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1、 调幅：将调制信号的低频频谱结构线性搬移到载波附近的高频区。调幅：将调制信号的低频频谱结构线性搬移到载波附近的高频区。载波的振幅随调制信号的变化而变化，载波的频率和相载波的振幅随调制信号的变化而变化，载波的频率和相 位不受调制信号的控制，属于位不受调制信号的控制，属于线性频谱搬移技术。线性频谱搬移技术。二、调幅与调角的区别：调角：已调波的频谱结构与原调制信号的频谱结构完全不同。载 波的振幅不变，它的频率和相位受调制信号的控制，属于 非线性频谱搬移技术。第1页/共87页三、调频的优缺点：调频优点：抗干扰性强 功率管利用率高 信号传输保真度高调频缺点：只能工作在超短波以上波段 电路结构复杂第2页/
2、共87页四、调频与调相的比较在数字通信中，相位键控的抗干扰能力优于频率键控和幅度键控，因而调相制获得广泛应用。在模拟通信中，系统带宽相同时，调频系统接收机输出端的信噪比明显优于调相系统，故广泛采用调频制。广泛用于广播、电视、通信、遥感技术。第3页/共87页4 48.1 调角波的性质调角波的性质瞬时频率与瞬时相位的关系瞬时频率与瞬时相位的关系结论结论1：瞬时频率：瞬时频率(t)是瞬时相位角是瞬时相位角(t)对时间的微分。对时间的微分。结论结论2：瞬时相位角瞬时相位角(t)是是瞬时频率瞬时频率(t)对时间的积分。对时间的积分。第4页/共87页5 5调频波的数学表达式及波形调频波的数学表达式及波形一
3、、调频波的数学表达式一、调频波的数学表达式低频调制信号：高频载波信号：调频波的定义：调频波的定义：载载波波的的振振幅幅不不变变，载载波波的的瞬瞬时时频频率率与与调调制制信信号号u(t)呈线性关系。呈线性关系。第5页/共87页6 6一、调频波的数学表达一、调频波的数学表达第6页/共87页调频信号（已调波）的表达式：第7页/共87页调制信号载波信号瞬时角频度频偏或频移调频波的表达式调频波的调制指数单频调频波的数学表达式：瞬时相角第8页/共87页结论1：调制信号的幅度越大，调频指数mf 越大，调制信号的频率越大，调频指数mf 越小，通常mf1结论2：调制信号的幅度越大，调频信号的调频范围越大，即m。
4、第9页/共87页调频波波形示意图第10页/共87页1111调相波的数学表达式及波形调相波的数学表达式及波形一、调相波的数学表达式一、调相波的数学表达式低频调制信号：高频载波信号：调相波的定义：调相波的定义：载载波波振振幅幅不不变变，载载波波的的瞬瞬时时相相位位与与调调制制信信号号u(t)呈线性关系呈线性关系第11页/共87页调相信号（已调波）的表达式：结论：第12页/共87页1313结论：结论：调制信号的幅度与频率增大调制信号的幅度与频率增大最大频偏越大。最大频偏越大。第13页/共87页调相波波形示意图第14页/共87页三、调频与调相的比较第15页/共87页调制信号为单频余弦信号时调频与调相的
5、比较第16页/共87页信号波形比较第17页/共87页两者的联系和区别 联系：调频波可看成调制信号为u(t)dt的调相波；调相波可看成调制信号为du(t)/dt的调频波。区别：调制指数FM：与调制信号的振幅成正比，与调制角频率成反比PM：与调制信号的振幅成正比，与调制角频率无关最大频率偏移 FM：与调制信号的振幅成正比，与调制角频率无关PM：与调制信号的振幅成正比，与调制角频率成正比第18页/共87页三、作业：三、作业：1.教材教材P206 填空题填空题2.教材教材P206习题习题第19页/共87页调角波的频谱与带宽调角波的频谱与带宽一、调角波的频谱一、调角波的频谱第20页/共87页cos(ms
6、in t)=J0(m)+2J2(m)cos2t+2J4(m)cos4t+sin(msint)=2J1(m)sint+2J3(m)sin3t+2J5(m)sin5t+利用利用2个贝塞尔函数：个贝塞尔函数：其中Jn(m)是宗数为m的n阶第一类贝塞尔函数u(t)=UcmJ0(m)cosct-2J1(m)sintsinct+2J2(m)cos2tcosct -2J3(m)sin3tsinct+2J4(m)cos4tcosct+贝塞尔函数带入调角波表达式得：第21页/共87页载频载频第一对边频第一对边频第二对边频第二对边频第三对边频第三对边频第22页/共87页第23页/共87页0.770.440.440
7、.110.110.020.022、频谱特点A、频谱结构 包含载波频率分量（但是幅度小于1，与mf 有关）及无穷多个边频分量；各边频分量之间的频率间隔为；各频率分量的幅度由贝塞尔函数Jn(mf)决定，载频分量并不总是最大，有时为零;奇次边频分量的相位相反。第24页/共87页B、频谱结构与调制指数的关系各阶贝塞尔函数随m增大变化的规律均是衰减振荡,而各边频分量振幅值与对应阶贝塞尔函数成正比。m边频分量越少，但对应振幅越大即“少”而“大”m边频分量越多，但对应振幅越小即“多”而“小”第25页/共87页mf愈大，则具有一定幅度的边频数目愈多，频带愈宽。这是调频波频谱的主要特点。当mf值小(mf mf+
8、1）时，贝塞尔函数Jn(mf)的数值随着n的增加而迅速减小。这时（nmf+1）则可认为调频波所具有的频带宽度是近似有限的。频带宽度为：频带宽度比调幅波宽得多。只适用于频率较高的甚高频和超高频段中。窄带调频窄带调频宽带调频宽带调频恒定宽带恒定宽带调频调频第28页/共87页调制信号频率不同时，调频、调相信号的频谱分布*对于调相波：频带宽度在调制信号频率的高端和低端相差 很大，对频带的利用很不经济。第29页/共87页例调频波的幅度1V,频谱结构如图；调制信号u(t)=Umcost。求：1、调频波表示式uf(t)=cos(ct+mfsint)中的mf、c、；2、调频波的频带宽度Bf、调频波的最大频偏f
9、。0.260.490.490.310.310.040.340.340.130.130.04(MHZ)0.1解：查表得由图得第30页/共87页 上述特点充分说明调角是完全不同于调幅的一种非线性频率变换过程。显然,作为调角的逆过程,角度解调也是一种非线性频率变换过程。对对于于由由众众多多频频率率分分量量组组成成的的一一般般调调制制信信号号来来说说,调调角角信信号号的的总总频频谱谱并并非非仅仅仅仅是是调调制制信信号号中中每每个个频频率率分分量量单单独独调调制制时时所所得得频频谱谱的的组组合合,而而且且另另外外又又新新增增了了许许多多频频率率分分量量。例例如如,若若调调制制信信号号由由角角频频率率为为
10、1 1,2 2的的两两个个单单频频正正弦弦波波组组成成,则则对对应应调调角角信信号号的的频频率率分分量量不不但但有有c cnn1 1和和c cnn2 2,还还会会出出现现c cnn1 1pp2 2,n n、p=0,1,2,p=0,1,2,。第31页/共87页三、课堂练习：三、课堂练习：1.教材教材P207 习题习题 2.教材教材P207 习题习题 第32页/共87页8.3 调频信号的产生一、调频方法 直接调频间接调频用调制电压直接去控制载频振荡器的频率（通过改变回路元件参数），以产生调频信号，振荡器的频率随调制信号线性变化。类型：变容二极管直接调频（最常用）电抗管直接调频晶体振荡器直接调频特点
11、：易于得到比较大的频偏；但中心频率的 稳定度不易做得很高调频信号的产生通常采用直接调频法。保持振荡器的频率不变，用调制电压去改变载波输出的相位（调相），再由调相实现调频先对调制信号进行积分再进行调相 特点：载波中心频率稳定度较好；但不能直接 获得较大的频偏。广泛运用在数字信号调制中。第33页/共87页 若先对调制信号若先对调制信号u(t)进行积分进行积分,因此,将调制信号积分后调相,是实现调频的另外一种方式,称为间接调频。或者说,间接调频是借用调相的方式来实现调频。间接调频：然后将然后将u1(t)作为调制信号对载频信号进行调相作为调制信号对载频信号进行调相,则可得到则可得到:可知可知,对于对于
12、u(t)来说来说,上式是一个调频信号表达式。上式是一个调频信号表达式。第34页/共87页直接调频电路原理间接调频电路原理第35页/共87页二、性能指标调制特性被调振荡器的频率偏移与调制电压的关系，表示为f/fc=f(u)调制灵敏度S调制电压变化单位数值所产生的振荡 频率偏移，表示为S=f/u最大频偏fm在调制电压作用下所能达到的最大频偏载波频率稳定度f/fc 时间间隔调频信号的瞬时频率以稳定的中心频率（载频）为基准变化。若中心频率不稳定，就有可能使调频信号的频谱落到接收机通带范围之外，以致不能保证正常通信。因此，对于调频电路，不仅要满足频偏的要求，而且要使中心频率保持足够高的稳定度。第36页/
13、共87页三、技术要求：频偏与调制信号保持良好的线性关系调制灵敏度尽量高频偏尽量大中心频率稳定度尽量高寄生调幅尽量小第37页/共87页一、变容二极管直接调频电路一、变容二极管直接调频电路1.变容二极管的符号与特性变容二极管的符号与特性 二极管是单向导电元件，若将其反向偏置，并始终控制在截止区时，PN结的结电容的大小随反向控制电压的变化而变化，因此PN结二极管可制成变容二极管。调制信调制信号号u(t)保证管子始终处于截止状态的直流电源EUm变容二极管8.4 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路第38页/共87页Cj0为未外加电压时的结电容(u=0)(u=0)UDPN结势垒电位差（硅管0.4
14、0.4-0.7v0.7v、锗管0.2-0.3v0.2-0.3v）结电容变化指数，由结的类型和掺杂浓度决定。1/3-61/3-6变化。1超突变结突变结缓变结变容二极管的电容第39页/共87页一、变容管全部接入振荡回路(理想直接调频)振荡回路由振荡回路由L、Cj构成，构成，C1为高频耦合电容，为高频耦合电容，RFC为高频为高频扼流圈，扼流圈，C2为高频旁路电容。为高频旁路电容。本质：用调制信号控制高频信号瞬时频率，使其随调制信号作线性变化的过程。1.理想振荡回路第40页/共87页2.实现理想直接调频的条件u 实现理想直接调频的条件：实现理想直接调频的条件：n=2u 最大角频偏最大角频偏u 致命的缺
15、点：中心频率不稳定致命的缺点：中心频率不稳定1)求求w w(t)(t)2)结论：结论：第41页/共87页二、变容管部分接入的直接调频 1.振荡回路 第42页/共87页2.电容串并概念(知识拓展)u 结论：结论：1)串并后调制的线性改善，但牺牲了调制灵敏度；串并后调制的线性改善，但牺牲了调制灵敏度；2)实际实际n2，应取，应取n2，通过电容串并后使，通过电容串并后使n2，即可，即可实现近似理想的调频。实现近似理想的调频。Cj不串也不并不串也不并Cj串串C2Cj并并C1Cj串串C2并并C1w w(t)vW W(t)0第43页/共87页2、变容二极管调频原理第44页/共87页变容二极管的调频电路看：
16、教材P193-P195第45页/共87页优点：电路简单、频偏大缺点：振荡（中心）频率不稳定2.变容二极管的调频电路的优缺点3.变容二极管调频电路实例：变容二极管调频电路实例：第46页/共87页 故故变变容容二二极极管管的的实实际际电电容容值值会会受受到到高高频频振振荡荡的的影影响响。若若高高频频振振荡荡电电压压振振幅幅太太大大,还还可可能能使使叠叠加加后后的的瞬瞬时时电电压压造造成成变变容容二二极极管管正正偏偏。采采用用两两个个变变容容二二极极管管对对接接,从从图图(b)所所示示高高频频等等效效电电路路可可知知,两两管管对对于于高高频频振振荡荡电电压压来来说说是是串串联联的的,故故加加在在每每
17、个个管管上上的高频振荡电压振幅减半。的高频振荡电压振幅减半。注意：2.对于直流偏压和低频调制电压来说,两管是并联关系,故工作状态不受影响。这种方式的缺点是调频灵敏度有所降低,因为两变容管串联后总结电容减半。8.4 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路第47页/共87页小频偏变容二极管调频器（拓展知识）第48页/共87页8.5 石英晶体振荡器直接调频电路 见教材见教材P197-P198并联型晶体振荡器振荡回路等效电路第49页/共87页实际电路2(拓展知识)调制信号的放大电路调谐在石英的三次泛音频率电容三点式振荡电路第50页/共87页8.7 间接调频调相电路 直接调频的优点直接调频的优点是
18、能够获得较大的频偏是能够获得较大的频偏，但其，但其缺点是中心频率稳定度低，缺点是中心频率稳定度低，即便是使用晶体振荡器即便是使用晶体振荡器直接调频电路，其频率稳定度也比不受调制的晶体直接调频电路，其频率稳定度也比不受调制的晶体振荡器有所降低。振荡器有所降低。借助调相来实现调频，可以采用高稳定的晶振借助调相来实现调频，可以采用高稳定的晶振作为主振器，利用积分器对调制信号积分后的结果，作为主振器，利用积分器对调制信号积分后的结果，对这个稳定的载频信号在后级进行调相，就可以得对这个稳定的载频信号在后级进行调相，就可以得到到频率稳定度很高的调频波。频率稳定度很高的调频波。第51页/共87页8.7间接调
19、频电路调相电路调频方法：直接调频间接调频 实现间接调频电路的关键：调相电路。实现间接调频电路的关键：调相电路。图 5-2-1实现方法：可变移相法矢量合成法可变时延法第52页/共87页可变相移法调相电路一、简单原理一、简单原理 将振荡器产生的载波电压将振荡器产生的载波电压 通过一个可控相通过一个可控相移网络，如图移网络，如图5.4.25.4.2所示，此网络在所示，此网络在 上产生的相移上产生的相移 受调制电压的控制，且其间呈线性关系，即受调制电压的控制，且其间呈线性关系，即 第53页/共87页则相移网络的输出电压即为所需的调相波，即则相移网络的输出电压即为所需的调相波，即 可控相移网络有多种实现
20、电路，如可控相移网络有多种实现电路，如RCRC相移电路、相移电路、变容二极管与电感构成的谐振回路的移相电路等。其变容二极管与电感构成的谐振回路的移相电路等。其中中应用最广的是变容二极管调相电路。应用最广的是变容二极管调相电路。第54页/共87页1.变容管调相原理电路分析:第55页/共87页实现不失真调相：1.选用2的变容管2.限制Mp0k2k1第73页/共87页（2）电容耦合相位鉴频器第74页/共87页三、鉴频器类型斜率鉴频器相位鉴频器比例鉴频器第75页/共87页3、比例鉴频器同时具备鉴频和限幅功能第76页/共87页比例鉴频器与相位鉴频器的比较第77页/共87页比例鉴频器分析输出电压输出电压u
21、M只取决只取决于两个检波器负载于两个检波器负载上的电压比上的电压比uo1/uo2比例比例鉴频器鉴频器第78页/共87页比例鉴频器分析第79页/共87页第六章 小结角度调制是载波的总相角随调制信号变化，分为调频和调相。调角波的频谱不是调制信号频谱的线性搬移，而是产生了无数个组合频率分量，为非线性调制。其频谱结构与调制指数m有关。角度调制信号包含的频谱虽然是无限宽，但其能量集中在中心频率fc附近的一个有限频段内。其有效带宽可认为是B=2(fm+Fmax)。调角波的调制指数可表示为m=fm/F，但其中，调频波的mf与调制频率F成反比，而调相波的mp与F无关。调频波的频带宽度与F无关，近似为恒带调制，
22、调相波的频带宽度随F而变化。调角波的平均功率与调制前的等幅载波功率相等。调制的作用仅是将原来的载频功率重新分配到各个边频上而总的功率不变。实现调频的方法有两类直接调频与间接调频。直接调频可获得大的频偏，但中心频率的频率稳定度低；间接调频中心频率稳定度高，但难以获得大的频偏，需采用多次倍频、混频加大频偏。鉴频的主要方法有斜率鉴频器、相位鉴频器、比例鉴频器。第80页/共87页作业P187：6-5，6-11，6-20，6-30，6-32，6-50第81页/共87页有关贝塞尔函数1、Jn(x)的表达式2、Jn(x)的曲线第82页/共87页3、Jn(x)的数值表第83页/共87页4、Jn(x)数值的确定
23、方法1)1)查曲线：给出阶数n和x后，直接在贝塞尔函数曲线上查值。数值不精确。2)2)查表：根据阶数n和x，直接查表。方便，且数值精确。3)3)计算：根据阶数n和x，直接用公式进行计算。计算繁杂，但数值精确。第84页/共87页5、Jn(mf)的性质（1）随着mf 的增加，Jn(mf)近似周期性地变化，且其峰值下降。（4）（5）对于某一固定的mf，有如下近似关系：当nmf+1时，Jn(mf)0（3）J-n(mf)=(-1)nJn(mf)（6）当mf很小时：J0(mf)1，J1(mf)0.5mf，Jn(mf)=0（n1）（2）n，Jn(mf)0第85页/共87页6、数学公式 在此基础上，将cos(xsin)、sin(xcos)展开为傅立叶级数有如下形式。第86页/共87页 感谢您的观看！第87页/共87页