通信电路原理6_3

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1、笫笫6 6章章 调制与解调调制与解调6.1 6.1 幅度调制幅度调制 6.2 6.2 角度调制角度调制6.2.1 6.2.1 角度调制的基本概念角度调制的基本概念6.2.2 6.2.2 频率调制信号的性质频率调制信号的性质6.2.2.1 6.2.2.1 单频正弦调频单频正弦调频6.2.2.2 6.2.2.2 两个正弦信号之和的调频两个正弦信号之和的调频 6.2.3 6.2.3 实现频率调制的方法与电路实现频率调制的方法与电路6.3 数字信号的调制 6.4 自动频率控制（AFC）26.2.1 6.2.1 角角度调制的基本概念调制的基本概念6.2.1.1 6.2.1.1 瞬时频率和瞬时相位瞬时频率

2、和瞬时相位6.2.1.2 6.2.1.2 角度调制的瞬时频率和瞬时相位的关系角度调制的瞬时频率和瞬时相位的关系6.2.1.3 6.2.1.3 调频波与调相波的数学表示式，频移和相移调频波与调相波的数学表示式，频移和相移3角度调制调制前后频率分量不是线性对应关系，而是经调制将原来的频谱扩展到非常宽的频率范围之内，所以属于非线性调制。角度调制在时间域上的特点： （1） 幅度始终不变 （2） 只是角度（频率、相位）在变化当载波的相位角受调制信号的控制而变化时，将产生有恒具定振幅和瞬时相角(t)的正弦波，称之为角度调制。包括：相位调制PM和频率调制FM。46.2.1 6.2.1 角度调制的基本概念角度

3、调制的基本概念6.2.1.1 瞬时频率和瞬时相位余弦信号：全相角c (t)：瞬时相位：称某一时刻的全相角为瞬时相位。瞬时频率： 称某一时刻的角频率为瞬时频率。56.2.1.2 6.2.1.2 角度调制的瞬时频率和瞬时相位的关系角度调制的瞬时频率和瞬时相位的关系频率调制的定义 使余弦信号的瞬时角频率与调制信号成线性关系变 化，而初始相位不变。6 相位调制的定义 保持余弦信号的中心角频率不变，而使其 瞬时相位与调制信号成线性关系变化。78波形ttt9举例举例 1 1：tt0t2 1-1 -20t6.2.1.3 6.2.1.3 单一频率调角波的数学表示式、频移和相移单一频率调角波的数学表示式、频移和

4、相移调频波的调制指数 有如下特点： mF表示相位偏移 的最大值； mF可以小于1， 可以大于1； mF正比于频偏 ； mF反比于调制信 号频率。116.2.1.3 6.2.1.3 单一频率调角波的数学表示式、频移和相移单一频率调角波的数学表示式、频移和相移 （续（续1 1）调相波的调制指数与调制信号幅度成正比；频偏与调制信号幅度成正比，与调制信号的频率也成正比。126.2.1.3 6.2.1.3 单一频率调角波的数学表示式、频移和相移单一频率调角波的数学表示式、频移和相移 （续（续2 2）例：已知某调角波为1如果它是调相波，并且kP =2，试求Vf (t)=?2如果它是调频波，并且kF =2，

5、试求Vf (t)=? 3它们的最大频偏为多少？解： 1/ PM方式，kP =2由于于是有：2/ FM方式，kF =2由于于是有：3/它们的最大频偏相同，都是角度调制分为调频和调相两种，虽然两者都有角度的 变化，但FM和PM在频率和相位上的变化规律不同。不指出 时，仅从表达式或波形无法判定该信号是 PM还是FM。瞬时相位瞬时相位6.2.2 6.2.2 频率调制信号的性质频率调制信号的性质由于频率调制过程是非线性过程，叠加原理不能应用。在本 节中，主要分析单频余弦信号调制下调频波的性质。6.2.2.1 单频余弦调频假定调制信号为一单频余弦波，并表示为：调频波的表示式为：下面分析单频余弦信号调制下，

6、调频波的频谱。上式中，出现了两个特殊函数。16176.2.2 6.2.2 频率调制信号的性质（续频率调制信号的性质（续1 1）进一步进行展开可得：其中， 称为宗数为 的第一类贝塞尔函数。18（1 1）第一类贝塞尔函数的性质）第一类贝塞尔函数的性质19第一类贝塞尔函数表格方式20（1 1）第一类贝塞尔函数的性质）第一类贝塞尔函数的性质（续1） 贝塞尔函数图2 、1 、随着 的增加， 近似周期性地变化， 且其峰值下降。3 、4、对于某一固定的 ，有如下近似关系：5、对于某些 值， 贝塞尔函数表格（2 2） 调频波的频谱特点调频波的频谱特点1、调频波的频谱结构：包含载波频率分量（但是幅度小于1，与

7、mF有关）；还包含无穷多个旁频分量；各旁频分量之间的距离是调制信号角频率；各频率分量的幅度由贝塞尔函数 决定；奇次旁频分量的相位相反。ww0J0(mf)J2(mf)J-1 (mf)J1(mf)J3(mf)J-2(mf)J-3(mf)J-4(mf)J4(mf)W0+W0+3W0-2W0-W0-4 W0+2W0-322（2 2） 调频波的频谱特点（续调频波的频谱特点（续1 1）2、调频波的频谱结构与调制指数mF 关系密切。mF 愈大，则具有一定幅度的旁频数目愈多，这是调频波频 谱的主要特点。与标准调幅情况不同，调频波的调制指数mF可大于1，而且 通常应用于大于1的情况。3、对于某些mF值，载频分量

8、或某次旁频分量的幅度是零。举例：mF=2.40, 5.52, 8.65，载频分量的幅度是零。利用这个特点可以校正或测量频偏。贝塞尔表格（2 2） 调频波的频谱特点（续调频波的频谱特点（续2 2）4、频率调制不是将信号的频谱在频率轴上简单地平移，而是 将信号各频率分量进行非线性变换。因此，频率调制既是一种非线性过程，且又被称为非线 性调制。5、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，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Jn(mF) 的不同，各频率分量之间功率分配的 比例不同。（3 3） 调

9、频波的频带调频波的频带1、调频波所占的带宽，理论上说是无穷宽的，因为它包含有 无穷多个频率分量。2、但实际上，在调制指数一定时，超过某一阶数的贝塞尔函 数的值已经相当小，其影响可以忽略，这时则可认为调频波 所具有的频带宽度是近似有限的。3、调频波的频带宽度有两种近似：忽略了小于0.01的分量：（集中99%以上的功率）忽略了小于 0.1的分量：（集中98-99%的功率）w w0J0(mf)J2(mf)J-1 (mf)J1(mf)J3(mf)J-2(mf)J-3(mf)J-4(mf)J4(mf)W0+W0+3W0-2W0- W0-42425（3 3） 调频波的频带（续调频波的频带（续1 1）4、下

10、面分三种情况，说明对不同mF，调频波带宽的特点。第一种情况， ，这时 。上式简化为：上式表明，在调制指数较小的情况下，调频波只有角 频率分别为 c 和 c 的三个分量，它与用同样调制 信号进行标准调幅所得调幅波的频带宽度相同。通常，把这种情况的频率调制称为窄带调频。26（3 3） 调频波的频带（续调频波的频带（续2 2）上式表明，在调制指数较大的情况下，调频波的带宽 等于二倍频偏。通常，把这种情况的频率调制称为宽带调频。又称为 恒定带宽调频。第二种情况， ，这时 。上式简化为：第三种情况，mF介于前两种情况之间。这时，调频波的 带宽由 f 和F共同确定。恒定带宽调频是指调频波的带宽与调制信号频

11、率无关276.2.2.2 6.2.2.2 两个正弦信号之和的调频两个正弦信号之和的调频286.2.2.2 6.2.2.2 两个正弦信号之和的调频（续两个正弦信号之和的调频（续1 1）当两个频率不同的信号同时对一个载波进行频率调制时 ，所得调频波的频谱中，除有载波角频率分量c及 c n1和c k2分量外，还有c n1 k2分量，它们是 两个调制信号频率之间的组合频率分量。频带宽度近似有限，公式相似。29几点补充说明：几点补充说明：n调频波的三个频率槪念：调频波的中心角频率c； 调频波的最大频偏m ； 调制信号的角频率。n恒定带宽调频槪念：在调制指数较大的情况下，调频波的带宽等于二倍频偏。 对于调

12、频波，当减小，mF 增加，则具有一定幅度的旁 频数目愈多，带宽增加。减小，则各旁频分量之间的距离减小，带宽减小。30 频率调制信号的性质频率调制信号的性质 信号的数学表示式、波形图 调频波的频谱特点： 1、调频波的频谱结构； 2、调频波的频谱结构与调制指数mF关系密切； 3、对于某些mF值,载频分量或某次旁频分量的幅度是零； 4、频率调制是一种非线性过程，且又被称为非线性调制； 5、调频进行了各频率分量之间的功率再分配。 调频波的频带： 1、调频波所占的带宽，理论上说是无穷宽的； 2、因边频幅度的下降,可认为调频波的频带宽度是有限的； 3、调频波的频带宽度有两种近似； 4、对不同mF，调频波带

13、宽的特点； 5、多个正弦信号之和的调频波的频带个正弦信号之和的调频波的频带。316.2.3 6.2.3 实现频率调制的方法与电路实现频率调制的方法与电路直接调频 间接调频 6.2.36.2.3.1 .1 实现方法实现方法6.2.3.2 6.2.3.2 调频电路的技术指标调频电路的技术指标6.2.3.3 6.2.3.3 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路1、调制特性 2、调制灵敏度3、最大频偏fm 4、中心频率稳定度6.2.3.6.2.3.5 5 间接调频间接调频1、变容二极管的特性、变容二极管的特性 2 2、变容二极管调制特性分析、变容二极管调制特性分析 3 3、变容二极管的调制电路

14、分析、变容二极管的调制电路分析 4 4、变容二极管调制的优缺点、变容二极管调制的优缺点间接调频的优缺点间接调频的优缺点 变容二极管调相电路变容二极管调相电路 矢量合成法调相电路矢量合成法调相电路 频偏扩展的方法频偏扩展的方法6.2.3.4 6.2.3.4 其他直接调频电路其他直接调频电路晶体振荡器直接调频电路晶体振荡器直接调频电路6.2.3 实现频率调制的方法与电路n调频方法总体上可分为两大类：n直接调频：直接使振荡器的频率随调制信号呈线性关系变化。n间接调频：先将调制信号积分处理后，再通过调相达成调频； 6.2.36.2.3.1 .1 实现方法实现方法326.2.3 6.2.3 实现频率调制

15、的方法与电路（续实现频率调制的方法与电路（续1 1）1、直接调频：直接调频就是直接使振荡器的振荡频率随调制信号成线 性关系变化。n特点：可变电抗在振荡回路中（变容二极管）。n优点：易于得到比较大的频偏。n缺点：中心频率的稳定度不易做得很高。 有 源 电 路可控 电抗元件调频输出调制信号振荡器336.2.3 6.2.3 实现频率调制的方法与电路（续实现频率调制的方法与电路（续2 2）2、间接调频：利用调频波与调相波之间的关系，先将调制信号进行 积分处理，再进行调相而得到调频波。特点：可变电抗不在振荡回路中，而在振荡器后级。n优点：载波中心频率稳定度较好。n缺点：频偏小。 34356.2.3.2 6.2.3.2 调频电路的技术指标调频电路的技术指标1、调制特性：振荡器的频率偏移与调制电压的关系称为调制特性。在一定电压范围内，调制特性应近似为直线特性。2、调制灵敏度：调制电压变化单位数值所产生的频率偏移称为调制 灵敏度。366.2.3.2 6.2.3.2 调频电路的技术指标（续调频电路的技术指标（续1 1）3、最大频偏fm ：在调制电压作用下，所能达到的最大频率偏移。在FM中，一般要求最大频偏在整个调制信号所占有的 频带内保持不变。不同的调频系统对最大频