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1、笫6章 角度调制与解调,超外差式接收机,高频小信号调谐放大器的主要功能: 从接收的众多电信号中，选出有用信号并加以放大；同时对无用信号、干扰信号、噪声信号进行抑制，以提高接收信号的质量和抗干扰能力。,主要教学内容,掌握调频、调相的原理；调角波信号的基本性质及特点；三类调制方式的比较。 研究分析各类调频电路的工作原理。 变容二极管调频电路 电抗管调频电路 晶体振荡器调频电路 研究分析各类鉴频电路的工作原理。 掌握鉴频的概念，掌握相位、比例鉴频器； 斜率鉴频器 相位鉴频器 比例鉴频器,教学重点,调频的概念、调频信号的基本性质及特点、调制方式的比较(着重调幅与调频) 变容二极管调频电路 电抗管调频电
2、路 晶体振荡器调频电路 鉴频的概念 相位鉴频器 比例鉴频器,教学难点,调频信号的基本性质及特点、调制方式的比较(着重调幅与调频) 变容二极管调频电路 电抗管调频电路 晶体振荡器调频电路 相位鉴频器 比例鉴频器,课时分配,总计9学时，其中： 调频、调相的原理及调角波的性质2学时 调频电路的结构及工作原理4学时 鉴频电路的结构及工作原理3学时,6.1 概述,一、基本概念角度调制或调角频率调制或调频：FM(Frequency Modulation) 振幅不变，瞬时频率随调制信号的振幅线性变化相位调制或调相：PM(Phase Modulation) 振幅不变，相位随调制信号的振幅线性变化,特点： 角度
3、调制具有抗干扰能力强和较高的载波功率利用系数等优点，但占有更宽的传送频带。 解调 鉴频 鉴相 应用： 调频主要应用于调频广播、广播电视、通信及遥测遥控等 调相主要用于数字通信系统中的移相键控,二、波形图,三、频率变化与相位变化的关系,用旋转矢量在横轴上的投影表示一个余弦信号,瞬时角频率,瞬时相角,6.2 调角波的性质,一、调频波的数学表达式,瞬时角频度按调制信号的振幅线性变化,调频波的表达式,瞬时相角,频偏瞬时角频率偏移的最大值,调制指数瞬时相角偏移的最大值,瞬时角频度,调频波的表达式,单频调频波的数学表达式,瞬时相角,调频波波形示意图,二、调相波的数学表达式,瞬时相角按调制信号的振幅线性变化
4、,调相波的表达式,瞬时角频率,调制指数,频偏,单频调相波的数学表达式,瞬时相角,调相波的表达式,瞬时角频率,调相波波形示意图,三、调频与调相的比较,调制信号为单频余弦信号时调频与调相的比较,信号波形比较,两者的联系和区别,联系：调频波可看成调制信号为u(t)dt的调相波；调相波可看成调制信号为du(t)/dt的调频波。区别：,调制指数 FM：与调制信号的振幅成正比，与调制角频率成反比 PM：与调制信号的振幅成正比，与调制角频率无关 最大频率偏移 FM：与调制信号的振幅成正比，与调制角频率无关 PM：与调制信号的振幅成正比，与调制角频率成正比,四、调角波的频谱,1、频谱分析,根据贝塞尔函数的性质
5、,可以得到,载频,第一对边频,第二对边频,第三对边频,2、频谱特点,A、频谱结构,包含载波频率分量（但是幅度小于1，与mf 有关）及无穷多个边频分量； 各边频分量之间的频率间隔为； 各频率分量的幅度由贝塞尔函数Jn(mf )决定，载频分量并不总是最大，有时为零; 奇次边频分量的相位相反。,B、频谱结构与调制指数的关系,mf愈大，则具有一定幅度的边频数目愈多，频带愈宽。这是调频波频谱的主要特点。 当mf值小(mf mf+1）时，贝塞尔函数Jn(mf)的数值随着n的增加而迅速减小。这时（nmf+1）则可认为调频波所具有的频带宽度是近似有限的。 频带宽度为：,频带宽度比调幅波宽得多。只适用于频率较高
6、的甚高频和超高频段中。,调制信号频率不同时，调频、调相信号的频谱分布,*对于调相波：频带宽度在调制信号频率的高端和低端相差 很大，对频带的利用很不经济。,例,调频波的幅度1V, 频谱结构如图；调制信号u(t)=Umcost。 求： 1、调频波表示式uf(t)=cos(ct+mfsint)中的mf、 c、 ；2、调频波的频带宽度Bf、调频波的最大频偏f。,解：,查表得,由图得,6.3 调频信号的产生,一、调频方法,用调制电压直接去控制载频振荡器的频率（通过改变回路元件参数），以产生调频信号，振荡器的频率随调制信号线性变化。 类型： 变容二极管直接调频（最常用） 电抗管直接调频 晶体振荡器直接调频
7、 特点：易于得到比较大的频偏；但中心频率的 稳定度不易做得很高 调频信号的产生通常采用直接调频法。,保持振荡器的频率不变，用调制电压去改变载波输出的相位（调相），再由调相实现调频 先对调制信号进行积分再进行调相 特点：载波中心频率稳定度较好；但不能直接 获得较大的频偏。 广泛运用在数字信号调制中。,直接调频电路原理,二、性能指标,调制特性被调振荡器的频率偏移与调制电压的关系， 表示为f/fc=f(u),调制灵敏度S调制电压变化单位数值所产生的振荡 频率偏移，表示为S=f/u,最大频偏fm在调制电压作用下所能达到的最大频偏,载波频率稳定度f/fc时间间隔,调频信号的瞬时频率以稳定的中心频率（载频
8、）为基准变化。若中心频率不稳定，就有可能使调频信号的频谱落到接收机通带范围之外，以致不能保证正常通信。 因此，对于调频电路，不仅要满足频偏的要求，而且要使中心频率保持足够高的稳定度。,三、技术要求,频偏与调制信号保持良好的线性关系 调制灵敏度尽量高 频偏尽量大 中心频率稳定度尽量高 寄生调幅尽量小,6.4 调频电路,一、变容二极管调频电路 1、变容二极管 2、变容二极管调频原理 3、小频偏变容二极管调频器的分析 4、变容二极管调频电路优缺点 二、电抗管直接调频电路 三、晶体振荡器调频电路 四、调相和间接调频电路,1、变容二极管,电压控制可变电抗元件，利用半导体PN结的结电容随外 加反向电压变化
9、的特性制成。,A为与变容二极管所用半导体的性质相关的常数； n为电容变化系数，是变容二极管的主要参数之一，取决于PN结的类型。n越大，电容变化量随偏压变化越显著。,变容二极管符号表示,2、变容二极管调频原理,3、小频偏变容二极管调频器,（1）变压二极管电容变化与调制电压的关系,当U U时，可得变容二极管结电容（用Ct表示）,未加调制电压时，变容二极管两端电压为U0。加单频余弦调制电压u后，两端电压为,原理分析,可得变容二极管结电容（用Ct表示）,（2）振荡回路总电容变化与调制电压的关系,未加调制电压时，回路总电容为,加调制电压后，回路总电容为,回路总电容变化量为,（3）总电容变化与频率变化的关
10、系,小频偏时，c，可得,设未加调制信号时振荡电路的总电容为C0，加调制电压后为C= C0+C0 ，则，可得载频振荡角频率,（4）振荡回路频偏变化与调制电压的关系,优点： 电路简单，变容管本身体积小； 工作频率高； 易于获得较大的频偏。 缺点： 产生中心频率的偏移。由于偏置电压漂移、温度变化等会改变变容管呈现的电容，从而影响中心频率的稳定度等； 在频偏较大时，非线性失真较大。 解决措施： 为了减小非线性失真，在小频偏变容管调频电路中，设法使变容管工作在n=1的区域；在大频偏变容管调频电路中，设法使变容管工作在n=2的区域; m值多取在0.5或0.5以下。,4、变容二极管直接调频器的优缺点,6.4
11、 调频电路,一、变容二极管调频电路 二、电抗管直接调频电路 1、电抗管及其调频原理 2、晶体管等效电抗的推导 3、四种电路形式及相对应的等效电抗 三、晶体振荡器调频电路 四、调相和间接调频电路,1、电抗管及其调频原理,晶体管(或场效应管)+由电抗和电阻元件构成的移相网络 当满足条件: |Z1|Z2|; IcmI1m时，加在该网络的高频电压和流入该网络的高频电流间的电位差为90，等效为一电抗，其大小与晶体管输入阻抗有关。 电抗管一参量随调制信号变化的电抗元件（电感或电容）。,i,ic,i1,2、晶体管电抗管的等效电抗(1)等效电抗为一电容,(2)等效电抗为一电感,L,3、四种电路形式及相对应的等
12、效电抗,电抗管调频电路,6.4 调频电路,一、变容二极管调频电路 二、电抗管直接调频电路 三、晶体振荡器调频电路 1、石英晶体振荡器变容管调频电路 2、用型网络变换获得较大频偏 四、调相和间接调频电路,1、石英晶体振荡器变容管调频电路,2、用型网络变换获得较大频偏,6.4 调频电路,一、变容二极管调频电路 二、电抗管直接调频电路 三、晶体振荡器调频电路 四、调相和间接调频电路 1、失谐法 2、例,间接调频原理,调相法,谐振回路或移相网络的调相法（失谐法）矢量合成调相法 脉冲调相法,利用并联谐振回路失谐时的相位频率特性实现调相,不调制时，电容量为C0，电路谐振； 调制时，电容量Cd受调制信号控制
13、发生变化（Cd=C0+C），电路失谐。,| |30（QC/C00.57）时， C 基本为线性关系。,当Cu为线性关系时，可获得线性调相。,余弦波调制时,为实现调频，必须有,在调制信号回路中加一个RC转换网络，可得到,2、失谐法调频-调相电路,6.5 调频信号的解调,一、解调,鉴频,从调频波中检出反映在频率变化上的调制信号，因此要求鉴频器输出信号与输入调频波的瞬时频移成线性关系。 鉴频器类型： 斜率鉴频器 相位鉴频器 比例鉴频器,调频波的解调方框图,二、性能指标,鉴频跨导gd鉴频器的输出电压u与输入调频信号瞬时频 偏f的关系。又称鉴频灵敏度。表示为gd=u/f,鉴频频带宽度B调制鉴频特性近似于直
14、线的频率范围，这 个范围应该大于调频信号最大频偏的两倍。,非线性失真由于鉴频特性不是理想直线而使解调信号产生 的失真,抑制寄生调幅的能力对寄生调幅应具有一定的抑制能力 （限幅器）,三、鉴频器类型,斜率鉴频器 相位鉴频器 比例鉴频器,1、斜率鉴频器,振幅鉴频器 把等幅调频波通过频-幅变换器，变换为振幅与频率都随调制信号而变化的FM-AM波，然后通过包络检波器根据FM-AM波的包络变化，还原原调制信号。,斜率鉴频器失谐回路振幅鉴频器 利用并联谐振回路幅频特性的倾斜部分将调频波变换成调幅调频波 工作于失谐状态的并联谐振回路+包络检波器,原理电路,斜率鉴频器的性能在很大程度上取决于谐振电路的品质因数Q,参差调谐鉴频器由两个单失谐回路斜率鉴频器组成,斜率鉴频器,线性范围与灵敏度都不理想 一般用于质量要求不高的简易接收机中,三、鉴频器类型,斜率鉴频器 相位鉴频器 比例鉴频器,2、相位鉴频器,原理： 将频率变化转换为两个电压间的相位变化（移相网络），再将相位变化转换为对应的幅度变化，再利用检波器检出调制信号（鉴相器）。 利用松耦合双调谐回路的相频特性实现调频波到调幅调频波的转换。 类型： 电感耦合相位鉴频器 电容耦合相位鉴频器,
