第6章 角度調(diào)制與解調(diào)

第6章角度調(diào)制與解調(diào)調(diào)角波的基本性質(zhì)調(diào)頻波調(diào)相波調(diào)頻電路直接調(diào)頻間接調(diào)頻鑒頻器斜率鑒頻相位鑒頻內(nèi)容提要特點：（1）非線性調(diào)制；

角度調(diào)制：用調(diào)制信號控制高頻載波的瞬時頻率或瞬時相位，使高頻載波的瞬時頻率或瞬時相位隨調(diào)制信號的大小而變化的調(diào)制方式。角度調(diào)制后已調(diào)波的振幅保持不變。（2）抗干擾性強：因為干擾信號體現(xiàn)在信號的幅度上，而調(diào)角信號的信息體現(xiàn)在瞬時頻率或相位上。解調(diào)之前可用限幅電路去掉干擾信號。從已調(diào)波中檢取出原調(diào)制信號的過程稱為解調(diào):(AM)振幅解調(diào)——檢波

(FM)頻率解調(diào)——鑒頻

(detection)

(frequencydiscrimination)(PM)相位解調(diào)——鑒相(phasediscrimination)調(diào)頻與調(diào)相都引起相角變化，統(tǒng)稱為角度調(diào)制；調(diào)角波沒有引起振幅變化，所以為等幅波。角度調(diào)制信號的基本特征設高頻信號：若沒有調(diào)制：與初相位

為常數(shù)角度調(diào)制時：頻率和相角都是變量瞬時角頻率瞬時相角6.1.1調(diào)角波的基本性質(zhì)6-1、試求

的瞬時角頻率？

6-2、試求

在t=0時的瞬時角頻率？

例題瞬時角頻率瞬時相角調(diào)頻波數(shù)學表達式、頻偏及相偏波形調(diào)相波數(shù)學表達式、頻偏及相偏波形調(diào)角波的頻譜與帶寬單頻調(diào)制時調(diào)頻波與調(diào)相波的比較6.1.1調(diào)頻信號與調(diào)相信號6.1.2調(diào)頻波調(diào)頻波（FM）：瞬時角頻率與調(diào)制信號成線性關系，而初始相位不變。瞬時角頻移

載波“中心”頻率

最大角頻偏

調(diào)頻靈敏度

瞬時角頻率最大角頻偏指由調(diào)制信號引起的瞬時角頻率偏離中心角頻率的最大值。

6.1.2調(diào)頻波調(diào)頻指數(shù)：

調(diào)頻波表達式：瞬時角頻率瞬時相角調(diào)頻信號波形

VCM調(diào)相波（PM）：瞬時相位與

成線性關系瞬時相位

瞬時相移

調(diào)相指數(shù)為瞬時相移的最大值(最大相位偏移)

調(diào)相靈敏度單位為6.1.3調(diào)相波由瞬時相位與所對應的瞬時角頻率之間的關系，可得：最大角頻偏:

PM波的表達式調(diào)相波的波形示意

FM波

PM波(1)瞬時頻率：(2)瞬時相位：

(3)最大頻偏(4)最大相位：

(5)表達式:

調(diào)頻信號與調(diào)相信號的比較單音調(diào)角信號參數(shù)比較頻率調(diào)制FM相位調(diào)制PM瞬時角頻率瞬時角頻偏瞬時相位附加相位最大頻偏最大附加相移（調(diào)制指數(shù)）表達式判斷是調(diào)頻、調(diào)相？單音調(diào)制波形討論：mp

ΔωmΔωmΩmfΩ（1）FM波：（2）PM波：

例題6.1

為了產(chǎn)生一個調(diào)頻信號，假設載波信號為，調(diào)制信號為，單位電壓產(chǎn)生的頻偏。求：

(1)

寫出該調(diào)頻信號的數(shù)學表達式；

(2)最大角頻偏和最大頻偏；

(3)調(diào)頻指數(shù)和最大相位偏移。最大角頻偏

調(diào)頻指數(shù)：

作業(yè)：6-26-5習題：6-1實驗五高頻諧振功率放大器實驗性質(zhì)：驗證性實驗實驗內(nèi)容：1.調(diào)試諧振功放電路特性，觀察各點輸出波形。2.改變輸入信號大小，觀察諧振功率放大器的放大特性。3.改變負載電阻值，觀察諧振功率放大器的負載特性。實驗目的與要求：1、進一步理解諧振功率放大器的工作原理及負載阻抗和激勵信號電壓變化對其工作狀態(tài)的影響。2、掌握諧振功率放大器的調(diào)諧特性、放大特性和負載特性。注意要點：遵守實驗室的各項規(guī)章制度單音調(diào)角信號參數(shù)比較頻率調(diào)制相位調(diào)制瞬時角頻率瞬時角頻偏瞬時相位附加相位最大頻偏最大附加相移（調(diào)制指數(shù)）表達式6.1.4調(diào)角波的頻譜及頻帶寬度

單音調(diào)制的調(diào)頻波與調(diào)相波具有類似的頻譜結構，復雜的調(diào)制信號可用多個單音調(diào)制信號疊加而成。如如果用m代替mf或

mp，且令則單頻率調(diào)制的調(diào)角信號的表示式可統(tǒng)一表達成為：

式中：

稱為第一類貝塞爾函數(shù)，當m，n一定時，為定系數(shù)，

其值可以由曲線和函數(shù)表查出。所以：

利用三角函數(shù)積化和差公式：所以上式最終可表示為：

討論：在單一頻率信號調(diào)制下，調(diào)角信號頻譜具有的特點：

FM/PM信號的頻譜由載頻

和無限對上，下邊頻分量

組成.

:上,下邊頻分量

,與m和n的大小有關。Ωωcω調(diào)制信號uΩ載波uo所以有

:由第一類貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)：

ωFM/PM的頻譜ωc-2Ωωc-3Ωωc-4Ωωc-Ωωc+Ωωc+2Ωωc+3Ωωc+4Ωωcmf=3調(diào)頻信號的頻譜(p127)調(diào)角波的頻譜與帶寬頻譜分布特點：BW≈2mF=2△fm（寬帶調(diào)角信號）

帶寬估算方法（卡爾遜公式）：當m遠小于1時：當m遠大于1時：BW=2F（窄帶調(diào)角信號）例6.2

在給定

時，若調(diào)制信號頻率分別為，試求這幾種情況下的調(diào)頻波的有效頻譜寬度。(p128)帶寬估算方法（卡爾遜公式）：調(diào)角信號的功率分布根據(jù)貝塞爾函數(shù)性質(zhì)可知

調(diào)角信號的平均功率

調(diào)角波的平均功率等于各個頻率成分的平均功率之和。

平均功率與調(diào)角信號的振幅有關，等于未調(diào)制的載波功率，而與調(diào)制指數(shù)m無關。當調(diào)角振幅一定時，其平均功率也就一定，改變m的值可以改變載波分量和各邊頻分量之間的功率重新分配，但總功率不會改變。例題：為了產(chǎn)生一個調(diào)頻波，假設載波信號為，調(diào)制信號為，且單位電壓產(chǎn)生的頻偏為。求：（1）寫出瞬時相位、瞬時角頻率；（2）寫出該調(diào)頻波的表達式；（3）單位電阻上消耗的平均功率。習題6-36-46-66-7單音調(diào)角信號參數(shù)比較頻率調(diào)制相位調(diào)制瞬時角頻率瞬時角頻偏瞬時相位附加相位最大頻偏最大附加相移（調(diào)制指數(shù)）表達式最終表達式可表示為：

帶寬估算方法（卡爾遜公式）：根據(jù)貝塞爾函數(shù)性質(zhì)可知

調(diào)角信號的平均功率

6.2調(diào)頻電路直接調(diào)頻電路變?nèi)荻O管調(diào)相電路矢量合成法間接調(diào)頻可變時延法調(diào)相間接調(diào)頻電路變?nèi)荻O管調(diào)頻電路晶體振蕩器調(diào)頻電路6.2.1概述1產(chǎn)生調(diào)頻波的方法（1）直接調(diào)頻調(diào)頻波的瞬時頻率與調(diào)制信號成正比。用調(diào)制信號直接控制載波振蕩器的振蕩頻率，使振蕩頻率隨調(diào)制信號變化。調(diào)制信號振蕩器調(diào)頻信號fosc主要決定于回路的元件參數(shù)L和C，所以只要調(diào)制信號去控制振蕩回路的L和C，就可達到產(chǎn)生調(diào)頻信號的目的。例如變?nèi)荻O管的調(diào)頻。（2）間接調(diào)頻調(diào)頻波的瞬時相位與調(diào)制信號積分成正比。積分電路調(diào)相器調(diào)頻波晶體振蕩器用調(diào)制信號的積分值去控制調(diào)相電路，使調(diào)相電路的輸出相位與調(diào)制信號成正比。對調(diào)頻波產(chǎn)生電路的要求：要求載波穩(wěn)定度高，調(diào)制特性線性度好，頻偏大小合適。（1）直接調(diào)頻電路：原理簡單、頻偏較大，但頻率的穩(wěn)定度不高。（2）間接調(diào)頻電路：頻率穩(wěn)定度高(晶振），但頻偏比較小，需要擴展頻偏。2調(diào)頻的主要性能指標（1）調(diào)制特性的線性調(diào)制特性：調(diào)頻電路輸出電壓的頻率偏移與調(diào)制電壓的關系。

壓控特性線性越好，調(diào)頻的非線性失真越??；壓控特性曲線的線性范圍越寬，實現(xiàn)線性調(diào)頻的范圍也越寬，調(diào)頻信號的最大頻偏也越大。（2）調(diào)制靈敏度Kf單位調(diào)制電壓變化所產(chǎn)生的頻率偏移。靈敏度越高越容易產(chǎn)生大頻偏的調(diào)頻信號。（3）載波頻率的穩(wěn)定度指載波的中心頻率的穩(wěn)定度。

若載波中心頻率不穩(wěn)，必然會帶來失真。此外，載波中心頻率不穩(wěn)還會使調(diào)頻信號的頻帶展寬，造成對鄰近頻道的干擾。（5）寄生調(diào)幅要小理想的調(diào)頻波是等幅信號，但是在實際系統(tǒng)中不可能做到，實際系統(tǒng)中存在寄生調(diào)幅，但要求其值盡可能小。（4）最大頻偏指正常調(diào)制電壓作用下得到的最大頻偏值。相對頻偏：小頻偏：大頻偏：常用于調(diào)頻廣播、電視伴音、移動電臺等。常用于大容量微波中繼通信及衛(wèi)星通信中。直接調(diào)頻電路利用變?nèi)荻O管反偏時呈現(xiàn)的可變電容特性實現(xiàn)調(diào)頻。1、變?nèi)荻O管的工作原理結電容與外加電壓的關系：

VB是變?nèi)荻O管的勢壘電壓，通常取0.7V左右。Cj0是VD=0時變?nèi)荻O管的結電容。VD是加在二極管兩端的反向電壓。n是變?nèi)葜笖?shù)。（p130）變?nèi)荻O管符號和結電容變化曲線

(a)變?nèi)莨芊枺?b)變?nèi)萏匦灾苯诱{(diào)頻電路2、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路將變?nèi)荻O管接入LC正弦波振蕩器的諧振回路中構成直接調(diào)頻電路。全部接入調(diào)頻電路：變?nèi)莨苁侵C振回路LC中的總電容部分接入調(diào)頻電路：在LC中，變?nèi)莨軆H是全部電容的一部分根據(jù)接入電容全部接入的直接調(diào)頻VQ直流偏置電壓；C1隔直流電容；C2高頻旁路電容，對高頻短路等效的高頻振蕩電路直流控制電路具體調(diào)頻電路P133-134間接調(diào)頻電路——調(diào)相電路可變移相法調(diào)相1、可變移相法實質(zhì)：將載波信號通過中心頻率受調(diào)制信號控制的諧振回路?？勺円葡喾ㄕ{(diào)相電路間接調(diào)頻電路——調(diào)相電路可變時延法調(diào)相2、可變時延法用延時網(wǎng)絡完成調(diào)相可控時延網(wǎng)絡晶體振蕩器間接調(diào)頻電路——調(diào)相電路矢量合成法3、矢量合成法一個載波信號和一個雙邊帶信號的矢量合成。900相移晶體振蕩器+6.3鑒頻器鑒頻實現(xiàn)原理

鑒頻特性

鑒頻實現(xiàn)方法斜率鑒頻器正交鑒頻器鑒頻：調(diào)頻波的解調(diào)稱為頻率檢波。鑒相：調(diào)相波的解調(diào)稱為相位檢波。斜率鑒頻原理鑒頻實現(xiàn)原理——鑒頻實現(xiàn)方法正交鑒頻原理脈沖計數(shù)式鑒頻原理鑒頻器的性能指標（1）中心頻率（2）鑒頻靈敏度SD單位頻偏所產(chǎn)生的輸出電壓的大小（3）線性范圍（帶寬）鑒頻特性中近似直線的范圍斜率鑒頻器——單失諧回路輸入的調(diào)頻波經(jīng)LC失諧回路變換為調(diào)幅-調(diào)頻波，然后經(jīng)V、C1、RL所組成的包絡檢波器解調(diào)出原調(diào)制信號。電路組成工作原理頻-幅轉換原理：調(diào)頻波變換為隨瞬時頻率變化的調(diào)幅─調(diào)頻波。

習題6-16

本章小結調(diào)角信號的基本概念，包括定義、表達式、頻譜結構、有效帶寬及功率等參數(shù)。調(diào)頻的方法有直接調(diào)頻法和間接調(diào)頻法兩種。斜率鑒頻和正交鑒頻是兩種主要鑒頻方式。斜率鑒頻器是先頻幅轉換，后包絡檢波；正交鑒頻器是先頻相轉換，后鑒相。作業(yè)6-26-36-5例題6.1第六章習題填空題1、斜率鑒頻器是先將調(diào)頻信號變換成_________信號，然后用_________進行解調(diào)得到調(diào)制信號。2．調(diào)頻有兩種方法，分別稱為

和

。3．直接調(diào)頻的優(yōu)點是

，間接調(diào)頻的優(yōu)點是

。調(diào)頻調(diào)幅包絡檢波器直接調(diào)頻間接調(diào)頻原理簡單，頻偏較大中心頻率穩(wěn)定度高選擇題1、采用頻率—振幅變換網(wǎng)絡的鑒頻器稱為()鑒頻器。

A.正交B.斜率C.脈沖計數(shù)式D.鎖相2．變?nèi)荻O管調(diào)頻器實現(xiàn)線性調(diào)頻的條件是變?nèi)荻O管的結電容變化指數(shù)n為（）。A．1/3B．1/2C．2D．43．某調(diào)頻波，其調(diào)制信號頻率F＝1kHz，載波頻率為10.7MHz，最大頻偏Δfm＝10kHz，若調(diào)制信號的振幅不變，頻率加倍，則此時調(diào)頻波的頻帶寬度為（

）。A．12kHzB．24kHzC．22kHzD．40kHz4．鑒頻的描述是（）。

A．調(diào)幅信號的解調(diào)B．調(diào)頻信號的解調(diào)

C．調(diào)相信號的解調(diào)5．直接調(diào)頻與間接調(diào)頻相比，以下說法正確的是（）。A．直接調(diào)頻頻偏較大，中心頻率穩(wěn)定

B．間接調(diào)頻頻偏較大，中心頻率不穩(wěn)定C．直接調(diào)頻頻偏較大，中心頻率不穩(wěn)定D．間接調(diào)頻頻偏較大，中心頻率穩(wěn)定6．單頻調(diào)制時，調(diào)頻波的最大頻偏Δfm正比于（）。A．UΩB．uΩ(t)C．Ω7、調(diào)頻的描述是（）。A)用調(diào)制信號去控制載波信號的頻率，使載波信號的頻率隨調(diào)制信號的規(guī)律而變化B)用載波信號去控制調(diào)制信號的頻率，使載波信號的頻率隨調(diào)制信號的規(guī)律而變化C)用調(diào)制信號去控制載波信號的頻率，使調(diào)制信號的頻率隨載波信號的