物理學(xué)院高頻電子線路g7-1

第7章角度調(diào)制與解調(diào)第一節(jié)角度調(diào)制信號(hào)分析第二節(jié)調(diào)頻器與調(diào)頻方法第三節(jié)調(diào)頻電路第四節(jié)鑒頻器與鑒頻方法第五節(jié)鑒頻電路第六節(jié)調(diào)頻收發(fā)信機(jī)及附屬電路第七節(jié)調(diào)頻多重廣播

兩種調(diào)制都會(huì)使載波的瞬時(shí)相位隨調(diào)制信號(hào)變化，所以通稱為角度調(diào)制。調(diào)角波的振幅不隨調(diào)制信號(hào)變化。

角度調(diào)制分為兩種，一種是頻率調(diào)制另外一種是相位調(diào)制。頻率調(diào)制：調(diào)制信號(hào)對(duì)載波的頻率進(jìn)行控制，使載波的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)作線性變化，實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。相位調(diào)制：調(diào)制信號(hào)對(duì)載波的相位進(jìn)行控制，使載波的瞬時(shí)相位隨調(diào)制信號(hào)作線性變化，實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制。缺點(diǎn)：頻帶比調(diào)幅寬，調(diào)角系統(tǒng)比相應(yīng)的調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)雜。調(diào)角波的特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，廣播音質(zhì)好，發(fā)射設(shè)備利用率高等。調(diào)頻應(yīng)用于廣播、電視、通信等，在模擬通信中調(diào)頻比調(diào)相應(yīng)用廣泛，在數(shù)字通信中調(diào)相比調(diào)頻應(yīng)用廣泛。第一節(jié)角度調(diào)制信號(hào)分析一、調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域分析1、調(diào)頻信號(hào)的表達(dá)式與波形（1）載波信號(hào)瞬時(shí)角頻率：瞬時(shí)相位：瞬時(shí)相位：瞬時(shí)角頻率：(為簡(jiǎn)化分析通常設(shè)）（2）瞬時(shí)頻率與瞬時(shí)相位的關(guān)系（3）單音調(diào)制載波信號(hào)調(diào)頻信號(hào)瞬時(shí)角頻率Δωm

最大角頻偏，與kfUΩ成正比，是偏離載波角頻率的最大值。kf

調(diào)頻靈敏度，單位rad/s.v，表示單位信號(hào)強(qiáng)度引起的頻率變化。調(diào)制信號(hào)瞬時(shí)相位是初始相位，為分析方便設(shè)為0。稱為調(diào)頻指數(shù)其值可以大于1，也可以小于1，但一般應(yīng)用于大于的情況。mf與Ω成反比，與UΩ成正比。FM波的表示式為3、調(diào)頻信號(hào)的基本參數(shù)與kfUΩ成正比。調(diào)頻靈敏度

kf

，單位rad/s.v調(diào)頻指數(shù)mf最大角頻偏在單音調(diào)制下，調(diào)頻波有以下特點(diǎn)：（1）瞬時(shí)頻率按調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，線性變化。（2）在kf一定時(shí)，最大角頻偏Δωm與調(diào)制信號(hào)振幅成正比。（3）調(diào)頻波的幅度為常數(shù)。（4）調(diào)頻指數(shù)mf與調(diào)制信號(hào)振幅成正比與調(diào)制信號(hào)的頻率成反比。二、調(diào)頻信號(hào)的頻域分析1．調(diào)頻波的展開(kāi)式單音調(diào)制時(shí)

ejMfsint

是

的周期性函數(shù)，它的傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)式為式中是宗數(shù)為Mf的n

階第一類貝塞爾函數(shù)。它可以用無(wú)窮級(jí)數(shù)進(jìn)行計(jì)算:3．調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)+UcJ2(mf)[cos(c+2)t+cos(c-2)t]第二對(duì)邊頻+

UcJ3(mf)[cos(c+3)t-cos(c-3)t]第三對(duì)邊頻+uFM(t)=UcJ0(mf)cosct載頻

+UcJ1(mf)[cos(c+)t-cos(c-)t]第一對(duì)邊頻(1)單音調(diào)頻信號(hào)的頻譜由載波分量和無(wú)數(shù)對(duì)邊頻分量所組成。其中，n為奇數(shù)的上、下邊帶分量的振幅相等，極性相反；而n為偶數(shù)的上、下邊頻分量的振幅相等，極性相同。(3)載波和各邊頻分量的振幅均隨mf

而變化。當(dāng)mf=2.40，5.52，8.65…時(shí)，載波分量振幅等于零；而當(dāng)mf

為某些其它特定值時(shí)，又可使某些邊頻分量振幅等于零。(2)譜線間隔為Ω（1）Jn(mf)似周期變化，且幅值下降。（3）（4）（2）2．貝塞爾函數(shù)的特點(diǎn)4、調(diào)頻波的信號(hào)帶寬

調(diào)角信號(hào)的頻譜包括無(wú)限多對(duì)邊頻分量，它的頻譜寬度應(yīng)無(wú)限大。當(dāng)mf一定時(shí)，n

↑→Jn(m)↓n>mf

時(shí)，Jn(m)

的數(shù)值已很小，且其值隨著n

的增加而迅速下降。Bs=2nF∵各頻率分量，為譜線間隔為F。∴考慮n個(gè)的邊頻分量時(shí)：通常采用的準(zhǔn)則是,信號(hào)的頻帶寬度應(yīng)包括幅度大于未調(diào)載波1%以上的邊頻分量,即

|Jn(mf)|≥0.01（1）當(dāng)mf很大時(shí),需要考慮的邊頻數(shù)n比mf趨近于1。因此當(dāng)mf>>1時(shí),應(yīng)將n=mf的邊頻包括在頻帶內(nèi),此時(shí)帶寬為滿足以上關(guān)系時(shí)n/mf曲線

Bs=2nF=2mfF=2Δfm

當(dāng)mf很小時(shí),如mf<0.5,此時(shí)稱為窄帶調(diào)頻Bs=2F（2）卡森公式

當(dāng)

n>mf+1

時(shí)，Jn(mf)

恒小于

0.1。因此，為了方便起見(jiàn)，調(diào)角信號(hào)的有效頻譜寬度可用卡森公式進(jìn)行估算：作為調(diào)頻信號(hào)時(shí)，由于fm

與U

成正比，因而，當(dāng)U

即fm

一定時(shí)，mf較大時(shí)，Bs

也就一定，與F

近似無(wú)關(guān)。

以上討論了單音調(diào)制時(shí)兩種調(diào)角信號(hào)的有效頻譜寬度。如果調(diào)制信號(hào)為復(fù)雜信號(hào)，則調(diào)角信號(hào)的頻譜分析就十分繁瑣。但是，實(shí)踐表明，復(fù)雜信號(hào)調(diào)制時(shí)，復(fù)雜調(diào)制信號(hào)頻寬大多數(shù)調(diào)頻信號(hào)占有的頻譜寬度仍可用單音調(diào)制時(shí)的公式表示，僅需將其中的

F

用調(diào)制信號(hào)中最高調(diào)制頻率

Fmax

取代，fm

用最大頻偏取代。三、調(diào)頻波的功率調(diào)頻信號(hào)uFM(t)在電阻RL上消耗的平均功率為由于余弦項(xiàng)的正交性,總和的均方值等于各項(xiàng)均方值的總和。四、調(diào)頻波與調(diào)相波的比較1、調(diào)相波瞬時(shí)相位：設(shè)φ0=0mp調(diào)相指數(shù)，正比與UΩ，其值可以大于1。載波信號(hào)

調(diào)制信號(hào)數(shù)學(xué)表示式：瞬時(shí)角頻率：PM波的頻譜及帶寬,其分析方法與FM相同。調(diào)相信號(hào)帶寬為Bs=2(mp+1)F當(dāng)

U

一定，由小增大時(shí)：

FM

中的

m

不變，而

mf

則成反比地減小。

PM中的

mp

不變，而

m

呈正比地增加。(對(duì)通頻帶有影響）2．調(diào)頻波與調(diào)相波的比較

(2)作為調(diào)相波時(shí)，由于fm=mPF

，其中mP與U

成正比，因而當(dāng)U

一定時(shí)，Bs與F

成正比的增加。(1)作為調(diào)頻信號(hào)時(shí)，由于fm

與U

成正比，因而，當(dāng)U

即fm

一定時(shí)，Bs

也就一定，與F

無(wú)關(guān)∵類型物理量Um(t)(t)u(t)調(diào)

幅

信

號(hào)調(diào)

頻

信

號(hào)調(diào)

相

信

號(hào)Uc+kau(t)cct+0[Uc+kau(t)]cos(ct+0)恒值

c

+kfu(t)Uccos[ct+kf+0]恒值ct+kpu(t)+0Uccos[ct+

kpu(t)+0](2)調(diào)頻、調(diào)相比較一個(gè)調(diào)頻信號(hào)可以看成為

(t)按調(diào)制信號(hào)的時(shí)間積分值規(guī)律變化的調(diào)相信號(hào)區(qū)別(按調(diào)制信號(hào)規(guī)律線性變化的物理量)一個(gè)調(diào)相信號(hào)可看成

(t)按調(diào)制信號(hào)的時(shí)間導(dǎo)數(shù)值規(guī)律變化的調(diào)頻信號(hào)相

同調(diào)

頻

信

號(hào)調(diào)相信

號(hào)(t)和

(t)都同時(shí)受到調(diào)變(t)(t)聯(lián)

系

例1：在調(diào)頻廣播系統(tǒng)中，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

(fm)max=75kHz，

Fmax=15kHz，通過(guò)計(jì)算求得BW0.01=2LFmax=2815=240kHz

因此，實(shí)際選取的頻譜寬度為

200kHz，即二值的折衷值。

例2：利用近似公式計(jì)算以下三種情況下的調(diào)頻波的頻帶寬度。

(1)fm=75kHz，

Fmax=0.1kHz，

(2)fm=75kHz，

Fmax=1k