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1、主讲人：主讲人： 赵宏飞赵宏飞 Email:Email: hongfeizhao hongfeizhao 电子科技大学 电子工程学院 第四章第四章 频谱搬移电路频谱搬移电路- - 角度调制与解调角度调制与解调 2 角度调制是让载波的瞬时频率或瞬时相位与调制信号 成线性关系，而载波的振幅不变。 角度调制具有比振幅调制更强的抗干扰能力。 由于角频率与相位的变化都会引起载波的相位角变化 ，所以把这两种调制称为角度调制。 角度调制的基本概念 调频是使高频载波的瞬时频率按调制信号规律变化的一种 调制方式；调相是使高频载波的瞬时相位按调制信号规律变化 的一种调制方式。因为这两种调制都表现为高频振荡波的总瞬
2、 时相角受到调变，故将它们统称为角度调制(简称调角) 。 瞬时频率 瞬时相位 0 实轴 4.5 调角波的基本性质 调频 设调制信号为v (t)，载波信号 0是未调制时的载波中心频率；kfv (t)是瞬时频率相对于 0的偏移，叫瞬时频率偏移，简称频率偏移或频移。 可表示为 最大频移，即最大频偏，表示为 瞬时频率 瞬时相位 瞬时相移 mf调频指数 4.5.2 调频数学表达式与相关参数 Kf称为调频灵敏度,常数,rad/(s.v) ，调制信号幅 值变化单位数值所产生的频偏称为调频灵敏度。 FM表达式: 最大相移 调相 0t+0是未调制时的载波相位；kpv (t)是瞬时相位相对于 0t+ 0的偏移，叫
3、瞬时相位偏移，简称相位偏移或相移。 可表示为 最大相移，即最大相偏，表示为 瞬时相位 瞬时频率 最大频偏 调相指数 设调制信号为v (t)，载波信号 4.5.2 调相数学表达式与相关参数 Kp称为调相灵敏度,常数,rad/(v) 调相波的数学表达式 数学表达式 瞬时频率 瞬时相位 最大频移 调制指数 FM波 PM波 4.5.2 调相数学表达式与相关参数 设调制信号为v (t)，载波信号 以单音调制波为例 调制信号 调频 瞬时频率 瞬时相位 已调频信号 4.5.2 数学表达式与相关参数 调相 瞬时频率 瞬时相位 已调相信号 以单音调制波为例 调制信号 4.5.2 数学表达式与相关参数 以单音调制
4、波为例调制信号 调频 调相 瞬时频率 瞬时相位 瞬时频率 瞬时相位 4.5.2 数学表达式与相关参数 m p m m m f 调频 调相 可以看出相位调制信号的带宽随调制信号频率的升高而 增加，而调频波则不变，有时把调频叫做恒定带宽调制。 4.5.2 数学表达式与相关参数 4.5.2 数学表达式与相关参数 由于调频波和调相波的方程式相似，因此只要分析其中一 种的频谱，则对另一种也完全适用。 已调频信号 已调相信号 其中 是以mf为宗数的n阶第一类贝赛尔函数。 一、频谱 调制信号 4.5.3 调角波的频谱及频带宽度 已调频信号 一、频谱 4.5.3 调角波的频谱及频带宽度 1、频谱数量? 2、各
5、分量相位关系？ 3、带宽？ 一、频谱 4.5.3 调角波的频谱及频带宽度 1、频谱数量? 2、各分量相位关系？ 1) 单音调制时，调频波的频谱不是调制信号频谱的简单搬移 ，而是由载波和无数对边带分量所组成， 它们的振幅由对应 的各阶贝塞尔函数值所确定。其中，奇次的上、下边带分量 振幅相等、极性相反；偶次的振幅相等、极性相同。 一、频谱 4.5.3 调角波的频谱及频带宽度 1、频谱数量? 2、各分量相位关系？ 3、带宽？ 2) 单音调制时，调频波边带分量振幅由对应的各阶贝塞尔函 数值所确定。高阶贝塞尔函数的振幅迅速下降，宗数 mf 越 小，一般情况下，函数值也越小。因此，如忽略小于某值的 边频分
6、量，调频波的频带宽度是有限的。 调制指数mf越大，具有较大振幅的边频分量就越多，占的带 宽就宽。这与调幅波不同，在单频信号调幅的情况下，边频 数目与调制指数无关。 4.5.3 调角波的频谱及频带宽度 3)载波分量和各边带分量的振幅均随mf变化而变化。对于某些 mf值，载频或某边频振幅为零。籍此可以测定调制指数mf 。 4.5.3 调角波的频谱及频带宽度 上式表明，当V一定时，不论mf为何值，调频波的平均 功率恒为定值，并且等于未调制时的载波功率。换句话说，改 变mf仅会引起载波分量和各边带分量之间功率的重新分配，但 不会引起总功率的改变。 4) 调频波的平均功率等于各频谱分量平均功率之和。因此
7、， 在电阻R上，调频波的平均功率应为 4.5.3 调角波的频谱及频带宽度 若V=1，R=1，则P=1/2 虽然调频波的边频分量有无数多个，但是，对于任一给定 的mf值，高到一定次数的边频分量其振幅已经小到可以忽略， 以致滤除这些边频分量对调频波形不会产生显著的影响。 二、带宽 通常规定：凡是振幅小于未调制载波振幅的1(或10，根 据不同要求而定)的边频分量均可忽略不计，保留下来的频谱分量 就确定了调频波的频带宽度。 如果将小于调制载波振幅l0的边频分量略去不计，则频 谱宽度BW可由下列近似公式求出： 4.5.3 调角波的频谱及频带宽度 在实际应用中也常区分为： 从上面的讨论知道，调频波和调相波
8、的频谱结构以及频带 宽度与调制指数有密切的关系。总的规律是：调制指数越大， 应当考虑的边频分量的数目就越多，无论对于调频还是调相均 是如此。这是它们共同的性质。 但是，由于调频与调相与调制频率F的关系不同，仅当F变 化时，它们的频谱结构和频带宽度的关系就互不相同。 4.5.3 调角波的频谱及频带宽度 调频 调相 对于调频，仅当F变化时 ，在常用的宽带调频制中，频 率分量随mf变化而变化，但同 时带宽基本恒定。因此又把调 频叫做恒定带宽调制。 对于调相制，仅当F变化时，频率分量不变，但带宽变 化。特别是F增加时，带宽增加。对于Fmin Fmax而言， Fmax决定总的带宽，低端频率分量的频谱利用
9、率不高 。因此 ，模拟通信系统中调频要比调相应用得广泛。 4.5.3 调角波的频谱及频带宽度 m p m m m f 调频调频 波频谱频谱 调频调频 波频谱频谱 例 在下列情况下计算调频波的 （1） ， ； （2） ， ； （3） ， ； F变化了100倍，但 变化很小，所以FM又 称为恒定带宽调制。 解：（1） （2） （3） 4.5.3 调角波的频谱及频带宽度 例题 4.5.3 调调角波的频谱频谱 及频带宽频带宽 度例 题题 4.5.3 调调角波的频谱频谱 及频带宽频带宽 度例 题题 4.5.3 调调角波的频谱频谱 及频带宽频带宽 度例 题题 4.5.3 调调角波的频谱频谱 及频带宽频带宽
10、 度例 题题 例题题： v已知某调频电调频电 路调调制信号频频率为为400Hz，振幅 为为2.4V，调调制指数为为60，求频频偏。当调调制信号 频频率减为为250Hz，同时时振幅上升为为3.2V时时， 调调制指数将变为变为 多少？ 产生调频信号的电路叫做调频器。应完成 1、已调波的瞬时频率与调制信号成比例地线性变化。 2、未调制时的载波频率，即已调波的中心频率具有 一定的稳定度。 3、最大频移与调制频率无关。 4、无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。 产生调频信号的方法很多，归纳起来主要有两类 ：第一类是用调制信号直接控制载波的瞬时频率 直接调频。第二类是由调相变调频间接调频。 4.6 直接调频电路
11、 直接调频的基本原理是用调制信号直接线性地改 变载波振荡的瞬时频率。因此，凡是能直接影响载波 振荡瞬时频率的元件或参数，只要能够用调制信号去 控制它们，并从而使载波振荡瞬时频率按调制信号变 化规律线性地改变，都可以完成直接调频的任务。 如果载波由LC自激振荡器产生，则振荡频率主 要由谐振回路的电感元件和电容元件所决定。因此 ，只要能用调制信号去控制回路的电感或电容，就 能达到控制振荡频率的目的。 4.6 直接调频电路 在振荡回路中接入可变电抗可变电容或可变电 感，让电抗值受调制信号控制，就能达到直接调频 的目的，振荡器的相位平衡条件决定了振荡器的振 荡频率。 4.6.1 LC正弦波振荡器直接调
12、频电路 LC反馈正弦波振荡器的振荡频率主要取决于振荡 回路的电感量和电容值。 可变电抗的作用可认为是改变了回路的相移，必须 在新的频率下重新满足相位平衡条件 用有源器件(场效应管或晶体管)构成可变电抗。 铁氧体磁心绕制的线圈 当电流流过附加线圈时，电流的大小可以改变磁芯 的导磁率，使主线圈的电感量发生变化。 一种特殊制造的PN结二极管。PN结电容主要由势 垒电容和扩散电容构成，变容二极管工作在反偏状 态，结电容主要由势垒电容组成，当反向偏压变化 时，PN结阻挡层宽度发生变化，势垒电容也变化。 变容二极管 4.6.1 LC正弦波振荡器直接调频电路 4.6.1 LC正弦波振荡器直接调频电路 变容二
13、极管 变容二极管的主要指标： 电压为零时的结电容 电压为变容管反向击穿电压 时的结电容 变容比 越大 振荡器频率变化范围越大 工作频率越高 越小 v 变变容二极管一般在谐谐振回路中使用，以取代传统传统 的可变电变电 容器， 因此必须须要有足够够的Q值值。显显然，随着频频率的升高，Q值值会逐渐渐 降低，因此定义义Q=1是频频率为为截止频频率，使用时时工作频频率必须须 低于截止频频率。 v 变变容二极管的选选用 变变容二极管是专门专门 作为为“压压控可变电变电 容器”的特殊二极管，它 有很宽宽的容量变变化范围围，很高的Q值值。变变容二极管的导电导电 特性与 检检波二极管相似，但结结构却不同。变变容
14、二极管为获为获 得较较大的结电结电 容和较宽较宽 的可变变范围围，多用面接触型和台面型结结构。变变容二极管 适用于电视电视 机的电电子调谐电调谐电 路；在调频调频 收音机的AFC电电路中， 作为压为压 控可变电变电 容在振荡荡回路中使用。 选选用变变容二极管时时，要注意结电结电 容和电电容变变化范围围。使用变变 容二极管时时，要避免变变容二极管的直流控制电压电压 与振荡电荡电 路直流 供电电系统统之间间的相互影响；通常采用电电感或大电电阻来作两者的隔 离。另外，变变容二极管的工作点要选择选择 合适，即直流反偏压压要选选 适当。一般要选选用相对对容量变变化大的反向偏压压小的变变容二极管。 4.6
15、.1 LC正弦波振荡器直接调频电路 4.6.1 LC正弦波振荡器直接调频电路 PN结的接触电位差 变容管的变容指数 与制造工艺有关 加到变容管上的电压 反向偏置直流电压 调制信号电压 变容二极管直接调频电路 变容二极管直接调频电路 变容二极管工作在反向偏置状态 变容管的调制指数 变容二极管直接调频电路 变容管的调制指数 回路的谐振频率 变容二极管直接调频电路 不加调制 有无调制间的电容差为 变容二极管直接调频电路 有无调制间的电容差为 变容二极管直接调频电路 有无调制间的电容差为 变容二极管直接调频电路 有无调制间的电容差为 变容二极管直接调频 电路的瞬时频率 变容二极管直接调频电路 变容二极
16、管直接调频 电路的瞬时频率 为减小中心频率的偏离及非线性失真 使 减小 但有用的最大频偏项减小 一般取 变容管的变容指数 应尽可能接近1 变容管的变容指数 A0A2A30最佳 为减小非线性失真及中心频率的偏离 使振荡频率 的变化，近 似地与调制 信号成线性 关系。 4.7 间间接调频电调频电 路 实现间接调频的关 键是实现调相。 1、可变移相法调相电路 2、可变延时法调相电路 1、可变移相法调相电路 4.7 间间接调频电调频电 路 变容管调相 对于并联谐振回路： 变容二极管： (t) 实现可控相移 1、可变移相法调相电路 4.7 间间接调频电调频电 路 变容管调相 对于并联谐振回路： 变容二极管： (t) 实现可控相移 可采用多级单回路变容管调相电路级联，增大mp 4.7 间间接调频电调频电 路 2、可变延时法调相电路 正弦波经
