[工程科技]第10章 角度调制与解调

《[工程科技]第10章 角度调制与解调》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[工程科技]第10章 角度调制与解调（234页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第10章 角度调制与解调,10.1 频谱的非线性变换分析 10.2 调角波的性质 10.3 调频方法概述 10.4 变容二极管调频电路 10.5 电抗管调频电路 10.6 晶体管振荡器直接调频,10.7 间接调频电路 10.8 调角信号的解调方法 10.9 斜率式鉴频电路 10.10 相位鉴频器 10.11 脉冲计数式鉴频器,线性频谱变换：在频谱搬移过程中，变换前后，信号的频谱未发生变化。 如：振幅调制是使载波的振幅受调制信号的控制，使它依照停职信号频率作周期性变化，变化的幅度与调制信号的强度成线性关系，但载波的频率和相位则保持不变不受调制信号的影响，高频振荡振幅的变化携带着信号所反映的信息。

2、 因此振幅调制属于线性频谱变换。,10.1 频谱的非线性变换分析,频谱的非线性变换分析,非线性频谱变换：在频率变换变换前后，信号的频谱结构发生了变化。 如：角度调制中，载波的瞬时频率或瞬时相位受调制信号的控制，作周期性的变化，变化的大小与调制信号的强度成线性关系，变化的周期由调制信号的频率所决定。但已调波的振幅保持不变，不受调制信号的影响，高频振荡角度的变化携带着信号所反映的信息。 因此角度调制属于非线性频谱变换。,例有一载波为100MHz。调制信号为500Hz。 1）当调制信号的幅度为某一给定值时，能使载波由未调制时的100MHz，向两边变动各10kHz，因而所得到的调频波频率变化自99.9

3、9MHz至100.01MHz，变化速率为每秒500次。 2）如果调制信号的频率增为1000Hz，幅度不变，则调频波频率变化仍是自99.99MHz至100.01MHz，但变化速率为每秒1000次。,频谱的非线性变换分析,3）如果调制信号的频率为1000Hz，幅度增加一倍，则调频波频率变化是自99.98MHz至100.02MHz，变化速率为每秒1000次。 由此可知，在调频波中，调制信号的振幅由载波频率的移动数量所示出，而调制信号的频率由载波的移动速率所示出。 以上讨论完全适用于调相波。无论是调频还是调相，都会使载波的相角变化，因此二者统称为角度调制。,频谱的非线性变换分析,与振幅调制相比，角度调

4、制的优点： 抗干扰性强。 调频主要用于调频广播、广播电视、通信及遥测等； 调相主要用于数字通信系统中的移相键控。,频谱的非线性变换分析,调频与调相所得到的已调波形及方程式是非常相似的。因为当频率有所变动时，相位必然跟着变动；反之，当相位有所变动时，频率也必然跟着变动。 因此调频波和调相波的基本性质有许多相同的地方。但调相制的缺点较多。 通常在模拟系统中一般是用调频，或者先产生调相波，然后将调相波转变为调频波。,频谱的非线性变换分析,调频波的主要指标： 1）频谱宽度 调频波的频谱从理论上来说，是无限宽的。 但实际上，如果略去很小的边频分量，则它所占据的频带宽度是有限的。 根据频带宽度的大小，可以

5、分为宽带调频与窄带调频两大类。调频广播多用宽带调频，通信多用窄带调频。,频谱的非线性变换分析,2）寄生调幅 调频波应该是等幅波。 实际上在调频过程中，往往引起不希望的振幅调制，这称为寄生调幅。显然，寄生调幅应该越小越好。 3）抗干扰能力 与振幅调制相比，宽带调频的抗干扰能力要强得多。但在信号较弱时，则宜采用窄带调频。 本章重点讨论调频。,频谱的非线性变换分析,在接收调频或调相信号时，必须采用频率检波器或相位检波器。频率检波器又称为鉴频器，相位检波器又称为鉴相器。 鉴频器要求输出信号与输入调频波的瞬时频率的变化成正比。这样输出信号就是原来传送的信息。 鉴频的方法很多，但主要归纳为如下三类。,频谱

6、的非线性变换分析,第一类鉴频方法： 首先进行波形变换，将等幅调 频波变换成幅度岁瞬时频率变 化的调幅波（即调幅-调频波）， 然后用振幅检波器将振幅的变 化检测出来。,频谱的非线性变换分析,第二类鉴频方法： 是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（discriminator）叫做脉冲计数式鉴频器，其最大优点是线性良好。,频谱的非线性变换分析,第三类鉴频方法： 是利用移相器与符合门电路相配合来实现的。移相器所产生的相移的大小与频率偏移有关。这种所谓符合门鉴频器最易于实现集成化，而且性能优良。 本章重点讨论第一类鉴频方法，因为其应用比较普遍，对第

7、二、三类鉴频方法也作简要介绍。,频谱的非线性变换分析,鉴频器的主要指标： 1）鉴频跨导 鉴频器的输出电压与输入调频波 的瞬时频率偏移成正比，其比例 系数称做鉴频跨导。 右图为鉴频器的输出电压V与调 频波偏移f 之间的关系曲线，称 为鉴频特性曲线。,频谱的非线性变换分析,鉴频特性曲线的中部接近于直线的部分的斜率即为鉴频跨导。它表示每单位频偏所产生的输出电压的大小。 希望鉴频跨导尽可能大。 2）鉴频灵敏度 主要是指为使鉴频器正常工作所需的输入调频波的幅度。这个值越小，鉴频器灵敏度越高。,频谱的非线性变换分析,3）鉴频频带宽度 由鉴频特性曲线可以看到，只有中间一部分线性较好，称为2fm 为频带宽度。

8、一般要求2fm大于输入调频波频偏的两倍，并留有一定余量。 4）对寄生调幅应有一定的抑制能力。 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。,频谱的非线性变换分析,10.2 调角波的性质,调角时，高频振荡的频率或相位是变化的。为此，首先需要建立瞬时频率和瞬时相位的概念。 瞬时频率与瞬时相位： 频率定义：就是间谐振荡每秒钟重复的次数。 瞬时频率：每一瞬间的频率是各不相同的。 角速度(t),瞬时相位： 瞬时相位(t) 等于矢量在t 时间内转过的角度与初始相角0之和，即式中的积分是矢量从0到t 时间间隔内所转过的角度。将上式两边积分得上式说明，瞬时频率（即旋转矢量的瞬时

9、角速度）(t)等于瞬时相位对时间的变化率。,调角波的性质,调频波和调角波的数学表示式 设调制信号为(t)，载波振荡（电压或电流）为根据定义，调频时载波的瞬时频率(t)随(t)成线性变化，即 0(t)是未调制时的载波中心频率；,调角波的性质,kf(t)是瞬时频率相对于0的偏移，叫做瞬时频率偏移，简称频率偏移或频移。频移以(t)表示，即(t)的最大值叫做最大频移，以表示，即式中kf是比例常数，表示单位调制信号所引起的频移，单位是rad/sV，习惯上把最大频移称为频偏,调角波的性质,根据调频波的瞬时频率可以求出的瞬时相位为上式中设积分常数0 =0，右边第二项表示调频波的相移，以表示，即 f(t)的最

10、大值即为调频波的调制指数，以mf表示。,调角波的性质,调频波的调制指数mf为带入得这就是由(t)调制的调频波的数学表达式。,调角波的性质,如果用(t)对式 表示的载波进行调相，则根据定义，载波的瞬时相位(t)应随(t)线性地变化，即式中， 0 t 表示未调制时载波振荡的相位； kp(t)表示瞬时相位中与调制信号成正比例地变化的部分，叫做瞬时相位偏移，简称相位偏移或相移。,调角波的性质,相移以(t)表示，即(t)的最大值叫做最大相移，或称调制指数。调相波的调制指数以mp表示，即式中kp是比例常数，表示单位调制信号所引起的相移的大小，单位是rad/V,调角波的性质,于是得到调相波的数学表达式为求得

11、调相波的瞬时频率为上式右边第二项表示调相波的频移，以p(t)表示，即,调角波的性质,无论是调频还是调相，瞬时频率和瞬时相位都在同时随时间发生变化。 在调频时，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； 在调相时，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。,调角波的性质,调角波振幅是恒定的。调频信号的基本参量是振幅A0、载波中心频率0、最大频偏 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。在时域，调频信号的波形如图10.2.1所示。最大频偏、调频指数mf与调制信号的角频率及调制信号振幅V的关系如图10.2.2

12、所示。,调角波的性质,图10.2.1 调频信号波形,调角波的性质,图10.2.2 调频信号 、mf与V 、的关系,调角波的性质,图10.2.3 调相信号 、mp与V 、的关系,调角波的性质,调频波和调相波比较表：,调角波的性质,图10.2.3示出调频波和调相波的区别： 图中调制信号为矩形波，根据上表所示的诸式，可以得出在调频与调相两种情况下，频率变化与相位变化的波形。,调角波的性质,在调频时，频率变化反映调制信号的波形，相位变化为它的积分，成为三角波形；,调角波的性质,在调相时，相位变化反映调制信号的波形，频率变化为它的微分，成为一系列振幅为正、负无限大、宽度为零的脉冲。 若调制信号为(t)

13、= Vcost，未调制时的载波频率为0，则根据调频波表达式可以写出调频数学表达式为：,调角波的性质,根据调相波表达式可以写出调相的数学表达式为：从上面的两个式可知， 调频波的调制指数为：调相波的调制指数为：,调角波的性质,将瞬时频率的微分形式应用于调频数学表达式，可以求得调频波的最大频移为：将瞬时频率的微分形式应用于调相数学表达式，可以求得调相波的最大频移为：,调角波的性质,由此可知，调频波的最大频移f 与调制频率无关，最大相移mf 则与 成反比； 调相波的最大频移p与 成正比，最大相移mp 则与调制频率 无关。 这是两种调制的根本区别。 正是由于这一根本区别，调频波的频谱宽度对于不同的 几乎

14、维持恒定；调相波的频谱宽度则随 的不同而有剧烈变化。,调角波的性质,对照上列四个式子还可以得到： 无论调频还是调相，最大频移与调制指数之间的关系都是相同的。 若对于调频和调相，最大频移都用 表示，调制指数都用m 表示，则 与m 之间满足以下关系：式中，,调角波的性质,调频波中存在着三个有关的概念： 1）未调制时的中心载波频率为f0 ； 2）最大频移f 表示调制信号变化时，瞬时频率偏离中心频率的最大值 ； 3）调制信号频率F，表示瞬时频率在其最大值 f0 + f 和最小值 f0 - f 之间每秒钟往返摆动的次数。 由于频率变化总是伴随着相位的变化，因此， F也表示瞬时相位在自己的最大值与最小值之

15、间每秒钟往返摆动的次数。,调角波的性质,例1调制信号为(t)=Vsint，载波为0(t)=V0cos0t ，试分别求调幅波、调频波和调相波的表达式。 分析：调幅是载波的振幅随调制信号线性变化； 调频是载波的瞬时频率随调制信号线性变化； 调相是载波的瞬时相位随调制信号线性变化。 解调幅时,调角波的性质,调频时调相时,调角波的性质,例2载波振荡频率为f0 =25MHz，振幅V0 =4V；调制信号为单频正弦波，频率F =400Hz，最大频偏f =10kHz。试写出： 1）调频波和调相波的数学表达式； 2）若调制频率变为2kHz，所有其他参数不变，写出调频波和调相波的数学表达式。 解单频正弦波为(t)=Vsint,调角波的性质,1）调频波的数学表达式调相波的数学表达式,调角波的性质,2）若调制频率变为2kHz，则 由于 ，所以调相制的调相指数不变。 调频波的数学表达式调相波的数学表达式,调角波的性质,例3调角波的数学式为 ，问：这是调频波还是调相波？求其调制频率、调制指数、频偏以及该调角波在100电阻上产生的平均功率。 分析由于没有给定调制信号的数学表达式是cost还是sint ，因此该调角波可能是调频波也可能是调相波。 解 1）当调制信号为Vcos104t时，该调角波可能调频波；当调制信号为Vsin104t时，该调角波可能调相波。,