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1、幅幅度度调调制制角角度度调调制制调频FM调相PM载波信号的受控参量振幅频率相位解调方式包络检波同步检波鉴频或频率检波鉴相或相位检波解调方式的差别频谱线性搬移频谱结构不变频谱非线性搬移频谱结构改变化特点频带窄频带利用率高频带宽频带利用率低、抗干扰强用途广播电视通信遥测数字通信调幅AM表 调幅（AM）与角度调制的比较第1页/共73页第2页/共73页本章知识点：本章知识点：1.角度调制信号分析角度调制信号分析 2.调频器与调频方法、调频电路调频器与调频方法、调频电路 3.鉴频器与鉴频方法、鉴频电路鉴频器与鉴频方法、鉴频电路第3页/共73页则：则：FM信号的信号的瞬时角频率瞬时角频率 FM信号的信号的
2、瞬时相位：瞬时相位：7.1 角度调制信号的基本特性角度调制信号的基本特性一、一、FM波表达式（时域分析）、基本参数波表达式（时域分析）、基本参数知识点：知识点：FM波的表达式、频谱、带宽、功率波的表达式、频谱、带宽、功率图图7.1 FM波波形波波形第4页/共73页2.FM信号的信号的基本参数：基本参数：可得可得FM波表示式：波表示式：相对于载频的相对于载频的最大角频偏最大角频偏(峰值角频偏峰值角频偏)。衡量衡量 受调制信号控制的程度。受调制信号控制的程度。各种干扰主要影响振幅，故各种干扰主要影响振幅，故FM信号抗干扰能力较强。信号抗干扰能力较强。第5页/共73页二、二、FM波的频谱（频域分析）
3、波的频谱（频域分析）1.FM波的级数展开式波的级数展开式图图7.3 第一类贝塞尔函数曲线第一类贝塞尔函数曲线 第6页/共73页第7页/共73页图图7.4 FM波的振幅谱波的振幅谱(单频调制时单频调制时)第8页/共73页2.FM波波频谱的特点：频谱的特点：第9页/共73页图图7.5 FM信号的矢量表示信号的矢量表示 第10页/共73页 根据实际,FM信号的带宽应包括信号的绝大部分功率,又没有可觉察的失真.通通常常规规定定：振振幅幅大大于于未未调调载载波波振振幅幅10%的的边边频频分分量量所所占占据的频率范围，为据的频率范围，为FM信号的频带宽度。即信号的频带宽度。即三、三、FM波的信号带宽波的信
4、号带宽第11页/共73页调制信号为调制信号为复杂信号时，其频谱分析比较烦琐，但实践表明：复杂信号时，其频谱分析比较烦琐，但实践表明：FM波更准确的带宽计算公式为：波更准确的带宽计算公式为：注：注：FM的带宽比的带宽比AM、DSB、SSB的带宽大得多，通常只用于的带宽大得多，通常只用于 超短波以上波段。超短波以上波段。第12页/共73页图图7.6|n(mf)|0.01时的时的n/mf曲线曲线 对于不同mf,有用边频的数目(2n)可通过贝塞尔函数表得到。第13页/共73页 调频信号调频信号uFM(t)在电阻在电阻RL上的平均功率为：上的平均功率为：四、四、FM波的功率波的功率第14页/共73页 则
5、：则：PM信号的信号的瞬时相位瞬时相位 五、五、FM波与波与PM波的比较波的比较PM波：波：载波瞬时相位的变化量与调制信号成正比的调制方式载波瞬时相位的变化量与调制信号成正比的调制方式。（1）PM波波第15页/共73页瞬时频率：瞬时频率：图图7.8 PM波波fm、mp与与F的关系的关系 第16页/共73页图图7.7 PM波波形波波形PM波波形与FM波类似。第17页/共73页图图7.9 FM与与PM的关系的关系 模拟系统中很少使用调相方式。原因：系统频带的利用不充分模拟系统中很少使用调相方式。原因：系统频带的利用不充分。FM波与PM波可以相互转化：PM波的带宽：（分析方法与FM相同）第18页/共
6、73页 （2）FM波与波与PM波的比较波的比较第19页/共73页1.角度调制是非线性调制。角度调制是非线性调制。单频调制时会出现（单频调制时会出现（cn）分量；）分量；多频调制时还会出现交叉调制分量多频调制时还会出现交叉调制分量 。2.FM频谱结构与频谱结构与mf密切相关：密切相关：mf大大,则频带宽，且抗干扰能力也则频带宽，且抗干扰能力也强。强。3.与与AM制相比制相比,角调方式的设备利用率高角调方式的设备利用率高,原因是其平均功率与最原因是其平均功率与最大大功率一样。功率一样。角度调制的特点：角度调制的特点：第20页/共73页一、调频器的调频特性一、调频器的调频特性 调频器：调频器：实现调
7、频的电路或部件，也称调频电路。实现调频的电路或部件，也称调频电路。2.对调频特性的主要要求：对调频特性的主要要求：（1）线性度要好、线性范围要大）线性度要好、线性范围要大（2）调制灵敏度要高）调制灵敏度要高 （即：特性曲线的斜率要大）（即：特性曲线的斜率要大）（3）载波性能要好。）载波性能要好。1.1.调频特性：调频特性：图7.10 调频特性曲线调频特性曲线 7.2 调频特性、调频方法调频特性、调频方法第21页/共73页1.直接调频法直接调频法 二、调频方法二、调频方法 用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使振荡频率随调制用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使振荡频率随调制信号线性变化。信号线
8、性变化。电路特点：调频器和振荡器合二为一。电路特点：调频器和振荡器合二为一。第22页/共73页2.间接调频法（间接调频法（Armstrong法法）先对调制信号积分，再用积分信号对载波调相。先对调制信号积分，再用积分信号对载波调相。间接调频法的关键：是如何调相？有间接调频法的关键：是如何调相？有3种方法：种方法：电路特点：调频器和振荡器是分开的。矢量合成法矢量合成法可变移相法可变移相法可变延时法可变延时法第23页/共73页图图7.11 7.11 矢量合成法调频矢量合成法调频（1）矢量合成法）矢量合成法（适用于窄带调频或调相）（适用于窄带调频或调相）第24页/共73页（3）可变延时法）可变延时法
9、将将载载波波信信号号通通过过一一可可控控延延时时网网络络，延延时时时时间间受受调调制制信信号号控制，即控制，即 （2）可变移相法）可变移相法 利用调制信号控制移相网络或谐振回路的电抗或电阻元件来实现利用调制信号控制移相网络或谐振回路的电抗或电阻元件来实现调相。调相。三、扩大调频器线性频偏的方法三、扩大调频器线性频偏的方法 最大频偏和调制线性是调频器的两个相互矛盾的指标。最大频偏和调制线性是调频器的两个相互矛盾的指标。第25页/共73页1.变容二极管调频电路变容二极管调频电路 一、直接调频电路一、直接调频电路7.3 调频电路调频电路变容二极管的特性变容二极管的特性特点：特点：频率范围宽、损耗小、
10、电路简单。频率范围宽、损耗小、电路简单。第26页/共73页设：变容二极管上加的反向偏压为设：变容二极管上加的反向偏压为调频原理调频原理 则：第27页/共73页变容管线性调频原理第28页/共73页图图7.13 变容管作为回路总电容变容管作为回路总电容 全部接入回路全部接入回路 3 3、调频性能分析、调频性能分析第29页/共73页 分析：分析：第30页/共73页二次谐波失真系数定义：二次谐波失真系数定义：调频灵敏度定义：调频灵敏度定义：第31页/共73页第32页/共73页图图7.16 变容二极管调频电路（变容二极管调频电路（50100MHz）实际电路实际电路等效电路等效电路第33页/共73页第34
11、页/共73页fmfm是全接入时的是全接入时的1/p1/p，调频灵敏度，调频灵敏度下降为全接入时的下降为全接入时的1/p1/p 提高了中心频率稳定度，提高了中心频率稳定度，减少寄生调制。减少寄生调制。其中：其中：第35页/共73页例例1:调频振荡回路由电感调频振荡回路由电感L和变容二极管组成。和变容二极管组成。L=2H；变容二极管参数：变容二极管参数：Co=225pF，U=0.6V，EQ=6V；调制信号；调制信号u（t）=3sin（100000t）（）（V）。）。求：输出求：输出FM波的波的 （1）载波）载波fc；（2）由调制信号引起的载频漂移）由调制信号引起的载频漂移fc；（3）最大频偏）最大
12、频偏fm；（4）调频系数）调频系数kf；（5）二阶失真系数）二阶失真系数Kf2。第36页/共73页第37页/共73页讨论一：讨论一：分析电路工作原理分析电路工作原理 8MHz变容二极管调频振荡电路变容二极管调频振荡电路第38页/共73页分析：电路为电容三点式振荡电路。分析：电路为电容三点式振荡电路。振荡频率为振荡频率为 中心频率为中心频率为8MHz8MHz，最大线性频偏为，最大线性频偏为200kHz200kHz。第39页/共73页讨论二：分析电路工作原理讨论二：分析电路工作原理 变容二极管调频振荡电路变容二极管调频振荡电路第40页/共73页变容二极管直接调频电路的优缺点：变容二极管直接调频电路
13、的优缺点：优点：电路简单，工作频率高，易于获得大的频偏。优点：电路简单，工作频率高，易于获得大的频偏。在频偏小时，非线性失真很小。所需调制信号功率很小。在频偏小时，非线性失真很小。所需调制信号功率很小。缺点：中心频率稳定度不高。频偏较大时，非线性失缺点：中心频率稳定度不高。频偏较大时，非线性失真较大。真较大。第41页/共73页2、晶体振荡器直接调频电、晶体振荡器直接调频电路路 变容管（对变容管（对LCLC振荡器）直接调频电路的中心频率稳定度较差。振荡器）直接调频电路的中心频率稳定度较差。稳频方法：直接对晶体振荡器调频；稳频方法：直接对晶体振荡器调频；间接对晶体振荡器调频。间接对晶体振荡器调频。
14、第42页/共73页3.3.电容话筒调频电路电容话筒调频电路 电容话筒在声波作用下，内部的金属薄膜产生振动，引电容话筒在声波作用下，内部的金属薄膜产生振动，引起薄膜与另一电极之间电容量变化。起薄膜与另一电极之间电容量变化。电容式话筒调频发射机实例：电容式话筒调频发射机实例：电容式话筒直接接到电容式话筒直接接到振荡器的谐振回路中作为回路电抗振荡器的谐振回路中作为回路电抗,构成调频电路。构成调频电路。第43页/共73页 对调制信号先积分，再去调相，可得FM信号。因此，间接调频间接调频的关键是调相。的关键是调相。常用的调相电路有：常用的调相电路有：回路参数移相电路、回路参数移相电路、RCRC网络移相电
15、路、可变延时法调相电路网络移相电路、可变延时法调相电路 二、间接调频电路二、间接调频电路第44页/共73页概念：概念：调频波的解调称为调频波的解调称为频率检波器频率检波器或或鉴频器鉴频器（FD），），调相波的解调称为调相波的解调称为相位检波器相位检波器或或鉴相器鉴相器（PD）。）。调频接收机一般也采用超外差式。调频接收机一般也采用超外差式。FM广播的中频频率为广播的中频频率为10.7MHz。干扰和噪声对干扰和噪声对FM信号的影响：使信号的影响：使FM信号出现寄生调幅和寄生信号出现寄生调幅和寄生调频。寄生调幅可通过限幅器消除。限幅和鉴频一般是连用的，故调频。寄生调幅可通过限幅器消除。限幅和鉴频一
16、般是连用的，故称为称为限幅鉴频器限幅鉴频器。FM信号的调频指数较大时，信号本身就可抑制信号的调频指数较大时，信号本身就可抑制寄生调制。寄生调制。7.4 鉴频特性与鉴频方法鉴频特性与鉴频方法第45页/共73页鉴频器性能指标：鉴频器性能指标：（1 1）鉴频器中心频率）鉴频器中心频率 （2 2）鉴频带宽）鉴频带宽 （3 3）线性度）线性度（4 4）鉴频跨导（鉴频灵敏度）鉴频跨导（鉴频灵敏度）一、鉴频器功能：一、鉴频器功能：将输入将输入FM波的瞬时频率（或频偏波的瞬时频率（或频偏）变换为）变换为 相应的解调输出电压。相应的解调输出电压。鉴频器的门限效应：鉴频器的门限效应：鉴频器输入信噪比低于规定的门限
17、值，则鉴频器输入信噪比低于规定的门限值，则 输出信噪比将急剧下降，甚至无法接收的现象。输出信噪比将急剧下降，甚至无法接收的现象。第46页/共73页二、鉴频方法二、鉴频方法直接鉴频：直接从调频信号频率中提取原调制信号的方法。直接鉴频：直接从调频信号频率中提取原调制信号的方法。间接鉴频：对调频信号进行变换，从而间接地恢复原调制信号间接鉴频：对调频信号进行变换，从而间接地恢复原调制信号 的方法。的方法。第47页/共73页1.振幅鉴频振幅鉴频（直接微分法、斜率鉴频法）（直接微分法、斜率鉴频法）(1)直接时域微分法直接时域微分法 将调频信号变成振幅也随瞬时频率变化的、既调频又调幅的将调频信号变成振幅也随
18、瞬时频率变化的、既调频又调幅的FM-AMFM-AM波，再通过包络检波器解调此调频信号。波，再通过包络检波器解调此调频信号。包络检波变换电路变换电路第48页/共73页 利用网络的利用网络的线性幅频特性线性幅频特性解解调调FMFM波的方法称波的方法称为斜率鉴频。为斜率鉴频。低通、高通、低通、高通、带通网络幅频特带通网络幅频特性的倾斜部分近性的倾斜部分近似为线性区。似为线性区。带带通网络应用最多。通网络应用最多。(2)斜率鉴频率法斜率鉴频率法 第49页/共73页图图7.31（三调谐回路）（三调谐回路）双离谐平衡鉴频器双离谐平衡鉴频器（线性范围大，灵敏度较高，但不易调整）（线性范围大，灵敏度较高，但不
19、易调整）第50页/共73页图图7.31各点波形各点波形图图7.33 双离谐鉴频器的双离谐鉴频器的鉴频特性鉴频特性第51页/共73页2.相位鉴频原理相位鉴频原理（乘积型、叠加型）（乘积型、叠加型）图图7.34 相位鉴频法原理框图相位鉴频法原理框图 变换电路将变换电路将FM信号变成相位也随瞬时频率线性变化、既信号变成相位也随瞬时频率线性变化、既调频又调相的调频又调相的FMPM波。波。再通过相位检波器（或鉴相器）检再通过相位检波器（或鉴相器）检出两个信号之间的相位差，完成相位差出两个信号之间的相位差，完成相位差电压变换。电压变换。第52页/共73页鉴相器采用乘法器。变换电路采用线性移相电路（如调谐回
20、路）。（1）乘积型）乘积型第53页/共73页 利用叠加型鉴相器实现鉴频。利用叠加型鉴相器实现鉴频。（2 2）叠加型叠加型(参见参见P203)P203)先将ur和us相加，把两者相位差的变化转换为合成信号的振幅变化，然后用包络检波器检出其振幅变化，从而达到鉴相的目的。第54页/共73页图7.37 脉冲计数式鉴频原理框图及波形3.3.直接脉冲计数式鉴频原理直接脉冲计数式鉴频原理第55页/共73页 调制信息寄托在已调波的频率上。信息寄托在已调波的频率上。单位时间内单位时间内FM信号过零点的次数与信号的瞬时频率成正信号过零点的次数与信号的瞬时频率成正比。比。先将先将FM信号限幅成方波信号，再微分、整流
21、，得到单向信号限幅成方波信号，再微分、整流，得到单向微分脉冲系列，通过单稳电路整形为矩形脉冲序列，最后低通微分脉冲系列，通过单稳电路整形为矩形脉冲序列，最后低通滤波器输出的就是解调电压信号。见图。滤波器输出的就是解调电压信号。见图。特点：线性度好、最大频偏大；特点：线性度好、最大频偏大；最高工作频率受矩形脉冲的脉宽限制。最高工作频率受矩形脉冲的脉宽限制。第56页/共73页一、叠加型一、叠加型相位鉴频电路相位鉴频电路 以互感耦合相位鉴频器为例以互感耦合相位鉴频器为例(又称又称福斯特福斯特西勒鉴频器西勒鉴频器)7.5 常见的鉴频电路常见的鉴频电路1.电路结构电路结构第57页/共73页 由互感耦合回
22、路完成。由互感耦合回路完成。1)1)频率频率相位转换相位转换图图7.39 互感耦合回路、次级等效电路互感耦合回路、次级等效电路2.工作原理：工作原理：3步步(频率频率相位相位幅度幅度检波输出检波输出)初级回路电感初级回路电感L1中的电流中的电流:第58页/共73页次级回路次级回路:感应电动势：感应电动势：则：则：设设:初、次级回路均为高初、次级回路均为高Q值，故忽略值，故忽略r1;弱耦合，故忽略弱耦合，故忽略Zf:第59页/共73页图图7.40 频率频率相位变换电路的相位变换电路的相频特性相频特性 传输特性传输特性：第60页/共73页 2)相位相位幅度变换幅度变换两个检波输出电压分别为：两个检
23、波输出电压分别为：（参见（参见P203P203）第61页/共73页f=fc时，振幅相等时，振幅相等:UD1=UD2;ffc时，时，UD1UD2，随着，随着f的增加，两者差值将加大；的增加，两者差值将加大；ffc时，时，UD1UD2，随着，随着f的增加，两者差值也将加大。的增加，两者差值也将加大。第62页/共73页3)鉴频器输出电压鉴频器输出电压第63页/共73页 图图7-44 S7-44 SD DA A曲线曲线 第64页/共73页二、二、比例鉴频器（条件：比例鉴频器（条件：）是是互互感感耦耦合合相相位位鉴鉴频频器器电电路路的的变变形形。具具有有自自限限幅幅(软软限限幅幅)能能力力,可可减减少少
24、放放大大器器的的级级数数。广广泛泛应应用用于于调调频频广广播和电视接收机。播和电视接收机。第65页/共73页 与互感耦合相位鉴频器电路的区别：(1)两个二极管顺接；(2)接地点和输出点改变。(3)并 接 了 大 电 容 C（约 10F数 量 级），使 时 间 常 数(R1+R2)C很大（约0.10.25s）远大于低频信号的周期，故C上的电压近似为恒定值E0。比例鉴频电路1.电路第66页/共73页2.2.工作原理工作原理简化等效电路第67页/共73页 AFC系系统统中中要要特特别别注注意意。当当然然，通通过过改改变变两两个个二二极极管管连连接接的方向或耦合线圈的绕向的方向或耦合线圈的绕向(同名端
25、同名端)，可以使鉴频特性反向。，可以使鉴频特性反向。比例鉴频特性与互感鉴频特性的极性相反：比例鉴频特性与互感鉴频特性的极性相反：互感鉴频特性比例鉴频特性第68页/共73页比例鉴频器实现较好限幅作用注意事项：比例鉴频器实现较好限幅作用注意事项：a.LC回路无载回路无载Q0值要足够高。值要足够高。以以便便当当检检波波器器输输入入电电阻阻Ri随随输输入入电电压压幅幅度度变变化化时时，能能使使Qe明明显显的的变变化。化。b.要保证时常数要保证时常数(R1+R2)C大于寄生调幅干扰的几个周期。大于寄生调幅干扰的几个周期。比例鉴频器存在着比例鉴频器存在着过抑制过抑制与与阻塞阻塞现象。现象。3.自动限幅原因
26、的自动限幅原因的2种解释种解释图图7.47 7.47 减小过抑制及阻塞的措施减小过抑制及阻塞的措施第69页/共73页三、正交鉴频器（略）四、其他鉴频器（略）五、限幅电路第70页/共73页五、限幅电路 将幅度变化的输入信号变换为幅度恒定的信号的电路。鉴频器中使用限幅器，目的是将带寄生调幅的FM波变换为等幅FM波。限幅器要求输入信号较大（约1-3V），故中放的增益要高、级数要多。限幅器组成：非线性器件限幅器组成：非线性器件+谐振回路。谐振回路。带寄生调幅的带寄生调幅的FM信号由非线性器件削去幅度变化的部分。信号由非线性器件削去幅度变化的部分。但此时波形产生失真（即有新的频率成分出现）。因此必须但此时波形产生失真（即有新的频率成分出现）。因此必须滤除不需要的频率部分，这是靠谐振回路来实现的。滤除不需要的频率部分，这是靠谐振回路来实现的。第71页/共73页例1 双二极管限幅器图7.54 限幅器特性曲线例2 三极管限幅器：功放振幅特性的过压区。第72页/共73页感谢您的观看。第73页/共73页