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1、 第第 8 章章 角角 度度 调调 制制与与解解 调调 电电 路路 全相角可以用旋转矢量在横轴上的投影表示。全相角可以用旋转矢量在横轴上的投影表示。一、调角信号的时域特性一、调角信号的时域特性8-1 调角波的基本特性调角波的基本特性 1、瞬时频率和瞬时相位瞬时频率和瞬时相位0t0=t1tt=)(tw余弦信号余弦信号全相角全相角:（角频率是常数角频率是常数）初始相位初始相位瞬时角瞬时角频率频率瞬时相位瞬时相位2、调频信号、调频信号 在频率调制时，使余弦信号的在频率调制时，使余弦信号的瞬时角频率与瞬时角频率与调制信号成线性关系变化调制信号成线性关系变化，而初始相位不变。，而初始相位不变。调频信号调
2、频信号c为中心角频率（即载波角频率）为中心角频率（即载波角频率）kf为比例常数，单位是为比例常数，单位是rad/sv瞬时角频率瞬时角频率为：为：瞬时相位瞬时相位为：为：3、调相信号、调相信号 相位调制时，保持余弦信号的中心角频率相位调制时，保持余弦信号的中心角频率 不变，不变，而使其而使其瞬时相位与调制信号成线性关系变化瞬时相位与调制信号成线性关系变化。调相信号调相信号瞬时相位瞬时相位为：为：kp为为比例常数，单位是比例常数，单位是rad/v瞬时角频率瞬时角频率为：为：4、单音调角波的数学表示式、频移和相移、单音调角波的数学表示式、频移和相移假定未调载波表示为：假定未调载波表示为：调制信号为：
3、调制信号为：调频波的瞬时角频率调频波的瞬时角频率为：为：频移的幅度，称为频移的幅度，称为最大频偏或简称频偏最大频偏或简称频偏:瞬时角频偏瞬时角频偏：调频波的瞬时相位调频波的瞬时相位附加相移部分附加相移部分：调频波的最大附加相移为调频波的最大附加相移为调频指数调频指数Mf：Mf可以小于可以小于1，也可大于，也可大于1 正比于正比于 ，反比于，反比于 。调频波的数学表示式调频波的数学表示式以单频余弦波作调制信号的调频波，其主要性质有：以单频余弦波作调制信号的调频波，其主要性质有：频偏决定于调制信号的振幅，瞬时频率的变化规律频偏决定于调制信号的振幅，瞬时频率的变化规律决定于调制信号的变化规律。决定于
4、调制信号的变化规律。调频波的幅度为常数。调频波的幅度为常数。调频波的调制指数可大于调频波的调制指数可大于1，而且通常应用于大于，而且通常应用于大于1的的情况。调制指数与频偏成正比，与调制频率成反比。情况。调制指数与频偏成正比，与调制频率成反比。调相波的数学表示式调相波的数学表示式 调相波的瞬时相位为：调相波的瞬时相位为：调相波的最大附加相移调相波的最大附加相移Mp 称为调相指数称为调相指数 调相波的瞬时角频率为调相波的瞬时角频率为：调相波：调相波：瞬时角频偏为瞬时角频偏为：单音调角信号参数比较单音调角信号参数比较表达式表达式最大附加相移最大附加相移（调制指数）（调制指数）最大频偏最大频偏附加相
5、位附加相位瞬时相位瞬时相位瞬时角频偏瞬时角频偏瞬时角频率瞬时角频率相位调制相位调制频率调制频率调制单音调制波形单音调制波形二、调角信号的频域特性二、调角信号的频域特性调制信号为：调制信号为：调频波的表示式为：调频波的表示式为：下面分析单频余弦信号调制下，调频波的频谱。下面分析单频余弦信号调制下，调频波的频谱。式中，出现了式中，出现了 两个特殊函数。两个特殊函数。利用三角函数公式，展开可得：利用三角函数公式，展开可得：1、第一类贝塞尔函数、第一类贝塞尔函数 的性质的性质：2、调频波的频谱结构、调频波的频谱结构 包含载波频率分量（但是幅包含载波频率分量（但是幅度小于度小于1，与，与Mf有关。有关。
6、)；还包；还包含无穷多个边频分量；含无穷多个边频分量；各边频分量之间的距离是调各边频分量之间的距离是调制信号角频率制信号角频率 ；各频率分量的幅度由贝塞尔各频率分量的幅度由贝塞尔函数函数 决定；决定；奇次旁频分量的相位相反。奇次旁频分量的相位相反。0.770.440.440.110.110.020.02 调频波的频谱结构与调制指数调频波的频谱结构与调制指数Mf 关系密切。关系密切。Mf 愈大，则具有一定幅度的边频数目愈多愈大，则具有一定幅度的边频数目愈多。对于某些对于某些Mf值，载频分量或某次边频分量的值，载频分量或某次边频分量的幅度是零。幅度是零。频率调制不是将信号的频谱在频率轴上直接平移频
7、率调制不是将信号的频谱在频率轴上直接平移,而是将信号各频率分量进行非线性变换。因此，频率而是将信号各频率分量进行非线性变换。因此，频率调制又称为非线性调制。调制又称为非线性调制。各频率分量间的功率分配。调频波的功率等于未各频率分量间的功率分配。调频波的功率等于未调载波的功率。调制后，已调波出现许多频率分量，调载波的功率。调制后，已调波出现许多频率分量，这个总功率就分配到各分量。随这个总功率就分配到各分量。随Mf的不同，各频率分的不同，各频率分量之间功率分配的数值不同。量之间功率分配的数值不同。频谱结构特点频谱结构特点3、调频波的频带宽度、调频波的频带宽度调频波的频带宽度有两种近似：忽略小于0.
8、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（卡森（Carson）公式公式 理论上，调频波包含有无穷多个频率分量，其带宽是无穷宽的；但实际上，在调制指数一定时，超过某一阶数的贝塞尔函数的值已经相当小，其影响可以忽略，这时则可认为调频波所具有的频带宽度是近似有限的调频波所具有的频带宽度是近似有限的不同不同Mf 时的调频波带宽时的调频波带宽上式表明，在调制指数较小的情况下，调频波只有角频率分别为 和 的三个分量，它与用同样调制信号进行标准调幅所得调幅波的频带宽度相同。通常，把这种情况的频率调制称为窄带调频。窄带调频。上式表明，在调制指数较大的情况下，调
9、频波的带宽等于二倍频偏。通常，把这种情况的频率调制称为宽带调频。宽带调频。又称为恒定带宽调频。恒定带宽调频。介于前两种情况之间。恒定带宽调频槪念恒定带宽调频槪念调制指数较大时，调频波的带宽等于二倍频偏。对于调相波，对于调相波，。调相波频带宽度在调制信号频率的高端和低端相差很大，所以对频带的利用是不经济的。对于调频波，对于调频波，当 减小，增加。增加，则具有一定幅度的边频数目愈多，带宽增加。带宽增加。减小，则各旁频分量之间的距离减小，带宽减小。带宽减小。最大频偏最大频偏复杂频率信号的调角信号的频谱复杂频率信号的调角信号的频谱 当两个频率不同的信号同时对一个载波进行频率调制当两个频率不同的信号同时
10、对一个载波进行频率调制时，所得调频波的频谱中，除有载波角频率分量时，所得调频波的频谱中，除有载波角频率分量 及及 和和 分量外，还有分量分量外，还有分量 ,它们是它们是两个调制信号频率之间的组合频率分量。两个调制信号频率之间的组合频率分量。复杂调角信号频带宽度：复杂调角信号频带宽度：调频波的功率调频波的功率 使振荡器的频率随调制信号成线性关系变化。如：变容二极管直接调频电路。变容二极管直接调频电路。8-2 调频电路调频电路一、调制原理概述一、调制原理概述1、直接调频、直接调频 优点：易于得到比较大的频偏。优点：易于得到比较大的频偏。缺点：中心频率的稳定度不易做得很高。缺点：中心频率的稳定度不易
11、做得很高。2、间接调频、间接调频 优点：载优点：载波中心频率波中心频率稳定度较好稳定度较好二、调频电路的技术指标二、调频电路的技术指标1、调制特性、调制特性定义：振荡器的频率偏移与调制电压的关系称为调制特性，表示为：在一定电压范围内，调制特性应近似为直线特性。调制特性应近似为直线特性。2、调制灵敏度、调制灵敏度单位调制电压变化产生的频偏在调制电压作用下，所能达到的最大频率偏移。3、最大频偏、最大频偏4、中心频率稳定度、中心频率稳定度 调频信号的瞬时频率是以稳定的中心频率（载波频率）为基准变化的。如果中心频率不稳定，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
12、调频电路，不仅因此，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。持足够高的稳定度。三、变容二极管直接调频电路三、变容二极管直接调频电路1、变容二极管的特性、变容二极管的特性PN结反向偏置结反向偏置时，势垒电容随反偏电压改变0VC C0为V=0时变容管的等效电容。为变容指数，大小取决于PN结的结构和杂质分布情况。缓变结变容管，其=1/3；突变结变容管，其=1/2；超突变结变容管，其=14。VB为内建电位差，硅管约为0.7V，锗管约为0.2V。因 ，故 。2、变容管做回路总电容、变容管做回路总电容可展开为：可得可得调制特性调制特性为为
13、：利用展开式：变容管调频电路中，变容管工作在变容管调频电路中，变容管工作在=2 的区域的区域中心频率的偏移中心频率的偏移非线性失真非线性失真3、变容管部分接入的直接调频电路、变容管部分接入的直接调频电路电容电容C1C2对频率的影响对频率的影响变容管部分接入的直接调频电路变容管部分接入的直接调频电路 90MHz高频通路高频通路 晶体振荡器直接调频电路晶体振荡器直接调频电路 100MHz100MHz无线话筒中的发射机无线话筒中的发射机 四、间接调频四、间接调频 先将调制信号进行积分处理，再进行调相而得到调频波，其方框如下图所示。n 优点：载波中心频率稳定度较好。优点：载波中心频率稳定度较好。调相器
14、：调相器：矢量合成法。矢量合成法。可可变变相移法。相移法。可变时延法。可变时延法。1、矢量合成法调相电路、矢量合成法调相电路振荡器振荡器移相移相网络网络相乘器相乘器加法器加法器产生产生窄带窄带调相调相信号信号2、可变相移法调相电路可变相移法调相电路振荡器振荡器可控相移网络可控相移网络回路对载波失谐较小回路对载波失谐较小,则并联回路失谐产生相移则并联回路失谐产生相移3、可变时延法调相电路、可变时延法调相电路振荡器振荡器可控延时网络可控延时网络教材教材P280脉冲调相电路。脉冲调相电路。四、间接调频与直接调频电路比较四、间接调频与直接调频电路比较直接调频电路直接调频电路可产生较大频偏 但最大相对频
15、偏受调制非线性限制间接调频电路间接调频电路最大线性相移小，即Mp（Mf）小 且最大频偏受调制非线性限制五、扩展最大频偏的办法五、扩展最大频偏的办法倍频器：倍频器：混频器：混频器：直接调频电路：直接调频电路：相对频偏受限制，可采用高频率调制，再降低载波。间接调频电路：间接调频电路：最大频偏受限制，可采用低频率调制，提高相对频偏，再提高载波。5-3 调频波解调电路调频波解调电路作用：从已调波中捡出反映在频率或相位上的调制信号。作用：从已调波中捡出反映在频率或相位上的调制信号。调频波的解调称为频率检波，简称鉴频调频波的解调称为频率检波，简称鉴频调相波的解调称为相位检波，简称鉴相调相波的解调称为相位检
16、波，简称鉴相一、鉴频电路的主要性能指标一、鉴频电路的主要性能指标1、鉴频线性性、鉴频线性性3、鉴频灵敏度、鉴频灵敏度2、鉴频线性范围、鉴频线性范围鉴频特性鉴频特性：鉴频电路输出低频解调电压与输入调频信号瞬时频偏的关系。理想鉴频特性应该为线性。单位频偏产生的输出电压的大小（鉴频跨导）二、调角信号的解调原理二、调角信号的解调原理1、鉴频原理、鉴频原理方法二：限幅鉴频方法二：限幅鉴频方法一：锁相鉴频方法一：锁相鉴频频幅转换频幅转换网络网络包络检波包络检波包络检波鉴频包络检波鉴频频相转换频相转换网络网络鉴相鉴相相位鉴频相位鉴频变换器变换器限幅器限幅器非线性非线性变换网络变换网络低通或低通或脉冲计数器脉
17、冲计数器脉冲计数式鉴频脉冲计数式鉴频包络检波型鉴频器包络检波型鉴频器频幅转频幅转换网络换网络包络包络检波检波包络检波鉴频包络检波鉴频据线性变换网络不同，分为：据线性变换网络不同，分为：斜率鉴频斜率鉴频、叠加型相位鉴频叠加型相位鉴频包络检波包络检波非线性非线性变换网络变换网络低通或低通或脉冲计数器脉冲计数器脉冲计数式鉴频脉冲计数式鉴频 调频信号的信调频信号的信息寄托在已调波的息寄托在已调波的频率上。从某种意频率上。从某种意义上讲，信号频率义上讲，信号频率就是信号电压或电就是信号电压或电流波形单位时间内流波形单位时间内过零点过零点(或零交点或零交点)的次数。对于脉冲的次数。对于脉冲或数字信号，信号
18、或数字信号，信号频率就是信号脉冲频率就是信号脉冲的个数。基于这种的个数。基于这种原理的鉴频器称为原理的鉴频器称为零交点鉴频器或脉零交点鉴频器或脉冲计数式鉴频器。冲计数式鉴频器。2、鉴相原理、鉴相原理乘法器乘法器LP载波提取载波提取900相移相移叠加型相位鉴频叠加型相位鉴频包络包络检波器检波器三、三、LC回路的频幅和频相转换特性回路的频幅和频相转换特性四、鉴频器电路四、鉴频器电路1 1、斜率鉴频电路斜率鉴频电路LC构成单失谐回路CRL构成低通滤波器双双失谐回路斜率鉴频器失谐回路斜率鉴频器由于单谐回路的线性范围很小，为扩展鉴频特性的线性范围，实际电路常采用两个单失谐回路构成的平衡电路。2 2、叠加
19、型相位鉴频器叠加型相位鉴频器耦合回路叠加型相位鉴频电路耦合回路叠加型相位鉴频电路3、比例鉴频器、比例鉴频器两个二极管顺接两个二极管顺接C6为大电容，使调制信号周期内电压值保持不变为大电容，使调制信号周期内电压值保持不变输出信号很接地位置与叠加型相位鉴频电路不同输出信号很接地位置与叠加型相位鉴频电路不同自动限幅作用自动限幅作用 4 4、乘积型相位鉴频器乘积型相位鉴频器五、限幅电路五、限幅电路限幅器鉴频器的输出信号为：鉴频器的输出电压能线性跟随输入调频波瞬时频率变化，要求输入信号幅度Vcm恒定。限幅器的作用是维持等幅高频信号输出。削波器选频回路限幅器组成框图数字调制与解调数字调制与解调数字调制：调制信号为数字信号的调制方式，又称键控。数字调制：调制信号为数字信号的调制方式，又称键控。优点：抗干扰能力强，可以同时传输语言、图像优点：抗干扰能力强，可以同时传输语言、图像和数据，保密性强。和数据，保密性强。分类：振幅键控、频率键控、相位键控分类：振幅键控、频率键控、相位键控