《高频电子线路教学课件作者第4版胡宴如6角度调制与解调电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高频电子线路教学课件作者第4版胡宴如6角度调制与解调电路（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 6 章 角度调制与解调电路,用待传输的低频信号去控制高频载波信号的频率，使其随调制信号线性变化，称为频率调制，简称调频，用FM表示。,用待传输的低频信号去控制高频载波信号的相位，使其随调制信号线性变化，称为相位调制，简称调相，用PM表示。,频率调制和相位调制都使载波信号的瞬时相位受到调变，统称为角度调制。角度调制电路是频谱的非线性变换电路。,引言,由于模拟通信系统中，调频比调相应用广泛，而在数字通信中，调相比调频应用广泛，所以本章重点讨论调频信号的基本特性、调频与鉴频电路。,6.1 调角信号的基本特性,主要要求：,掌握瞬时角频率与瞬时相位的关系。,掌握调频的基本概念，调频信号的数学表达式、
2、主要参数、频谱带宽和特点。,了解调相信号的特点、表达式及主要参数。,了解调频与调相的关系。,6.1.1 瞬时频率与瞬时相位概念,实轴,(t), 0,t = 0,Um,瞬时相位,O,矢量初始相位为0，以 (t)的角速度绕O反时针旋转。,t = t,当 = c 时：,瞬时角频率,(t),6.1.2 调频信号与调相信号,一、 调频信号,载波信号：,调制信号：,调频波瞬时角频率：,(t) = c+ kf u(t),rad /（sV）,= c + （t）,瞬时相位：,附加相位,为分析方便，通常令 0 = 0,则FM信号为,角频偏,设 u(t) = U m cos ( t ),(t) = c+ kf U
3、m cos( t ),= c+ m cos( t ),调频指数,最大角频偏,单频调制时：,则,u(t) = U m cos ( t ),(t),= c+ m cos( t ),附加相移与调制信号 相位相差90o,瞬时角频率与调制信号变化规律一致。,二、 调相信号,载波信号：,调制信号：,故单频调制时的调相信号为：,(t) = ct + kp u(t),= ct + (t),比例常数rad / V,瞬时相位：,附加相位偏移,mp=kpUm是调相指数，代表调相波的最大相位偏移， 相位摆动的幅度。单位：rad。,是随调制信号而变的附加相位偏移。,u(t) = U m cos ( t ),附加相移与调
4、制信号变化规律一致。,三、调频信号与调相信号的比较,调制信号u(t) = U m cos ( t ),载波信号 uc(t) = Um cos (c t ),调 频,调相,瞬时角频率 (t),c+ kf u(t) = c+ m cos ( t ),= c m sin ( t ),瞬时相位 (t),=ct + kp u(t),= ct + mpcos ( t ),最大角频偏 m,= kf U m= mf ,=kpU m = mp ,最大附加相移,mp = kpU m,三、调频信号与调相信号的比较,调制信号u(t) = U m cos ( t ),载波信号 uc(t) = Um cos (c t )
5、,调 频,调相,瞬时角频率 (t),c+ kf u(t) = c+ m cos ( t ),= c m sin ( t ),瞬时相位 (t),=ct + kp u(t),= ct + mpcos ( t ),最大角频偏 m,= kf U m= mf ,=kpU m = mp ,最大附加相移,mp = kpU m,可见： 调制前后载波振幅均保持不变。 将调制信号先微分，然后再对载波调频，则得调相信号； 将调制信号先积分，再对载波进行调相，则得调频信号。 即调频与调相可互相转换。,最大角频偏不变,最大相位偏移成反比减小,最大相位偏移不变,最大角频偏成正比增大,Um一定，m和mf（mp）随 变化的规
6、律,例6.1.1,已知,u(t) = 5 cos (2 103 t)V ，,调角信号表达式为,uo(t) =10 cos (2 106 t ) +10cos (2 103 t)V,试判断该调角信号是调频信号还是调相信号，并求调制 指数、最大频偏、载波频率和载波振幅。,解：,=2 106 t + 10cos (2 103 t),附加相移位正比于调制信号，故为调相信号。,调相指数 mp = 10 rad,载波频率 fc = 106 Hz, fm = mpF,最大频偏,振幅 Um = 10V,= 10 103 Hz= 10 kHz,例6.1.2,一组频率为300 3000Hz 的余弦调制信号，振幅相
7、同，调频时最大频偏为 75 kHz，调相时最大相移为 2 rad，试求调制信号频率范围内：(1) 调频时mf 的变化范围; (2) 调相时 fm的范围;,解：,(1) 调频时， fm 与调制频率无关，恒为75 kHz 。,故,说明：调频时 fm 不随调制频率而变；但mf随着调制信号频率的不同而变化。,(2) 调相时， mP 与调制频率无关，恒为2 rad 。,故,说明：调相时mp不随调制频率而变；但 fm随着调制信号频率的不同而变化。,6.1.3 调角信号的频谱和带宽,一、 调角信号的频谱,FM 信号和PM 信号的数学表达式的差别仅仅在于附加相移的不同，当单频余弦调制时，前者的附加相位按正弦规
8、律变化，而后者的按余弦规律变化。按正弦变化还是余弦变化只是在相位上相差/2 而已，所以这两种信号的频谱结构是类似的。 分析时可将调制指数mf 或mp 用m 代替，从而把它们写成统一的调角信号表示式,根据贝塞尔函数理论有：,Jn(m) 称为以m 为宗数的n 阶第一类贝塞尔函数。,可见：调角信号频谱不是调制信号频谱的线性搬移。 而是由载频分量和角频率为（cn）的无限对上、 下边频分量构成。这些边频分量和载频分量的角频率 相差n。 当n为奇数时，上、下边频分量的振幅相同但极性相反； 当n为偶数时，上、下两边频分量的振幅和极性都相同。 而且载频分量和各边频分量的振幅均随Jn (m) 而变化 。,1 2
9、 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13,m,Jn(m),Jn(m) 随m、n 变化的规律,1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.2 0.4,n=0,n=1,n=2,n=3,n增大时，总趋势使边频分量振幅减小。 m越大，具有较大振幅的边频分量就越多；且有些边频分量振幅超过载频分量振幅。当m为某些值时，载频分量可能为零，m为其它某些值时，某些边频分量振幅可能为零。,调角前后高频信号的振幅未变，故功率也不变。,由于n增大时，总趋势使边频分量振幅减小，所以离开载频较远的边频振幅都很小，在传送和放大过程中，舍去这些边频分量，不会使调角信号产生明显的失真，因此，调角信号实际所占的有
10、效频带宽度是有限的。,通常取,BW = 2 (m + 1) F,若 m 1,则,BW 2 F,称为窄带调角信号,若 m 1,则,BW 2 m F,= 2 fm,称为宽带调角信号,复杂信号调制时,二、 调角信号的频谱宽度,角度调制具有抗干扰能力强和设备利用率高等优点，但调角信号的有效频谱带宽比调幅信号大得多。,作业：,6.2 调频电路,主要要求：,了解实现调频的方法及调频电路的主要性能指标。,理解变容管直接调频电路的组成和工作原理。,了解间接调频电路的组成和工作原理。,了解实现调相的基本方法。,理解扩展最大频偏的方法。,6.2.1 概述,实现方法：,直接调频和间接调频。,直接调频：用调制信号直接
11、控制振荡器振荡回路元件的参量，使振荡器的振荡频率受到控制，使它在载频的上、下按调制信号的规律变化。,间接调频：将调制信号积分，然后对载波进行调相，从而获得调频信号。,特点：原理简单，频偏较大，但中心频率不易稳定。,特点：调制不在振荡器中进行，易于保持中心频率的稳定，但不易获得大的频偏。,主要性能指标：,中心频率及稳定度、最大频偏、非线形失真和调制灵敏度。,中心频率：调频信号的载波频率fc。保持中心频率高稳定度是保证接收机正常接收所必需的。,最大频偏：正常调制电压作用下所能产生的最大频率偏移fm,调制信号的频率偏移与调制电压的关系称为调制特性，实际调频电路中调制特性不可能呈线性，而会产生非线形失
12、真。,调制灵敏度：调制特性曲线的斜率称为调制灵敏度，调制灵敏度越高，单位调制电压所产生的频率偏移就越大。,6.2.2 变容二极管直接调频电路,一、基本原理,提供变容管的反向偏压,隔直电容,高频扼流圈，对高频开路、对调制信号短路,调制信号,变容管结电容,振荡回路由电感L和变容管结电容Cj组成,振荡角频率为：,加在变容二极管两端的电压为：,调制信号u(t),变容二极管结电容随调制电压变化的规律为：,振荡角频率与调制信号关系:,是未受调制时的振荡角频率，即u=0时的振荡角频率，为调频信号的载波频率。,当=2时，可以看到角频率的变化量与调制信号电压成正比，实现线性调频。,当2时，调制特性是非线性的，但
13、调制电压足够小，也可实现近似的线性调频。,为减小2 所引起的非线性，以及因温度、偏置电压等对CjQ的影响所造成的调频波中心频率的不稳定，在实际应用中，常采用变容二极管部分接入振荡回路方式。,变容管部分接入回路所构成的调频电路，调制灵敏度和最大频偏都降低。,选2，然后适当调节C1、C2，可使调制特性接近于线性。,C2 串接Cj然后再并接接C1，降低Cj 对振荡频率的影响。,二、电路实例,变容管全部接入回路,振荡部分交流通路,变容二极管的直流通路,调制信号通路,中心频率 fc = 70 MHz，最大频偏 fm = 6 MHz,中心频率 3.8 MHz，最大频偏 3.1KHz，经24倍频后获得发射所
14、需的调频信号。,电容三点式LC振荡电路,V2为射极输出器,调频信号输出,调制信 号输入,晶体振荡器直接调频电路,三极管集电极回路调谐于晶体的三次谐波上,串接的L1用于增大频偏,6.2.3 间接调频电路,一、间接调频基本原理,Umcos(ct),调制信号u (t) =Umcos(t),间接调频的关键是调相,二、变容二极管调相电路,未加u(t) 时，,Cj上加u(t)， 使Cj 变化，则回路谐振频率随之改变,01,02,90,90,可见：当载波频率保持为c 不变， Cj随调制信号变化而变化时，输出电压的幅度和相位也随之变化，实现调相。,设 is(t)=Ismcosc t,则,当 u(t) = U
15、mcos t ，变容二极管工作状态选择合理且相位变化在30以内。,可得,为实现线性调相，mp必须小于30,（即/6 rad ）,故调相波的最大频偏不能很大。,变容二极管的电容调制度,并联回路的有载品质因数,变容二极管的电容变化指数,三、变容二极管间接调频电路,积分电路,要求 RC 1 ，从而使RC电路对调制信号构成积分电路。,i (t)u (t) / R,实际加到变容二极管的调制电压为,当 u(t) = U mcos （ t ） 时可得,输出调频信号,调频指数：,最大角频偏：,由于R 1/C ，故得,通常先用倍频器增大调频信号的最大频偏，然后再用混频器将调频信号的载波频率降低到规定的数值。,6.2.4 扩展最大频偏的方法,可将载波频率和最大频偏同时扩展n 倍。,可在不改变最大频偏的情况下，将载波频率改变为所需值。,例6.2.1,下图所示为某调频设备的组成框图，已知间接调频电路输出的调频信号中心频率fc1=100 kHz，最大频偏fm1= 24.41 Hz，混频器的本振信号频率fL=25.45 MHz，取下边频输出，试求输出调频信号uo (t)的中心频率fc和最大
