第8章_角度調(diào)制與解調(diào)

1、第八章第八章 角度調(diào)制與解調(diào)角度調(diào)制與解調(diào)工程學(xué)院工程學(xué)院 信息技術(shù)教研室信息技術(shù)教研室2 2 掌握調(diào)頻波和調(diào)相波的基本性質(zhì)和功率關(guān)系；掌握調(diào)頻波和調(diào)相波的基本性質(zhì)和功率關(guān)系； 掌握掌握調(diào)頻、調(diào)相兩者異同點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法掌握掌握調(diào)頻、調(diào)相兩者異同點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法和基本原理；和基本原理； 掌握直接調(diào)頻的變?nèi)荻O管調(diào)頻的分析；掌握直接調(diào)頻的變?nèi)荻O管調(diào)頻的分析； 了解晶體振蕩器直接調(diào)頻；了解晶體振蕩器直接調(diào)頻； 了解間接調(diào)頻的方法；了解間接調(diào)頻的方法； 掌握調(diào)角信號(hào)解調(diào)的方法及典型電路。掌握調(diào)角信號(hào)解調(diào)的方法及典型電路。3 38.18.1概述概述 調(diào)相調(diào)相（PM）：）：如果高頻振蕩如果高頻振蕩

2、器的相位變化量和調(diào)制信號(hào)成器的相位變化量和調(diào)制信號(hào)成正比，則稱調(diào)相。正比，則稱調(diào)相。在通信系統(tǒng)中，使用低頻信號(hào)去調(diào)制高頻信號(hào)的頻率或在通信系統(tǒng)中，使用低頻信號(hào)去調(diào)制高頻信號(hào)的頻率或相角，利用高頻信號(hào)的頻率或相角的變化來攜帶信息，相角，利用高頻信號(hào)的頻率或相角的變化來攜帶信息，稱為稱為調(diào)頻調(diào)頻或或調(diào)相。調(diào)相。 調(diào)頻調(diào)頻（FM）：如果高頻振蕩器的頻率變化量如果高頻振蕩器的頻率變化量和調(diào)制信號(hào)成正比，則稱調(diào)頻。和調(diào)制信號(hào)成正比，則稱調(diào)頻。原信號(hào)波形原信號(hào)波形載波波形載波波形調(diào)頻調(diào)頻/ /調(diào)相波形調(diào)相波形4 4 調(diào)頻和調(diào)相合稱為調(diào)頻和調(diào)相合稱為角度調(diào)制角度調(diào)制(簡(jiǎn)稱調(diào)角簡(jiǎn)稱調(diào)角)。因?yàn)橄辔皇穷l率的積分

3、因?yàn)橄辔皇穷l率的積分, 故頻率的變化必將引起故頻率的變化必將引起相位的變化相位的變化, 反之亦然反之亦然, 所以調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信所以調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)在時(shí)域特性、號(hào)在時(shí)域特性、 頻譜寬度、頻譜寬度、 調(diào)制與解調(diào)的原理調(diào)制與解調(diào)的原理和實(shí)現(xiàn)方法等方面都有密切的聯(lián)系。因此，調(diào)和實(shí)現(xiàn)方法等方面都有密切的聯(lián)系。因此，調(diào)頻可以用調(diào)相電路間接實(shí)現(xiàn)頻可以用調(diào)相電路間接實(shí)現(xiàn), 鑒頻也可以用鑒相鑒頻也可以用鑒相(相位解調(diào)相位解調(diào), 也稱相位檢波也稱相位檢波)電路間接實(shí)現(xiàn)。電路間接實(shí)現(xiàn)。調(diào)頻信號(hào)占用帶寬窄調(diào)頻信號(hào)占用帶寬窄調(diào)相信號(hào)占用帶寬寬調(diào)相信號(hào)占用帶寬寬應(yīng)用廣泛：廣播、通信應(yīng)用廣泛：廣播、通信應(yīng)用少應(yīng)用少5

4、5調(diào)幅與調(diào)角的比較調(diào)幅與調(diào)角的比較角度調(diào)制與解調(diào)角度調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)調(diào)角信號(hào)在抗干擾方面要強(qiáng)調(diào)角信號(hào)在抗干擾方面要強(qiáng)調(diào)幅信號(hào)在原理和電路實(shí)現(xiàn)上要簡(jiǎn)單調(diào)幅信號(hào)在原理和電路實(shí)現(xiàn)上要簡(jiǎn)單線性頻譜搬移線性頻譜搬移非線性頻譜搬移非線性頻譜搬移6 6tVv000cos tVv costVv0 00 00 0 costVv coso+DmAMFM調(diào)幅與調(diào)頻的波形圖調(diào)幅與調(diào)頻的波形圖o-Dmtttttt7 7FMAMffff調(diào)幅與調(diào)頻的頻譜調(diào)幅與調(diào)頻的頻譜 f0f0f0f08 8任意正弦波信號(hào)：任意正弦波信號(hào)： 調(diào)幅（調(diào)幅（AM）: 調(diào)頻（調(diào)頻（FM）:調(diào)相（調(diào)相（PM）: AM AM

5、DSB-SC 屬于頻譜線性搬移電路屬于頻譜線性搬移電路,調(diào)制信號(hào)寄生調(diào)制信號(hào)寄生于已調(diào)信號(hào)的振幅變化中。于已調(diào)信號(hào)的振幅變化中。FMPM 屬于頻譜的非線性搬移電路屬于頻譜的非線性搬移電路,已調(diào)波為等幅波已調(diào)波為等幅波,調(diào)制信息寄生于已調(diào)波的頻率和相位變化中。調(diào)制信息寄生于已調(diào)波的頻率和相位變化中。 SSB 調(diào)角調(diào)角9 98.2 8.2 調(diào)角波的性質(zhì)調(diào)角波的性質(zhì)8.2.1 8.2.1 瞬時(shí)相位和瞬時(shí)頻率瞬時(shí)相位和瞬時(shí)頻率t = 00t = t11t = t223t = t3 1010 則瞬時(shí)相位則瞬時(shí)相位 即瞬時(shí)頻率是瞬時(shí)相位函數(shù)的導(dǎo)函數(shù)即瞬時(shí)頻率是瞬時(shí)相位函數(shù)的導(dǎo)函數(shù)（8.2.1）（8.2.2

6、）t = 00t = t11t = t223t = t3 1111t典型例題典型例題： 解：瞬時(shí)相位解：瞬時(shí)相位 瞬時(shí)頻率瞬時(shí)頻率 注意這是一個(gè)加速轉(zhuǎn)動(dòng)的矢量，波形示意為：注意這是一個(gè)加速轉(zhuǎn)動(dòng)的矢量，波形示意為：1212 8.2.2 8.2.2 調(diào)頻波和調(diào)相波的數(shù)學(xué)表示式調(diào)頻波和調(diào)相波的數(shù)學(xué)表示式（8.2.4） 1313調(diào)頻波的通用表達(dá)式調(diào)頻波的通用表達(dá)式瞬時(shí)頻率：瞬時(shí)頻率： 瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位的關(guān)系：瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位的關(guān)系： 調(diào)頻波的表達(dá)式為：調(diào)頻波的表達(dá)式為： （8.2.7） （8.2.4）（8.2.1）1414 （8.2.7）（8.2.4）1515)(tvt2)()(tvktft2)(

7、)(0ttt20 頻率偏移頻率偏移瞬時(shí)頻率瞬時(shí)頻率1616調(diào)頻波的波形調(diào)頻波的波形)(tvtt)()(tvktft)()(tt 0 0tt方波的調(diào)頻波方波的調(diào)頻波 1717 瞬時(shí)相位：瞬時(shí)相位： 調(diào)相波的表達(dá)式為：調(diào)相波的表達(dá)式為： （8.2.10） 調(diào)相波的瞬時(shí)角頻率表達(dá)式為：調(diào)相波的瞬時(shí)角頻率表達(dá)式為： （8.2.11） 調(diào)相波的通用表達(dá)式調(diào)相波的通用表達(dá)式1818 1919對(duì)一個(gè)調(diào)制信號(hào)對(duì)一個(gè)調(diào)制信號(hào)先求導(dǎo)再調(diào)頻先求導(dǎo)再調(diào)頻,等等價(jià)于直接對(duì)這個(gè)價(jià)于直接對(duì)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行調(diào)相信號(hào)進(jìn)行調(diào)相u 調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系 （8.2.7） （8.2.10） 即：即： 2020)(tvttt42

8、680812-210)()(tvktpt016016對(duì)三角波調(diào)相等價(jià)于對(duì)方波對(duì)三角波調(diào)相等價(jià)于對(duì)方波(三角波導(dǎo)函數(shù)三角波導(dǎo)函數(shù))的調(diào)頻的調(diào)頻與方波的調(diào)頻波一樣與方波的調(diào)頻波一樣對(duì)下圖的三角波（導(dǎo)函數(shù)為方波）進(jìn)行調(diào)相對(duì)下圖的三角波（導(dǎo)函數(shù)為方波）進(jìn)行調(diào)相載波載波三角波的調(diào)相波三角波的調(diào)相波 2121調(diào)頻波和調(diào)相波比較表調(diào)頻波和調(diào)相波比較表 FM波波PM波波數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式瞬時(shí)頻率瞬時(shí)頻率瞬時(shí)相位瞬時(shí)相位最大頻偏最大頻偏調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù) 2222u 調(diào)制信號(hào)為調(diào)制信號(hào)為單一余弦信號(hào)單一余弦信號(hào)時(shí)的調(diào)頻波表達(dá)式時(shí)的調(diào)頻波表達(dá)式 （8.2.7） （8.2.14）2323u 調(diào)制信號(hào)為調(diào)制信號(hào)為單一

9、余弦信號(hào)單一余弦信號(hào)時(shí)的調(diào)相波表達(dá)式時(shí)的調(diào)相波表達(dá)式 （8.2.10） （8.2.15） 2424u 調(diào)制指數(shù)（即最大相移）、最大頻偏及二者的關(guān)系調(diào)制指數(shù)（即最大相移）、最大頻偏及二者的關(guān)系 （8.2.14） （8.2.15） 無論調(diào)頻還是調(diào)相，最大相移總是等于調(diào)制指數(shù)無論調(diào)頻還是調(diào)相，最大相移總是等于調(diào)制指數(shù)2525u 調(diào)頻波的最大頻偏調(diào)頻波的最大頻偏頻偏：頻偏： 最大頻偏：最大頻偏： 最大頻偏與調(diào)制指數(shù)的關(guān)系是：最大頻偏與調(diào)制指數(shù)的關(guān)系是： 2626u 調(diào)相波的最大頻偏調(diào)相波的最大頻偏 瞬時(shí)頻率瞬時(shí)頻率 2727調(diào)制信號(hào)為單一余弦信號(hào)時(shí)調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)比較調(diào)制信號(hào)為單一余弦信號(hào)時(shí)調(diào)頻信號(hào)

10、與調(diào)相信號(hào)比較 FM波波PM波波1)瞬時(shí)頻率：瞬時(shí)頻率： 2)瞬時(shí)相位：瞬時(shí)相位： 28284)最大頻偏：最大頻偏：FM波波PM波波 3)最大相移（調(diào)制指數(shù)）：最大相移（調(diào)制指數(shù)）： 5)表達(dá)式：表達(dá)式： 根本區(qū)別根本區(qū)別2929典型例題典型例題： 解：對(duì)比調(diào)頻波標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式可知：解：對(duì)比調(diào)頻波標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式可知： 則最大頻偏：則最大頻偏： 3030調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)的相同點(diǎn)調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)的相同點(diǎn): 都是等幅信號(hào)。都是等幅信號(hào)。 頻率和相位都隨調(diào)制信號(hào)而變化，均產(chǎn)生頻頻率和相位都隨調(diào)制信號(hào)而變化，均產(chǎn)生頻偏與相偏，成為疏密波形。正頻偏最大處，偏與相偏，成為疏密波形。正頻偏最大處，即瞬時(shí)頻率最高處

11、，波形最密；負(fù)頻偏最大即瞬時(shí)頻率最高處，波形最密；負(fù)頻偏最大處，即瞬時(shí)頻率最低處，波形最疏。處，即瞬時(shí)頻率最低處，波形最疏。3131 調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)的區(qū)別點(diǎn)調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)的區(qū)別點(diǎn): 頻率和相位隨調(diào)制信號(hào)變化的規(guī)律不一樣頻率和相位隨調(diào)制信號(hào)變化的規(guī)律不一樣, 但由但由于頻率與相位是微積分關(guān)系于頻率與相位是微積分關(guān)系, 故二者是有密切聯(lián)故二者是有密切聯(lián)系的。系的。 例如：對(duì)于調(diào)頻信號(hào)來說，調(diào)制信號(hào)電例如：對(duì)于調(diào)頻信號(hào)來說，調(diào)制信號(hào)電平最高處對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)正頻偏最大，波形最密；平最高處對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)正頻偏最大，波形最密；對(duì)于調(diào)相信號(hào)來說，調(diào)制信號(hào)電平變化率（斜對(duì)于調(diào)相信號(hào)來說，調(diào)制信號(hào)電平變化率（斜

12、率）最大處對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)正頻偏最大，波形最密。率）最大處對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)正頻偏最大，波形最密。3232 o o (a) (b) 頻偏和調(diào)制指數(shù)與調(diào)制頻率的關(guān)系頻偏和調(diào)制指數(shù)與調(diào)制頻率的關(guān)系(當(dāng)當(dāng)V 恒定時(shí)恒定時(shí)) (a) 調(diào)頻波；調(diào)頻波；(b) 調(diào)相波調(diào)相波 33338.2.3 8.2.3 調(diào)頻波和調(diào)相波的頻譜和頻帶寬度調(diào)頻波和調(diào)相波的頻譜和頻帶寬度 （8.2.14） （8.2.15）由上兩式可以看出由上兩式可以看出, 在單頻調(diào)制時(shí)在單頻調(diào)制時(shí), 調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式是相似的的時(shí)域表達(dá)式是相似的, 僅瞬時(shí)相偏分別隨正弦函數(shù)或余僅瞬時(shí)相偏分別隨正弦函數(shù)或余弦函數(shù)變化弦函數(shù)變化,

13、 無本質(zhì)區(qū)別無本質(zhì)區(qū)別, 故可寫成統(tǒng)一的調(diào)角信號(hào)表達(dá)故可寫成統(tǒng)一的調(diào)角信號(hào)表達(dá)式，即：式，即： 這兩個(gè)函數(shù)不是初等函數(shù)，要用貝塞爾函數(shù)將其展開這兩個(gè)函數(shù)不是初等函數(shù)，要用貝塞爾函數(shù)將其展開3434貝塞爾函數(shù)理論中的兩個(gè)公式貝塞爾函數(shù)理論中的兩個(gè)公式: （8.2.228.2.22） （8.2.238.2.23） 貝塞爾函數(shù)是利用柱坐標(biāo)求解涉及在圓、球與圓柱內(nèi)的貝塞爾函數(shù)是利用柱坐標(biāo)求解涉及在圓、球與圓柱內(nèi)的勢(shì)場(chǎng)的物理問題時(shí)出現(xiàn)的一類特殊函數(shù)。最早出現(xiàn)在涉勢(shì)場(chǎng)的物理問題時(shí)出現(xiàn)的一類特殊函數(shù)。最早出現(xiàn)在涉及如懸鏈振蕩，長(zhǎng)圓柱體冷卻以及緊張膜振動(dòng)的問題中，及如懸鏈振蕩，長(zhǎng)圓柱體冷卻以及緊張膜振動(dòng)的問題

14、中，后來成為一個(gè)工具函數(shù)，可以用來展開嵌套的三角函數(shù)。后來成為一個(gè)工具函數(shù)，可以用來展開嵌套的三角函數(shù)。3535m為參數(shù)的為參數(shù)的n階第一類貝塞爾函數(shù)曲線圖階第一類貝塞爾函數(shù)曲線圖 n7n6Jn(M)1.00.80.60.40.200.20.401234567891011Mn0載波部分n1n2n3n4n52.4055.5208.68311.793636貝塞爾函數(shù)表貝塞爾函數(shù)表 3737o-FM / PM的頻譜的頻譜o+oo+2o+3o+4o-2o-3o-4o調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)v載波載波vo調(diào)角調(diào)角波的波的頻譜頻譜成分成分 （8.2.24）載波載波第一對(duì)邊頻第一對(duì)邊頻第二對(duì)邊頻第二對(duì)邊頻第三對(duì)邊頻

15、第三對(duì)邊頻 3838從上式看出單頻調(diào)角信號(hào)頻譜具有以下幾個(gè)特點(diǎn)從上式看出單頻調(diào)角信號(hào)頻譜具有以下幾個(gè)特點(diǎn): 2）當(dāng)）當(dāng)m確定后確定后, 各邊頻分量振幅值不是隨各邊頻分量振幅值不是隨n單調(diào)變化單調(diào)變化, 且且有時(shí)候?yàn)榱恪Ｒ驗(yàn)楦麟A貝塞爾函數(shù)隨有時(shí)候?yàn)榱?。因?yàn)楦麟A貝塞爾函數(shù)隨m增大變化的規(guī)律增大變化的規(guī)律均是衰減振蕩均是衰減振蕩, 而各邊頻分量振幅值與對(duì)應(yīng)階貝塞爾函而各邊頻分量振幅值與對(duì)應(yīng)階貝塞爾函數(shù)成正比。數(shù)成正比。 39393）隨著）隨著m值的增大，具有較大振幅的邊頻分量數(shù)目增加值的增大，具有較大振幅的邊頻分量數(shù)目增加, 載頻載頻分量振幅呈衰減振蕩趨勢(shì)，在個(gè)別地方分量振幅呈衰減振蕩趨勢(shì)，在個(gè)別地

16、方(如如m=2.405, 5.520時(shí)時(shí))，載頻分量為零（可測(cè)定調(diào)制指數(shù)）。載頻分量為零（可測(cè)定調(diào)制指數(shù)）。 4）功率）功率:上述特點(diǎn)充分說明調(diào)角是完全不同于調(diào)幅的一種非線性頻上述特點(diǎn)充分說明調(diào)角是完全不同于調(diào)幅的一種非線性頻率變換過程。顯然，作為調(diào)角的逆過程，角度解調(diào)也是一率變換過程。顯然，作為調(diào)角的逆過程，角度解調(diào)也是一種非線性頻率變換過程。種非線性頻率變換過程。 若調(diào)角信號(hào)振幅不變，若調(diào)角信號(hào)振幅不變，m值變化，則總功率不變值變化，則總功率不變, 但載頻但載頻與各邊頻分量的功率將重新分配。與各邊頻分量的功率將重新分配。對(duì)于任何對(duì)于任何m值，均有值，均有:40405）根據(jù)調(diào)角信號(hào)的頻譜特點(diǎn)

17、可以看到）根據(jù)調(diào)角信號(hào)的頻譜特點(diǎn)可以看到,理理論上它的頻帶無限寬論上它的頻帶無限寬,對(duì)于給定的對(duì)于給定的m值，具值，具有較大振幅的頻率分量還是集中在載頻附有較大振幅的頻率分量還是集中在載頻附近近, 且上下邊頻在振幅上是對(duì)稱的，高到一且上下邊頻在振幅上是對(duì)稱的，高到一定次數(shù)的邊頻分量其振幅已經(jīng)小到可以忽定次數(shù)的邊頻分量其振幅已經(jīng)小到可以忽略。因此認(rèn)為其頻帶寬度是略。因此認(rèn)為其頻帶寬度是有限的有限的。通常。通常規(guī)定：凡是振幅小于載波振幅規(guī)定：凡是振幅小于載波振幅1（或（或10 ）的邊頻分量均可以忽略，保留下來的）的邊頻分量均可以忽略，保留下來的頻譜分量就確定了調(diào)角波的頻段寬度。頻譜分量就確定了調(diào)角

18、波的頻段寬度。 頻譜帶寬頻譜帶寬BW為：為： （8.2.26）4141 （8.2.28）主要用于高保真度的調(diào)頻電臺(tái)主要用于高保真度的調(diào)頻電臺(tái)主要用于警察、政府、消防專用通信主要用于警察、政府、消防專用通信（8.2.29） （8.2.27） 調(diào)頻波調(diào)頻波： 4242調(diào)相波調(diào)相波： 根據(jù)前述分析可知，當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率根據(jù)前述分析可知，當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率F發(fā)生變化時(shí)，調(diào)頻發(fā)生變化時(shí)，調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)波的調(diào)制指數(shù)mf與與F成反比變化，其頻寬寬度基本不變，成反比變化，其頻寬寬度基本不變，故稱故稱恒帶調(diào)制恒帶調(diào)制。而當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率。而當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率F變化時(shí)，調(diào)相波的調(diào)變化時(shí)，調(diào)相波的調(diào)制指數(shù)制指數(shù)mp與與F無關(guān)

19、，其頻帶寬度隨調(diào)制頻率無關(guān)，其頻帶寬度隨調(diào)制頻率F變化。變化。 調(diào)頻波調(diào)頻波：4343調(diào)頻波頻譜調(diào)頻波頻譜調(diào)相波頻譜調(diào)相波頻譜 4444可見如果調(diào)制信號(hào)頻率高，由于調(diào)制指數(shù)不變，可見如果調(diào)制信號(hào)頻率高，由于調(diào)制指數(shù)不變，使得總帶寬隨著調(diào)制信號(hào)最高頻率使得總帶寬隨著調(diào)制信號(hào)最高頻率F的增大線性的增大線性增大。由于調(diào)制信號(hào)的帶寬有時(shí)是隨機(jī)的，所以增大。由于調(diào)制信號(hào)的帶寬有時(shí)是隨機(jī)的，所以調(diào)相波帶寬也變得隨機(jī)，這不利于頻率資源的合調(diào)相波帶寬也變得隨機(jī)，這不利于頻率資源的合理利用，因此模擬信號(hào)很少用調(diào)相制。理利用，因此模擬信號(hào)很少用調(diào)相制。為什么模擬信號(hào)很少使用調(diào)相方式的原因?yàn)槭裁茨M信號(hào)很少使用調(diào)相

20、方式的原因4545典型例題典型例題： 4646 4747 載波載波第一對(duì)邊頻第一對(duì)邊頻第二對(duì)邊頻第二對(duì)邊頻第三對(duì)邊頻第三對(duì)邊頻4848調(diào)頻信號(hào)時(shí)等幅波：調(diào)頻信號(hào)時(shí)等幅波： 帶寬內(nèi)功率之和帶寬內(nèi)功率之和 帶寬是指調(diào)角信號(hào)頻譜分量的有效寬度。帶寬內(nèi)頻率分帶寬是指調(diào)角信號(hào)頻譜分量的有效寬度。帶寬內(nèi)頻率分量的功率之和占總功率的量的功率之和占總功率的90%以上以上, 如如15 kHz分量是分量是99.6%，其帶寬為，其帶寬為120 kHz。帶寬內(nèi)各頻率分量的功率之和帶寬內(nèi)各頻率分量的功率之和(假定調(diào)頻信號(hào)總功率為假定調(diào)頻信號(hào)總功率為1W，負(fù)載為，負(fù)載為1）4949 5050 已調(diào)波的瞬時(shí)頻率與調(diào)制信號(hào)成

21、比例變化（基本）已調(diào)波的瞬時(shí)頻率與調(diào)制信號(hào)成比例變化（基本） 載波頻率（已調(diào)波中心頻率）的穩(wěn)定性盡量高載波頻率（已調(diào)波中心頻率）的穩(wěn)定性盡量高 最大頻移與調(diào)制頻率無關(guān)最大頻移與調(diào)制頻率無關(guān) 寄生調(diào)幅盡量小寄生調(diào)幅盡量小主要技術(shù)要求：主要技術(shù)要求：8.3 8.3 調(diào)頻方法概述調(diào)頻方法概述產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的電路叫做調(diào)頻器產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的電路叫做調(diào)頻器5151 直接調(diào)頻：用調(diào)制信號(hào)直接線性改變載波振直接調(diào)頻：用調(diào)制信號(hào)直接線性改變載波振蕩的瞬時(shí)頻率。優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單，頻偏較大蕩的瞬時(shí)頻率。優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單，頻偏較大; 缺點(diǎn)：但中心頻率不易穩(wěn)定。缺點(diǎn)：但中心頻率不易穩(wěn)定。根據(jù)調(diào)頻和調(diào)相的內(nèi)在關(guān)系，可分為：根據(jù)調(diào)

22、頻和調(diào)相的內(nèi)在關(guān)系，可分為： 間接調(diào)頻：對(duì)調(diào)制信號(hào)先積分，再對(duì)載波信間接調(diào)頻：對(duì)調(diào)制信號(hào)先積分，再對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)相，得到調(diào)頻波。優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)調(diào)相號(hào)進(jìn)行調(diào)相，得到調(diào)頻波。優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)調(diào)相的電路獨(dú)立于高頻載波振蕩器以外，所以載的電路獨(dú)立于高頻載波振蕩器以外，所以載波中心頻率的穩(wěn)定性可以做得較高；缺點(diǎn)：波中心頻率的穩(wěn)定性可以做得較高；缺點(diǎn)：可能得到的最大頻偏較小?？赡艿玫降淖畲箢l偏較小。5252u 利用利用C性質(zhì)器件（如變?nèi)荻O管）的壓控特性性質(zhì)器件（如變?nèi)荻O管）的壓控特性;u 利用利用L器件器件(鐵氧體磁芯的電感線圈）的流控特性鐵氧體磁芯的電感線圈）的流控特性;直接調(diào)頻原理直接調(diào)頻原理用調(diào)制信號(hào)控

23、制能直接影響載波振蕩瞬時(shí)頻率用調(diào)制信號(hào)控制能直接影響載波振蕩瞬時(shí)頻率的元件或參數(shù)。的元件或參數(shù)。用調(diào)制信號(hào)直接線性改變載波振蕩的瞬時(shí)頻率用調(diào)制信號(hào)直接線性改變載波振蕩的瞬時(shí)頻率5353 間接調(diào)頻原理間接調(diào)頻原理防止振蕩器受防止振蕩器受后面電路干擾后面電路干擾調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)載波載波振蕩器振蕩器緩沖緩沖電路電路調(diào)相器調(diào)相器積分電路積分電路調(diào)頻信號(hào)調(diào)頻信號(hào) 調(diào)頻信號(hào)的相移調(diào)頻信號(hào)的相移 調(diào)頻信號(hào)表達(dá)式調(diào)頻信號(hào)表達(dá)式 高頻率穩(wěn)定高頻率穩(wěn)定度振蕩器度振蕩器中心頻率穩(wěn)中心頻率穩(wěn)定度很高定度很高54548.4 8.4 變?nèi)荻O管調(diào)頻變?nèi)荻O管調(diào)頻PN結(jié)具有電容效應(yīng)：結(jié)具有電容效應(yīng)： 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容:正向

24、偏置，電容效應(yīng)比較小。正向偏置，電容效應(yīng)比較小。 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容:反向偏置，勢(shì)壘區(qū)電荷呈現(xiàn)的電容效應(yīng)。反向偏置，勢(shì)壘區(qū)電荷呈現(xiàn)的電容效應(yīng)。 所以為利用所以為利用PN結(jié)的電容，結(jié)的電容，PN結(jié)應(yīng)工作在反向偏置狀態(tài)結(jié)應(yīng)工作在反向偏置狀態(tài)PN結(jié)反向偏置時(shí)，結(jié)電容會(huì)隨外加反向偏壓而變化，結(jié)反向偏置時(shí)，結(jié)電容會(huì)隨外加反向偏壓而變化，而專用的變?nèi)荻O管，經(jīng)過特殊工藝處理（控制半導(dǎo)而專用的變?nèi)荻O管，經(jīng)過特殊工藝處理（控制半導(dǎo)體的摻雜濃度和摻雜的分布）使勢(shì)壘電容能靈敏地隨體的摻雜濃度和摻雜的分布）使勢(shì)壘電容能靈敏地隨反向偏置電壓的變化而呈現(xiàn)較大變化的壓控變?nèi)菰?。反向偏置電壓的變化而呈現(xiàn)較大變化的壓控變?nèi)?/p>

25、元件。5555 （8.4.1） 5656 C j QC jV RVO) t (v 而結(jié)電容：而結(jié)電容： 表示結(jié)電容調(diào)制深度表示結(jié)電容調(diào)制深度 （8.4.2） 其中：其中： 為靜態(tài)工作點(diǎn)的結(jié)電容為靜態(tài)工作點(diǎn)的結(jié)電容 5757把受到調(diào)制信號(hào)控制的變?nèi)荻O管接入載波振蕩器把受到調(diào)制信號(hào)控制的變?nèi)荻O管接入載波振蕩器的振蕩回路，如下圖所示，則振蕩頻率亦受到調(diào)制的振蕩回路，如下圖所示，則振蕩頻率亦受到調(diào)制信號(hào)的控制。適當(dāng)選擇變?nèi)荻O管的特性和工作狀信號(hào)的控制。適當(dāng)選擇變?nèi)荻O管的特性和工作狀態(tài)，可以使振蕩頻率的變化近似地與調(diào)制信號(hào)成線態(tài)，可以使振蕩頻率的變化近似地與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系。這樣就實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。

26、性關(guān)系。這樣就實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。振蕩回路的等效電路振蕩回路的等效電路 Cj L1 C1 Cc 5858 VCC D L2 C1 L1 Cc C + + V va(t) 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 在圖中，虛線左邊是典型的正弦在圖中，虛線左邊是典型的正弦波振蕩器，右邊是變?nèi)莨茈娐?。波振蕩器，右邊是變?nèi)莨茈娐贰＜拥阶內(nèi)莨苌系姆聪蚱珘簽榧拥阶內(nèi)莨苌系姆聪蚱珘簽? （8.4.3）5959圖中推導(dǎo)可得：圖中推導(dǎo)可得： Cj L1 C1 Cc 振蕩回路的等效電路振蕩回路的等效電路 （8.4.10） （8.4.4） （8.4.7）6060經(jīng)整理可得經(jīng)整理可得: 令令: （8.4.14）其中其中: （8.

27、4.17） （8.4.20）6161 （8.4.18）經(jīng)整理可得經(jīng)整理可得: （8.4.21） 6262上式說明，瞬時(shí)頻率的變化中含有以下成份：上式說明，瞬時(shí)頻率的變化中含有以下成份： 與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系的成份與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系的成份，其最大頻移：，其最大頻移： 中心頻率相對(duì)于未調(diào)制時(shí)的載波頻率產(chǎn)生的偏移為中心頻率相對(duì)于未調(diào)制時(shí)的載波頻率產(chǎn)生的偏移為: （8.4.22） 與調(diào)制信號(hào)各次諧波成線性關(guān)系的成份，其最大與調(diào)制信號(hào)各次諧波成線性關(guān)系的成份，其最大 頻移分別為：頻移分別為： （8.4.23） （8.4.24） （8.4.25）6363 以上討論的是以上討論的是 C相對(duì)于回路總電容相對(duì)

28、于回路總電容C很?。葱☆l很小（即小頻偏）的情況。如果偏）的情況。如果 C比較大則屬于大頻偏調(diào)頻。比較大則屬于大頻偏調(diào)頻。 646490MHz變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻電路分析變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻電路分析變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻實(shí)例變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻實(shí)例 6565 (a)(b)6666變?nèi)荻O管調(diào)頻電路變?nèi)荻O管調(diào)頻電路優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，工作頻率較高，容易獲得較大的頻偏，在電路簡(jiǎn)單，工作頻率較高，容易獲得較大的頻偏，在頻偏不需很大的情況下，非線性失真可以做得很小。頻偏不需很大的情況下，非線性失真可以做得很小。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：變?nèi)莨艿囊恢滦暂^差，大量生產(chǎn)時(shí)會(huì)給調(diào)試帶來某些變?nèi)莨艿囊恢滦暂^差，大量生產(chǎn)時(shí)會(huì)給調(diào)試帶來某些麻煩；另外

29、偏置電壓的漂移、溫度的變化會(huì)引起中心麻煩；另外偏置電壓的漂移、溫度的變化會(huì)引起中心頻率漂移，因此調(diào)頻波的載波頻率穩(wěn)定度不高。頻率漂移，因此調(diào)頻波的載波頻率穩(wěn)定度不高。6767晶體振蕩器直接調(diào)頻；晶體振蕩器直接調(diào)頻；采用自動(dòng)頻率控制電路；采用自動(dòng)頻率控制電路；利用鎖相環(huán)路穩(wěn)頻。利用鎖相環(huán)路穩(wěn)頻。 如何穩(wěn)定調(diào)頻波的中心頻率呢？通常采用以下三種方法：如何穩(wěn)定調(diào)頻波的中心頻率呢？通常采用以下三種方法：68688.5 8.5 晶體振蕩器直接調(diào)頻晶體振蕩器直接調(diào)頻通常利用變?nèi)荻O管控制晶體振蕩器的振蕩頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)通常利用變?nèi)荻O管控制晶體振蕩器的振蕩頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。晶體工作于串并聯(lián)諧振頻率之間，等效為一個(gè)

30、高品質(zhì)頻。晶體工作于串并聯(lián)諧振頻率之間，等效為一個(gè)高品質(zhì)因數(shù)的電感元件，作為振蕩回路元件之一。因數(shù)的電感元件，作為振蕩回路元件之一。變?nèi)荻O管接入振蕩回路方式：與石英晶體串聯(lián)或并聯(lián)變?nèi)荻O管接入振蕩回路方式：與石英晶體串聯(lián)或并聯(lián)調(diào)制信號(hào)控制變?nèi)荻O管結(jié)電容，使調(diào)制信號(hào)控制變?nèi)荻O管結(jié)電容，使晶體諧振頻率（串或并）發(fā)生變化，晶體諧振頻率（串或并）發(fā)生變化，其等效電抗發(fā)生變化，振蕩頻率發(fā)生其等效電抗發(fā)生變化，振蕩頻率發(fā)生變化，獲得調(diào)頻信號(hào)。但最大相對(duì)頻變化，獲得調(diào)頻信號(hào)。但最大相對(duì)頻移小移小10e-4量級(jí)。量級(jí)。并聯(lián)缺點(diǎn)變?nèi)莨軈?shù)的不穩(wěn)定直接影并聯(lián)缺點(diǎn)變?nèi)莨軈?shù)的不穩(wěn)定直接影響調(diào)頻信號(hào)中心頻率的穩(wěn)

31、定度響調(diào)頻信號(hào)中心頻率的穩(wěn)定度 串聯(lián)串聯(lián) 皮爾斯晶體振蕩器皮爾斯晶體振蕩器6969晶體直接調(diào)頻原理圖晶體直接調(diào)頻原理圖 工作原理工作原理7070 7171圖圖(a)是中心頻率為是中心頻率為4.0MHz的晶體調(diào)頻振蕩器的晶體調(diào)頻振蕩器的實(shí)際電路，圖的實(shí)際電路，圖(b)是它的交流等效電路。是它的交流等效電路。 50k 100 VCC 1F 調(diào)制信號(hào) 10k 470pF 20k 510 300pF 68pF 50/5pF 100k v VD FM出 JT 300pF 470pF JT Cj 68p+50/5pF 晶體振蕩器直接調(diào)頻電路圖晶體振蕩器直接調(diào)頻電路圖 (a)(b)72728.6 8.6 間

32、接調(diào)頻間接調(diào)頻采用穩(wěn)定度很高的振蕩器作為主振器，而且調(diào)制不在主振器采用穩(wěn)定度很高的振蕩器作為主振器，而且調(diào)制不在主振器中進(jìn)行，因此間接調(diào)頻的頻穩(wěn)度高，廣泛地用于廣播發(fā)射機(jī)中進(jìn)行，因此間接調(diào)頻的頻穩(wěn)度高，廣泛地用于廣播發(fā)射機(jī)和電視伴音發(fā)射機(jī)中。由前述間接調(diào)頻的原理圖可知，間接和電視伴音發(fā)射機(jī)中。由前述間接調(diào)頻的原理圖可知，間接調(diào)頻的關(guān)鍵在于如何實(shí)現(xiàn)調(diào)相。常用的調(diào)相方法主要有：調(diào)頻的關(guān)鍵在于如何實(shí)現(xiàn)調(diào)相。常用的調(diào)相方法主要有： 移相法調(diào)相；移相法調(diào)相； 矢量合成調(diào)相矢量合成調(diào)相; 脈沖調(diào)相；脈沖調(diào)相；8.6.1 8.6.1 調(diào)相的方法調(diào)相的方法73731.移相調(diào)相法移相調(diào)相法 晶體 振蕩器 移相網(wǎng)

33、絡(luò) = f(v) 調(diào)相波 移相法調(diào)相框圖移相法調(diào)相框圖 圖中圖中: 7474常用的移相網(wǎng)絡(luò)有多種形式，如常用的移相網(wǎng)絡(luò)有多種形式，如RC移相網(wǎng)絡(luò)、移相網(wǎng)絡(luò)、LC調(diào)諧回路移相網(wǎng)絡(luò)等。圖調(diào)諧回路移相網(wǎng)絡(luò)等。圖(a)介紹的是用變?nèi)莨軐?duì)介紹的是用變?nèi)莨軐?duì)LC調(diào)諧回路作可變移相的一種調(diào)相電路，圖調(diào)諧回路作可變移相的一種調(diào)相電路，圖(b)為為等效電路。等效電路。 100k1000pF0.02100k15k 1000pF1000pF+9V調(diào)相波Cj調(diào)制信號(hào)vvc載波R110kLR1 vc R Cj = f (v) L (a) (b) LC回路變?nèi)莨苷{(diào)相電路回路變?nèi)莨苷{(diào)相電路7575 （8.6.3） 100k

34、1000pF0.02100k15k 1000pF1000pF+9V調(diào)相波Cj調(diào)制信號(hào)vvc載波R110kL7676 2000pF47k47k5F22k2000pF22kCj2000pF22kCTPM 波輸出LLLCT載波信號(hào)輸 入調(diào)制信號(hào)470v+9V3pF1pF1pF5pF 三級(jí)三級(jí)LC回路變?nèi)莨苷{(diào)相電路回路變?nèi)莨苷{(diào)相電路7777上圖是三級(jí)單回路構(gòu)成的移相電路，每個(gè)回路的上圖是三級(jí)單回路構(gòu)成的移相電路，每個(gè)回路的Q值由可變電阻值由可變電阻(22k )調(diào)節(jié)，以使每個(gè)回路產(chǎn)生相等的相移。為了減小各回路之調(diào)節(jié)，以使每個(gè)回路產(chǎn)生相等的相移。為了減小各回路之間的相互影響，各回路之間均以小電容作間的相互

35、影響，各回路之間均以小電容作弱耦合弱耦合。這樣，電路總。這樣，電路總相移近似等于相移近似等于3個(gè)回路的相移之和。這種電路可在個(gè)回路的相移之和。這種電路可在90 范圍內(nèi)得到范圍內(nèi)得到線性調(diào)相。線性調(diào)相。如果各級(jí)回路之間的耦合電容過大，該電路不能看成是如果各級(jí)回路之間的耦合電容過大，該電路不能看成是3個(gè)別單回個(gè)別單回路的串接，而變成三調(diào)諧回路的耦合電路，這時(shí)，即使相移較小路的串接，而變成三調(diào)諧回路的耦合電路，這時(shí)，即使相移較小也會(huì)產(chǎn)生較大的非線性失真。也會(huì)產(chǎn)生較大的非線性失真。2000pF47k47k5F22k2000pF22kCj2000pF22kCTPM 波輸出LLLCT載波信號(hào)輸 入調(diào)制信號(hào)

36、470v+9V3pF1pF1pF5pF三級(jí)三級(jí)LC回路變回路變?nèi)莨苷{(diào)相電路容管調(diào)相電路78782.矢量合成調(diào)相法矢量合成調(diào)相法將調(diào)相波的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式展開，并以將調(diào)相波的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式展開，并以Ap代表代表kp，即得，即得調(diào)相波在調(diào)制指數(shù)小于調(diào)相波在調(diào)制指數(shù)小于0.5rad時(shí)，可以認(rèn)為是由兩個(gè)信號(hào)時(shí)，可以認(rèn)為是由兩個(gè)信號(hào)疊加而成：疊加而成： 一個(gè)是載波振蕩一個(gè)是載波振蕩A0cos 0t， 另一個(gè)是載波被抑制的雙邊帶調(diào)幅波另一個(gè)是載波被抑制的雙邊帶調(diào)幅波-A0APv (t)sin 0t， 兩者的相位差為兩者的相位差為/2 a(t)=A0cos 0tcosApv (t)-A0sinAPv (t)s

37、in 0t 若最大相移很小，若最大相移很小，Ap|v (t)| max 0，次級(jí)回路電壓次級(jí)回路電壓超前于初級(jí)回路電壓超前于初級(jí)回路電壓 一個(gè)小于一個(gè)小于 的角度的角度 。abV1 12 2V2 2 2 2abV212122CXMjVL rjXX2=XL2XC29494 當(dāng)當(dāng)finf0時(shí)，時(shí)，Z2呈容性，呈容性，0221212jCabMXVV eL ZZ2呈容性，呈容性，f0 0圖圖8.8.3 相位鑒頻器矢量圖相位鑒頻器矢量圖VD2V12VD190 - Vab2Vab2finf009696 （8.8.10） Vab C1 L1 M + C2 L2 c b b a D1 D2 R2 R1 C3 C4 a + V12 C5 L3 V12 + 9797 9898 vf+fmfmofm+fmvfo(a) 正極性鑒頻曲線正極性鑒頻曲線 (b) 負(fù)極性鑒頻曲線負(fù)極性鑒頻曲線圖圖(a)為正極性鑒頻曲線，鑒頻跨導(dǎo)為正極性鑒頻曲線，鑒