第八章 角度調(diào)制與解調(diào)1.ppt

1、第八章 角度調(diào)制與解調(diào),8.1 概 述 8.2 調(diào)角波的性質(zhì) 8.3 調(diào)頻方法概述,8.1 概 述,角度調(diào)制可以分為調(diào)頻和調(diào)相兩種方式。 從時(shí)域來看，它們都是通過用調(diào)制信號(hào)(即基帶信號(hào))去控制載波瞬時(shí)相位(或瞬時(shí)角度)的方法來實(shí)現(xiàn)的。因此，都表現(xiàn)為高頻振蕩的總相角受到調(diào)變的基本特點(diǎn)。這也是將其統(tǒng)一稱為角度調(diào)制的原因。,如設(shè)載波為 V (t)=Vcmcos(t)=Vcmcos(ct+0) Vcm為常數(shù)，反映了載波振幅的大小； (t)為載波的瞬時(shí)相位， c為載波的固有頻率， 0為載波的初相位。,如果利用調(diào)制信號(hào),去控制三個(gè)參量中的某個(gè)，,可產(chǎn)生調(diào)制的作用:,amphitude modulation

2、 AM:,frequency modulation FM :,phase modulation PM,角度調(diào)制,AM調(diào)制方式中,AM,DSB,屬于頻譜線性搬移電路,調(diào)制信號(hào)寄生于已調(diào)信號(hào)的振幅變化中,FM,PM,屬于頻譜的非線性搬移電路,已調(diào)波為等幅波,調(diào)制信息寄生于已調(diào)波的頻率和相位變化中,SSB, 載波信號(hào)v(t)=Vcmcos(ct+0),角度調(diào)制方式中,頻譜的搬移,頻譜的線性搬移：搬移前后的頻譜結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，只是在頻域上作簡(jiǎn)單的移動(dòng)。如調(diào)幅及其解調(diào)、混頻等。,頻譜的搬移,頻譜的非線性搬移：輸入信號(hào)的頻譜不僅在頻域上搬移，而且頻譜結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化。如調(diào)頻、調(diào)相及其解調(diào)等。,頻譜的搬移,

3、在頻譜的搬移電路中，輸出信號(hào)的頻率分量大多數(shù)情況下是輸入信號(hào)中沒有的，因此必須用非線性電路來完成。,（模電中的“非線性失真”概念！）,從已調(diào)波中檢取出原調(diào)制信號(hào)的過程稱為解調(diào),(AM)振幅解調(diào)檢波,(FM)頻率解調(diào)鑒頻,（detection）,(frequency discrimination),(PM)相位解調(diào)檢相,(phase detection),圖8.1 調(diào)頻信號(hào)波形,一、調(diào)角信號(hào)的時(shí)域特性,8-2 調(diào)角波的性質(zhì),1、 瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位,余弦信號(hào),全相角,（角頻率是常數(shù)）,當(dāng)進(jìn)行角度調(diào)制 （FM或PM）后 ,其已調(diào)波的角頻率將是時(shí)間的函數(shù),即 。 可用右圖所示的旋轉(zhuǎn)矢量表示,(t),

4、1、 瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位,而該矢量在實(shí)軸上的投影：,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。,c為中心角頻率（即載波角頻率）,單位是rad/sv,瞬時(shí)角頻率為：, kf 調(diào)頻靈敏度，,單位調(diào)制信號(hào)振幅引起的頻率偏移 .,2、調(diào)頻信號(hào),根據(jù)瞬時(shí)頻率與所對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)相位的關(guān)系，若設(shè),則有：,其中：,：瞬時(shí)相位偏移,調(diào)頻波的瞬時(shí)相位,附加相移部分：, 調(diào)頻指數(shù)Mf: 調(diào)頻波的最大附加相移,Mf可以小于1，也可大于1,正比于 ，反比于 。,2、調(diào)頻信號(hào),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

5、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。,單音調(diào)制波形,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。,瞬時(shí)相位為：,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。,瞬時(shí)相位為：,最大相位偏移,：調(diào)相指數(shù),由瞬時(shí)相位與所對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)頻率之間的關(guān)系，可得：,； PM波的瞬時(shí)頻偏,調(diào)相波：,瞬時(shí)角頻偏為：,3、調(diào)相信號(hào), 最大頻偏:,調(diào)頻信號(hào),瞬時(shí)相位為：,調(diào)相信號(hào),瞬時(shí)角頻率為：,

6、AM,PM,單音調(diào)角信號(hào)參數(shù)比較,單音調(diào)制波形,(1)一般調(diào)角信號(hào)的表達(dá)式：,（2）FM波：,（3）PM波：,（4）調(diào)頻波的波形,討論:,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)。,利用三角函數(shù)公式，展開可得：,1、第一類貝塞爾函數(shù) 的性質(zhì)：,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。,0.77,0.44,0.44,0.11,0.11,0.02,0.

7、02,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),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

8、（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,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。,恒定帶寬調(diào)頻槪念,調(diào)制指數(shù)較大時(shí)，調(diào)頻

9、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。,最大頻偏,調(diào)頻波的功率,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。,8-3 調(diào)頻方法概述,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。,直接調(diào)頻 間接調(diào)頻,由相位與頻率之間的關(guān)系：,在同一調(diào)制信號(hào),的控制下，形成的FM波和PM波的表達(dá)式為：,以上的過程為直接調(diào)頻或直接調(diào)相,8-3 調(diào)頻方法概述,一、調(diào)制原理概述,2、間接調(diào)頻,優(yōu)點(diǎn)：載波中心頻率穩(wěn)定度較好,如果把,選積分后，再經(jīng)過調(diào)相器，也可得到對(duì),而言的調(diào)頻波，也稱為間接調(diào)頻。（indirect frequency modulation）,(2) 把,先微分后再調(diào)頻，可以得間接調(diào)相（indirect PM）,間接調(diào)頻,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