大三上-通信電路原理課件

笫6章

調(diào)制與解調(diào)

6.1幅度調(diào)制

6.2角度調(diào)制6.2.1角度調(diào)制的基本概念

6.2.1.1瞬時頻率和瞬時相位6.2.1.2角度調(diào)制的瞬時頻率和瞬時相位的關(guān)系6.2.1.3調(diào)頻波與調(diào)相波的數(shù)學(xué)表示式，頻移和相移6.2.2頻率調(diào)制信號的性質(zhì)6.2.2.1單頻正弦調(diào)頻6.2.2.2兩個正弦信號之和的調(diào)頻

6.2.3實現(xiàn)頻率調(diào)制的方法與電路6.2.4調(diào)頻波的解調(diào)方法與電路6.2.5數(shù)字信號的調(diào)制6.2.1角度調(diào)制的基本概念6.2.1.1瞬時頻率和瞬時相位余弦信號：全相角фc(t)：瞬時相位：稱某一時刻的全相角為瞬時相位。瞬時頻率：稱某一時刻的角頻率為瞬時頻率。6.2.1.2角度調(diào)制的瞬時頻率和瞬時相位的關(guān)系頻率調(diào)制的定義

使余弦信號的瞬時角頻率與調(diào)制信號成線性關(guān)系變化，而初始相位不變。相位調(diào)制的定義

保持余弦信號的中心角頻率不變，而使其瞬時相位與調(diào)制信號成線性關(guān)系變化。比例常數(shù)為：KF-[rad/s.v]；KP-[rad/v]2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年4舉例1：0t0t0t(V)21-1-26.2.1.3調(diào)角波的數(shù)學(xué)表示式、頻移和相移調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)有如下特點(diǎn)：mF表示相位偏移的最大值；mF可以小于1，可以大于1；mF正比于頻偏；mF反比于調(diào)制信號頻率。6.2.1.3調(diào)角波的數(shù)學(xué)表示式、頻移和相移（續(xù)1）調(diào)相波的調(diào)制指數(shù)只與調(diào)制信號幅度成正比；頻偏與調(diào)制信號幅度成正比；與調(diào)制信號的頻率也成正比。6.2.1.3調(diào)角波的數(shù)學(xué)表示式、頻移和相移（續(xù)2）2022年12月20日8《通信電路原理》--北航11年2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年96.2.2頻率調(diào)制信號的性質(zhì)由于頻率調(diào)制過程是非線性過程，疊加原理不能應(yīng)用。在本節(jié)中，主要分析單頻余弦信號調(diào)制下調(diào)頻波的性質(zhì)。6.2.2.1單頻余弦調(diào)頻假定調(diào)制信號為一單頻余弦波，并表示為：調(diào)頻波的表示式為：下面分析單頻余弦信號調(diào)制下，調(diào)頻波的頻譜。下式中，出現(xiàn)了兩個特殊函數(shù)。2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年106.2.2頻率調(diào)制信號的性質(zhì)（續(xù)1）利用三角函數(shù)公式，展開可得：其中，稱為宗數(shù)為的第一類貝塞爾函數(shù)。2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年11第一類貝塞爾函數(shù)2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年12第一類貝塞爾函數(shù)表格方式2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年13（1）第一類貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年14（1）第一類貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)（續(xù)1）貝塞爾函數(shù)圖2、1、隨著的增加，近似周期性地變化，且其峰值下降。3、4、對于某一固定的，有如下近似關(guān)系：5、對于某些值，（2）調(diào)頻波的頻譜特點(diǎn)1、調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)中：包含載波頻率分量（但是幅度小于1，與mF有關(guān)）；還包含無窮多個旁頻分量；各旁頻分量之間的距離是調(diào)制信號角頻率Ω；各頻率分量的幅度由貝塞爾函數(shù)決定；奇次旁頻分量的相位相反。單頻余弦信號調(diào)制下，調(diào)制指數(shù)mf=1時調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)2022年12月20日15《通信電路原理》--北航11年2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年16（2）調(diào)頻波的頻譜特點(diǎn)（續(xù)1）2、調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)制指數(shù)mF關(guān)系密切。mF愈大，則具有一定幅度的旁頻數(shù)目愈多，這是調(diào)頻波頻譜的主要特點(diǎn)。與標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅情況不同，調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)mF可大于1，而且通常應(yīng)用于大于1的情況。3、對于某些mF值，載頻分量或某次旁頻分量的幅度是零。舉例：mF=2.40,5.52,8.65……，載頻分量的幅度是零。利用這個特點(diǎn)可以校正或測量頻偏。在調(diào)整調(diào)頻發(fā)射機(jī)時，常用頻譜分析儀測量頻偏和調(diào)頻指數(shù)。測量方法通常采用載波幅度調(diào)零法。2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年17（2）調(diào)頻波的頻譜特點(diǎn)（續(xù)2）4、頻率調(diào)制不是將信號的頻譜在頻率軸上簡單地平移，而是將信號各頻率分量進(jìn)行非線性變換。因此，頻率調(diào)制既是一種非線性過程；又被稱為非線性調(diào)制。5、各頻率分量間的功率分配。因為調(diào)頻波是一個等幅波，所以它的總功率為常數(shù)，不隨調(diào)制指數(shù)的變化而變化，并且等于未調(diào)載波的功率；調(diào)制后，已調(diào)波出現(xiàn)許多頻率分量，這個總功率就分配到各分量。隨mF的不同，各頻率分量之間功率分配的數(shù)值不同。（3）調(diào)頻波的頻帶1、調(diào)頻波所占的帶寬，理論上說是無窮寬的，因為它包含有無窮多個頻率分量。2、但實際上，在調(diào)制指數(shù)一定時，超過某一階數(shù)的貝塞爾函數(shù)的值已經(jīng)相當(dāng)小，其影響可以忽略，這時則可認(rèn)為調(diào)頻波所具有的頻帶寬度是近似有限的。3、調(diào)頻波的頻帶寬度有兩種近似：忽略了小于0.01的分量：（集中99%以上的功率）忽略了小于0.1的分量：（集中98-99%的功率）2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年19（3）調(diào)頻波的頻帶（續(xù)1）4、下面分三種情況，說明對不同mF，調(diào)頻波帶寬的特點(diǎn)。第一種情況，，這時。上式簡化為：上式表明，在調(diào)制指數(shù)較小的情況下，調(diào)頻波只有角頻率分別為c和c的三個分量，它與用同樣調(diào)制信號進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅所得調(diào)幅波的頻帶寬度相同。通常，把這種情況的頻率調(diào)制稱為窄帶調(diào)頻。2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年20（3）調(diào)頻波的頻帶（續(xù)2）4、下面分三種情況，說明對不同mF，調(diào)頻波帶寬的特點(diǎn)。第二種情況，，這時。上式簡化為：上式表明，在調(diào)制指數(shù)較大的情況下，調(diào)頻波的帶寬等于二倍頻偏。通常，把這種情況的頻率調(diào)制稱為寬帶調(diào)頻。又稱為恒定帶寬調(diào)頻。第三種情況，mF介于前兩種情況之間。這時，調(diào)頻波的帶寬由Δf和F共同確定。5、多個正弦信號之和的調(diào)頻波的頻帶。2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年216.2.2.2兩個正弦信號之和的調(diào)頻2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年226.2.2.2兩個正弦信號之和的調(diào)頻（續(xù)1）當(dāng)兩個頻率不同的信號同時對一個載波進(jìn)行頻率調(diào)制時，所得調(diào)頻波的頻譜中，除有載波角頻率分量c及cn1和ck2分量外；還有cn1k2分量，它們是兩個調(diào)制信號頻率之間的組合頻率分量。頻帶寬度近似有限，公式相似。幾點(diǎn)補(bǔ)充說明：調(diào)頻波的三個頻率槪念：調(diào)頻波的中心角頻率c；調(diào)頻波的最大頻偏Δm；調(diào)頻波的調(diào)制信號角頻率Ω。恒定帶寬調(diào)頻槪念：在調(diào)制指數(shù)較大的情況下，調(diào)頻波的帶寬等于二倍頻偏。（Ω的高端和低端） 對于調(diào)頻波，當(dāng)Ω減小，mF增加，則具有一定幅度的旁頻數(shù)目愈多，帶寬增加。Ω減小，則各旁頻分量之間的距離減小，帶寬減小。對于調(diào)相波，頻帶寬度在調(diào)制信號頻率的高端和低端相差很大，所以對頻帶的利用是不經(jīng)濟(jì)的。2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年24幾點(diǎn)補(bǔ)充說明：（續(xù)1）FM中的預(yù)加重和去加重技術(shù)幾乎所有的消息信號（例如：語言、音樂、圖象等），其功率密度都是隨頻率的增加而降低的。因此，在調(diào)頻時，調(diào)制信號頻譜的高端所產(chǎn)生的頻偏就很小。

但是，鑒頻器輸出端的噪聲功率密度隨著頻率的增加而按拋物線規(guī)律增加的。結(jié)果，在調(diào)制頻率的高頻段，信噪比將大大下降。

所以，在相同的噪聲/干擾電壓下，調(diào)制信號頻率高端的信噪比要比頻率低端的信噪比低。在FM中，采用預(yù)加重（發(fā)射機(jī)）和去加重（接收機(jī)）技術(shù)，可以改善噪聲性能（調(diào)頻廣播：～10dB）。2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年25幾點(diǎn)補(bǔ)充說明：（續(xù)2）FM中的預(yù)加重和去加重技術(shù)預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)：調(diào)制前，在發(fā)射機(jī)中加強(qiáng)調(diào)制信號頻率高端的振幅。（在調(diào)制信號頻率低端振幅不變）去加重網(wǎng)絡(luò)：解調(diào)后，在接收機(jī)中對調(diào)制信號頻率高端進(jìn)行衰減；去加重恢復(fù)了預(yù)加重時對原始調(diào)制信號的改變，對有用調(diào)制信號的影響是相互抵消的；在調(diào)制信號的整個頻偏內(nèi)，預(yù)加重和去加重產(chǎn)生一個均勻的信噪比。預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)為高通（微分），去加重網(wǎng)絡(luò)為低通（積分）。在FM中，預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)和去加重網(wǎng)絡(luò)的頻率轉(zhuǎn)折點(diǎn)大約為2.12KHz，RC時間常數(shù)約為75μs。2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年26幾點(diǎn)補(bǔ)充說明：（續(xù)3）預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)：調(diào)制前，在發(fā)射機(jī)中加強(qiáng)調(diào)制信號頻率高端的振幅。（在調(diào)制信號頻率低端振幅不變）2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年27幾點(diǎn)補(bǔ)充說明：（續(xù)4）去加重網(wǎng)絡(luò)：在調(diào)制信號的整個頻偏內(nèi)，預(yù)加重和去加重產(chǎn)生一個均勻的信噪比。2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年28mF（）幾點(diǎn)補(bǔ)充說明：（續(xù)5）123456789102.4055.528.6511.7914.9318.0721.2124.3527.4930.63用載波幅度調(diào)零法測量頻偏：用數(shù)字頻率計精確測出調(diào)制信號的頻率（如為10KHz）。然后觀察顯示的頻譜，逐漸增加頻偏（使調(diào)頻指數(shù)從小于1的數(shù)值增加），使已調(diào)制信號（調(diào)頻波）的幅度出現(xiàn)第一個零度。此時調(diào)頻指數(shù)為2.405，于是可以求出最大頻偏為24.05KHz。用用這種方法可以校正調(diào)頻發(fā)射機(jī)的頻偏刻度。

幅度零值出現(xiàn)次數(shù)角度調(diào)制小結(jié)角度調(diào)制的基本概念瞬時頻率和瞬時相位角度調(diào)制的瞬時頻率和瞬時相位的關(guān)系調(diào)頻波與調(diào)相波的數(shù)學(xué)表示式，頻移和相移角度調(diào)制小結(jié)（續(xù)1）頻率調(diào)制信號的性質(zhì)信號的數(shù)學(xué)表示式、波形圖調(diào)頻波的頻譜特點(diǎn)：1、調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)；2、調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)制指數(shù)mF關(guān)系密切；3、對于某些mF值，載頻分量或某次旁頻分量的幅度是零；4、頻率調(diào)制既是一種非線性過程，又被稱為非線性調(diào)制；5、各頻率分量間的功率分配。調(diào)頻波的頻帶：1、調(diào)頻波所占的帶寬，理論上說是無窮寬的；2、可認(rèn)為調(diào)頻波的頻帶寬度是近似有限的；3、調(diào)頻波的頻帶寬度有兩種近似；4、對不同mF，調(diào)頻波帶寬的特點(diǎn)；5、多個正弦信號之和的調(diào)頻波的頻帶。2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年31舉例2：由頻譜結(jié)構(gòu)確定調(diào)制指數(shù)調(diào)頻波的幅度是1V,頻譜結(jié)構(gòu)示于下圖。求調(diào)頻波的頻帶；調(diào)頻波的最大頻偏;調(diào)制信號是：求調(diào)頻波表示式中的，，。0.260.490.490.310.310.040.340.340.130.130.04(MHZ)0.12022年12月20日《通信電路原理》--北航11年32舉例3：調(diào)頻波中的載波分量功率

未調(diào)載波功率；標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波中的載波分量功率

未調(diào)載波功率；調(diào)頻波中的總功率

未調(diào)載波功率。（大于，等于，小于）2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年33習(xí)題十三：6-14，6-15，6-17

CAD10_（補(bǔ)充）

2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年346-15：2022年12月20日《通信電路原理》--北航11年35CAD10_