《高频电路第8章(完整)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高频电路第8章(完整)（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第八章 角度调制与解调 8.1 概述概述 (8.1) 8.2 调角波的性质调角波的性质(8.2) 8.3 调频方法与电路调频方法与电路(8.3, 8.4, 8.5， 8.6) 8.4 鉴频方法与电路鉴频方法与电路(8.8, 8.9)(略略) 8.5 本章小结与习题讲解本章小结与习题讲解 第第 8 章章 角度调制与解调角度调制与解调 第八章 角度调制与解调 8.1 概述 角度调制： 调制信号去控制载波信号角度(频率或相 位)变化的一种信号变换方式。(Angle Modulation) 频率调制： 说明：FM和PM的幅度都不受调制信号的控制。 1、基本概念、基本概念 调制信号控制载波信号频率，称为
2、调频（FM） (Frequency Modulation) 相位调制： 调制信号控制载波信号相位，称为调相（PM） (Phase Modulation) 第八章 角度调制与解调 调频波的解调，也称频率检波，即从调频信号 中还原出原调制信号。 鉴频： 鉴相： 调相波的解调，也称相位检波，即从调相信 号中还原出原调制信号。 2、角度调制的特点、角度调制的特点 1) 频谱结构发生了变化，属于非线性频率变换。 2) 主要优点：抗干扰性强，因此广泛应用于广播、 电视、通信以及遥测方面，PM主要应用于数字通 信中移相键控。 3) 主要缺点：是占据频带宽，频带利用不经济。 8.1 概述 第八章 角度调制与解
3、调 3、调频波的主要技术指标、调频波的主要技术指标 1）频谱宽度 从理论上讲，调频波的频谱无限宽，如略去很小 的频率分量，则其所占的频带宽度是有限的。 根据频带宽度 宽带调频 窄带调频 2）寄生调幅 调频过程中，还伴有不希望的振幅调制，称为 寄生调幅。 8.1 概述 第八章 角度调制与解调 3）抗干扰能力 与调幅比，调频的抗干扰能力要强很多。 4、鉴频方法、鉴频方法 第一类：先进行波形变换，将等幅调频波变换成 幅度随瞬时频率变换的调幅波，即调幅-调频波， 然后用振幅检波将振幅的变化检测出来。 第二类：对调频波通过零点的数目进行计数，因 为其单位时间内的数目正比于调频波的瞬时频率， 这种鉴频器叫
4、做脉冲计数式鉴频器。 8.1 概述 第八章 角度调制与解调 第三类：利用移相器与符合门电路相配合实 现鉴频，即符合门鉴频器。 5、鉴频的主要技术指标、鉴频的主要技术指标 鉴频特性：鉴频器输出 电压vo与输入调频波频率 f之间的关系，典型的鉴 频特性曲线如图。 v o f f o D v o D f BW D 2 D f max 鉴频特性曲线 8.1 概述 第八章 角度调制与解调 1) 鉴频跨导S 在中心频率附近，单位频偏所引起的输出电压的变化量，即 鉴频跨导尽可能大，这意味着鉴频特性曲线越陡峭， 鉴频能力越强。 ooffSfv8.1 概述 第八章 角度调制与解调 鉴频特性曲线近似于直线段的频率
5、范围，用2Dfmax表示。 它表明鉴频器不失真解调时所允许的频率变化范围 2) 线性范围（鉴频频带宽度） 指为使鉴频器正常工作所需的输入调频波的幅度， 其值越小，鉴频器灵敏度越高。 3) 鉴频灵敏度 8.1 概述 要求2Dfmax应大于调频波最大频偏的两倍。2Dfmax 又称为鉴频器的带宽。 第八章 角度调制与解调 4) 对寄生调幅有一定的抑制能力 5) 尽可能减小产生调频波失真的各种因素的 影响，提高对电源和温度变化的稳定性 8.1 概述 第八章 角度调制与解调 8.2 调角波的性质 8.2.1 瞬时频率与瞬时相位瞬时频率与瞬时相位 设未调高频载波为一简谐振荡，其数学表达式为： v(t)=V
6、ocos(t)=Vocos(0t+0) 式中：0载波初相角； 0载波的角频率， (t)载波振荡的瞬时相位。 (t)= 0t+0 当没有调制时，v(t)就是载波振荡电压，其角频 率o和初相角0都是常数。 第八章 角度调制与解调 瞬时角频率与瞬时相位的关系： 00( )( )( )( )ttw t dtdtw tdt或这是角度调制中两个基本的关系式。 w(t) t=0 0 t 8.2 调角波的性质 第八章 角度调制与解调 8.2 调角波的性质 8.2.2 调频波和调相波的数学表达式和波形调频波和调相波的数学表达式和波形 1、假设调制信号为v(t) ，则FM波的时域表达式推 导如下： 高频载波为：
7、vo(t)=V0cos(ot+) 由于调频是用调制信号去控制载波的频率，其频率 变化的大小与调制信号的强度成线性关系，变化周 期由调制信号的频率所决定。因此载波频率的变化 为（瞬时频率偏移或频率偏移或频移）： (t)=kfv(t) 第八章 角度调制与解调 式中： kf 8.2 调角波的性质 调频比例常数，单位为rad/(sV)，又称为调 频灵敏度，它反映了单位调制信号电压产生 的对应频率偏移量的大小。 0w( )fk vt瞬时频率相对 的频偏，即瞬 时频率偏移，或频率偏移或频 移，记为： w tm 最大频偏，表示在调频过程中，高频振 荡频率随调制信号变化引起的最大角频 偏。 max( )mfw
8、k vt第八章 角度调制与解调 由此得调频信号的瞬时角频率 (t)=o+(t)=o+kfv(t) 由此可见：调频时高频正弦载波的角频率不再是常数 0，而是随调制信号变化的量。 000( )( )( )( )tttofoftt dtk vt dttkvt dt调频波的瞬时总相位： 第八章 角度调制与解调 总结上述推导过程：调频波的振幅是恒定的。调频 信号的基本参量是振幅V0、载波中心频率o、最大 频偏m和调频指数mf。调频比例常数kf是由调频电 路决定的一个常数。 8.2 调角波的性质 调频信号的时域表示可以写成： 0( )cos( )tFMoofvtVtkvt dt调频波的相移为： 0( )(
9、 )tfftkvt dt调频波相移的最大值（或调频波的调制指数）记为mf max( )ffmt第八章 角度调制与解调 0( )ptw tk vt0w t式中：式中： 未调制时载波振荡的相位 ( )pk vt瞬时相位的偏移或相位偏移或相 移，记为： t的最大值叫做最大相移或称调制指数，记 为：mp,即： tmax( )ppmk vt2、假设调制信号不是简谐信号时PM时域表达式 根据调相的定义，载波的瞬时根据调相的定义，载波的瞬时相位相位随调制信号随调制信号 线性变化，即：线性变化，即： 8.2 调角波的性质 第八章 角度调制与解调 调相波的瞬时频率为： 0( )pdtdvtw twkdtdt调相
10、波频移为： ( )ppdvtwtkdt由此得到调制信号是非正弦信号时的调相波的时域由此得到调制信号是非正弦信号时的调相波的时域 表达式：表达式： 0cos( )PMopvtVw tk vt8.2 调角波的性质 第八章 角度调制与解调 3、总结： 1) 无论是FM或PM，瞬时频率和瞬时相位都在 同时随着时间发生变化。 2) FM波的瞬时频率的变化与调制信号成线性关 系，瞬时相位的变化与调制信号的积分成线性 关系。 3) PM波的瞬时相位的变化与调制信号成线性 关系，瞬时频率的变化与调制信号的微分成 线性关系。 将将FM和和PM的结论总结为如下表：的结论总结为如下表： 8.2 调角波的性质 第八章
11、 角度调制与解调 调频波（FM） 调相波（PM） 瞬时 频率 (t)=o+kfv(t) 瞬时 相位 最大 频偏 最大 相位 数学表 达式 ( )( )opdv tw twkdt0( )( )toftw tkv t dt( )( )optwtk v tmax( )mfwk v tDmax( )mpdv twkdtD0max( )tfmfmkv t dtD max( )pmpmk v tD 00cos( ) )tFMofvVt kv t dt0( )cos( )PMopvtVtk V t8.2 调角波的性质 第八章 角度调制与解调 当调制信号为v(t)=Vcost，未调制时载波频 率为 0时的调频
12、波和调相波。 调相波的时域表达式为： 00( )cossincos(sin)f FMoofK VtVttVtmtv00( )cos(cos)cos(cos)PMopoptVtK VtVtmtv4、举例 调频波的时域表达式为： 8.2 调角波的性质 第八章 角度调制与解调 从以上二式可知： 调频波的调制指数为 V K m f f 调相波的调制指数为 mp = KpV 调频波的最大频移为 Dm = KfV 调相波的最大频移为 Dm = KpV 8.2 调角波的性质 第八章 角度调制与解调 调频波波形：(调制信号是简谐信号时) v t 0 t v ( t ) o o o - D m o + D m
13、p 2 p 2p t o D ( t) t o ( t ) o m f ( a) ( b ) ( c ) ( d) D m 调频波形图 8.2 调角波的性质 第八章 角度调制与解调 调频波波形说明：调频波波形说明： 1) 图(c)为瞬时频率的形式，是在载频的基础 上叠加了随调制信号变化的部分。 2) 图(d)为调频时引起的附加相位偏移的瞬时 值，D(t)与调制信号相差90。 3) 调频波的瞬时频率随调制信号成线性变化， 而瞬时相位随调制信号的积分线性变化。 8.2 调角波的性质 第八章 角度调制与解调 结论： 频偏和调制指数与调制频率的关系(当V恒定时) (a) 调频波；(b) 调相波 o D
14、 m =K f V m m f D o m p = K p V D m =m p ( a ) ( b ) Dm= KfV 1) 调频波的最大频偏与调制频率无关，调频指数mf则 与成反比；调相波的最大频偏与成正比，调相指 数则与无关。这是调频、调相二种调制方法的根本 区别。 8.2 调角波的性质 第八章 角度调制与解调 说明：在振幅调制中，调幅度ma1，否则会产生过调制失真。而在角度调制中，无论调频还是调相,调制指数均可大于1。 2) 无论调频还是调相，最大频移(频偏)与调制指数 之间的关系都是相同的。若频偏都用Dm表示， 调制指数都用m表示，则Dm 与m之间满足以下 关系 Dm = m 或 D
15、fm = mF p 2 D D f p 2 F 式中 8.2 调角波的性质 第八章 角度调制与解调 3)若调制信号为单一频率的余弦信号cost 时， PM波的相位变化规律仍是 cost的形式，FM 波的频率变化规律是cost形式的，FM波的 相位变化规律却是sint的形式。 8.2.3 调角信号的频谱与有效频带宽度调角信号的频谱与有效频带宽度 1 1、 调频波和调相波的频谱调频波和调相波的频谱( (考虑调制信号是简谐信号考虑调制信号是简谐信号 的情况的情况) ) 000( )cos(sin)cos(sin) cossin(sin) sinFMoffofovtVtmtVmttVmtt 8.2 调角波的性质 第八章 角度调制与解调 其中，cos(mfsin
