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1、第七章 角度调制电路,主要内容概述调角波的基本性质调频方法的概述变容二极管调频电路石英晶体振荡器直接调频调相电路,任意正弦波信号：,Amphitude Modulation AM:,Frequency Modulation FM :,Phase Modulation PM:,角度调制,AM调制方式中,AM,DSB,属于频谱线性搬移电路,调制信号寄生于已调信号的振幅变化中,FM,PM,调制方式中：属于频谱的非线性搬移电路,已调波为等幅波,调制信息寄生于已调波的频率和相位变化中,SSB,第一节 概述,从已调波中检取出原调制信号的过程称为解调,(AM)振幅解调检波,(FM)频率解调鉴频,(detec
2、tion),(frequency discrimination),(PM)相位解调检相,(phase detection),AM,FM,t= t,t =0,而该矢量在实轴上的投影：,一、瞬时频率和瞬时相位,如果设高频载波信号为 ：,第二节 调角波的基本性质,调制信号：,1.调频波 由于已调波频率随调制信号线形变化，则有：,其中：: 载波角频率 FM波的中心频率,： 调频灵敏度 单位调制信号振幅引起的频率偏移,瞬时频率偏移（简称频偏）,寄载了调制信息，表示瞬时频率相对于载波频率的偏移。,二、调角波的数学表示及基本性质,设：载波：,也称比例常数，单位是rad/v,最大频偏,另外，由瞬时频率与所对应
3、的瞬时相位的关系，若设,则有：,：瞬时相位偏移,最大相位偏移：,一般令,称为FM波的调频指数,调频信号的数学表达式：,注意：与AM波不同，m f 一般可大于1， 且m f 越大，抗干扰性能越好，但频带越宽。,对于单一频率调制的FM波,由于已调波的相位随调制信号线形变化，则有：,其中：,：为载波的相位角,：调相灵敏度单位调制信号振幅引起的相位偏移,瞬时相位偏移，寄载了调制信息,2调相波, 最大相位偏移： 调相指数,PM波瞬时频偏, 最大频偏:,也称比例常数，单位是rad/v,对于单一频率调制信号,调相信号的数学表达式：,数学表达式,瞬时频率,瞬时相位,最大频偏,最大相位偏移(调制指数),FM波,
4、PM波,上述比较中的调制信号 u（t），载波Uomcos0（t）,3. 调频信号与调相信号的比较,相同点 等幅频率和相位都随调制信号变化, 均产生频偏与相偏，成为疏密波形。正频偏最大处，即瞬时频率最高处，波形最密；负频偏最大处，即瞬时频率最低处，波形最疏。不同点频率和相位随调制信号变化规律不一样调频波:调制信号电平最大对应的瞬时正频偏最大,波形最密调相波:调制信号电平变化率最大对应的瞬时正频偏最大,波形最密调频指数Mf与最大频偏不一样调频波的调频指数Mf与调制频率有关, 最大频偏与调制频率无关, 调相波的最大频偏与调制频率有关, 调相指数Mp与调制频率无关。,调相波 mp 与调制信号频率无关，
5、 最大频移 与调制信号频率成正比 调频波 mf 与调制信号频率成反比，最大频移 与调制信号频率无关调相波和调频波的最大频移 均等于调制指数m与调制频率的乘积,载波信号为 。,若已知调制信号,4、单音频调角信号的性质,调相波数表示式：,调频波数表示式:,结论:,调相波的波形图,调频波的波形图,其中，n为正整数， 是以 为参数的n阶第一类贝塞尔函数。,2、调制信号是 的调频波为,式中， 可展开为傅里叶级数,1、单频调制时，调相波与调频波的数学表示式相似，它们具有相同的频谱，故分析时以单频调制的调频波为例进行说明,三、调角波的频谱,又利用三角函数积化和差公式：,当m，n一定时，为定系数，其值可以由曲
6、线和函数表查出。,得：,载频,第一对边频,第二对边频,第三对边频,第四对边频,19,2017/12/22,19,第一类贝塞尔函数 的性质：,5、对于某些 值，,4、对于某一固定的 ，有如下近似关系：,1、随着 的增加， 近似周期性地变化，且其峰值下降。,2、,3、,忽略了小于 0.1的分量,注意：载频分量有可能小于边频分量。,调频波的频谱结构：包含载波频率分量（但是幅度小于1，与mf 有关）；包含无穷多个上、下边频分量(0n ) ；各边频分量之间的距离是调制信号角频率 ,各边频分量与载频分量之间的频率间距为n， ；各频率分量的幅度由贝塞尔函数Jn(mf )决定；奇次边频分量的相位相反，即当n为
7、偶数时，上下边频分量符号相同，而当n=奇数时，上下边频分量符号相反,3、调频波频谱的特点(调相波频谱结构与调频波相似),调频波的频谱结构与调制指数mf 关系密切。 mf愈大，则具有一定幅度的边频数目愈多，这是调频波频谱的主要特点。（调频波的调制指数可大于1，而且通常应用于大于1的情况。）对于某些mf值，载频分量或某次边频分量的幅度是零。 例如： mf=2.40，5.52，8.65时载频分量的幅度是零。频率调制不是将信号的频谱在频率轴上平移，而是将信号各频率分量进行非线性变换。因此，频率调制是一种非线性过程，又称为非线性调制。各频率分量间的功率分配。因为调频波是一个等幅波，所以它的总功率为常数，
8、不随调制指数的变化而变化，并且等于未调载波的功率。调制后，已调波出现许多频率分量，这个总功率就分配到各分量。随mf的不同，各频率分量之间功率分配的数值不同。,理论上看，调角波的频谱包含无限多对边频分量，频谱宽为无限大。 实际应用中，由于边频分量的振幅与Jn(m) 有关，而 Jn(m)在m(mf或mp) 一定时，随n的增加，Jn(m) 的数值虽有起伏，但总趋势是减小。当 nm 时，Jn(m) 数值很小。所以忽略振幅小的边频分量，频谱宽度就为有限值。 对于高质量的通信系统，以忽略振幅小于0.01Uom 的边频分量决定频谱宽度。,4、调角波的频谱宽度,若满足,则频谱宽为 B=2nF,式中，F为调制信
9、号频率。 n可查表。,中等质量通信系统，以忽略振幅小于0.1Uom的边频分量来决定频谱宽度当 nm+1 时 Jn(m) 恒小于0.1。因此有效频谱宽度为,mf1时，调制指数较大时，调频波的带宽等于二倍频偏。称为宽带调频，又称为恒定带宽调频。其它情况，调频波的带宽由fm和F共同确定,5 、调频波的带宽最大频偏不变：调制信号频率F变化时，调频波的有效频谱宽度变化不大调频波的频谱宽度变化不大的原因是，在最大频移一定的条件下，调频波的调制指数与调制频率成反比，调制频率越高，调制指数越小，而振幅小于10的边频对数减少，故频谱宽度变化不大。这是调频波的一个重要特点。,6 、调相波的带宽调相波的有效频谱宽度
10、随调制信号频率F增加而增大调相波的频带宽度没有得到充分利用模拟通讯系统中不能直接应用数字通讯系统中得到广泛应用,若输入调制信号 ，且载波信号为 时，其输出调相波 。,将输入调制信号和载波信号通过电路变换成高频调相波。,调相电路功能的频谱表示,输入输出频谱表示法,五、角度调制电路的功能,1、调相电路的功能,若输入调制信号 ，且载波信号为 时，其输出调频波,调频电路功能的频谱表示,将输入调制信号和载波信号通过电路变换成高频调频波。,输入输出频谱表示法。,2、调频电路的功能,一、对调频电路的要求具有线性调制特性。即具有较高调制灵敏度。即kf 要大，单位调制电压产生的振荡频率偏移要大。最大频率偏移 与
11、调制信号频率无关。未调制的载波频率（即已调波的中心频率）应具有一定的频率稳定度。无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。二、调频方法分类直接调频间接调频,第三节 调频方法概述,三、直接调频原理利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使其不失真地反映调制信号变化规律。实际应用中，用调制信号去控制决定振荡器振荡频率的振荡回路的可变电抗值。从而使振荡器的瞬时频率按调制信号变化规律线性改变。四、间接调频原理将调制信号先通过积分电路，然后进行相位调制，输出电压就是调频波，称其为间接调频。间接调频电路的载波振荡器可采用频率稳定度很高的晶体振荡器，其载波频率稳定变高。,间接调频原理方框图,式中， 为PN结的势垒电压；
12、反向电压； 为 时的结电容； 为电容变化系数，通常=1/21/3，经特殊工艺制成的超突变结电容=15 。,第四节 变容二极管直接调频电路,1、变容二极管是根据PN结的结电容随反向电压变化而变化的原理设 计的一种特殊二 极管。它的极间结构、伏安特性与一般检波二极 管没有多大差别。2、变容二极管应用时，只能加反向电压。反向电压的变化能使变容 二极管结电容随其变化。3、变容二极管的反向电压与其结电容的关系为,一、变容二极管的特性,可以看出变容二极管属于非线性电容，这种非线性电容基本上不消耗能量，产生的噪声量级也较小，是较理想的高效率，低噪声非线性电容。,二、变容二极管直接调频电路的基本原理,变容二极
13、管是振荡回路的一个组成部分。加在变容二极管的反向电压为,式中， 是加在变容二极管的直流偏置电压； 为调制信号电压,LC正弦波振荡器,变容二极管和它的偏置电路,Cc是变容管与LlC1回路之间的耦合电容，同时起到隔直流的作用；C为对调制信号的旁路电容；L2是高频扼流圈，但让调制信号通过。它的作用是将振荡回路和变容管的控制电路隔离防止它们之间的相互影响。,调制信号 反向电压为变容二极管结电容 将在 的控制下随时间变化。则振荡器的振荡频率要随 变化。只要电路参数选取合适，能够实现线性调频。,结电容随调制电压变化关系,式中， 为电容调制度。,1、在反向电压 作用下，变容二极管的电容值,三、电路分析,变容
14、二极管的结电容表示式,载波状态时变容二极管的结电容,载波状态时，,，则,调制状态时变容二极管的结电容,振荡回路的等效电路,当振荡回路中的 C1 未接入，Cc 较大时，即回路的总电容仅是变容二极管的结电容，等效回路如图所示。调变容二极管上的高频电压很小，忽略其对变容二极管电容量变化的影响。,2、变容二极管作为回路总电容实现调频,瞬时振荡频率为,式中：,为,时的载波频率。,实现线性调频的条件,当 时，能实现线性调频。,结论:,由于 可以在 处展开成泰勒级数，得,当 时，会产生什么影响？,通常 m1 ，可以忽略三次方以上各项，则,结论:当变容二极管作为回路总电容时， 调频波会产生中心频率偏离和非线性失真.会产生如下影响：,调频波的中心频率会产生偏移。其偏移量为,
