頻譜的非線性搬移

頻譜的非線性搬移第1頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四全相角可以用旋轉(zhuǎn)矢量在橫軸上的投影表示。一、調(diào)角信號的時域特性§8-1調(diào)角波的基本特性

1、瞬時頻率和瞬時相位0t0=t1tt=)(tw余弦信號全相角:（角頻率是常數(shù)）初始相位瞬時角頻率瞬時相位第2頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四2、調(diào)頻信號在頻率調(diào)制時，使余弦信號的瞬時角頻率與調(diào)制信號成線性關系變化，而初始相位不變。調(diào)頻信號ωc為中心角頻率（即載波角頻率）kf為比例常數(shù)，單位是rad/s·v瞬時角頻率為：瞬時相位為：第3頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四3、調(diào)相信號相位調(diào)制時，保持余弦信號的中心角頻率不變，而使其瞬時相位與調(diào)制信號成線性關系變化。調(diào)相信號瞬時相位為：kp為比例常數(shù)，單位是rad/v瞬時角頻率為：第4頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四4、單音調(diào)角波的數(shù)學表示式、頻移和相移假定未調(diào)載波表示為：調(diào)制信號為：

調(diào)頻波的瞬時角頻率為：頻移的幅度，稱為最大頻偏或簡稱頻偏:瞬時角頻偏：第5頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四調(diào)頻波的瞬時相位附加相移部分：調(diào)頻波的最大附加相移為調(diào)頻指數(shù)Mf：Mf可以小于1，也可大于1

正比于，反比于。第6頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四調(diào)頻波的數(shù)學表示式以單頻余弦波作調(diào)制信號的調(diào)頻波，其主要性質(zhì)有：頻偏決定于調(diào)制信號的振幅，瞬時頻率的變化規(guī)律決定于調(diào)制信號的變化規(guī)律。調(diào)頻波的幅度為常數(shù)。調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)可大于1，而且通常應用于大于1的情況。調(diào)制指數(shù)與頻偏成正比，與調(diào)制頻率成反比。第7頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四調(diào)相波的數(shù)學表示式調(diào)相波的瞬時相位為：調(diào)相波的最大附加相移Mp稱為調(diào)相指數(shù)調(diào)相波的瞬時角頻率為：調(diào)相波：瞬時角頻偏為：第8頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四單音調(diào)角信號參數(shù)比較表達式最大附加相移（調(diào)制指數(shù)）最大頻偏附加相位瞬時相位瞬時角頻偏瞬時角頻率相位調(diào)制頻率調(diào)制第9頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四單音調(diào)制波形第10頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四二、調(diào)角信號的頻域特性調(diào)制信號為：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。式中，出現(xiàn)了兩個特殊函數(shù)。第11頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四利用三角函數(shù)公式，展開可得：第12頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四1、第一類貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)：第13頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四2、調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)包含載波頻率分量（但是幅度小于1，與Mf有關。)；還包含無窮多個邊頻分量；各邊頻分量之間的距離是調(diào)制信號角頻率；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。0.770.440.440.110.110.020.02第14頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)制指數(shù)Mf

關系密切。Mf愈大，則具有一定幅度的邊頻數(shù)目愈多。對于某些Mf值，載頻分量或某次邊頻分量的幅度是零。頻率調(diào)制不是將信號的頻譜在頻率軸上直接平移,而是將信號各頻率分量進行非線性變換。因此，頻率調(diào)制又稱為非線性調(diào)制。各頻率分量間的功率分配。調(diào)頻波的功率等于未調(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。頻譜結(jié)構(gòu)特點第15頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四3、調(diào)頻波的頻帶寬度調(diào)頻波的頻帶寬度有兩種近似：忽略小于0.01的分量：（集中99%以上的功率）忽略小于0.1的分量：（集中98-99%的功率）卡森（Carson）公式理論上，調(diào)頻波包含有無窮多個頻率分量，其帶寬是無窮寬的；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)相當小，其影響可以忽略，這時則可認為調(diào)頻波所具有的頻帶寬度是近似有限的第16頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四不同Mf時的調(diào)頻波帶寬上式表明，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和的三個分量，它與用同樣調(diào)制信號進行標準調(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。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。介于前兩種情況之間。第17頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四恒定帶寬調(diào)頻槪念調(diào)制指數(shù)較大時，調(diào)頻波的帶寬等于二倍頻偏。對于調(diào)相波，。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)濟的。對于調(diào)頻波，，當減小，增加。增加，則具有一定幅度的邊頻數(shù)目愈多，帶寬增加。減小，則各旁頻分量之間的距離減小，帶寬減小。最大頻偏第18頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四復雜頻率信號的調(diào)角信號的頻譜當兩個頻率不同的信號同時對一個載波進行頻率調(diào)制時，所得調(diào)頻波的頻譜中，除有載波角頻率分量及和分量外，還有分量,它們是兩個調(diào)制信號頻率之間的組合頻率分量。復雜調(diào)角信號頻帶寬度：第19頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四調(diào)頻波的功率第20頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四使振蕩器的頻率隨調(diào)制信號成線性關系變化。如：變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路。§8-2調(diào)頻電路一、調(diào)制原理概述1、直接調(diào)頻優(yōu)點：易于得到比較大的頻偏。缺點：中心頻率的穩(wěn)定度不易做得很高。2、間接調(diào)頻優(yōu)點：載波中心頻率穩(wěn)定度較好第21頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四二、調(diào)頻電路的技術指標1、調(diào)制特性定義：振蕩器的頻率偏移與調(diào)制電壓的關系稱為調(diào)制特性，表示為：在一定電壓范圍內(nèi)，調(diào)制特性應近似為直線特性。2、調(diào)制靈敏度單位調(diào)制電壓變化產(chǎn)生的頻偏在調(diào)制電壓作用下，所能達到的最大頻率偏移。3、最大頻偏第22頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四4、中心頻率穩(wěn)定度調(diào)頻信號的瞬時頻率是以穩(wěn)定的中心頻率（載波頻率）為基準變化的。如果中心頻率不穩(wěn)定，就有可能使調(diào)頻信號的頻譜落到接收機通帶范圍之外，以致不能保證正常通信。因此，對于調(diào)頻電路，不僅要滿足頻偏的要求，而且要使中心頻率保持足夠高的穩(wěn)定度。第23頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四三、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路1、變?nèi)荻O管的特性PN結(jié)反向偏置時，勢壘電容隨反偏電壓改變0VC

C0為V=0時變?nèi)莨艿牡刃щ娙荨?/p>

γ為變?nèi)葜笖?shù)，大小取決于PN結(jié)的結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)分布情況。緩變結(jié)變?nèi)莨?，其?1/3；突變結(jié)變?nèi)莨?，其?1/2；超突變結(jié)變?nèi)莨埽洇?1～4。

VB為內(nèi)建電位差，硅管約為0.7V，鍺管約為0.2V。第24頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四因，故。第25頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四2、變?nèi)莨茏龌芈房傠娙菘烧归_為：可得調(diào)制特性為：利用展開式：變?nèi)莨苷{(diào)頻電路中，變?nèi)莨芄ぷ髟讦?2的區(qū)域中心頻率的偏移非線性失真第26頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四第27頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四3、變?nèi)莨懿糠纸尤氲闹苯诱{(diào)頻電路第28頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四第29頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四電容C1C2對頻率的影響第30頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四變?nèi)莨懿糠纸尤氲闹苯诱{(diào)頻電路90MHz高頻通路第31頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四晶體振蕩器直接調(diào)頻電路100MHz無線話筒中的發(fā)射機第32頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四四、間接調(diào)頻先將調(diào)制信號進行積分處理，再進行調(diào)相而得到調(diào)頻波，其方框如下圖所示。優(yōu)點：載波中心頻率穩(wěn)定度較好。調(diào)相器：矢量合成法?？勺兿嘁品??？勺儠r延法。第33頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四1、矢量合成法調(diào)相電路振蕩器移相網(wǎng)絡相乘器加法器產(chǎn)生窄帶調(diào)相信號第34頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四2、可變相移法調(diào)相電路振蕩器可控相移網(wǎng)絡＋－回路對載波失諧較小,則并聯(lián)回路失諧產(chǎn)生相移第35頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四第36頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四3、可變時延法調(diào)相電路振蕩器可控延時網(wǎng)絡教材P280脈沖調(diào)相電路。第37頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四四、間接調(diào)頻與直接調(diào)頻電路比較直接調(diào)頻電路可產(chǎn)生較大頻偏

但最大相對頻偏受調(diào)制非線性限制間接調(diào)頻電路最大線性相移小，即Mp（Mf）小且最大頻偏受調(diào)制非線性限制第38頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四五、擴展最大頻偏的辦法倍頻器：混頻器：直接調(diào)頻電路：相對頻偏受限制，可采用高頻率調(diào)制，再降低載波。間接調(diào)頻電路：最大頻偏受限制，可采用低頻率調(diào)制，提高相對頻偏，再提高載波。第39頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四§5-3調(diào)頻波解調(diào)電路作用：從已調(diào)波中撿出反映在頻率或相位上的調(diào)制信號。調(diào)頻波的解調(diào)稱為頻率檢波，簡稱鑒頻調(diào)相波的解調(diào)稱為相位檢波，簡稱鑒相第40頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四一、鑒頻電路的主要性能指標1、鑒頻線性性3、鑒頻靈敏度2、鑒頻線性范圍鑒頻特性：鑒頻電路輸出低頻解調(diào)電壓與輸入調(diào)頻信號瞬時頻偏的關系。理想鑒頻特性應該為線性。單位頻偏產(chǎn)生的輸出電壓的大小（鑒頻跨導）第41頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四二、調(diào)角信號的解調(diào)原理1、鑒頻原理方法二：限幅鑒頻方法一：鎖相鑒頻頻幅轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡包絡檢波包絡檢波鑒頻頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡鑒相相位鑒頻變換器限幅器非線性變換網(wǎng)絡低通或脈沖計數(shù)器脈沖計數(shù)式鑒頻第42頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四包絡檢波型鑒頻器頻幅轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡包絡檢波包絡檢波鑒頻據(jù)線性變換網(wǎng)絡不同，分為：

斜率鑒頻、疊加型相位鑒頻包絡檢波第43頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四非線性變換網(wǎng)絡低通或脈沖計數(shù)器脈沖計數(shù)式鑒頻調(diào)頻信號的信息寄托在已調(diào)波的頻率上。從某種意義上講，信號頻率就是信號電壓或電流波形單位時間內(nèi)過零點(或零交點)的次數(shù)。對于脈沖或數(shù)字信號，信號頻率就是信號脈沖的個數(shù)?；谶@種原理的鑒頻器稱為零交點鑒頻器或脈沖計數(shù)式鑒頻器。第44頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四2、鑒相原理乘法器LP載波提取900相移疊加型相位鑒頻包絡檢波器＋－＋－＋－＋－＋－第45頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四三、LC回路的頻幅和頻相轉(zhuǎn)換特性第46頁，共53頁，2023年，2月20日，星期四四、鑒頻器電路1、斜率鑒頻電路LC構(gòu)成單失諧回路CRL構(gòu)成低通濾波器＋－