第5章角度調(diào)制與解調(diào)

概述1.什么是角度調(diào)制?

任何一個正弦載波都包含三個基本參數(shù)：幅度、頻率和相位：

由上式可知，無論是頻率的變化還是相位的變化，最終都反映在載波總相角的變化上。因此，頻率調(diào)制和相位調(diào)制統(tǒng)稱為角度調(diào)制。頻率變換的特點

頻譜線性搬移——調(diào)幅、檢波和混頻

頻譜非線性變換——調(diào)頻、調(diào)相及鑒頻、鑒相

概述3.瞬時頻率和瞬時相位之間的關(guān)系4.角度調(diào)制的優(yōu)缺點優(yōu)點：抗干擾能力強(qiáng)缺點：占據(jù)的頻帶寬

調(diào)頻及其數(shù)學(xué)表達(dá)式設(shè)調(diào)制信號，載波信號1.瞬時頻率和瞬時相位：1）瞬時頻率

載波信號的瞬時頻率隨調(diào)制信號線性變化。

Kf——調(diào)頻系數(shù)，是一個由調(diào)頻電路決定的常數(shù)。

2）瞬時相位

2.主要參數(shù)：

1）最大頻偏

2）調(diào)頻指數(shù)（最大相移）3.調(diào)頻信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式：調(diào)相及其數(shù)學(xué)表達(dá)式設(shè)調(diào)制信號，載波信號1.瞬時頻率和瞬時相位：1）瞬時相位

載波信號的瞬時相位隨調(diào)制信號線性變化。

KP——調(diào)相系數(shù)，是一個由調(diào)相電路決定的常數(shù)。

2）瞬時頻率

2.主要參數(shù)：

1）最大頻偏

2）調(diào)相指數(shù)（最大相移）

3.調(diào)相信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

FM波和PM波的比較（單音余弦調(diào)制）FMPM瞬時頻率瞬時相位最大頻偏最大相移數(shù)學(xué)表達(dá)式當(dāng)調(diào)制電壓一定時，最大頻偏和最大相移（調(diào)制指數(shù)）與調(diào)制頻率的變化關(guān)系：（a）FM（b）PM

調(diào)頻波和調(diào)相波的波形（單音調(diào)制）

課堂練習(xí)已知某調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

試確定：

①最大頻偏；

②最大相移；

③能否確定這是FM波或是PM波？

FM波、PM波的頻譜和帶寬假設(shè)單音余弦調(diào)制的FM波為：

1.窄帶頻率調(diào)制:mf<<1

頻帶寬度：B=2F2.寬帶頻率調(diào)制：mf>>1

其中，Jn(mf)是以mf為參數(shù)的n階第一類貝塞爾函數(shù)，其值有曲線和函數(shù)表可查。由圖可見：

①n或者mf越大，Jn(mf)越??；②當(dāng)mf

,Jn(mf)呈正負(fù)交替變化；

③在某些mf值上，Jn(mf)=0。例如mf=2.40，5.52，8.65，

11.79時，J0(mf)=0。

貝塞爾函數(shù)的曲線mfJ0(mf)J1(mf)J2(mf)J3(mf)J4(mf)J5(mf)J6(mf)J7(mf)J8(mf)0.011.00.0050.200.99.1000.500.940.240.031.000.770.440.110.022.000.220.580.350.130.043.000.260.340.490.310.130.040.014.000.390.060.360.430.280.130.050.015.000.180.330.050.360.390.260.130.050.02貝塞爾函數(shù)表貝塞爾函數(shù)的特性：因此，F(xiàn)M波的數(shù)學(xué)表達(dá)式：n為偶數(shù)n為奇數(shù)

3.調(diào)頻波的頻譜特點①不是調(diào)制信號頻譜的線性搬移，而是由載波頻率和無數(shù)對邊頻分量組成。②各分量的幅度由貝塞爾函數(shù)值決定。當(dāng)mf為某些特定值時，可使載頻或某些邊頻幅度為0。③各分量之間的間隔為Ω。當(dāng)n為奇數(shù)時，上、下邊頻分量的極性相反；當(dāng)n是偶數(shù)時，上、下邊頻分量具有相同的極性。

調(diào)頻波的頻譜4.有效頻帶寬度理論上：邊頻分量有無窮多對，頻譜無限寬，即

B=2nF→∞實際上：n↑→Jn(mf)

↓，當(dāng)n大到一定數(shù)值后，即當(dāng)n>mf時，Jn(mf)→0故更高次的邊頻可忽略不計。

工程上規(guī)定，振幅小于未調(diào)制載波振幅10%的邊頻分量可忽略不計。因此，調(diào)頻波的有效頻帶寬度為

B=2(mf+1)F=2(Δf+F)例題：計算以下FM波的有效帶寬。(1)

fm=75kHz，

Fmax=0.1kHz，(2)

fm=75kHz，

Fmax=1kHz，(3)

fm=75kHz，

Fmax=10kHz。解：B=2(Mf+1)F

=2(fm

+

F)

(1)B=2(75+0.1)150kHz(2)B=2(75+1)=152kHz(3)B=2(75+10)=170kHz可見，雖然調(diào)制頻率改變了100倍，但帶寬變化不大。調(diào)角信號帶寬與調(diào)制信號的關(guān)系對于FM波：當(dāng)mf>>1時,B=2(mf+1)F≈2Δf，由于Δf與F無關(guān)，所以B近似與F無關(guān)，故FM被稱為恒定帶寬調(diào)制。對于PM波：當(dāng)mp>>1時，B≈2Δf，此時Δf=KpUΩmΩ，與Ω成正比，即PM信號的帶寬隨調(diào)制信號頻率而近似線性變化。

因此，在模擬調(diào)制時，除利用調(diào)相來獲得FM信號外，很少采用PM調(diào)制。

調(diào)角波的功率單音調(diào)制時，，因此調(diào)角波的平均功率為利用貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)，則調(diào)角波的平均功率為

因此，調(diào)角的過程是一個信號功率重新分配的過程。

調(diào)頻信號的產(chǎn)生方法1.直接調(diào)頻調(diào)制信號壓控振蕩器振蕩頻率隨調(diào)制信號變化其優(yōu)點是能夠獲得較大的頻偏，缺點是頻率穩(wěn)定度較低。2.間接調(diào)頻積分器相位調(diào)制器倍頻器載波間接調(diào)頻就是利用調(diào)相來實現(xiàn)調(diào)頻，其框圖為：調(diào)制信號

振蕩器和調(diào)制器是分開的

頻率穩(wěn)定度更高

調(diào)制必須是線性的

較小的相位和頻率偏移倍頻器是必需的

調(diào)頻電路的性能指標(biāo)

1.調(diào)頻特性曲線

調(diào)頻特性反映了瞬時頻率Δf（t）隨調(diào)制電壓uΩ（t）變化的特性，要求它在特定調(diào)制電壓范圍內(nèi)是線性的。2.調(diào)頻靈敏度

調(diào)頻靈敏度指單位調(diào)制電壓所產(chǎn)生的頻率偏移，用S表示。

在線性調(diào)頻范圍內(nèi)，S=Kf

。3.最大頻偏

當(dāng)UΩm一定時，最大頻偏△fm應(yīng)在調(diào)制信號的頻率變化范圍內(nèi)保持不變。FM廣播系統(tǒng)的要求是需要75kHz的頻偏，而FM電視伴音系統(tǒng)需要50kHz的頻偏。

4.載波頻率穩(wěn)定性

FM廣播系統(tǒng)要求載頻漂移不超過±2kHz，而FM電視伴音系統(tǒng)要求載頻漂移不超過±500Hz。

調(diào)頻電路的性能指標(biāo)一、變?nèi)荻O管在LC振蕩器中實現(xiàn)直接調(diào)頻

（1）原理電路

調(diào)頻電路振蕩頻率：其中為簡化分析，假設(shè)，則振蕩頻率其中—靜態(tài)結(jié)電容—結(jié)電容調(diào)制度

將u=-(UQ+u

）代入前面Cj的公式，可得其中其中

c=，是u

=0時的中心頻率，與UQ有關(guān)?？傻脤⒋胝袷庮l率的公式當(dāng)

n=2時，可實現(xiàn)線性調(diào)頻：當(dāng)n≠2時，調(diào)頻波將產(chǎn)生非線性失真，其中心頻率會發(fā)生偏移。

令，當(dāng)m足夠小，且忽略高頻分量—最大頻偏

—中心頻率偏移—二次諧波的最大頻偏（2）實際電路

電路特點：

①采用兩個變?nèi)荻O管對接的方式，以減少高頻振蕩電壓對變?nèi)荻O管結(jié)電容的影響；

②兩管串聯(lián)使回路總電容減半，調(diào)頻靈敏度有所下降。變?nèi)荻O管在晶體振蕩器中實現(xiàn)直接調(diào)頻

1.基本原理調(diào)制信號變?nèi)荻O管的結(jié)電容晶體的等效電抗振蕩頻率2.實際電路其交流等效電路為：3.晶振調(diào)頻的特點中心頻率穩(wěn)定度高；頻偏小，相對頻偏只有10-3～10-4，需擴(kuò)展頻偏。擴(kuò)展頻偏的方法：1.倍頻器(絕對頻偏

)+混頻器（相對頻偏

）2.變?nèi)荻O管串聯(lián)一個小電感（fs

、（

fs～fp）

)3.變?nèi)荻O管并聯(lián)一個小電感（fp

、（fs～fp）

）間接調(diào)頻電路

1.原理框圖2.變?nèi)荻O管調(diào)相電路

L和Cj構(gòu)成并聯(lián)諧振回路電流源:iS(t)=Ismcos

ct諧振電阻:Re其中LC并聯(lián)諧振回路的阻抗幅頻特性和相頻特性曲線

當(dāng)

z(

)<π/6,tan

z(

)≈

z(

)通常

0(t)<<

c，則

當(dāng)

=

c

時,3.間接調(diào)頻電路積分條件若C3

是大電容，i

(t)

u

(t)/R3故加到變?nèi)荻O管上的調(diào)制電壓為

∴積分條件為：若u

(t)=U

mcos

t,則，則u

(t)產(chǎn)生的充電電流為這樣，調(diào)相電路便轉(zhuǎn)換為間接調(diào)頻電路。

調(diào)頻信號的解調(diào)1.概念：

鑒頻：FM波的解調(diào)，又稱頻率檢波；

鑒相：PM波的解調(diào)，又稱相位檢波。2.功能：

從已調(diào)波中檢出反映在頻率或相位變化上的調(diào)制信號。3.特點：限幅鑒頻器限幅器鑒頻器

調(diào)頻信號的解調(diào)

4.限幅鑒頻器的實現(xiàn)方法：（1）利用鎖相環(huán)（第6章）（2）利用波形變換，主要有三種：斜率鑒頻器相位鑒頻器脈沖計數(shù)式鑒頻器

斜率鑒頻器框圖放大限幅波形變換包絡(luò)檢波器調(diào)頻波等幅調(diào)頻波調(diào)幅-調(diào)頻波

音頻輸出u1u0u2u3

相位鑒頻器框圖

頻相轉(zhuǎn)換包絡(luò)檢波輸出

頻相轉(zhuǎn)換低通濾波輸出疊加型鑒相器乘積型鑒相器

脈沖計數(shù)器鑒頻器框圖及波形

鑒頻器的性能指標(biāo)鑒頻靈敏度gd:鑒頻帶寬B：B>2Δfm>2△fm。

>2△fm。

非線性失真：盡量小鑒頻特性曲線單失諧回路斜率鑒頻電路調(diào)頻調(diào)幅變換器：以失諧的LC諧振回路為負(fù)載的調(diào)諧放大器波形變換原理：利用諧振回路對不同頻率呈現(xiàn)不同阻抗的傳輸特性。單失諧回路斜率鑒頻原理

單失諧回路斜率鑒頻特性分析①鑒頻靈敏度的大小與變換器幅頻特性

f0處的斜率成正比。

②幅頻特性線性范圍較窄，若要增大，就要降低LC回路的Q值，但又使鑒頻靈敏度降低。③對輸入信號寄生調(diào)幅沒有抑制作用。

雙失諧回路斜率鑒頻器初級回路調(diào)諧在fc上上下兩個次級回路分別調(diào)諧在f1>fc和f2<fc上，并且f1-fc=fc-f2=△fc電路f=fc時，Uo1＝Uo2，Uo＝0；

f>fc時，Uo1>Uo2，Uo是正的；f<fc時，Uo1<Uo2，Uo是負(fù)的。

雙失諧回路斜率鑒頻特性曲線

雙失諧回路斜率鑒頻器的優(yōu)缺點優(yōu)點：鑒頻靈敏度較高，其輸出電壓比單失諧回路斜率鑒頻器的輸出大一倍，線性范圍也擴(kuò)展了一倍。

缺點：對上下兩個回路的對稱性要求非常嚴(yán)格，且要分別調(diào)諧到兩個不同的頻率上，頻率差不能過大也不能過小。

電感耦合相位鑒頻器

頻相轉(zhuǎn)換包絡(luò)檢波音頻信號疊加型鑒相

電感耦合相位鑒頻器的工作原理ω變化

U2和U1之間的相位差隨ω變化；

檢波器輸入電壓Ud1、Ud2的大小隨ω變化；

每個檢波器的輸出電壓Uo1、Uo2也隨ω變化；

總的檢波器輸出電壓Uo=Uo1-Uo2隨ω變化。

頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)超前=90o