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1、第 6 章 角度调制与解调电路,角度调制是频谱的非线性变换电路。,频率调制：用待传输的低频信号去控制高频载波信号的瞬时频率，使之按调制信号的规律线性变化的一种调制方式，振幅保持不变。,相位调制：用待传输的低频信号去控制高频载波信号的瞬时相位,使瞬时相位随调制信号的规律线性变化，而振幅保持不变。,频率调制和相位调制统称为角度调制。,概述 调角波的性质 调角方法及直接调频电路 间接调频电路 鉴频器,6.1 概述,1、什么是调角波,角度解调：从调角波中取出原调制信号的过程称。 鉴频:对于调频波，其解调称为鉴频或者频率检波、频率解调。 鉴相：对于调相波，其解调称为鉴相或相位检波、相位解调。,调频波和调
2、相波均表现为相角的变化，所不同仅为变化规律不同，因此，他们在时域、频谱宽度、调制与解调等方面均有密切联系。因此，调相必调频；调频必调相。同时鉴频与鉴相也可以相互利用。,2、 角度解调,3、为什么使用调角系统,4、 角度调制的特点,优点： 抗干扰能力强；载波功率利用率高（发射设备利用率高）；调角信号传输的保真度高（广播音质好）。 调频应用于 广播、电视、通信等。 在模拟通信中调频比调相应用广泛，在数字通信中调相比调频应用广泛。,缺点： 频带比调幅宽，频带利用率低；调角系统比相应的调幅系统复杂，电路实现困难。,5、 衡量调频波的主要技术指标,1、频谱宽度。理论上频率为无限宽，但实际上可认为贷款是有
3、限的，根据贷款的不同调频可分为宽带调频和窄带调频。 2、寄生调幅。调频波应为等幅波，但由于某种原因造成幅度不等，这种情况称为寄生调幅。 3、抗干扰能力。,主要要求：,掌握瞬时角频率与瞬时相位的关系,掌握调频、调相信号的概念、异同和关系,掌握调频、调相信号的典型表达式、主要参数 和波形特点。,6.2 调角信号的基本特性,了解调角信号的频谱，理解其带宽。,6.2.1 瞬时角频率与瞬时相位,设有一个固定频率的等幅载波，其表达式写为：,式中，(t)为载波的瞬时相位，在没有调角时，u（t）的中心角频率和初始相位均为常数；在调频时，载波的角频率发生变化，称为瞬时角频率，同时瞬时相位也随之变化。 二者关系可
4、以用旋转矢量图来说明。,实轴,(t), 0,t = 0,Um,瞬时相位,瞬时角频率,O,矢量初始相位为0，以 (t)的角速度绕O逆时针旋转。,t = t,当 (t)= c 时：,Um为旋转矢量长度、 0为与实轴初始相位。,瞬时角频率与瞬时相位的关系就是微积分的关系。,当该矢量从初始状态旋转到t时刻后，它与实轴的夹角就为(t)，即为瞬时相位。,6.2.2 调角波的性质,一、 调角的表示式,调频波形图,6.2.2 调频信号与调相信号,一、调频信号,载波信号：,调制信号：,调频波的角频率：,(t) = c+ kf u(t),瞬时相位：,附加相位,为分析方便，通常令 0 = 0, 则,角频偏,设 u(
5、t) = U m cos t,(t) = c+ kf U m cos t,= c+ m cos t,调频指数,最大角频偏,单频调制时，,则,2、调相波的表示式,调相波形图,调相信号,载波信号：,调制信号：,故调相信号为,(t) = ct + kp u(t),瞬时相位：,附加相位 (t),调相指数，最大附加相移,3、调频和调相的比较,三、调频信号与调相信号的比较,调制信号u(t) = U m cos t,载波信号 uc(t) = Um cos c t,调 频,调相,瞬时角频率 (t),c+ kf u(t),瞬时相位 (t),= ct + kpU m cos t,最大角频偏 m,kf U m,m
6、kpU m ,最大附加相位,mp = kpU m,ct + kp u(t),= c+ kfUm cos t,c kpUm sin t,三、调频信号与调相信号的比较,调 频,调相,瞬时角频率 (t),c+ kf u(t) = c+ m cos t,= c m sin t,瞬时相位 (t),=ct + kp u(t),= ct + mpcos t,最大角频偏 m,= kf U m= mf ,=kpU m = mp ,最大附加相位,mp = kpU m,可见： 调制前后载波振幅保持不变。 将调制信号先微分，再调频，则得调相信号。 将调制信号先积分，再调相，则得调频信号。 即调频与调相可互相转换。,例
7、,一组频率为300 3400Hz的余弦调制信号，振幅相同，调频时最大频偏为 75 kHz，调相时最大相移为 1.5 rad，试求调制信号频率范围内：(1) 调频时mf 的变化范围; (2) 调相时 fm的范围。,解,(1) 调频时， fm为75 kHz,故,例,一组频率为300 3000Hz的余弦调制信号，振幅相同，调频时最大频偏为 75 kHz，调相时最大相移为 2 rad，试求调制信号频率范围内：(1) 调频时mf 的变化范围; (2) 调相时 fm的范围;,解,(2) 调相时， mP 为1.5 rad,故,例,已知,u(t) = 5 cos (2 103 t)V ，,调角信号表达式为,u
8、o(t) =10 cos (2 106 t ) +10cos (2 103 t)V,试判断该调角信号是调频信号还是调相信号，并求调制 指数、最大频偏、载波频率和载波振幅。,解,=2 106 t + 10cos (2 103 t),附加相位正比于调制信号，故为调相信号。,调相指数 mp = 10 rad,载波频率 fc = 106 (Hz), fm = mpF,最大频偏,载波振幅 Um = 10V,= 10 103 = 10 kHz,6.2.3 调角信号的频谱与带宽,一、调角信号的频谱,FM信号和PM信号时间表达式无本质差别 ，所以两种信号的频谱结构类似。 分析时可将调制指数mf 或mp用m代替
9、，写成统一的调角信号表示式 。,根据贝塞尔函数理论有：,Jn(m) 称为以m为宗数的n阶第一类贝塞尔函数,得,可见：调角信号频谱由载频分量和角频率为（cn）的无限对上、下边频分量构成。 n为奇数时，上、下边频分量振幅相同极性相反； 当n为偶数时，上、下两边频分量的振幅和极性都相同。 载频分量和各边频分量的振幅均随Jn (m) 而变化 。,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13,m,Jn(m),Jn(m) 随m、n 变化的规律,1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.2 0.4,n=0,n=1,n=2,n=3,n增大时，总趋势为边频分量振幅减小。 m越大，具有较大振幅
10、的边频分量就越多；且有些边频分量振幅超过载频分量振幅。当m为某些值时，载频分量可能为零，m为其它某些值时，某些边频分量振幅可能为零。,第六章 角度调制与解调,二、调角信号的带宽,n增大时，边频分量振幅总趋势减小。因此离载频较远的边频振幅很小，在传送和放大过程中，舍去这些边频分量，不会使调角信号产生明显失真，因此，调角信号实际的有效频带宽度是有限的。,通常取,BW = 2 (m + 1) F,若 m 1,则,BW 2 F,称为窄带调角信号,若 m 1,则,BW 2 m F,= 2 fm,称为宽带调角信号,复杂信号调制时,调角信号的带宽：,三、调角信号的功率,调角波的平均功率等于未调制的载波功率。
11、 即改变m，仅使载波分量和各边频分量之间的功率重新分配， 而总功率不变。,四、调角信号的应用,调角信号比之调幅信号的优缺点：,优点：抗干扰能力强和设备利用率高。 调角信号为等幅信号，其幅度不携带信息，故可采用限幅电路消除干扰所引起的寄生调幅。 调角信号功率等于载波功率，与调制指数m无关，因此不论m为多大，发射机末级均可工作在最大功率状态。,缺点：有效带宽比调幅信号大得多，且有效带宽与m相关。 故角度调制不宜在信道拥挤、频率范围不宽的短波波段 使用，而适合在频率范围很宽的微波波段使用。,注意区别下列概念,c 载波的角频率, 调制信号的角频率,最大角频偏m 和最大频偏fm,有效带宽BW：指一定精度
12、范围内上、下边频所占有的频率范围。,调相指数mp：调相信号的最大附加相位。,调频指数mf：调频信号的最大附加相位。,小结,调 频,调 相,调角信号的有效频带宽度：,BW = 2 (m + 1) F,调角波的平均功率等于未调制的载波功率。,主要要求：,掌握调频的实现方法，了解调频电路的主要指标,理解变容管直接调频电路的组成和工作原理,6.2 调频电路,了解变容管间接调频电路的组成和工作原理,理解实现调相的基本方法,掌握扩展最大频偏的方法,6.2.1 调频电路的实现方法与性能指标,一、调频方法,6.2.1 调频电路的实现方法与性能指标,1. 直接调频,一、调频方法,用调制信号直接控制振荡器频率，使
13、其与调制信号成正比。,控制谐振频率，从而控制振荡频率。 适当选择电路参数，可实现线性调频。,优点：频偏较大 缺点：中心频率易不稳定,2. 间接调频,2. 间接调频,优点：中心频率较稳定 缺点：不易获得大频偏,二、调频电路的主要性能指标,即未调制时的载波频率fc 。 保持中心频率的高稳定度，才 能保证接收机正常接收信号。,调制特性的线性,单位调制电压变化所产生的频率偏移称为调制灵敏度,频偏与调制信号谐波成比例,二、调频电路的主要性能指标,fm,Um,调制特性的线性：,调频电路输出电压的频率偏移与调制电压的关系 与uc,f = f - fc,载波频率稳定度：就是调频波的中心频率的稳定度，载频稳定是
14、保证正常通信的必要条件。,最大频偏：在正常调制电压作用下所得到的最大频偏值。在波段式的调频器里，通常要求该值尽可能恒定。,6.2.2 变容二极管直接调频电路,一、变容二极管的压控电容特性,u = 0 时的结电容,PN 结内建电位差,变容指数，取决于PN结工艺,反向偏置,二、谐振电路组成与工作原理,+ u(t) ,+ UQ ,得,变容管静态电容,结电容调制度,可得,当=2 时，,2时，调制特性是非线性的。 但调制信号足够小时，也可实现近似的线性调制。（证明略）,实现了理想的线性调制,小结 将变容二极管接入振荡回路构成直接调频电路时，为减小非线性失真和中心频率的偏离，应设法使变容二极管工作在=2，
15、若2，则应限制调制信号的大小。,为减小非线性及中心频率的不稳定，在实际 应用中，常采用变容二极管部分接入振荡回路方式。,适当调节C1、C2， 可使调制特性接近于线性。,在某些实际情况下，为了满足中心频率稳定度较高的要 求，有时采用石英晶体振荡器直接调频电路。 晶体振荡器有两种：一种是工作在石英晶体的串联振荡频 率上，晶体等效为一个短路元件，起着选频的作用；另一种 是工作于晶体串联和并联谐振频率之间，晶体等效为一个高 品质因数的电感元件，作为振荡元件之一。 通常是利用变容二极管控制后一种晶体振荡器的振荡频率 来实现调频。,6.2.3 晶体振荡器直接调频电路,6.2.4 电抗管直接调频电路,6.2.5 间接调频电路,一、实现方法,二、变容二极管调相电路,is(t)=Ismcosc t 时,当| (c) | 30时,（属可变相移法）,当is(t)为载波输入电流源,Cj受u(t)控制,令未加u(t)时，,前已推导出:,代入 得,mp,为实现线性调相， mp须小于30,（即/6rad ）, 故调相波的最大频偏
