第4章_調(diào)制、解調(diào)與變頻電路15-04-20

1、第四章：調(diào)制、解調(diào)與變頻電路第四章：調(diào)制、解調(diào)與變頻電路 鄧鄧 鋼鋼GG綜述與內(nèi)容提要綜述與內(nèi)容提要基帶信號與基帶傳輸基帶信號與基帶傳輸調(diào)制解調(diào)的定義調(diào)制解調(diào)的定義調(diào)制解調(diào)的作用：調(diào)制解調(diào)的作用：提高頻率以便于輻射提高頻率以便于輻射實現(xiàn)信道復(fù)用：頻分、時分、碼分復(fù)用實現(xiàn)信道復(fù)用：頻分、時分、碼分復(fù)用改善系統(tǒng)性能改善系統(tǒng)性能調(diào)制解調(diào)的分類及本章的討論內(nèi)容調(diào)制解調(diào)的分類及本章的討論內(nèi)容變頻變頻必須牢記載波、調(diào)必須牢記載波、調(diào)制信號的定義制信號的定義調(diào)幅原理調(diào)幅原理( (一一) )00( )cos()cos(2)ccmcmv tVtVf t高頻載高頻載波為：波為：調(diào)幅波的表達式及波形圖調(diào)幅波的表達式

2、及波形圖( (一一) )設(shè)初始相位為零設(shè)初始相位為零調(diào)幅的定義調(diào)幅的定義調(diào)制信號為：調(diào)制信號為：( )coscos2mmvtVtfVt 已調(diào)波：已調(diào)波：0co)(coss()cAmMmVkvtVtt調(diào)幅原理調(diào)幅原理( (二二) )調(diào)幅波的表達式及波形圖調(diào)幅波的表達式及波形圖( (二二) )調(diào)幅度調(diào)幅度( (調(diào)幅系數(shù)調(diào)幅系數(shù)) )：/amcmmkVV000( )(cos)cos1coscos1coscosmAMcmmcmcmcmakVvtVkVttVttVVmttmaxmin(1),(1)AMcmaAMcmaVVmVVmmaxmin100%2AMAMacmVVmV(0,1am 調(diào)幅原理調(diào)幅原理(

3、 (三三) )調(diào)幅波的頻譜及頻譜寬度調(diào)幅波的頻譜及頻譜寬度調(diào)幅過程實際上是調(diào)幅過程實際上是一種頻率搬移過程一種頻率搬移過程調(diào)幅波的頻譜寬度調(diào)幅波的頻譜寬度BWBW是調(diào)制信號最高頻是調(diào)制信號最高頻率的兩倍率的兩倍實際上調(diào)制信號常實際上調(diào)制信號常常不是簡單的單頻信常不是簡單的單頻信號，而是由許多頻率號，而是由許多頻率分量組成的分量組成的0000( )1coscos11coscos()cos()22AMcmacmacmacmvtVmttVtm Vtm Vt調(diào)幅原理調(diào)幅原理( (四四) )調(diào)幅波的功率調(diào)幅波的功率LR設(shè)負載為設(shè)負載為 ，則：，則：212cmCLVPR214SSBacPm P2122DS

4、BSSBacPPm P212aAMCDSBCmPPPP已調(diào)波的輸出功率大于載波功率，增加已調(diào)波的輸出功率大于載波功率，增加的部分就是上、下邊頻功率之和，也是用的部分就是上、下邊頻功率之和，也是用于傳送信息的有用功率于傳送信息的有用功率所增加的功率與所增加的功率與 的關(guān)系的關(guān)系am調(diào)幅波中包含有用信息的邊帶功率很小調(diào)幅波中包含有用信息的邊帶功率很小0000( )1coscos11coscos()cos()22AMcmacmacmacmvtVmttVtm Vtm Vt調(diào)幅原理調(diào)幅原理( (例例) )設(shè)某發(fā)射機所輸出調(diào)幅波中的載波功設(shè)某發(fā)射機所輸出調(diào)幅波中的載波功率為率為1 1000000W W。試

5、求其可能輸出的最大。試求其可能輸出的最大邊帶功率和最大總功率。當調(diào)幅系數(shù)邊帶功率和最大總功率。當調(diào)幅系數(shù)為為0.30.3時的邊帶功率和總功率是多少？時的邊帶功率和總功率是多少？max15002DSBcPPW解：最大輸出功率在解：最大輸出功率在m ma a=1=1時取得，故：時取得，故：maxmax1.5AMcDSBPPPkW當當m ma a= =0.30.3時，有：時，有：210.3452DSBcPPW1045AMcDSBPPPW調(diào)幅原理調(diào)幅原理( (五五) )雙邊帶調(diào)制和單邊帶調(diào)制方式雙邊帶調(diào)制和單邊帶調(diào)制方式( (一一) )若在傳輸前將載頻抑若在傳輸前將載頻抑制掉，就可以在不影制掉，就可以

6、在不影響信息傳輸?shù)臈l件下響信息傳輸?shù)臈l件下大大節(jié)省發(fā)射機的發(fā)大大節(jié)省發(fā)射機的發(fā)射功率射功率只傳輸兩個邊帶的調(diào)只傳輸兩個邊帶的調(diào)制方式即為抑制載頻制方式即為抑制載頻的雙邊帶調(diào)制，簡稱的雙邊帶調(diào)制，簡稱為雙邊帶調(diào)制，為雙邊帶調(diào)制，DSBDSB00( )cos()cos() 2acmDSBm Vvttt0000( )1coscos11coscos()cos()22AMcmacmacmacmvtVmttVtm Vtm Vt調(diào)幅原理調(diào)幅原理( (六六) )雙邊帶調(diào)制和單邊帶調(diào)制方式雙邊帶調(diào)制和單邊帶調(diào)制方式( (二二) )雙邊帶調(diào)制雙邊帶調(diào)制的時域波形的時域波形雙邊帶調(diào)制雙邊帶調(diào)制的帶寬的帶寬單邊帶調(diào)制

7、，單邊帶調(diào)制，SSBSSB單邊帶調(diào)制單邊帶調(diào)制的帶寬及優(yōu)的帶寬及優(yōu)點點單邊帶調(diào)制單邊帶調(diào)制要求收、發(fā)要求收、發(fā)兩端的載波兩端的載波嚴格同步嚴格同步調(diào)幅原理調(diào)幅原理( (七七) )殘留邊帶調(diào)制方式殘留邊帶調(diào)制方式請自行學(xué)習(xí)請自行學(xué)習(xí)低電平調(diào)幅電路簡介低電平調(diào)幅電路簡介低電平調(diào)幅電路是在發(fā)射機的末前級產(chǎn)生低電平調(diào)幅電路是在發(fā)射機的末前級產(chǎn)生已調(diào)波，再經(jīng)過線性高頻功率放大器放大已調(diào)波，再經(jīng)過線性高頻功率放大器放大后達到所需要的發(fā)射功率后達到所需要的發(fā)射功率由于起調(diào)制作用的非線性器件工作在中、由于起調(diào)制作用的非線性器件工作在中、小信號狀態(tài)，因此較易獲得高度線性的調(diào)小信號狀態(tài)，因此較易獲得高度線性的調(diào)幅

8、波，可用來產(chǎn)生普通調(diào)幅、單雙邊帶波幅波，可用來產(chǎn)生普通調(diào)幅、單雙邊帶波質(zhì)量較好、采用較多的是用質(zhì)量較好、采用較多的是用乘法器構(gòu)成的乘法器構(gòu)成的調(diào)幅電路調(diào)幅電路乘法器乘法器調(diào)幅電路調(diào)幅電路綜述綜述注意濾注意濾波器的波器的符號符號普通振幅調(diào)制電路普通振幅調(diào)制電路載波電壓加載波電壓加在在4 4端端輸入饋通電輸入饋通電壓調(diào)零電路壓調(diào)零電路接在接在8 8端端調(diào)制電壓加調(diào)制電壓加在在9 9端端外加可調(diào)直外加可調(diào)直流電壓加在流電壓加在1212端端0( )cos(1cos)( )( )cosymaxccmv tVVtVmtv tv tVt 00000( )(1cos)coscoscos()cos() 2acm

9、acmcmv tkVmtVtm kVVkVVttt /ammVV故可通過調(diào)整偏壓改變調(diào)幅系數(shù)故可通過調(diào)整偏壓改變調(diào)幅系數(shù)的大小的大小雙邊帶調(diào)幅雙邊帶調(diào)幅( (平衡調(diào)幅器平衡調(diào)幅器) )電路電路0( )cos( )cosxmycmv tVtv tVt0000( )coscoscos()cos() mcmmcmv tkVt VtkV Vtt 乘法器的乘法器的8 8端端和和1212端必須加端必須加入饋通電壓調(diào)入饋通電壓調(diào)零電路以便進零電路以便進行精確調(diào)零，行精確調(diào)零，否則在輸出端否則在輸出端會出現(xiàn)很大的會出現(xiàn)很大的載漏電壓載漏電壓單邊帶調(diào)幅電路單邊帶調(diào)幅電路( (一一) )可在左圖所示可在左圖所示電

10、路后面使用電路后面使用適當?shù)臑V波器適當?shù)臑V波器以得到單邊帶以得到單邊帶調(diào)幅信號，即調(diào)幅信號，即濾波法濾波法濾波法要求帶濾波法要求帶通濾波器具有通濾波器具有極為陡峭的、極為陡峭的、接近于矩形的接近于矩形的衰減特性衰減特性解決方法之一為采用移相法解決方法之一為采用移相法單邊帶調(diào)幅電路單邊帶調(diào)幅電路( (二二) )單音調(diào)制的上邊帶信號可以表示為：單音調(diào)制的上邊帶信號可以表示為：移相法不再需要移相法不再需要制作衰減特性極制作衰減特性極其陡峭的濾波器其陡峭的濾波器000( )cos()coscossinsincmmcmmcmmv tKV VtKV VttKV Vtt 移相法的缺點：移相法的缺點：要求移相

11、網(wǎng)絡(luò)在要求移相網(wǎng)絡(luò)在整個頻帶范圍內(nèi)整個頻帶范圍內(nèi)都要準確地移相都要準確地移相9090二極管調(diào)幅電路二極管調(diào)幅電路單二極管調(diào)幅電路單二極管調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅電路二極管環(huán)形調(diào)幅電路二極管環(huán)形調(diào)幅電路其原理均利用了二極管器件的其原理均利用了二極管器件的非線性非線性可自學(xué)或參照可自學(xué)或參照4.4(4.4(變頻原理與變頻原理與電路電路) )中的相關(guān)內(nèi)容中的相關(guān)內(nèi)容高電平調(diào)幅電路高電平調(diào)幅電路( (一一) )高電平調(diào)幅電路高電平調(diào)幅電路是由發(fā)射機最后是由發(fā)射機最后一級直接產(chǎn)生滿一級直接產(chǎn)生滿足發(fā)射功率要求足發(fā)射功率要求的已調(diào)波的已調(diào)波為獲得大的輸出功率和高效率，用調(diào)制信為獲得大的輸出

12、功率和高效率，用調(diào)制信號控制諧振放大電路的輸出功率來實現(xiàn)調(diào)號控制諧振放大電路的輸出功率來實現(xiàn)調(diào)幅，即直接利用功放級晶體管工作在幅，即直接利用功放級晶體管工作在乙類乙類或丙類的非線性狀態(tài)或丙類的非線性狀態(tài)實現(xiàn)頻譜的搬移作用實現(xiàn)頻譜的搬移作用主要用來產(chǎn)生普通調(diào)幅波。其突出優(yōu)點是主要用來產(chǎn)生普通調(diào)幅波。其突出優(yōu)點是整機效率高，適用于大型通信或廣播設(shè)備整機效率高，適用于大型通信或廣播設(shè)備的普通調(diào)幅發(fā)射機的普通調(diào)幅發(fā)射機主要有集電極調(diào)幅、基極調(diào)幅以及集電極主要有集電極調(diào)幅、基極調(diào)幅以及集電極- -基極基極( (或發(fā)射極或發(fā)射極) )組合調(diào)幅組合調(diào)幅高電平調(diào)幅電路高電平調(diào)幅電路( (二二) )集電極調(diào)幅電

13、路集電極調(diào)幅電路即用調(diào)制信號改即用調(diào)制信號改變高頻諧振功率變高頻諧振功率放大器的集電極放大器的集電極電源電壓，以實電源電壓，以實現(xiàn)調(diào)幅現(xiàn)調(diào)幅( )cosCCCmvtVVt基極調(diào)幅電路即基極調(diào)幅電路即用調(diào)制信號改變用調(diào)制信號改變高頻諧振功率放高頻諧振功率放大器的基極電源大器的基極電源電壓，以實現(xiàn)調(diào)電壓，以實現(xiàn)調(diào)幅幅( )cosBBBmv tVVt過壓過壓欠壓欠壓檢波器綜述檢波器綜述調(diào)幅波的解調(diào)又稱作振幅檢波，把高調(diào)幅波的解調(diào)又稱作振幅檢波，把高頻已調(diào)波還原為低頻信號的裝置叫做頻已調(diào)波還原為低頻信號的裝置叫做幅度檢波器，簡稱為檢波器幅度檢波器，簡稱為檢波器檢波方式的分類及其適用場合：峰值檢波方式的

14、分類及其適用場合：峰值包絡(luò)檢波適用于解調(diào)普通的調(diào)幅波；包絡(luò)檢波適用于解調(diào)普通的調(diào)幅波；乘積檢波還可以解調(diào)雙邊帶及單邊帶乘積檢波還可以解調(diào)雙邊帶及單邊帶調(diào)幅信號調(diào)幅信號檢波器必須利用非線性元件來完成檢波器必須利用非線性元件來完成檢波器的技術(shù)指標：檢波器的技術(shù)指標：檢波效率檢波效率 要高要高dK檢波器的輸入電阻檢波器的輸入電阻 要大要大iR檢波失真要小檢波失真要小檢波器的濾波器的濾波性能要好檢波器的濾波器的濾波性能要好大信號峰值包絡(luò)檢波的工作原理大信號峰值包絡(luò)檢波的工作原理( (一一) )線性檢波的含義線性檢波的含義大信號二極管檢波的物理過程大信號二極管檢波的物理過程大信號峰值包絡(luò)檢波的工作原理大

15、信號峰值包絡(luò)檢波的工作原理( (二二) )由于電容上的波動電壓略小于載波電由于電容上的波動電壓略小于載波電壓的峰值，只要設(shè)法把波動的高頻部壓的峰值，只要設(shè)法把波動的高頻部分濾除掉，就可以得到有用的檢波輸分濾除掉，就可以得到有用的檢波輸出信號電壓，如選擇較大的時間常數(shù)出信號電壓，如選擇較大的時間常數(shù)輸出電壓既包含低頻分量、直流分量，輸出電壓既包含低頻分量、直流分量，也包含鋸齒型電壓也包含鋸齒型電壓大信號峰值包絡(luò)檢波的性能指標大信號峰值包絡(luò)檢波的性能指標( (一一) )電壓傳輸系數(shù)電壓傳輸系數(shù)dK峰值包絡(luò)檢波時，輸出電壓的大小接近于峰值包絡(luò)檢波時，輸出電壓的大小接近于輸入電壓的振幅。一般地說，這種

16、檢波方輸入電壓的振幅。一般地說，這種檢波方式電壓傳輸系數(shù)較大，可達式電壓傳輸系數(shù)較大，可達0.90.9以上以上輸入電阻輸入電阻iR決定電壓傳輸系數(shù)的因素為決定電壓傳輸系數(shù)的因素為 和和drLR(),2LLdiRif RrR大信號峰值包絡(luò)檢波的性能指標大信號峰值包絡(luò)檢波的性能指標( (二二) )惰性失真惰性失真( (對角切割失真對角切割失真) )產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因防止方法：防止方法：必須在任何一個高必須在任何一個高頻信號周期內(nèi)輸入頻信號周期內(nèi)輸入信號包絡(luò)下降最快信號包絡(luò)下降最快的時刻，保證電容的時刻，保證電容器器 通過負載通過負載 的的放電速度大于包絡(luò)放電速度大于包絡(luò)下降速度下降速度CLR2max

17、1aLamR Cm510LcR C2max1510aLcamR Cm大信號峰值包絡(luò)檢波的性能指標大信號峰值包絡(luò)檢波的性能指標( (三三) )負峰切割失真負峰切割失真電路結(jié)構(gòu)說明電路結(jié)構(gòu)說明22L iLLiR rRRRr負峰切割失真的產(chǎn)生負峰切割失真的產(chǎn)生原理原理避免負峰切割失避免負峰切割失真的條件和方法真的條件和方法1222122LLLLiLLiRRRRrRRRr22iaLiLrRmRrR大信號峰值包絡(luò)檢波的性能指標大信號峰值包絡(luò)檢波的性能指標( (四四) )還需要考慮電容還需要考慮電容 對調(diào)制信號上限頻對調(diào)制信號上限頻率率 以及電容以及電容 對下限頻率對下限頻率 的的影響，必須保證影響，必須

18、保證 和和 ，才能避免檢波器的頻率，才能避免檢波器的頻率失真失真CCCmaxminmax1/()LRC2max1/()iCrC乘積型同步檢波器乘積型同步檢波器( (一一) )可用于解調(diào)抑制載波的雙邊帶及單邊可用于解調(diào)抑制載波的雙邊帶及單邊帶信號帶信號rv其特點為在接收端提供一個與載波同其特點為在接收端提供一個與載波同步的本地振蕩信號步的本地振蕩信號 ，又稱，又稱相干相干信號信號可使用由模擬乘法器構(gòu)成的乘積檢波可使用由模擬乘法器構(gòu)成的乘積檢波或由二極管構(gòu)成的平衡同步檢波電路或由二極管構(gòu)成的平衡同步檢波電路普通調(diào)幅普通調(diào)幅波的解調(diào)波的解調(diào)電路電路0 時：時：相干解調(diào)相干解調(diào)的原理的原理00001(

19、 )cos22211cos(2)cos(2)1s44co2cmrmcmrcmrmmcmrmamracmkV VkV Vv tkV VtkV V mtttkVmV00( )(1cos)cos,( )cos()AMcmarrmvtVmtt v tVt乘積型同步檢波器乘積型同步檢波器( (二二) )001( )cosco1os2s22cacmramcmrmkm V Vtv tkm V Vtt模擬乘法器檢波的優(yōu)點：檢波線性好；模擬乘法器檢波的優(yōu)點：檢波線性好；對同步信號的幅度大小無嚴格要求對同步信號的幅度大小無嚴格要求為何不為何不做限幅？做限幅？00( )coscos,( )cosDSBacmrrmv

20、tm Vtt v tVt 正交振幅調(diào)制與解調(diào)正交振幅調(diào)制與解調(diào)( (一一) )使用兩個獨立的基帶信號對兩個頻使用兩個獨立的基帶信號對兩個頻率相同，但相位相差率相同，但相位相差9090的正弦載的正弦載波分別進行抑制載波的雙邊帶調(diào)制。波分別進行抑制載波的雙邊帶調(diào)制。Quadrature Amplitude Quadrature Amplitude Modulation, QAMModulation, QAMQAMQAM由兩路振幅調(diào)制構(gòu)成，這兩路由兩路振幅調(diào)制構(gòu)成，這兩路振幅調(diào)制的載波同頻正交，調(diào)制信振幅調(diào)制的載波同頻正交，調(diào)制信號相互獨立，在同一帶寬內(nèi)利用頻號相互獨立，在同一帶寬內(nèi)利用頻譜的正交性

21、質(zhì)實現(xiàn)兩路并行的數(shù)字譜的正交性質(zhì)實現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息傳輸信息傳輸正交振幅調(diào)制與解調(diào)正交振幅調(diào)制與解調(diào)( (二二) )0( )coscv tt000( )( )cos( )sinIQv tv ttvtt已調(diào)波所占頻帶僅為兩路信號中的較已調(diào)波所占頻帶僅為兩路信號中的較寬者，而非兩路頻帶之和，從而可以寬者，而非兩路頻帶之和，從而可以節(jié)省傳輸帶寬，提高傳輸效率節(jié)省傳輸帶寬，提高傳輸效率正交振幅調(diào)制與解調(diào)正交振幅調(diào)制與解調(diào)( (三三) )20000000( )cos( )cos( )sincos11( )( )cos2( )sin222IQIIQv ttv ttvtttv tv ttvtt200000

22、00( )sin( )cossin( )sin11( )( )sin2( )cos222IQQIQv ttv tttvttvtv ttvtt正交振幅調(diào)制與解調(diào)正交振幅調(diào)制與解調(diào)( (四四) )只要兩路載波嚴格正交，兩路信號只要兩路載波嚴格正交，兩路信號之間就不會有干擾之間就不會有干擾可以實現(xiàn)兩路信號并行傳輸，而不可以實現(xiàn)兩路信號并行傳輸，而不用額外的帶寬用額外的帶寬與數(shù)字調(diào)制結(jié)合后，可采用多進制與數(shù)字調(diào)制結(jié)合后，可采用多進制方式，傳輸效率高，抗干擾能力強方式，傳輸效率高，抗干擾能力強調(diào)角波綜述調(diào)角波綜述用調(diào)制信號調(diào)制高頻載波的角頻率或用調(diào)制信號調(diào)制高頻載波的角頻率或相位，使其隨調(diào)制信號規(guī)律變化

23、，可相位，使其隨調(diào)制信號規(guī)律變化，可以稱為以稱為調(diào)角波調(diào)角波。其表現(xiàn)為載波的總瞬。其表現(xiàn)為載波的總瞬時相角的變化時相角的變化調(diào)角波的特點是載波的調(diào)角波的特點是載波的角度角度隨基帶調(diào)隨基帶調(diào)制信號的幅度變化，而載波的幅度保制信號的幅度變化，而載波的幅度保持不變持不變調(diào)角波是頻率的非線性搬移，增加了調(diào)角波是頻率的非線性搬移，增加了許多組合頻率，因而屬于許多組合頻率，因而屬于非線性調(diào)制非線性調(diào)制鑒頻即將調(diào)制信號從調(diào)頻信號中解調(diào)鑒頻即將調(diào)制信號從調(diào)頻信號中解調(diào)出來的過程；鑒相即將調(diào)制信號從調(diào)出來的過程；鑒相即將調(diào)制信號從調(diào)相信號中解調(diào)出來的過程相信號中解調(diào)出來的過程調(diào)角波的基本概念調(diào)角波的基本概念在沒

24、有進行調(diào)制時：在沒有進行調(diào)制時：即不論是調(diào)頻還是調(diào)相都要引起相角即不論是調(diào)頻還是調(diào)相都要引起相角的變化，故可把調(diào)頻與調(diào)相統(tǒng)稱為的變化，故可把調(diào)頻與調(diào)相統(tǒng)稱為角角度調(diào)制度調(diào)制0( )cos()cos ( )cmcmv tVtVt00( )( ),tttt 在角度調(diào)制時：在角度調(diào)制時：00( )( ),( )( )tdttortddt 調(diào)頻波調(diào)頻波(FM)(FM)的表示式及波形的表示式及波形頻率調(diào)制是使載波信號的振蕩頻率按頻率調(diào)制是使載波信號的振蕩頻率按照調(diào)制信號振幅的瞬時值變化的過程照調(diào)制信號振幅的瞬時值變化的過程( )cos)mif vtVt000( )( )coscosfffmftk vtk

25、 Vtt：最大角頻偏：最大角頻偏f00( )sinffttmt ：調(diào)制指數(shù)說明：調(diào)制指數(shù)說明了調(diào)制深度，了調(diào)制深度，可可取任意值取任意值fmfffk Vfmf00( )cos( )cos(sin)FMcmfcmfvtVtVtmt 例例332cos3103cos410 ( )vtt V4/fkkHz V75cos210 ( )cvt V設(shè)調(diào)制信號為設(shè)調(diào)制信號為 ，載波信號為載波信號為 ，調(diào)頻靈敏度，調(diào)頻靈敏度為為 ，試寫出此，試寫出此FMFM信號表達式信號表達式7( )2102( )ftk vt解：解：0733( )5cos( )165cos(210sin(310 )6sin(410 )3tFM

26、vtt dtttt調(diào)相波調(diào)相波(PM)(PM)的表示式及波形的表示式及波形調(diào)相波是使載波信號的相角按照調(diào)制調(diào)相波是使載波信號的相角按照調(diào)制信號的變化規(guī)律而發(fā)生偏移的過程信號的變化規(guī)律而發(fā)生偏移的過程( )cos)mif vtVt000000( )( )coscospppmpttk vttk Vttmt：調(diào)相指數(shù)：調(diào)相指數(shù)pppmmk V 0( )sinpptt 為最大角頻偏為最大角頻偏p00( )cos(cos)PMcmpvtVtmt 調(diào)相波的時域波形調(diào)相波的時域波形調(diào)角波的進一步分析調(diào)角波的進一步分析調(diào)角波是載波振幅始終保持不變的疏調(diào)角波是載波振幅始終保持不變的疏密波密波單音調(diào)制的調(diào)頻波和調(diào)

27、相波的表示式，單音調(diào)制的調(diào)頻波和調(diào)相波的表示式，均可用均可用 ( (或或 ) )以及定義截然不同的以及定義截然不同的三個參數(shù)三個參數(shù) 、 和和 ( (或或 ) )來描述來描述fmpm0fp在調(diào)頻波中，在調(diào)頻波中， 與與 成正比，而成正比，而與與 無關(guān)；無關(guān)； 與與 成正比，而成正比，而與與 成反比成反比ffmk VmV/ffmmk VmV在調(diào)相波中，在調(diào)相波中， 與與 成正比，而成正比，而與與 無關(guān)；無關(guān)； 與與 和和 的乘積的乘積成正比成正比ppmmk VmVppmk VmV例例設(shè)一組正弦調(diào)制信號的頻率為設(shè)一組正弦調(diào)制信號的頻率為3003400Hz3003400Hz，用該調(diào)制信號進行調(diào)頻時，

28、最大頻偏為用該調(diào)制信號進行調(diào)頻時，最大頻偏為75kHz75kHz；調(diào)相時，最大相偏為；調(diào)相時，最大相偏為1.5rad1.5rad。試。試求調(diào)頻時調(diào)制指數(shù)的變化范圍；調(diào)相時最求調(diào)頻時調(diào)制指數(shù)的變化范圍；調(diào)相時最大頻偏的變化范圍大頻偏的變化范圍調(diào)頻時：調(diào)頻時：3maxmin3minmax75 1025030075 10223400fmfffffffk Vfmffmffmf故在調(diào)頻電路中，最大角頻偏不變，但調(diào)故在調(diào)頻電路中，最大角頻偏不變，但調(diào)頻指數(shù)有很大變化頻指數(shù)有很大變化調(diào)相時：調(diào)相時：maxmaxminmin1.5 34005.11.5 300450pppmppppfm fk Vffm fkH

29、zfm fHz故在調(diào)相電路中，調(diào)相指數(shù)不變，但最大故在調(diào)相電路中，調(diào)相指數(shù)不變，但最大角頻偏有很大變化角頻偏有很大變化調(diào)角波的頻譜調(diào)角波的頻譜0000( )cos(sin)( )cos(cos)FMcmfPMcmpvtVtmtvtVtmt 00( )cos(sin)cmv tVtmt 000100002000030000( )( )cos()( )cos()cos()( )cos(2 )cos(2 )( )cos(3 )cos(3 )cmcmcmcmv tV JmtV J mttV JmttV J mtt 調(diào)角波信號的頻譜由載波頻率和無窮多個調(diào)角波信號的頻譜由載波頻率和無窮多個邊頻組成，相鄰兩

30、邊頻之間的頻差均為邊頻組成，相鄰兩邊頻之間的頻差均為隨著隨著m m值的增大，具有較大振幅的邊頻分值的增大，具有較大振幅的邊頻分量數(shù)目增加，載頻分量振幅呈衰減趨勢量數(shù)目增加，載頻分量振幅呈衰減趨勢調(diào)角波的總功率為常數(shù)，不隨調(diào)制指數(shù)的調(diào)角波的總功率為常數(shù)，不隨調(diào)制指數(shù)的變化而改變。變化而改變。調(diào)角波的頻譜寬度調(diào)角波的頻譜寬度理論上為無限寬，但有效帶寬有限理論上為無限寬，但有效帶寬有限窄帶調(diào)制窄帶調(diào)制(1)m 此時調(diào)角信號的頻譜由載頻此時調(diào)角信號的頻譜由載頻 和一對和一對振幅相同、相位相反的上下邊頻組成。振幅相同、相位相反的上下邊頻組成。帶寬帶寬c2BW 寬帶調(diào)制寬帶調(diào)制忽略掉那些振幅小于載頻幅度忽

31、略掉那些振幅小于載頻幅度10%10%的邊的邊頻分量后，調(diào)角信號的有效頻譜寬度頻分量后，調(diào)角信號的有效頻譜寬度為為2(1)2()BWm m m較大時，較大時， 。此時調(diào)角波的有。此時調(diào)角波的有效頻譜寬度基本上與調(diào)制頻率效頻譜寬度基本上與調(diào)制頻率 無關(guān)無關(guān)2BW 多頻時？多頻時？考慮最高頻率考慮最高頻率例例已知載波信號為已知載波信號為 ，調(diào)制，調(diào)制信號為信號為 ，試分別寫出以，試分別寫出以下兩種情況下已調(diào)波的表達式及帶寬下兩種情況下已調(diào)波的表達式及帶寬1.1.調(diào)頻，且調(diào)頻，且2.2.調(diào)相，且調(diào)相，且60( )4cos250 10 ( )v tt V3( )3cos25 10 ( )vtt V 2/

32、fkkHz V3/pkrad V解：解：6330( )( )250 1026 10 cos25 10ftk vtt 1.2fm 630( )4cos(250 101.2sin25 10)( )FMvtttV 2(1)22fBWmfkHz63000( )( )250 109cos25 10pttk vttt 9pm 630( )4cos(250 109cos25 10 )( )PMvttt V 2(1)100pBWmfkHz近似使用公式近似使用公式例例解：解：頻率為頻率為100MHz100MHz的載波被頻率為的載波被頻率為10kHz10kHz的正弦的正弦信號進行頻率調(diào)制，最大頻偏為信號進行頻率調(diào)

33、制，最大頻偏為100kHz100kHz。求：求：1.1.求此時調(diào)頻波的帶寬。求此時調(diào)頻波的帶寬。2.2.若若 加倍，加倍， 不變，帶寬是多少不變，帶寬是多少? ?3.3.若若 和和 都增大一倍，帶寬又如何變化都增大一倍，帶寬又如何變化? ?4.4.若在第二問的基礎(chǔ)上將調(diào)制信號頻率加若在第二問的基礎(chǔ)上將調(diào)制信號頻率加倍，帶寬又如何變化倍，帶寬又如何變化? ?mvfkmvfk100/1010fmkHzkHz2(101) 10220BWkHzkHz200ffmfk VkHz2(200 10)420BWkHzkHz400ffmfk VkHz2(40010)820BWkHzkHz200ffmfk VkH

34、z2(20020)440BWkHzkHz三種基本調(diào)制方式的比較三種基本調(diào)制方式的比較( (一一) )抗干擾性抗干擾性在單頻干擾情況下，在單頻干擾情況下，AMAM、FMFM與與PMPM調(diào)調(diào)制的已調(diào)波信號的電壓信噪比的比制的已調(diào)波信號的電壓信噪比的比值大約等于各自調(diào)制指數(shù)值大約等于各自調(diào)制指數(shù) 、 與與 的比值。的比值。注意：調(diào)幅與調(diào)角中調(diào)制注意：調(diào)幅與調(diào)角中調(diào)制系數(shù)的定義與主要因素有所不同系數(shù)的定義與主要因素有所不同fmpmam調(diào)角波的缺點：占據(jù)較寬的傳送頻帶調(diào)角波的缺點：占據(jù)較寬的傳送頻帶三種基本調(diào)制方式的比較三種基本調(diào)制方式的比較( (二二) )信號頻譜寬度信號頻譜寬度易知隨著調(diào)制信號頻率高

35、易知隨著調(diào)制信號頻率高低的變化，調(diào)相波的頻譜低的變化，調(diào)相波的頻譜有效寬度是變化的有效寬度是變化的故在右圖所示情況中，調(diào)故在右圖所示情況中，調(diào)頻信號具有更好的帶寬利頻信號具有更好的帶寬利用率及抗干擾能力用率及抗干擾能力因此在模擬通信系統(tǒng)中廣因此在模擬通信系統(tǒng)中廣泛采用調(diào)頻制而很少采用泛采用調(diào)頻制而很少采用調(diào)相制，調(diào)相只作為實現(xiàn)調(diào)相制，調(diào)相只作為實現(xiàn)間接調(diào)頻的中間過程間接調(diào)頻的中間過程調(diào)制信號的角頻率調(diào)制信號的角頻率 改變時，改變時， 與調(diào)制頻率與調(diào)制頻率 成反比；而成反比；而 則與則與 無關(guān)，因此兩者的譜寬有很大的區(qū)別無關(guān)，因此兩者的譜寬有很大的區(qū)別/ffmmk Vppmmk V三種基本調(diào)制方

36、式的比較三種基本調(diào)制方式的比較( (三三) )調(diào)幅信號調(diào)幅信號000sinftmt 00( )ptk vt調(diào)頻信號調(diào)頻信號調(diào)相信號調(diào)相信號頻頻率率相相角角( )cmaVk vt0sinpmt0( )fk vt窄帶時：窄帶時：2BW 寬帶時：寬帶時：2(1)2()mcmVcmV2BW /fmfmmkVkVppmppmk Vm/amcmmkVV0( )cos()ccmv tVt載波：載波：調(diào)制信號：調(diào)制信號：( )cosmvtVt00t其其它它參參數(shù)數(shù)振振幅幅調(diào)頻電路的工作原理綜述調(diào)頻電路的工作原理綜述頻率調(diào)制是對于調(diào)制信號頻譜進行非頻率調(diào)制是對于調(diào)制信號頻譜進行非線性變換，不是線性搬移，不能簡單

37、線性變換，不是線性搬移，不能簡單地用乘法器和濾波器來實現(xiàn)地用乘法器和濾波器來實現(xiàn)直接調(diào)頻法直接調(diào)頻法利用調(diào)制信號直接控制振利用調(diào)制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，從而獲得調(diào)頻信號蕩器的振蕩頻率，從而獲得調(diào)頻信號間接調(diào)頻法間接調(diào)頻法通過調(diào)相實現(xiàn)調(diào)頻，其頻通過調(diào)相實現(xiàn)調(diào)頻，其頻偏較小，不易獲得較深調(diào)制，線路也偏較小，不易獲得較深調(diào)制，線路也比較復(fù)雜比較復(fù)雜產(chǎn)生調(diào)頻信號時的主要技術(shù)要求：產(chǎn)生調(diào)頻信號時的主要技術(shù)要求：調(diào)頻失真要小調(diào)頻失真要小中心頻率要具有一定的頻率穩(wěn)定度中心頻率要具有一定的頻率穩(wěn)定度調(diào)制靈敏度調(diào)制靈敏度 要盡可能高一要盡可能高一些些/mSf V 直接調(diào)頻電路直接調(diào)頻電路變?nèi)荻O管直接調(diào)

38、頻電路變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路/200(1cos)12jQffmtfLC(1cos)jQjCCmt0(2)(1cos)ifffmt優(yōu)點：電路簡單、工作頻率較高，容易獲優(yōu)點：電路簡單、工作頻率較高，容易獲得較大頻偏，頻偏不大時非線性失真較小得較大頻偏，頻偏不大時非線性失真較小缺點：一致性較差、中心頻率漂移缺點：一致性較差、中心頻率漂移間接調(diào)頻電路：可變移相法調(diào)相電路間接調(diào)頻電路：可變移相法調(diào)相電路( (一一) )直接調(diào)頻電路的優(yōu)點：容易取得大的直接調(diào)頻電路的優(yōu)點：容易取得大的頻偏；缺點：頻率穩(wěn)定度低頻偏；缺點：頻率穩(wěn)定度低調(diào)相與調(diào)頻有調(diào)相與調(diào)頻有9090的相位差的相位差設(shè)積分電路中設(shè)積分電路中有有

39、1/RC ,fmpfpmfk Vkmk VkRC可與式可與式4.2.64.2.6對照對照( )sinmVvttRC0( )cos(sin)FMCmfvtVtmt000( )cos ( )cos(cos)( )cos ( )cos(cos)FMcmcmfmPMcmcmpmvtVtVk Vt dtvtVtVtk Vt 間接調(diào)頻電路：可變移相法調(diào)相電路間接調(diào)頻電路：可變移相法調(diào)相電路( (二二) )積分積分- -調(diào)相式間接調(diào)頻電路中，在回路調(diào)相式間接調(diào)頻電路中，在回路端電壓的相位隨調(diào)制信號改變的同時，端電壓的相位隨調(diào)制信號改變的同時，回路等效阻抗的模值也隨之變化，從回路等效阻抗的模值也隨之變化，從而

40、導(dǎo)致了調(diào)相波振幅的變化，產(chǎn)生了而導(dǎo)致了調(diào)相波振幅的變化，產(chǎn)生了不必要的不必要的寄生調(diào)幅寄生調(diào)幅，而且相位偏移越，而且相位偏移越大，這種寄生調(diào)幅也越大。同時，大，這種寄生調(diào)幅也越大。同時，調(diào)調(diào)相的非線性失真相的非線性失真也會隨相位的偏移而也會隨相位的偏移而明顯增大。為了防止明顯的寄生調(diào)幅明顯增大。為了防止明顯的寄生調(diào)幅和過大的非線性失真，必須對相移的和過大的非線性失真，必須對相移的大小加以限制。因此，這種間接調(diào)頻大小加以限制。因此，這種間接調(diào)頻電路一般不能夠直接取得頻偏過大的電路一般不能夠直接取得頻偏過大的信號信號間接調(diào)頻電路：可變延時法調(diào)相電路間接調(diào)頻電路：可變延時法調(diào)相電路請自行學(xué)習(xí)請自行學(xué)

41、習(xí)擴展線性頻偏的方法擴展線性頻偏的方法注意相對頻偏的定義注意相對頻偏的定義及各點的相對頻偏：及各點的相對頻偏：0mmfm另外一種方案為先在低頻實現(xiàn)調(diào)頻，另外一種方案為先在低頻實現(xiàn)調(diào)頻，然后再倍頻然后再倍頻鑒頻器、鑒相器的主要參數(shù)鑒頻器、鑒相器的主要參數(shù)鑒頻器的主要任務(wù)是把調(diào)頻已調(diào)波鑒頻器的主要任務(wù)是把調(diào)頻已調(diào)波中心頻率的變化變換為電壓的變化中心頻率的變化變換為電壓的變化斜率鑒頻斜率鑒頻相位鑒頻相位鑒頻脈沖計數(shù)式鑒頻脈沖計數(shù)式鑒頻利用門電路或鎖相環(huán)路進行鑒頻利用門電路或鎖相環(huán)路進行鑒頻鑒頻鑒頻( (相相) )器特性器特性的若干主要指標：的若干主要指標：靈敏度靈敏度線性范圍線性范圍非線性失真非線性

42、失真鑒相器的主要任務(wù)是把檢出兩個輸入鑒相器的主要任務(wù)是把檢出兩個輸入信號間的相位差變換為電壓信號間的相位差變換為電壓鑒相器的工作原理鑒相器的工作原理( (一一) )在模擬電子線路中，通常采用乘法器作相在模擬電子線路中，通常采用乘法器作相位檢波。鑒相器由乘法器和低通濾波器構(gòu)位檢波。鑒相器由乘法器和低通濾波器構(gòu)成成當加到乘法器兩個輸入信號的頻率相同但當加到乘法器兩個輸入信號的頻率相同但相位不同時，其輸出電壓將與輸入信號的相位不同時，其輸出電壓將與輸入信號的相位差成比例。利用這個特性，可用乘法相位差成比例。利用這個特性，可用乘法器構(gòu)成鑒相器電路，使之能夠?qū)蓚€同頻器構(gòu)成鑒相器電路，使之能夠?qū)蓚€同頻

43、率信號之間的相位差轉(zhuǎn)換成輸出電壓率信號之間的相位差轉(zhuǎn)換成輸出電壓鑒相器的工作原理鑒相器的工作原理( (二二) )0(cos )/2pxmymvkk V V鑒相特性呈余弦性質(zhì)鑒相特性呈余弦性質(zhì)相位應(yīng)該選擇在相位應(yīng)該選擇在 附近附近2兩個輸入均為小信號兩個輸入均為小信號( (頻率相同，相位差頻率相同，相位差為為 ) )( )cos,( )cos()xxmyymv tVt v tVt0( )( )( )coscos(2)/ 2xyxmymv tkv t v tkV Vt鑒相器的工作原理鑒相器的工作原理( (三三) )02cosxmymvkV V設(shè)輸入信號設(shè)輸入信號 為開為開關(guān)信號，將其用傅立關(guān)信號，

44、將其用傅立葉級數(shù)展開并將相乘葉級數(shù)展開并將相乘結(jié)果經(jīng)過低通濾波器，結(jié)果經(jīng)過低通濾波器，可得：可得：( )xv t 為大信號，為大信號， 為小信號正弦波為小信號正弦波( )xv t( )yv t鑒相器的工作原理鑒相器的工作原理( (四四) )將輸入用傅立葉級數(shù)將輸入用傅立葉級數(shù)展開后并將相乘結(jié)果展開后并將相乘結(jié)果經(jīng)過低通濾波器，可經(jīng)過低通濾波器，可得：得：0(1 2 /),0(2 /3),2xmymxmymkV VvkV V 線性鑒相器線性鑒相器工作波形略工作波形略設(shè)設(shè) 與與 均為大信號均為大信號( (開關(guān)信號開關(guān)信號) )( )xv t( )yv t乘積型相位鑒頻器乘積型相位鑒頻器的的工作原理

45、工作原理移相網(wǎng)絡(luò)可采用并聯(lián)諧振回路或耦合回路移相網(wǎng)絡(luò)可采用并聯(lián)諧振回路或耦合回路用于大信號鑒相的用于大信號鑒相的乘法器，其輸出直乘法器，其輸出直流的電壓與相移流的電壓與相移 成正比成正比00( )( )( )( )FMvtv tvvtvt變頻器概述變頻器概述變頻：把已調(diào)信號的變頻：把已調(diào)信號的載頻變換載頻變換成某一成某一固定的頻率固定的頻率( (一般稱為一般稱為中頻中頻) )，且在頻，且在頻率變換過程中，調(diào)制類型率變換過程中，調(diào)制類型( (如調(diào)幅、如調(diào)幅、調(diào)頻等調(diào)頻等) )和調(diào)制參數(shù)和調(diào)制參數(shù)( (如調(diào)制頻率、調(diào)如調(diào)制頻率、調(diào)制指數(shù)等制指數(shù)等) )都不改變都不改變實現(xiàn)變頻作用的電路就稱為變頻器

46、實現(xiàn)變頻作用的電路就稱為變頻器例如調(diào)幅廣播中的中頻為例如調(diào)幅廣播中的中頻為465kHz465kHz，調(diào)頻，調(diào)頻廣播中的中頻為廣播中的中頻為10.7MHz10.7MHz0f變頻是一種頻譜搬移過程，將已調(diào)波變頻是一種頻譜搬移過程，將已調(diào)波的載波頻率從原來的高頻的載波頻率從原來的高頻 變?yōu)橹凶優(yōu)橹蓄l頻 ，而調(diào)制信號的頻譜和振幅的變，而調(diào)制信號的頻譜和振幅的變化規(guī)律保持不變，故化規(guī)律保持不變，故可用振幅調(diào)制或可用振幅調(diào)制或解調(diào)的類似方法來實現(xiàn)解調(diào)的類似方法來實現(xiàn)變頻變頻lf超外差式接收機的一般框圖超外差式接收機的一般框圖直接放大式接收機的缺點：直接放大式接收機的缺點：靈敏度低靈敏度低由于天線接收到的高

47、頻信號根據(jù)需要由于天線接收到的高頻信號根據(jù)需要的不同而具有不同的頻率，這就需要接的不同而具有不同的頻率，這就需要接收機中的高頻小信號放大器是一個頻率收機中的高頻小信號放大器是一個頻率可變高增益的高頻放大器，從而技術(shù)難可變高增益的高頻放大器，從而技術(shù)難度和造價都很高度和造價都很高超外差式接收機的優(yōu)點：超外差式接收機的優(yōu)點：降低了中頻放大器的技術(shù)難度和制造成降低了中頻放大器的技術(shù)難度和制造成本本可以通過多級放大器提高中頻放大器的可以通過多級放大器提高中頻放大器的增益，以提高接收機的靈敏度增益，以提高接收機的靈敏度CDMA2000 1XCDMA2000 1X射頻接收機模塊示意圖射頻接收機模塊示意圖變

48、頻器變頻器的組成的組成若輸入信號為調(diào)頻波若輸入信號為調(diào)頻波0cos(sin)FMcmfvVtmt0cos()sincos(sin)llmrflmlfvVtmtVtmt若輸入信號為調(diào)幅波若輸入信號為調(diào)幅波0(1cos)cosAMcmavVmtt0(1cos)cos()(1cos)cosllmarlmalvVmttVmtt混頻器與變頻器的混頻器與變頻器的定義及區(qū)別定義及區(qū)別變頻電路的性能指標變頻電路的性能指標變頻增益：指輸出中頻電壓振幅與輸入變頻增益：指輸出中頻電壓振幅與輸入高頻電壓振幅之比高頻電壓振幅之比/vClmcmAVV噪聲系數(shù)：輸入端信噪比與輸出端信噪噪聲系數(shù)：輸入端信噪比與輸出端信噪比之

49、比比之比/iillSNFSN選擇性：要求中頻回路的矩形系數(shù)接近選擇性：要求中頻回路的矩形系數(shù)接近于于1 1失真與干擾：變頻器的失真有頻率失真失真與干擾：變頻器的失真有頻率失真和非線性失真，此外還有各種非線性干擾。和非線性失真，此外還有各種非線性干擾。因此要求變頻器件最好工作在其特性曲線因此要求變頻器件最好工作在其特性曲線的的平方項區(qū)域平方項區(qū)域，使之既能完成頻率變換，使之既能完成頻率變換，又能防止失真，抑制各種干擾又能防止失真，抑制各種干擾乘積型混頻器乘積型混頻器乘積型混頻器的優(yōu)點：乘法器輸出端無用乘積型混頻器的優(yōu)點：乘法器輸出端無用的頻率分量較少，對濾波器要求不很高的頻率分量較少，對濾波器要

50、求不很高0( )(1cos)cosAMcmavtVmtt( )(1cos)cosllmalv tVmtt二極管大信號變頻二極管大信號變頻( (一一) )使用二段直折線代替二極管特性使用二段直折線代替二極管特性,(0.5)( ),(0.5)rmrrrrmrrVif nTtnTv tVifnTtnT ( )( )( )icrv tv tv t00(),( )sin2rrmcmrmif vVv tVf tV 0(),( )0rrmif vVv t 二極管大信號變頻二極管大信號變頻( (二二) )00(),( )sin2rrmcmrmif vVv tVf tV 0( )( )( )crmv tv tV

51、H t開關(guān)開關(guān)函數(shù)函數(shù)1,(0.5)( )0,(0.5)(1)rrrrnTtnTH tnTtnT 可使用傅立葉級數(shù)展開開關(guān)函數(shù)，并代入可使用傅立葉級數(shù)展開開關(guān)函數(shù)，并代入至至 中，得：中，得：0( )v t00011102002( 1)cos(21)11sin2(21)1( 1)sin(21)1(21)sin(sin()sin(2) 1)2cmrnrmrrnncmrnrcmrmVntnVntnVtntVtv tVt實現(xiàn)變頻功能，非線性特性是根本，實現(xiàn)變頻功能，非線性特性是根本，頻率搬移是目的頻率搬移是目的本電路優(yōu)點：高頻產(chǎn)物少，且輸出中的無本電路優(yōu)點：高頻產(chǎn)物少，且輸出中的無用高頻分量頻率均遠

52、離有用信號頻率用高頻分量頻率均遠離有用信號頻率采用濾波器選出其采用濾波器選出其中一個邊頻即可中一個邊頻即可二極管環(huán)型混頻器二極管環(huán)型混頻器( (一一) )1,cos0( )0,cos0rrtH tt( )H t可使用傅氏級數(shù)展開可使用傅氏級數(shù)展開假設(shè)：高頻有用信號很小，本振電壓很大；假設(shè)：高頻有用信號很小，本振電壓很大；二極管為理想，在本振信號下相當于一個二極管為理想，在本振信號下相當于一個開關(guān)開關(guān)二極管環(huán)型混頻器二極管環(huán)型混頻器( (二二) )當本振電壓當本振電壓為正半周時：為正半周時：11212( )( )Lciiiav t H t1121()( )()( )crcria vv H tiavv H t二極管環(huán)型混頻器二極管環(huán)型混頻器( (三三) )當本振電壓當本振電壓為負半周時：為負半周時：3242()( )()( )crcria vv H tiavv H t24322( )( )Lciiiav t H t 21( )()2rTH tH t二極管環(huán)型混頻器二極管環(huán)型混頻器( (四四) )243