偏。求：

(1)

寫(xiě)出該調(diào)頻信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式；

(2)最大角頻偏和最大頻偏；

(3)調(diào)頻指數(shù)和最大相位偏移。最大角頻偏

調(diào)頻指數(shù)：

作業(yè)：6-5單音調(diào)角信號(hào)參數(shù)比較頻率調(diào)制相位調(diào)制瞬時(shí)角頻率瞬時(shí)角頻偏瞬時(shí)相位附加相位最大頻偏最大附加相移（調(diào)制指數(shù)）表達(dá)式判斷是調(diào)頻、調(diào)相？6.1.4調(diào)角波的頻譜及頻帶寬度

單音調(diào)制的調(diào)頻波與調(diào)相波具有類(lèi)似的頻譜結(jié)構(gòu)，復(fù)雜的調(diào)制信號(hào)可用多個(gè)單音調(diào)制信號(hào)疊加而成。如如果用m代替mf或

mp，且令則單頻率調(diào)制的調(diào)角信號(hào)的表示式可統(tǒng)一表達(dá)成為：

式中：

稱(chēng)為第一類(lèi)貝塞爾函數(shù)，當(dāng)m，n一定時(shí)，為定系數(shù)，

其值可以由曲線和函數(shù)表查出。所以：

利用三角函數(shù)積化和差公式：所以上式最終可表示為：

討論：在單一頻率信號(hào)調(diào)制下，調(diào)角信號(hào)頻譜具有的特點(diǎn)：

FM/PM信號(hào)的頻譜由載頻

和無(wú)限對(duì)上，下邊頻分量

組成.

:上,下邊頻分量

,與m和n的大小有關(guān)。Ωωoω調(diào)制信號(hào)uΩ載波uo所以有

:由第一類(lèi)貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)：

ωFM/PM的頻譜ωo-2Ωωo-3Ωωo-4Ωωo-Ωωo+Ωωo+2Ωωo+3Ωωo+4Ωωomf=3調(diào)頻信號(hào)的頻譜調(diào)角波的頻譜與帶寬頻譜分布特點(diǎn)：BW≈2mF=2△fm（寬帶調(diào)角信號(hào)）

帶寬估算方法（卡爾遜公式）：當(dāng)m遠(yuǎn)小于1時(shí)：當(dāng)m遠(yuǎn)大于1時(shí)：BW=2F（窄帶調(diào)角信號(hào)）例6.2、在給定

時(shí)，若調(diào)制信號(hào)頻率分別為，試求這幾種情況下的調(diào)頻波的有效頻譜寬度。帶寬估算方法（卡爾遜公式）：調(diào)角信號(hào)的功率分布根據(jù)貝塞爾函數(shù)性質(zhì)可知

調(diào)角信號(hào)的平均功率

調(diào)角波的平均功率等于各個(gè)頻率成分的平均功率之和。

平均功率與調(diào)角信號(hào)的振幅有關(guān)，等于未調(diào)制的載波功率，而與調(diào)制指數(shù)m無(wú)關(guān)。當(dāng)調(diào)角振幅一定時(shí)，其平均功率也就一定，改變m的值可以改變載波分量和各邊頻分量之間的功率重新分配，但總功率不會(huì)改變。例題：為了產(chǎn)生一個(gè)調(diào)頻波，假設(shè)載波信號(hào)為，調(diào)制信號(hào)為，且單位電壓產(chǎn)生的頻偏為。求：（1）寫(xiě)出瞬時(shí)相位、瞬時(shí)角頻率；（2）寫(xiě)出該調(diào)頻波的表達(dá)式；（3）單位電阻上消耗的平均功率。6.2調(diào)頻電路直接調(diào)頻電路變?nèi)荻O管調(diào)相電路矢量合成法間接調(diào)頻可變時(shí)延法調(diào)相間接調(diào)頻電路變?nèi)荻O管調(diào)頻電路晶體振蕩器調(diào)頻電路6.2.1概述1產(chǎn)生調(diào)頻波的方法（1）直接調(diào)頻調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率與調(diào)制信號(hào)成正比。用調(diào)制信號(hào)直接控制載波振蕩器的振蕩頻率，使振蕩頻率隨調(diào)制信號(hào)變化。調(diào)制信號(hào)振蕩器調(diào)頻信號(hào)fosc主要決定于回路的元件參數(shù)L和C，所以只要調(diào)制信號(hào)去控制振蕩回路的L和C，就可達(dá)到產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的目的。例如變?nèi)荻O管的調(diào)頻。（2）間接調(diào)頻調(diào)頻波的瞬時(shí)相位與調(diào)制信號(hào)積分成正比。積分電路調(diào)相器調(diào)頻波晶體振蕩器用調(diào)制信號(hào)的積分值去控制調(diào)相電路，使調(diào)相電路的輸出相位與調(diào)制信號(hào)成正比。對(duì)調(diào)頻波產(chǎn)生電路的要求：要求載波穩(wěn)定度高，調(diào)制特性線性度好，頻偏大小合適。（1）直接調(diào)頻電路：原理簡(jiǎn)單、頻偏較大，但頻率的穩(wěn)定度不高。（2）間接調(diào)頻電路：頻率穩(wěn)定度高(晶振），但頻偏比較小，需要擴(kuò)展頻偏。2調(diào)頻的主要性能指標(biāo)（1）調(diào)制特性的線性調(diào)制特性：調(diào)頻電路輸出電壓的頻率偏移與調(diào)制電壓的關(guān)系。

壓控特性線性越好，調(diào)頻的非線性失真越小；壓控特性曲線的線性范圍越寬，實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的范圍也越寬，調(diào)頻信號(hào)的最大頻偏也越大。（2）調(diào)制靈敏度Kf單位調(diào)制電壓變化所產(chǎn)生的頻率偏移。靈敏度越高越容易產(chǎn)生大頻偏的調(diào)頻信號(hào)。（3）載波頻率的穩(wěn)定度指載波的中心頻率的穩(wěn)定度。

若載波中心頻率不穩(wěn)，必然會(huì)帶來(lái)失真。此外，載波中心頻率不穩(wěn)還會(huì)使調(diào)頻信號(hào)的頻帶展寬，造成對(duì)鄰近頻道的干擾。（5）寄生調(diào)幅要小理想的調(diào)頻波是等幅信號(hào)，但是在實(shí)際系統(tǒng)中不可能做到，實(shí)際系統(tǒng)中存在寄生調(diào)幅，但要求其值盡可能小。（4）最大頻偏指正常調(diào)制電壓作用下得到的最大頻偏值。相對(duì)頻偏：小頻偏：大頻偏：常用于調(diào)頻廣播、電視伴音、移動(dòng)電臺(tái)等。常用于大容量微波中繼通信及衛(wèi)星通信中。直接調(diào)頻電路利用變?nèi)荻O管反偏時(shí)呈現(xiàn)的可變電容特性實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。1、變?nèi)荻O管的工作原理結(jié)電容與外加電壓的關(guān)系：

VB是變?nèi)荻O管的勢(shì)壘電壓，通常取0.7V左右。Cj0是VD=0時(shí)變?nèi)荻O管的結(jié)電容。VD是加在二極管兩端的反向電壓。n是變?nèi)葜笖?shù)。變?nèi)荻O管符號(hào)和結(jié)電容變化曲線

(a)變?nèi)莨芊?hào)；(b)變?nèi)萏匦灾苯诱{(diào)頻電路2、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路將變?nèi)荻O管接入LC正弦波振蕩器的諧振回路中構(gòu)成直接調(diào)頻電路。全部接入調(diào)頻電路：變?nèi)莨苁侵C振回路LC中的總電容部分接入調(diào)頻電路：在LC中，變?nèi)莨軆H是全部電容的一部分根據(jù)接入電容全部接入的直接調(diào)頻VQ直流偏置電壓；C1隔直流電容；C2高頻旁路電容，對(duì)高頻短路等效的高頻振蕩電路直流控制電路間接調(diào)頻電路——調(diào)相電路可變移相法調(diào)相1、可變移相法實(shí)質(zhì)：將載波信號(hào)通過(guò)中心頻率受調(diào)制信號(hào)控制的諧振回路?？勺円葡喾ㄕ{(diào)相電路1、可變移相法間接調(diào)頻電路——調(diào)相電路可變時(shí)延法調(diào)相2、可變時(shí)延法用延時(shí)網(wǎng)絡(luò)完成調(diào)相可控時(shí)延網(wǎng)絡(luò)晶體振蕩器間接調(diào)頻電路——調(diào)相電路矢量合成法3、矢量合成法一個(gè)載波信號(hào)和一個(gè)雙邊帶信號(hào)的矢量合成。900相移晶體振蕩器+作業(yè)6-26-3實(shí)驗(yàn)四高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)性質(zhì)：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、調(diào)節(jié)諧振回路使諧振放大器諧振在10.7MHz。2、測(cè)量諧振放大器的電壓增益。3、測(cè)量諧振放大器的通頻帶。4、判斷諧振放大器選擇性的優(yōu)劣。實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求：1、進(jìn)一步掌握高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的工作原理2、學(xué)會(huì)小信號(hào)調(diào)諧放大器的設(shè)計(jì)方法注意要點(diǎn)：遵守實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)規(guī)章制度6.3鑒頻器鑒頻實(shí)現(xiàn)原理鑒頻特性鑒頻實(shí)現(xiàn)方法斜率鑒頻器正交鑒頻器鑒頻：調(diào)頻波的解調(diào)稱(chēng)為頻率檢波。鑒相：調(diào)相波的解調(diào)稱(chēng)為相位檢波。6.3鑒頻器斜率鑒頻原理鑒頻實(shí)現(xiàn)原理——鑒頻實(shí)現(xiàn)方法正交鑒頻原理脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻原理鑒頻性能指標(biāo)（1）中心頻率（2）鑒頻靈敏度SD單位頻偏所產(chǎn)生的輸出電壓的大小（3）線性范圍（帶寬）鑒頻特性中近似直線的范圍鑒頻器的兩個(gè)性能指標(biāo)：鑒頻靈敏度SD單位頻偏所產(chǎn)生的輸出電壓的大小線性范圍（帶寬）鑒頻特性中近似直線的范圍斜率鑒頻器——單失諧回路輸入的調(diào)頻波經(jīng)LC失諧回路變換為調(diào)幅-調(diào)頻波，然后經(jīng)V、C1、RL所組成的包絡(luò)檢波器解調(diào)出原調(diào)制信號(hào)。電路組成工作原理頻-幅轉(zhuǎn)換原理：調(diào)頻波變換為隨瞬時(shí)頻率變化的調(diào)幅─調(diào)頻波。

本章小結(jié)調(diào)角信號(hào)的基本概念，包括定義、表達(dá)式、頻譜結(jié)構(gòu)、有效帶寬及功率等參數(shù)。在調(diào)角信號(hào)中頻偏和相偏分別反映了調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律。調(diào)頻的方法有直接調(diào)頻法和間接調(diào)頻法兩種。斜率鑒頻和正交鑒頻是兩種主要鑒頻方式。斜率鑒頻器是先頻幅轉(zhuǎn)換，后包絡(luò)檢波；正交鑒頻器是先頻相轉(zhuǎn)換，后鑒相。第六章習(xí)題填空題1、斜率鑒頻器是先將調(diào)頻信號(hào)變換成_________信號(hào)，然后用_________進(jìn)行解調(diào)得到調(diào)制信號(hào)。2．調(diào)頻有兩種方法，分別稱(chēng)為

和

。3．直接調(diào)頻的優(yōu)點(diǎn)是

，間接調(diào)頻的優(yōu)點(diǎn)是

。調(diào)頻調(diào)幅包絡(luò)檢波器直接調(diào)頻間接調(diào)頻頻偏大中心頻率穩(wěn)定度高選擇題1、采用頻率—振幅變換網(wǎng)絡(luò)的鑒頻器稱(chēng)為()鑒頻器。

A.正交B.斜率C.脈沖計(jì)數(shù)式D.鎖相2．變?nèi)荻O管調(diào)頻器實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的條件是變?nèi)荻O管的結(jié)電容變化指數(shù)n為（）。A．1/3B．1/2C．2D．43．某調(diào)頻波，其調(diào)制信號(hào)頻率F＝1kHz，載波頻率為10.7MHz，最大頻偏Δfm＝10kHz，若調(diào)制信號(hào)的振幅不變，頻率加倍，則此時(shí)調(diào)頻波的頻帶寬度為（

）。A．12kHzB．24kHzC．22kHzD．40kHz4．鑒頻的描述是（）。

A．調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)B．調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)

C．調(diào)相信號(hào)的解調(diào)5．直接調(diào)頻與間接調(diào)頻相比，以下說(shuō)法正確的是（）。A．直接調(diào)頻頻偏較大，中心頻率穩(wěn)定

B．間接調(diào)頻頻偏較大，中心頻率不穩(wěn)定C．直接調(diào)頻頻偏較大，中心頻率不穩(wěn)定D．間接調(diào)頻頻偏較大，中心頻率穩(wěn)定6．單頻調(diào)制時(shí)，調(diào)頻波的最大頻偏Δfm正比于（）。