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1、第6章角度调制与解调1本章知识点及结构角度调制与解调调角波的性质（数学表达式、频谱特征、功率） 6.2调频波的解调（电路，评价指标） 6.5调频波的产生（原理，电路，评价指标） 6.3，6.42第6章 角度调制与解调n6.1 概述n6.2 调角波的性质 （重点）n6.3 调频信号的产生n6.4 调频电路（重点）n6.5 调频波的解调 （重点）n6.6 限幅器n6.7 调制方式的比较31. “调制”与“解调”的过程:人飞机的参数（如重量、速度等）控制 飞机（载体）载有人的飞机调制人解调低频信号高频信号（载波）载波的参数（如幅度、频率、相位）已调波还原低频信号装载卸载52. 调制的方式:控制调制低
2、频信号高频信号（载波）载波的参数已调波幅度调制（简称“调幅”，AM）频率调制（简称“调频”，FM）相位调制（简称“调相”，PM）幅度 频率 相位角度调制相角62.解调的方式：控制调制低频信号高频信号（载波）载波的参数调幅波幅度 频率 相位调频波 调相波检波低频信号解调鉴频鉴相调幅波 调频波 调相波7信号 载波信号（高频信号）： （等幅）高频正弦波振荡信号 调制信号（低频信号）： 需要传输的电信号语言图像 数据已调(波)信号（高频信号）： 经过调制后的高频信号3.总结：（原始信号） 84、调制器在发射机中位置94、解调器在接收机中的位置105.调频与鉴频的典型电路：116.2 调角波的性质(重点
3、)调角波的性质： 调频波（FM）的性质（重点） 调相波（PM）的性质（类比的方法学习） 调频波与调相波的比较12一、调频（相）波数学表达式及波形特征如何？二、调频（相）波的频谱有什么特征？ 如何根据频谱计算频带宽度？三、如何计算调频（相）波的功率？问题：13一、调频波数学表达式调制信号载波信号的频率控制载波信号调频波的频率已调信号即：调频波调频波的相位1、调频的过程142.调频过程的数学表达:15角频率偏移程度由调制信号幅度决定又称作调频波的调制指数mf ，它可以大于1.(1).瞬时频率偏移:(2).最大频率偏移(也简称频偏):(3).最大相移几个关键参量：16根据调相过程，写出调相波数学表达
4、式调制信号载波信号的相位控制载波信号调相波的相位已调信号即：调相波在理解调频过程与调相波数学表达式之间的关后，二、调相波数学表达式类比法17又称作 调相指数 它与调制信号的幅度成正比， 而与调制频率无关。最大相移关键参量：18讨论：调频信号与调相信号的比较如果设载波： 调制信号： FM波 PM波(1) 瞬时频率： (2) 瞬时相位： (3) 最大频偏： (4) 最大相位： (5) 表达式: 19三、调频与调相的关系总结 载波信号：1. 调制指数调频时调相时 2. 最大频率偏移频偏与调制信号振幅成正比，频率成反比。与调制信号频率无关。与调制信号的幅度成正比，与其频率无关FMPM203. FM与P
5、M的共同点频偏（即最大频率偏移） 与调制指数m 之间都满足： = m 21已知载波频率为100MHz，载波电压幅度为5V，调制信号试写出调频波的数学表示式（设两个调制信号的最大频偏均为20kHz）应用例1：22频谱分析的方法：2. 以每一余弦（或正弦）项的频率 或 为横坐标上的点，其幅度 为纵坐标上的点，画出频谱分布图。1. 将调角波（电压）信号的数学表达式展开成余弦（或正弦）项之和的形式，即四、调角波的频谱23利用贝塞尔函数理论中的两个公式：调频波的频谱24结论：1. 一个FM波，除有载频 分量外，2. 还有无穷多个边频分量，边频之间的3. 间隔仍为 。调频波的频谱2. 边频幅度的大小为 ，
6、由Bessell函数决定。25可见，mf值越大，贝塞尔函数的阶数将增多。这意味着， mf值越大，调频波频谱中的边频数目增多，从而使频带加宽。26mf相同时，随着贝塞尔函数阶数升高，其值变化不一定越小。这意味着，调频波的频谱幅度不是线性递减的。27五、调频波的频带宽度或由Bessell函数的特点，当阶数 时则认为 ，边频总数为（1）mf1当 mf1 时，即称为：宽带调频28（2）对于窄带调频 mf1 时则：边频分量很少，只有1到3项29例：已知调制信号求FM和PM波的带宽（2）若 不变，F增大一倍，两种已调信号的带宽如何（1）若F不变， 增大一倍，两种已调信号的带宽如何（3）若F与 都增大一倍，
7、两种已调信号的带宽如何说明： PM 波的频带利用率不如 FM 波好。 因而，调相PM 一般只作为产生调频波的一种间接手段来应用，没有调频 FM 应用得广。（3）调角信号频谱与调制信号的关系30（3）调角信号频谱与调制信号的关系 续说明： 在调制频率F的高端和低端，PM波的频带宽度变化极大，所以其频带的利用是不经济的。 即：PM 波的频带利用率不如 FM 波好。 这正是模拟通信系统中调频FM制比调相PM制应用得广泛的主要原因。 一般PM只作为产生调频FM波的一种间接手段来应用。31六、调角波的功率计算方法：(设调角波电压加于负载电阻R上）1. 将调幅（电压）信号的数学表达式展开成余弦（或正弦）项
8、之和的形式，即2. 32结论： 调角波在调制前后总的功率不变，只是将原来载波功率中的一部分转入边频中去。六、调角波的功率因此，调制过程不需要外界供给边频功率。 33一、调频方法二、调频电路的性能指标6.3 调频信号的产生34一、调频方法直接调频：调制信号直接控制载波振荡器的频率间接调频:利用调相来实现调频35二、调频电路的性能指标 1. 调制特性2. 调制灵敏度3. 3. 最大频偏4. 4.载波频率稳定度在正常调制电压作用下，所能达到的最大频率偏移值。调制电压变化单位数值，所产生的频率偏移。相对频率偏移与调制电压之间的关系366.4 调频电路一、变容二极管调频电路 （重点）二、电抗管调频电路三
9、、晶体振荡器调频电路37一、变容二极管调频电路1.变容二极管的特性2.变容二极管实际调频电路分析3. 变容二极管调频原理 调频过程分析4. 调频电路的性能分析 性能指标381.变容二极管特性 受电压控制的可变电抗元件（1）符号、等效电路（2）结电容与反向电压关系等效电路符号A：常数，取决于二极管本身的属性U：外加反向偏压U：PN结的势垒电压(Si : 0.7V Ge : 0.3V)n：结电容变化系数392. 变容二极管实际调频电路分析分析思路： 变容二极管上要加直流偏压和调制信号变容二极管要作为高频振荡电路的一部分403.变容二极管调频原理a. 定性分析 b. 定量分析当 时,414、调频电路
10、的性能指标 1. 调制特性2. 调制灵敏度3. 3. 最大频偏4. 4.载波频率稳定度在正常调制电压作用下，所能达到的最大频率偏移值。调制电压变化单位数值，所产生的频率偏移。相对频率偏移与调制电压之间的关系42二、电抗管调频电路1.电抗管调频原理2.等效电抗的推导3.电抗管调频电路的特点电抗管：由一只晶体管或场效应管加上由电抗和 电阻元件构成的移相网络组成。 它等效为一个电抗元件（电感或电容） 且其参数可以随调制信号而变化。432.等效电抗的推导a. 等效电抗是一个电容b. 等效电抗是一个电感443.电抗管调频电路的特点优点：能获得较大的频偏；便于做成集成电路。缺点：载频不能很高，频率稳定度较
11、低。45三、晶体振荡器调频电路1. 石英晶体振荡器变容管调频电路较之前两种直接调频电路，提高了载波频率的稳定度，但频偏不太大2. 用 型网络变换获得较大频偏46四、间接调频电路 1、积分电路RC电路 2、调相电路失谐法47已知FM波：即FM波相角偏移的最大值需满足：则，间接调频的实现过程：3、间接调频电路原理48 （1）积分电路RC电路其中（2）调相电路失谐法 实现实现：494.间接调频电路特点优点：中心频率稳定度高缺点：为了实现线性调相， ，因而最大频偏小。改善：可以通过倍频法，提高频偏和载频。506.5 调频波的解调从FM波中得到原来的调制信号 频率检波或鉴频。 完成鉴频功能的电路鉴频器一
12、、鉴频器的性能指标二、鉴频电路51一、鉴频电路1. 斜率鉴频器2. 相位鉴频器（重点）3. 比例鉴频器4. 脉冲计数式鉴频器521. 斜率鉴频器(slope discriminator)2. 振幅鉴频器电路与工作原理 斜率鉴频器由失谐单谐振回路和二极管包络检波器组成f c fp优点：电路简单缺点：灵敏度与线性范围矛盾Q大，灵敏度高，但线性范围窄；Q小，灵敏度低，但线性范围宽。（一般用于质量要求不高的简易接收机中）532、相位鉴频器 利用回路的频率-相位特性来实现将调频波变换为调幅调频波。常用的相位鉴频器：电容耦合相位鉴频器电感耦合相位鉴频器（重点）54a. 电路与工作原理 线性变换电路部分（频
13、相转换网络） 幅度检波部分 L3高频扼流圈： 把原边电压引入副边回路 提供直流及低频电路通路(1) 电感耦合相位鉴频器55原理：（1） 变， 对 的相位随 变， 的大小随 变， 正是利用这种相位变化的特点，将频率的变化转换为幅度的变化。（2）幅度检波：每一个检波器的输出电压 也随 变，所以总输出也随 变。5657鉴频器的性能指标：1.鉴频跨导（利用S曲线定义）2.鉴频频带宽度 B（大于等于2倍的FM波频偏）3.非线性失真4.抑制寄生调幅58优点：S曲线线性度好，检波失真小 S曲线斜率大，鉴频灵敏度高 S曲线线性范围大缺点：线路复杂；调整较困难。 电感耦合相位鉴频器59（2）电容耦合相位鉴频器a
14、. 与电感耦合相位鉴频器的不同点b. 优点：结构简单，调整方便603、比例鉴频器 比例鉴频器是一种类似于相位鉴频器，而又具有自限幅能力的鉴频器。(1)两个二极管顺接；(2)在电阻(R1+R2)两端并接一个大电容C，容量约在10F数量级。(3)接地点和输出点改变。是相位鉴频器的一半61相位鉴频鉴频特性比较 626.6 限幅器 限幅器的作用 限幅特性曲线 限幅电路 1、二极管限幅器 2、三极管限幅器631. 抗干扰性能2. 2. 频带宽度3. 发射功率和耗电量4. 强信号堵塞现象问题：为什么目前广播电视采用宽带调频，而一般移动通信设备采用窄带调频？问题：若广播要提高声音质量（音质），采用哪种调制方式较好？为什么？问题：相同载波功率的条件下，调频发射机所需的功率要比调幅发射机小，为什么？问题：若发生强信号堵塞现象，对调幅波有什么影响？6.7 调制方式（FM、AM）的比较64本章总结n理解： 调角波的一般表达式、波形、频谱特点等 调频波产生、解调的方法，及基本原理 评价调频、鉴频电路的主要性能指标。n计算： 调角波带宽、功率，频偏、调制指数n分析：相位鉴频器实现鉴频的过程（矢量图， 鉴频特性曲线）65
