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1、第第6章章 角度调制与解调角度调制与解调第1页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 2 26.1 角度调制原理角度调制原理 6.2 调频电路调频电路6.3 鉴频电路鉴频电路 第2页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 3 3 调制：调制：线性调制：线性调制：幅度调制幅度调制（AMAM）：频谱的结构不变。）：频谱的结构不变。（频谱搬移）（频谱搬移）非线性调制：非线性调制：角度调制角度调制（FMFM、PMPM）：频谱结构发生变）：频谱结构发生变 化，且调制后的带宽比调制信号的带宽大得多。化，且调制后的带宽比
2、调制信号的带宽大得多。频率调制频率调制 （FMFM调频）：高频振荡信号的频率按调制信调频）：高频振荡信号的频率按调制信 号的规律变化（瞬时频率变化的大小与调制号的规律变化（瞬时频率变化的大小与调制 信号成线性关系），而振幅保持恒定的一种信号成线性关系），而振幅保持恒定的一种 调制方式。调制方式。解调：解调：鉴频或频率检波。鉴频或频率检波。相位调制相位调制 （PMPM调相）：高频振荡信号的相位按调制信调相）：高频振荡信号的相位按调制信 号的规律变化号的规律变化（瞬时相位变化的大小与调制瞬时相位变化的大小与调制 信号成线性关系信号成线性关系），而振幅保持恒定的一种，而振幅保持恒定的一种 调制方式。
3、调制方式。解调：解调：鉴相或相位检波。鉴相或相位检波。角度调制虽然频带利用率不高，但其抗干扰和噪声的能力较强。角度调制虽然频带利用率不高，但其抗干扰和噪声的能力较强。调频波和调相波都表现为相位角的变化，只是变化的规律不同而调频波和调相波都表现为相位角的变化，只是变化的规律不同而已。已。调频必调相，调相必调频；鉴频可以鉴相，鉴相也可以鉴频。调频必调相，调相必调频；鉴频可以鉴相，鉴相也可以鉴频。角度调制角度调制角度调制与解调角度调制与解调非线性频率变换电路非线性频率变换电路第3页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 4 4 无论是调频波还是调相波，它们
4、的振幅均不改变，而频无论是调频波还是调相波，它们的振幅均不改变，而频率的变化和相位的变化均表现为相角的变化，故调频和调相率的变化和相位的变化均表现为相角的变化，故调频和调相统称为统称为 角度调制或调角角度调制或调角。角度调制与解调是非线性频率变换。角度调制与解调是非线性频率变换。角度调制是将调制信号的频谱搬到载波频率附近。在频率搬角度调制是将调制信号的频谱搬到载波频率附近。在频率搬移过程中，对调制信号的频谱来说，产生了新的频率分量，移过程中，对调制信号的频谱来说，产生了新的频率分量，故称为非线性频率变换。故称为非线性频率变换。角度调制的优点与用途：角度调制的优点与用途：优点：优点：抗干扰能力强
5、、较高的载波功率利用系数，抗干扰能力强、较高的载波功率利用系数，调角信号调角信号 传输的保真度高传输的保真度高 缺点：占有更宽的传送频带，缺点：占有更宽的传送频带，频带利用不经济频带利用不经济。调频主要应用于调频广播、广播电视、通信及遥测遥控等；调频主要应用于调频广播、广播电视、通信及遥测遥控等；调相主要用于数字通信系统中的移相键控。调相主要用于数字通信系统中的移相键控。调频波的指标主要有以下几个：调频波的指标主要有以下几个：1)频谱宽度频谱宽度2)寄生调幅寄生调幅3)抗干扰能力抗干扰能力第4页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 5 5图图1 调
6、幅、调频、调相波形调幅、调频、调相波形 第5页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 6 66.1.1 瞬时角频率与瞬时相位瞬时角频率与瞬时相位瞬时相位瞬时相位瞬时角频率瞬时角频率它可用长度为它可用长度为Ucm、与实轴夹角为、与实轴夹角为(t)的的旋转矢量来旋转矢量来表示。表示。矢量初始相位为矢量初始相位为 0，以以 (t)的的角速度绕角速度绕O反时针旋转。反时针旋转。实轴实轴(t)0t=0UmOt=t当当 =c 时：时：6.1 角度调制原理角度调制原理简谐振荡可以写成一般形式简谐振荡可以写成一般形式可见，瞬时角频率与可见，瞬时角频率与瞬时相位的关系
7、是瞬时相位的关系是微微积分的关系积分的关系。第6页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 7 76.1.2 调频波和调相波的数学表达式与波形调频波和调相波的数学表达式与波形1 1、调频信号的数学表达式和波形、调频信号的数学表达式和波形 ：设：调制信号：设：调制信号：u(t),载波信号：载波信号：uC（t）=UCmcos（ct+c）,为分析方便，一般令初始相位为分析方便，一般令初始相位 c=0则根据频率调制的定义则根据频率调制的定义,调频波瞬时角频率调频波瞬时角频率 ：(t)=c+kf u(t)=c+(t)式中式中kf为比例常数为比例常数。表示单位调制
8、电压变化引起的角频率偏移值。称为表示单位调制电压变化引起的角频率偏移值。称为调制（频）灵敏度（调制系数）调制（频）灵敏度（调制系数）。单位是。单位是rad/sV或或Hz/V。两两单位关系为单位关系为 1rad/sV=2Hz/V c c是未调制时的载波中心频率；是未调制时的载波中心频率；kfu(t)是瞬时角频率相对于是瞬时角频率相对于c c的偏的偏移，叫瞬时角频率偏移，简称频率偏移或频移（频偏）。移，叫瞬时角频率偏移，简称频率偏移或频移（频偏）。可表示为可表示为角频偏角频偏第7页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 8 8最大角频移，即角频偏，表示为
9、最大角频移，即角频偏，表示为瞬时相位瞬时相位（瞬时相位（瞬时相位(t)是瞬时角频率是瞬时角频率(t)对时间的积分）对时间的积分）：由上式可见，调频的结果也引起了载波瞬时相位的变化。由上式可见，调频的结果也引起了载波瞬时相位的变化。相移相移调频指数（调制深度），即最大相移：调频指数（调制深度），即最大相移：为分析方便，通常令为分析方便，通常令 0=0,则则FM信号为信号为第8页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 9 9调频指数调频指数mf：调频信号的最大相调频信号的最大相偏偏（移），也就是相对于调制信（移），也就是相对于调制信号的最大频偏号的最大频
10、偏最大角频偏最大角频偏m m：瞬时角频率瞬时角频率（t t）偏移偏移c c的幅度。的幅度。如果调制信号如果调制信号u(t)为单一频率的余弦信号，即为单一频率的余弦信号，即单音调制时单音调制时设设 u(t)=U m cos t调频波瞬时角频率调频波瞬时角频率：(t)=c+kf U m cos t=c+m cos t最大角频偏最大角频偏瞬时相位瞬时相位调频指数调频指数最大频偏最大频偏已调频信号已调频信号第9页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 1010图图6-1-1 调频波波形调频波波形=kf Um ct调频波的波形如图调频波的波形如图6-1-1所示
11、。所示。u(t)=U m cos t第10页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 1111图图6-1-2 调频波调频波fm、mf与与F的关系的关系 结论：结论：1 1、幅度不变，频率（相位）随、幅度不变，频率（相位）随u（t）变，通过信号变，通过信号 的疏密或通过零点的个数而定；的疏密或通过零点的个数而定；2 2、各种干扰主要表现在振幅上，因此，调频波的抗干扰能力、各种干扰主要表现在振幅上，因此，调频波的抗干扰能力强。强。fmFm ffm0m f第11页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 12122
12、2、调相信号的数学表达式和波形、调相信号的数学表达式和波形 ：设：调制信号：设：调制信号：u(t),载波信号：载波信号：uC（t）=UCmcosct 则根据相位调制的定义则根据相位调制的定义,调相波瞬时相位调相波瞬时相位 ：式中式中kp为比例常数为比例常数。表示单位调制电压引起的相位变化。称为表示单位调制电压引起的相位变化。称为调相调相灵敏度灵敏度。单位是。单位是rad/V。(t)=ct+kp u(t)=ct+(t)c ct t是未调制时的载波相位；是未调制时的载波相位；kpu(t)是瞬时相位相对于是瞬时相位相对于0 0t t的偏的偏移，叫瞬时移，叫瞬时相位相位偏移，简称偏移，简称相位相位偏移
13、或偏移或相相移。移。令初相角令初相角 0=0,相移相移最大相移，即最大相移，即调相指数（调相指数（调相系数）调相系数），表示为，表示为第12页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 1313调相指数调相指数m mp p：调相信号的最大相偏调相信号的最大相偏 m m瞬时频率瞬时频率最大频偏最大频偏故调相信号为故调相信号为如果调制信号如果调制信号u(t)为单一频率的余弦信号，为单一频率的余弦信号，单频调制时，单频调制时，设设 u(t)=U m cos t调相指数，最大相移调相指数，最大相移瞬时相位瞬时相位瞬时频率瞬时频率最大角频偏最大角频偏第13页，共1
14、00页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 1414图图6-1-3 调相波调相波fm、mp与与F的关系的关系 最大角频偏最大角频偏m m：瞬时角频率瞬时角频率（t t）偏移偏移c c的幅度。的幅度。可见，调相的结果也引起了载波瞬时频率的变化。可见，调相的结果也引起了载波瞬时频率的变化。已调相信号已调相信号m pfmFm pfm0第14页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 1515 图图6-1-4 调相波波形调相波波形u(t)=U m cos t，单一余弦调制下的调相波的波形与单一余弦调制下的调相波的波形与调频波相
15、位相差调频波相位相差 900。第15页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 1616 当调制信号为单一频率的余弦信号时，从数学表达式及波形上当调制信号为单一频率的余弦信号时，从数学表达式及波形上均不易区分是调频信号还是调相信号，说明它们有相似之处，但均不易区分是调频信号还是调相信号，说明它们有相似之处，但它们在性质上也存在有区别。它们在性质上也存在有区别。调频波和调相波的共同之处：调频波和调相波的共同之处：(1)调制系数与调制系数与 最大频偏的关系有相同的形式。最大频偏的关系有相同的形式。调相波和调频调相波和调频波的最大频移波的最大频移 均等于调制
16、指数均等于调制指数m与调制频率与调制频率的乘积。的乘积。3调频波与调相波的比较调频波与调相波的比较(2)调制系数调制系数m一般都大于一般都大于1（不同于调幅系数（不同于调幅系数ma1）,正因为此，正因为此，调频或调相波抗干扰能力优于调幅波。但必须满足条件调频或调相波抗干扰能力优于调幅波。但必须满足条件 ，否则也会失真。，否则也会失真。(3)二者都是等幅信号。二者都是等幅信号。(4)二者的频率和相位都随调制信号而变化二者的频率和相位都随调制信号而变化,均产生频偏与相偏，均产生频偏与相偏，成成为疏密波形。为疏密波形。正频偏最大处，正频偏最大处，即瞬时频率最高处，即瞬时频率最高处，波形最密；波形最密
17、；负频负频偏最大处，偏最大处，即瞬时频率最低处，即瞬时频率最低处，波形最疏。波形最疏。第16页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 1717调频波与调相波的重要区别：调频波与调相波的重要区别：调频波与调相波的比较见表调频波与调相波的比较见表61。(1)调频波和调相波的调频波和调相波的最大角频偏最大角频偏m和调制系数和调制系数 m 随调制信号的随调制信号的振幅振幅 Um的变化规律不同，但的变化规律不同，但均与均与Um成正比；可是它们与调制信成正比；可是它们与调制信号角频率号角频率的变化关系则不同。的变化关系则不同。调频：调频：调相：调相：，调频波的调
18、制指数调频波的调制指数 与调制信号频率与调制信号频率成反比，最大频移成反比，最大频移 与调制信号频率与调制信号频率 无关。无关。调相波的调制指数调相波的调制指数 与调制信号频率与调制信号频率无关，最大频移无关，最大频移 与调制信号频率与调制信号频率 成正比。成正比。当调制信号振幅当调制信号振幅 不变，调频波的最大频偏不变，调频波的最大频偏fm不变，而不变，而mf随随F的的增大成反比地减小；调相波的增大成反比地减小；调相波的mp不变，而不变，而fm 随随F的增大成正比地的增大成正比地增大（见图增大（见图6-1-2和图和图6-1-3）。）。调频波的信号带宽随调制信号频率的升高而不变，有时把调频调频
19、波的信号带宽随调制信号频率的升高而不变，有时把调频制叫做恒定带宽调制。制叫做恒定带宽调制。第17页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 1818u(t)=U m cos tuc(t)=Ucm cos c t调调 频频调相调相瞬时角频率瞬时角频率(t)c+kf u(t)=c+m cos t=c m sin t 瞬时相位瞬时相位 (t)=ct+kp u(t)=ct+mpcos t 最大角频偏最大角频偏 m=kf U m=mf m=kpU m =mp 最大相移最大相移（调制指数）（调制指数）mp=kpU m 载波信号载波信号调制信号调制信号已已调调波波信
20、号带宽信号带宽BW=2(mf+1)Fmax (恒定带宽）恒定带宽）BW=2(mp+1)Fmax (非恒定带宽）非恒定带宽）表表61 调频波与调相波的比较表调频波与调相波的比较表 第18页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 1919 （2）瞬时频率和瞬时相位都随时间变化，但规律不同。）瞬时频率和瞬时相位都随时间变化，但规律不同。调频时，瞬时频偏的变化与调制信号成线性关系，瞬时相偏的调频时，瞬时频偏的变化与调制信号成线性关系，瞬时相偏的变化与调制信号的积分成线性关系；变化与调制信号的积分成线性关系；调相时，瞬时相偏的变化与调调相时，瞬时相偏的变化与调
21、制信号成线性关系，瞬时频偏的变化与调制信号的微分成线性关系。制信号成线性关系，瞬时频偏的变化与调制信号的微分成线性关系。将将调制信号先微分，然后再对载波调频，则得调相信号；将调制信调制信号先微分，然后再对载波调频，则得调相信号；将调制信号先积分，再对载波进行调相，则得调频信号。即调频与调相可号先积分，再对载波进行调相，则得调频信号。即调频与调相可互相转换。互相转换。图图6-1-5 调频与调相的关系调频与调相的关系 直接调相直接调相间接调频间接调频第19页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 2020例例1 已知已知u(t)=5 cos(2 103
22、t)V，调角信号表达式为调角信号表达式为 uo(t)=10 cos (2 106 t)+10cos(2 103 t)V 试判断该调角信号是调频信号还是调相信号，并求调制试判断该调角信号是调频信号还是调相信号，并求调制 指数、最大频偏、载波频率和载波振幅。指数、最大频偏、载波频率和载波振幅。解解=2 106 t+10cos(2 103 t)附加相位正比于调制信号，故为附加相位正比于调制信号，故为调相信号。调相信号。调相指数调相指数 mp=10 rad载波频率载波频率 fc=106(Hz)fm=mpF最大频偏最大频偏振幅振幅 Um=10V=10 103=10 kHz(3)从理论上讲从理论上讲,调频
23、信号的最大角频偏调频信号的最大角频偏mc,由于载频由于载频c很高很高,故故m可以很大可以很大,即调制范围很大。即调制范围很大。由于相位以由于相位以2为周期为周期,因此调相信号的最因此调相信号的最大相偏大相偏mp,故调制范围很小。故调制范围很小。第20页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 2121例例2 一组频率为一组频率为300 3000Hz的余弦调制信号，振幅相同，调频时的余弦调制信号，振幅相同，调频时最大频偏最大频偏为为 75 kHz，调相时，调相时最大相移最大相移为为 2 rad，试求调制信号频率，试求调制信号频率范围内：范围内：(1)调频
24、时调频时mf 的变化范围的变化范围;(2)调相时调相时 fm的范围的范围;解解(1)调频时，调频时，fm与调制频率无关，与调制频率无关，恒为恒为75 kHz。故故(2)调相时，调相时，mP 与调制频率无关，与调制频率无关，恒为恒为2 rad。故故第21页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 2222例例3 一调角波受单音正弦信号一调角波受单音正弦信号 调制，其瞬时频率为调制，其瞬时频率为 ，已知调角波的幅度为，已知调角波的幅度为10V。（1）此调角波是调频波还是调相波，写出其数学表达式。）此调角波是调频波还是调相波，写出其数学表达式。（2）求此调角
25、波的最大频偏和调制指数。）求此调角波的最大频偏和调制指数。解解瞬时相位：瞬时相位：（1）相移量正比于调制信号，故为相移量正比于调制信号，故为调相信号。调相信号。其数学表达式其数学表达式（2）调相指数调相指数 mp=10 rad fm=mpF最大频偏最大频偏=10 103=10 kHzF=1000Hz第22页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 2323例例4 已知载波频率为已知载波频率为10MHz，幅度为，幅度为5V，用单音频信号调频，调制信，用单音频信号调频，调制信号频率为号频率为5kHz，产生的最大频偏为，产生的最大频偏为8kHz，试写出该调频
26、波的数学表达，试写出该调频波的数学表达式。式。解解设载波和调制信号都为余弦信号，则表示式可写为设载波和调制信号都为余弦信号，则表示式可写为uc(t)=U cm cos c t=5cos2107t，最大相移（调频指数）：最大相移（调频指数）：调频波的数学表达式调频波的数学表达式=2 107 t+1.6sin2 5 103 t瞬时相位：瞬时相位：uFM(t)=5 cos (2 107 t)+1.6sin(104 t)V第23页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 24246.1.3 调角信号的频谱调角信号的频谱 1调角波的展开式调角波的展开式 为了决定
27、调角信号传输系统的带宽，必须对调角波的频谱进行分为了决定调角信号传输系统的带宽，必须对调角波的频谱进行分析。单频调制时，析。单频调制时，FM信号和信号和PM信号的数学表达式是相似的，信号的数学表达式是相似的，差别仅仅在于附加相位的不同，前者的附加相位按正弦规律变差别仅仅在于附加相位的不同，前者的附加相位按正弦规律变化，而后者的按余弦规律变化。按正弦变化还是余弦变化只是化，而后者的按余弦规律变化。按正弦变化还是余弦变化只是在在相位上相差相位上相差/2 而已而已，所以这两种信号的，所以这两种信号的频谱结构是类似的频谱结构是类似的。分析时可将调制指数分析时可将调制指数mf 或或mp用用m代替，从而把
28、它们写成统一的调角代替，从而把它们写成统一的调角信号表示式信号表示式。式中，式中，和和均可直接展开成傅里叶均可直接展开成傅里叶级级数。数。第24页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 2525根据根据贝贝塞塞尔尔函数理函数理论论有：有：Jn(m)称为以称为以m为宗数（参数）的为宗数（参数）的n阶第一类贝塞尔函数。阶第一类贝塞尔函数。上边频上边频下边频下边频可得可得第25页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 2626 n阶第一类贝塞尔函数阶第一类贝塞尔函数Jn(m)随随m，n变化的曲线如图变化的曲线如图
29、6-1-6所示。所示。贝塞尔函数具有如下的性质：贝塞尔函数具有如下的性质：1.1.随着随着m的增加，的增加，Jn(m)近似周期性变化，其峰值有下降近似周期性变化，其峰值有下降的趋势；的趋势；n增大时，总趋势使增大时，总趋势使Jn(m)的值减小。的值减小。2.2.J-n(m)=Jn(m),n为偶数为偶数 J-n(m)=-Jn(m),n为奇数为奇数因而因而,调角波表达式可写为调角波表达式可写为3.对任意对任意m值，各阶贝塞尔函数的平方和恒等于值，各阶贝塞尔函数的平方和恒等于1，即，即4.当调制指数当调制指数m很小时很小时，J0(m)1；当当nm+1时，时，Jn(m)0第26页，共100页，编辑于2
30、022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 2727图图6-1-6 第一类贝塞尔函数曲线第一类贝塞尔函数曲线 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13mJn(m)随随m、n 变化的规律变化的规律 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 00.2 0.4n=0n=1n=2n=3第27页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 2828 1)调角波的频谱是以载频为中心，由载波分量调角波的频谱是以载频为中心，由载波分量c和和角频率为角频率为（c n）的的无数对无数对上、下边频分量构成上、下边频分量构成，这些边频分量和载频分
31、量的角这些边频分量和载频分量的角频率相差频率相差n。载频分量与各个边频分量。载频分量与各个边频分量的振幅由对应的各阶贝塞尔的振幅由对应的各阶贝塞尔函数值所确定。其中，函数值所确定。其中，奇数项奇数项的上、下边带分量振幅相等、极性相反；的上、下边带分量振幅相等、极性相反；偶数项的振幅相等、极性相同。偶数项的振幅相等、极性相同。2)调制指数调制指数m越大，具有较大振幅的边频分量就越多。越大，具有较大振幅的边频分量就越多。边频次数越边频次数越高，其振幅越小（中间可能有起伏）。这与调幅波不同，在单频信号调高，其振幅越小（中间可能有起伏）。这与调幅波不同，在单频信号调幅的情况下，边频数目与调制指数无关。
32、幅的情况下，边频数目与调制指数无关。3)载波分量和各边带分量的振幅均随载波分量和各边带分量的振幅均随m变化而变化。且有些边频分量振变化而变化。且有些边频分量振幅超过载频分量振幅。对于某些幅超过载频分量振幅。对于某些m值，载频或某边频振幅为零。籍值，载频或某边频振幅为零。籍此可以测定调制指数此可以测定调制指数m。见图见图6-1-7。2调角波的频谱结构和特点调角波的频谱结构和特点 通过以上分析可见：通过以上分析可见：调角信号频谱不是调制信号频谱的线性搬调角信号频谱不是调制信号频谱的线性搬移。移。单音频调制的调角信号的频谱具有以下特点：单音频调制的调角信号的频谱具有以下特点：第28页，共100页，编
33、辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 2929 4)调调角角波的平均功率等于各频谱分量平均功率之和。波的平均功率等于各频谱分量平均功率之和。若调角信号振幅若调角信号振幅不变不变,不论不论m为何值，调频波的平均功率恒为定值，并且等于未调制时的为何值，调频波的平均功率恒为定值，并且等于未调制时的载波功率。换句话说，改变载波功率。换句话说，改变m仅会引起载波分量和各边带分量之间功率仅会引起载波分量和各边带分量之间功率的重新分配，的重新分配，功率分配原则与功率分配原则与m有关。但不会引起总功率的改变。有关。但不会引起总功率的改变。图图6-1-7 m为不同值时调频波的频谱为
34、不同值时调频波的频谱 5)从理论上说，调从理论上说，调角角波的边频分量有无数多个，其频带宽度为无波的边频分量有无数多个，其频带宽度为无穷大，但是对于任一给定的穷大，但是对于任一给定的 m值，高到一定次数的边频分量的值，高到一定次数的边频分量的振幅已经小到可以忽略，以至忽略这些边频分量对调频波形不振幅已经小到可以忽略，以至忽略这些边频分量对调频波形不会产生显著影响。因此，调频信号的频谱宽度实际上可以认为会产生显著影响。因此，调频信号的频谱宽度实际上可以认为是有限的。是有限的。第29页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 30306.1.4 调角波的信
35、号带宽调角波的信号带宽在高质量通信系统中，常以忽略小于在高质量通信系统中，常以忽略小于1末调制载波振幅的边末调制载波振幅的边频分量来决定频谱宽度。频分量来决定频谱宽度。在中等质量通信系统中，以忽略小于在中等质量通信系统中，以忽略小于10未调制载波振幅的边频分量未调制载波振幅的边频分量来决定频谱宽度。来决定频谱宽度。由贝塞尔理论证明由贝塞尔理论证明:时，时，故边频数取故边频数取 n m 1，则调角，则调角信号占据的信号占据的频带宽度频带宽度BW可由下列近似公式求出：可由下列近似公式求出：在实际应用中也常区分为：在实际应用中也常区分为：若若 m 1,则则BW 2 m F=2 fm 称为宽带调角信号
36、称为宽带调角信号更准确的调频波带宽计算公式为更准确的调频波带宽计算公式为第30页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 3131 复杂信号调制时复杂信号调制时 从上面的讨论知道，调频波和调相波的频谱结构以及频带宽度与调从上面的讨论知道，调频波和调相波的频谱结构以及频带宽度与调制指数有密切的关系。总的规律是：调制指数越大，应当考虑的边频分制指数有密切的关系。总的规律是：调制指数越大，应当考虑的边频分量的数目就越多，无论对于调频还是调相均是如此。这是它们共同的性量的数目就越多，无论对于调频还是调相均是如此。这是它们共同的性质。质。但是，由于调频与调相制与
37、调制频率但是，由于调频与调相制与调制频率F的关系不同，仅当的关系不同，仅当F变化变化时，它们的频谱结构和频带宽度的关系就互不相同。时，它们的频谱结构和频带宽度的关系就互不相同。调频调频调相调相当当 增大增大不变时，调频和调相波的频带宽度不变时，调频和调相波的频带宽度BW 均成正比地增大均成正比地增大。对对于调频制于调频制，仅当，仅当F变化时，最大频移一定，调频波的调制指数与变化时，最大频移一定，调频波的调制指数与调制频率调制频率F成反比，调制频率越高成反比，调制频率越高,mf越小，越小，应当考虑的应当考虑的的边频对的边频对数减少，故频谱宽度变化不大。数减少，故频谱宽度变化不大。因此又把调频叫做
38、恒定带宽调制。因此又把调频叫做恒定带宽调制。第31页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 3232 对于调相制，仅当对于调相制，仅当F变化时，变化时，mp不变，应当考虑的的不变，应当考虑的的边频对数不变，但带宽变化。特别是边频对数不变，但带宽变化。特别是F增加时，带宽增加。增加时，带宽增加。对于对于Fmin Fmax而言，而言，Fmax决定总的带宽，实际通信决定总的带宽，实际通信系统中，给定的传输频带往往是固定的。若采用调相系统中，给定的传输频带往往是固定的。若采用调相，低端频率分量的频谱利用率不高，低端频率分量的频谱利用率不高。这是调相制的。这是
39、调相制的弱点，也是调相制在模拟通信系统中不能直接应用的弱点，也是调相制在模拟通信系统中不能直接应用的原因。但在数字通信系统中得到了广泛的应用。而在原因。但在数字通信系统中得到了广泛的应用。而在模拟通信系统中调频制得到了广泛的应用。模拟通信系统中调频制得到了广泛的应用。第32页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 3333图图6-1-8 调频波的频谱调频波的频谱图图6-1-9调相波的频谱调相波的频谱第33页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 34346.2 调频电路调频电路 6.2.1 调频器特性调频器
40、特性 图图6-2-1 调频特性曲线调频特性曲线 产生调频信号的电路叫做调频器。对于调频电路的调频特性产生调频信号的电路叫做调频器。对于调频电路的调频特性（性能指标），一般有以下几方而的要求：（性能指标），一般有以下几方而的要求：见图见图6-2-1（1）调制特性线性要好。调制特性线性要好。即已调波的瞬时频率与调制信号成线即已调波的瞬时频率与调制信号成线性关系变化。这是基本要求。性关系变化。这是基本要求。（2）调制灵敏度要高。调制灵敏度要高。即单位调制电压所产即单位调制电压所产生的振荡频率偏移要大。生的振荡频率偏移要大。（3）载波性能要好。中心频率（未调制时的载波性能要好。中心频率（未调制时的载波
41、频率）的频率稳定度要高。载波频率）的频率稳定度要高。（视应用场（视应用场合不同而有不同的要求）。保持中心频率合不同而有不同的要求）。保持中心频率的高稳定度，才能保证接收机正常接收信的高稳定度，才能保证接收机正常接收信号号。f=f-fc 0u fmUm第34页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 3535（4）最大频偏最大频偏 fm与调制信号频率无关。与调制信号频率无关。（5）无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。非线性失真小。非线性失真小。6.2.2 调频的实现方法调频的实现方法 由调频信号的频谱分析可知，调制后的调频信号中包
42、含许多由调频信号的频谱分析可知，调制后的调频信号中包含许多新的频率分量，因此，要产生调频信号就必须利用非线性元器件新的频率分量，因此，要产生调频信号就必须利用非线性元器件进行频率变换。进行频率变换。产生调频信号的方法很多，归纳起来主要有两类：产生调频信号的方法很多，归纳起来主要有两类：第一类是用第一类是用调制信号直接控制载波的瞬时频率从而产生调频信号调制信号直接控制载波的瞬时频率从而产生调频信号直接调直接调频频。第二类是由调相变调频，即先将调制信号进行积分，然后再第二类是由调相变调频，即先将调制信号进行积分，然后再对载波进行调相，从而获得调频信号对载波进行调相，从而获得调频信号间接调频间接调频
43、。直接调频法：直接调频法：调制器与振荡器和二为一，特点是频调制器与振荡器和二为一，特点是频 偏大，但中心频率稳定度不高。偏大，但中心频率稳定度不高。第35页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 3636 矢量合成法矢量合成法间接调频法：间接调频法：可变移相法可变移相法 可变延时法可变延时法 特点是中心频率稳定度高，但频偏较小。特点是中心频率稳定度高，但频偏较小。1直接调频原理直接调频原理 直接调频的基本原理是利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，直接调频的基本原理是利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使振荡频率不失真地反映调制信号变化规律。即与调
44、制信号成正比。使振荡频率不失真地反映调制信号变化规律。即与调制信号成正比。所所以调频器即是一个频以调频器即是一个频 率受调制信号控制的高频振荡器。率受调制信号控制的高频振荡器。因此，凡是因此，凡是能直接影响载波振荡瞬时频率的元件或参数，只要能够用调制信号去控制能直接影响载波振荡瞬时频率的元件或参数，只要能够用调制信号去控制它们，并从而使载波振荡瞬时频率按调制信号变化规律线性地改变，都可它们，并从而使载波振荡瞬时频率按调制信号变化规律线性地改变，都可以完成直接调频的任务。以完成直接调频的任务。(1)改变振荡回路的元件参数实现调频改变振荡回路的元件参数实现调频 若被控制的是若被控制的是LC振荡器，
45、则振荡频率主要由谐振回路的电感和电容振荡器，则振荡频率主要由谐振回路的电感和电容元件决定。因此，用调制信号去控制回路的电感或电容，使其参数随调制元件决定。因此，用调制信号去控制回路的电感或电容，使其参数随调制电压变化电压变化,就可达到直接调频的目的。就可达到直接调频的目的。第36页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 3737 调频电路中常用的可变电容元件有变容二极管和电抗管电调频电路中常用的可变电容元件有变容二极管和电抗管电路。常用的可控电感元件是具有铁氧体磁芯的电感线圈或电抗路。常用的可控电感元件是具有铁氧体磁芯的电感线圈或电抗管电路，可控电阻
46、元件有管电路，可控电阻元件有PIN二极管和场效应管。若将这样的可二极管和场效应管。若将这样的可控参数元件或电路直接代替振荡器振荡回路的某一元件控参数元件或电路直接代替振荡器振荡回路的某一元件(例如例如L或或C)或者直接并接在振荡回路两端，这样振荡频率就会与可控或者直接并接在振荡回路两端，这样振荡频率就会与可控参数元件的数值有关，用调制信号去控制这样元件的参数值，参数元件的数值有关，用调制信号去控制这样元件的参数值，就能够实现直接调频。就能够实现直接调频。直接调频原理见图直接调频原理见图6-2-2。图图6-2-2 直接调频原理示意图直接调频原理示意图 有有源源电电路路L振荡电路振荡电路调调制制输
47、输出出可可控控电电抗抗元元件件C调制电压调制电压 控制回路谐振频率，从而控控制回路谐振频率，从而控制振荡频率。适当选择电路参数，制振荡频率。适当选择电路参数，就可实现线性调频。就可实现线性调频。(2)控制振荡器的工作状态实现调频控制振荡器的工作状态实现调频直接调频法直接调频法优点：频偏较大优点：频偏较大缺点：中心频率易不稳定缺点：中心频率易不稳定第37页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 3838晶体振荡器晶体振荡器载波电压载波电压Ucmcos ctu(t)积分器积分器调相器调相器图图6-2-3间接调频电路组成框图间接调频电路组成框图2 2间接调
48、频原理间接调频原理-由调相实现调频由调相实现调频间接调频法不在振荡器中间接调频法不在振荡器中进行，故进行，故优点：中心频率较稳定优点：中心频率较稳定缺点：不易获得大频偏缺点：不易获得大频偏间接调频：先将调制信号积分，然后对载波调相，间接调频：先将调制信号积分，然后对载波调相，实现调频。实现调频。因为因为调相电路输入的载波振荡信号可采用频率稳定度很高的晶体振荡调相电路输入的载波振荡信号可采用频率稳定度很高的晶体振荡器，所以采用调相电路实现间接调频，可以提高调频电路中心频器，所以采用调相电路实现间接调频，可以提高调频电路中心频率的稳定度。在实际应用中，间接调频是一种应用较为广泛的方率的稳定度。在实
49、际应用中，间接调频是一种应用较为广泛的方式。式。第38页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 3939 实现间接调频的关键是如何进行相位调制。实现间接调频的关键是如何进行相位调制。实现调相的方法实现调相的方法通常有三类：一类是可变移相法调相；第二类是可变时延法调相；通常有三类：一类是可变移相法调相；第二类是可变时延法调相；第第三类是矢量合成法调相。三类是矢量合成法调相。（1）可变移相法可变移相法可变移相法就是将载波振荡信号通过一个受调制信号控制的相移可变移相法就是将载波振荡信号通过一个受调制信号控制的相移网络，或利用调制信号控制谐振回路的电抗或电阻
50、元件，即可以网络，或利用调制信号控制谐振回路的电抗或电阻元件，即可以实现调相。可变移相网络有多种实现电路。其中，应用最广的是实现调相。可变移相网络有多种实现电路。其中，应用最广的是变容二极管调相电路。变容二极管调相电路。调频波输出调频波输出积分处理后的调制信号积分处理后的调制信号振荡器振荡器可变移可变移相网络相网络（调制信号）（调制信号）（调相波输出）（调相波输出）图图6-2-4可变移相法调相框图可变移相法调相框图第39页，共100页，编辑于2022年，星期二第第6 6章章 角度调制与解调角度调制与解调 4040（2）可变延时法可变延时法可变时延法是将载波信号通过一可控延时网络可变时延法是将载