角度调制与解调-频谱YanHJQ

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1、7.1 概述概述 7.2 调角波的性质调角波的性质 7.3 调频方法及电路调频方法及电路 7.4 调角信号解调调角信号解调 7.5 调频制的抗干扰调频制的抗干扰(噪声噪声)性能性能 Chapter 7 角度调制与解调角度调制与解调 频谱非线性变换电路频谱非线性变换电路通信电子线路通信电子线路-3 角度调制是用调制信号去控制载波信号角度角度调制是用调制信号去控制载波信号角度( (频率或相频率或相位位) )变化的一种信号变换方式。变化的一种信号变换方式。 如果受控的是载波信号的频率，则称频率调制如果受控的是载波信号的频率，则称频率调制(Frequency Modulation)(Frequency

2、 Modulation)，简称，简称调频，以调频，以FMFM表示表示； 若受控的是载波信号的相位，则称为相位调制若受控的是载波信号的相位，则称为相位调制(Phase (Phase Modulation)Modulation)，简称，简称调相，以调相，以PMPM表示表示。 无论是无论是FMFM还是还是PMPM，载频信号的幅度都不受调制信号的影响。，载频信号的幅度都不受调制信号的影响。 调频波的解调称为鉴频或频率检波，调相波的解调称鉴调频波的解调称为鉴频或频率检波，调相波的解调称鉴相或相位检波。与调幅波的检波一样，鉴频和鉴相也是从相或相位检波。与调幅波的检波一样，鉴频和鉴相也是从已调信号中还原出原

3、调制信号。已调信号中还原出原调制信号。 7.1 概概 述述通信电子线路通信电子线路-3 om o+mAMFM调幅与调频的波形图调幅与调频的波形图通信电子线路通信电子线路-3FMAMffff调幅与调频的频谱调幅与调频的频谱 f0f0f0f0通信电子线路通信电子线路-3FM，PM从已调波中检取出原调制信号的过程称为解调从已调波中检取出原调制信号的过程称为解调(AM)振幅解调振幅解调检波检波 (FM)频率解调频率解调鉴频鉴频 detection(PM)相位解调相位解调鉴相鉴相(phase detection) AM 角度调制与解调和振幅调制与解调最大的区别在频率变角度调制与解调和振幅调制与解调最大的

4、区别在频率变换前后频谱结构的变化不同。换前后频谱结构的变化不同。 角度调制角度调制: :频率变换前后频谱结构发生了变化，频率变换前后频谱结构发生了变化， 属于非线性频率变换。属于非线性频率变换。 角度调制的主要优点角度调制的主要优点: : 抗干扰性强抗干扰性强. . FM FM广泛应用于广播、电视、通信以及遥测方面，广泛应用于广播、电视、通信以及遥测方面，PMPM主要应用主要应用于数字通信。于数字通信。 角度调制的主要缺点角度调制的主要缺点: : 占据频带宽，频带利用不经济。占据频带宽，频带利用不经济。通信电子线路通信电子线路-3 7.2 调角波的性质一、调频波和调相波的波形和数学表达式一、调

5、频波和调相波的波形和数学表达式1. 1. 瞬时频率、瞬时相位及波形瞬时频率、瞬时相位及波形设未调高频载波为一简谐振荡，其数学表达式为设未调高频载波为一简谐振荡，其数学表达式为v v(t)=Vcos(t)=Vcos (t)=Vcos(t)=Vcos( 0 0t+t+ 0 0) ) (7-1) 式中，式中， 0 0为载波初相角；为载波初相角； 0 0是载波的角频率，是载波的角频率， (t)(t)为载波振荡的瞬时相位。为载波振荡的瞬时相位。 当没有调制时，当没有调制时，v v(t)(t)就是载波振荡电压，其角就是载波振荡电压，其角 频率频率 和初相角和初相角 0 0都是常数。都是常数。 通信电子线路

6、通信电子线路-3 调频时，在式调频时，在式(7-1)(7-1)中，高频正弦载波的角频率不中，高频正弦载波的角频率不再是常数再是常数 0 0，而是随调制信号变化的量。即调频波的，而是随调制信号变化的量。即调频波的瞬时角频率瞬时角频率 (t)(t)为为 (t)=(t)= 0 0+ +k kf fv v (t)(t)= = 0 0+ +(t)(t) (7-2) 式式中中k kf f为比例常数，即单位调制信号电压引起的角频为比例常数，即单位调制信号电压引起的角频率变化，单位为率变化，单位为rad/srad/s V V。(7-3) v v(t)=Vcos(t)=Vcos (t)=Vcos(t)=Vcos

7、( 0 0t+t+ 0 0) ) (7-1) 通信电子线路通信电子线路-3此时调频波的瞬时相角此时调频波的瞬时相角 (t)(t)为为调频波调频波 k kf fv v (t)=(t)= (t)(t)调频波瞬时频率、瞬时相位随调制信号调频波瞬时频率、瞬时相位随调制信号( (单音信号单音信号) )变化的波形图变化的波形图以及调频波的波形图。以及调频波的波形图。 图图7-1 7-1 调频时的波形图调频时的波形图 图图(a)(a)为调制信号为调制信号v v ， 图图(b)(b)为调频波，当为调频波，当v v 为波峰时，为波峰时，频率频率 o o+ + m m为最大；为最大；当当v v 为波谷时，频率为波

8、谷时，频率 o o m m为最小为最小。 图图(c)(c)为瞬时频率的形式，为瞬时频率的形式， 是在载频的基础上叠加了随调制是在载频的基础上叠加了随调制信号变化的部分。信号变化的部分。 图图(d)(d)为调频时引起的附加相位为调频时引起的附加相位偏移的瞬时值，偏移的瞬时值，(t)(t)与调制信号相差与调制信号相差9090 。通信电子线路通信电子线路-3调频波调频波 由图可知由图可知调频波的瞬时频率随调制信号成线性变化，调频波的瞬时频率随调制信号成线性变化，而瞬时相位随调制信号的积分线性变化而瞬时相位随调制信号的积分线性变化。通信电子线路通信电子线路-3调频波调频波 k kf fv v (t)=

9、(t)= (t)(t)调相时，高频载波的瞬时相位调相时，高频载波的瞬时相位 (t)(t)的变化量随的变化量随v 线性变化，线性变化， (t)=(t)= 0 0t+t+ 0 0+ +K Kp pv v (t)(t) (7-4) 式中式中KpKp为比例系数，代表单位调制信号电压引起为比例系数，代表单位调制信号电压引起的相位变化，单位为的相位变化，单位为rad/Vrad/V。 调相波的瞬时频率为调相波的瞬时频率为(7-5)通信电子线路通信电子线路-3调调相相波波 图图7-27-2画出了调相波的瞬时频率、瞬时相位画出了调相波的瞬时频率、瞬时相位随调制信号随调制信号( (单音信号单音信号) )变化的波形

10、图。变化的波形图。调相时的波形图调相时的波形图 v t0p2p2p toq( t) to( t)o(a)( c )( d)m图图7-2 通信电子线路通信电子线路-3调相波调相波 (t)=(t)= 是角度调制的两个基本关系式，它说明了瞬时相位是角度调制的两个基本关系式，它说明了瞬时相位是瞬时角速度对时间的积分，同样，瞬时角频率为瞬时是瞬时角速度对时间的积分，同样，瞬时角频率为瞬时相位对时间的变化率。相位对时间的变化率。 由于频率与相位之间存在着微积分关系，由于频率与相位之间存在着微积分关系， 不论是不论是调频还是调相，结果使瞬时频率和瞬时相位都发生变化。调频还是调相，结果使瞬时频率和瞬时相位都发

11、生变化。只是变化规律与调制信号的关系不同。只是变化规律与调制信号的关系不同。和和通信电子线路通信电子线路-3调频调频 vs. 调相调相例例7-1 7-1 求求v v(t)=5cos( t+sin5(t)=5cos( t+sin5 t)t)在在t=0t=0时的时的 瞬时频率。瞬时频率。解解 (t)= t+sin(5(t)= t+sin(5 t) t) (t)=(t)= 在在t=0t=0时，时， (0)= +5(0)= +5 rad/S rad/S 160kHz 160kHz通信电子线路通信电子线路-32. FM FM、PMPM的数学表达式及频移和相移的数学表达式及频移和相移 设设 0 0=0=0

12、(7-6)所以所以FMFM波的数学表达式波的数学表达式为为a af f(t)=Vcos(t)=Vcos (t)=Vcos(t)=Vcos (7-7) (t)=(t)= 0 0+ +k kf fv v (t)=(t)= 0 0+ +(t)(t)根据式根据式通信电子线路通信电子线路-3同理，根据式同理，根据式(7-4) (7-4) (t)= 0t+ 0+Kpv (t) 设设 0 0=0=0则则 (t)=(t)= 0 0t+Kt+KP Pv v (t) (t) (7-8)所以所以PMPM波的数学表达式波的数学表达式为为a ap(t)=Vcosp(t)=Vcos (t)=Vcos(t)=Vcos 0

13、0t+Kt+Kp pv v (t)(t)(7-9) 通信电子线路通信电子线路-3我们将我们将瞬时频率偏移的最大值称为瞬时频率偏移的最大值称为频偏频偏，记为，记为m m= max= max。瞬时相位偏移的最大值称为瞬时相位偏移的最大值称为调制指数调制指数，m m= max= max。对调频：对调频： 频偏频偏 m m=K=Kf f (7-10)调频指数调频指数 m mf f=K=Kf f (7-11)通信电子线路通信电子线路-3调频时，调频时， 载波的瞬时频率变化量与调制信号成线性关系，载波的瞬时频率变化量与调制信号成线性关系， 载波的瞬时相位变化量与调制信号的积分成线性关系；载波的瞬时相位变化

14、量与调制信号的积分成线性关系；我们将我们将瞬时频率偏移的最大值称为瞬时频率偏移的最大值称为频偏频偏，记为，记为m m= max= max。瞬时相位偏移的最大值称为瞬时相位偏移的最大值称为调制指数调制指数，m m= max= max。对调相：对调相： 频偏频偏 (7-12) 调相指数调相指数 (7-13)通信电子线路通信电子线路-3调相时，调相时， 载波的瞬时频率变化量与调制信号的微分成线性关系，载波的瞬时频率变化量与调制信号的微分成线性关系， 载波的瞬时相位变化量与调制信号成线性关系。载波的瞬时相位变化量与调制信号成线性关系。我们将我们将瞬时频率偏移的最大值称为瞬时频率偏移的最大值称为频偏频偏

15、，记为，记为m m= max= max。瞬时相位偏移的最大值称为瞬时相位偏移的最大值称为调制指数调制指数，m m= max= max。对调频：对调频： 频偏频偏 m m=K=Kf f (7-10)调频指数调频指数 m mf f=K=Kf f (7-11)对调相：对调相： 频偏频偏 (7-12) 调相指数调相指数 (7-13)通信电子线路通信电子线路-3表表7-1 FM7-1 FM波和波和PMPM波的比较波的比较 调制信号调制信号v (t)(t)，载波，载波VmVmcos 0 0(t)(t)FM波波PM波波数学表达式数学表达式Vmcos0t+kpv(t)瞬时频率瞬时频率0+kfv(t)瞬时相位瞬

16、时相位0t+kpv(t)最大频偏最大频偏调制指数调制指数mf=Kfm=Kf通信电子线路通信电子线路-3表表7-1 FM7-1 FM波和波和PMPM波的比较波的比较 调制信号调制信号v (t)(t)，载波，载波VmVmcos 0 0(t)(t)FM波波PM波波数学表达式数学表达式Vmcos0t+kpv(t)瞬时频率瞬时频率0+kfv(t)瞬时相位瞬时相位0t+kpv(t)最大频偏最大频偏调制指数调制指数mf=Kfm=Kf通信电子线路通信电子线路-3调制信号为单音信号调制信号为单音信号v v (t)=(t)=V V coscos t t从以上二式可知，从以上二式可知，此时此时调频波的调制指数为调频

17、波的调制指数为(7-16)调相波的调制指数为调相波的调制指数为 m mp p = = K Kp pV V (7-17) 根据式根据式(7-10)(7-10)可求出调频波的最大频移为可求出调频波的最大频移为f f = = K Kf fV V (7-18) 根据式根据式(7-12)(7-12)可求出调相波的最大频移为可求出调相波的最大频移为 p p = = K Kp pV V (7-19) 通信电子线路通信电子线路-3调制信号为单音信号调制信号为单音信号v v (t)=(t)=V V coscos t t 下面分析当调制信号为下面分析当调制信号为v v (t)=(t)=V V coscos t t

18、，未调制时载波频，未调制时载波频 率为率为 0 0时的调频波和调相波。时的调频波和调相波。 根据式根据式(7-7)(7-7)可写出可写出调频波调频波的数学表达式为的数学表达式为(7-14)根据式根据式(7-9)(7-9)可写出可写出调相波调相波的数学表达式为的数学表达式为(7-15) a af f(t)=Vcos(t)=Vcos (t)=Vcos(t)=Vcos a ap(t)=Vcosp(t)=Vcos (t)=Vcos(t)=Vcos 0 0t+Kt+Kp pv v (t)(t)(7-7)(7- 9)通信电子线路通信电子线路-3调制信号为单音信号调制信号为单音信号v v (t)=(t)=V

19、 V coscos t t 调频波的频偏与调制频率调频波的频偏与调制频率 无关，调频指数无关，调频指数m mf f则与则与 成反比；成反比； 调相波的频偏调相波的频偏p p与与 成正比，调相指数则与成正比，调相指数则与 无关。无关。 调频、调相二种调制方法的根本区别。调频、调相二种调制方法的根本区别。图图7-3 7-3 频偏和调制指数与调制频率的关系频偏和调制指数与调制频率的关系( (当当V V 恒定时恒定时) )通信电子线路通信电子线路-3(a) 调频波调频波(b) 调相波调相波调制信号为单音信号调制信号为单音信号v v (t)=(t)=V V coscos t t 对照式对照式(7-16)

20、-(7-19)(7-16)-(7-19)可以看出：无论调频还是调相，最大可以看出：无论调频还是调相，最大频移频移( (频偏频偏) )与调制指数之间的关系都是相同的。若频偏都用与调制指数之间的关系都是相同的。若频偏都用m m表示，调制指数都用表示，调制指数都用m m表示，则表示，则m m 与与m m之间满足以下关系之间满足以下关系 m m = m = m 或或 f fm m = mF= mF (7-20) 式中式中 说明说明: :在幅度调制中，调幅度在幅度调制中，调幅度m ma a11，否则会产生过调制失真。，否则会产生过调制失真。在角度调制中，无论调频还是调相在角度调制中，无论调频还是调相,

21、,调制指数均可大于调制指数均可大于1 1。mp = KpV f f = = K Kf fV V p p = = K Kp pV V 通信电子线路通信电子线路-3调制信号为单音信号调制信号为单音信号v v (t)=(t)=V V coscos t t f = mF二、调角信号的频谱与有效频带宽度二、调角信号的频谱与有效频带宽度 由于调频波和调相波的方程式相似由于调频波和调相波的方程式相似, ,因此要分析其中一种因此要分析其中一种频谱频谱, ,则另一种也完全适用。则另一种也完全适用。1. 1. 调频波和调相波的频谱调频波和调相波的频谱 调频波的表示式：调频波的表示式： a af f(t)=V(t)

22、=Vo ocoscos( ( o ot+ t+ m mf fsinsin t) (Vt) (Vm m=V=Vo o) ) (7-21) 利用三角函数关系，可将利用三角函数关系，可将(7-21)(7-21)式改写成式改写成 a af f(t)=V(t)=Vo ocoscos( ( o ot+ t+ m mf fsinsin t)t) =V =Vo o cos(cos(m mf fsinsin t t)cos)cos o ot tsin(sin(m mf fsinsin t)t)sinsin o ot t (7-22)通信电子线路通信电子线路-3函数函数cos(cos(m mf fsinsin t

23、)t)和和sin(sin(m mf fsinsin t)t)为特殊函数为特殊函数采用贝塞尔函数分析，可分解为采用贝塞尔函数分析，可分解为cos(cos(m mf fsinsin t)=Jt)=J0 0( (m mf f)+2J)+2J2 2( (m mf f)cos2)cos2 t+2Jt+2J4 4( (m mf f)cos4)cos4 t t+2J+2Jn n( (m mf f)cosn)cosn t+t+ (n (n为偶数为偶数) ) sin(sin(m mf fsinsin t)=2Jt)=2J1 1( (m mf f)sin)sin t+2Jt+2J3 3( (m mf f)sin3

24、)sin3 t t+2J+2J5 5( (m mf f)sin5)sin5 t+2Jt+2J2n+12n+1( (m mf f)sin (2n+1)sin (2n+1) t+t+ (n (n为奇数为奇数) ) 在贝塞尔函数理论中，以上两式中的在贝塞尔函数理论中，以上两式中的Jn(Jn(m mf f) )称为数值称为数值m mf f的的n n阶阶第一类贝塞尔函数值第一类贝塞尔函数值。它可由第一类贝塞尔函数表求得。它可由第一类贝塞尔函数表求得。 (7-23) (7-24) 通信电子线路通信电子线路-3阶数阶数n n或数值或数值mfmf越大，越大，J Jn n( (m mf f) )的变化范围越小；

25、的变化范围越小；J Jn n( (m mf f) )随随m mf f的增大作正负交替变化；的增大作正负交替变化；m mf f在某些数值上，在某些数值上，J Jn n( (m mf f) )为零，为零， 例如例如m mf f =2.40,5.52,8.65,11.79, =2.40,5.52,8.65,11.79,时，时，J J0 0( (m mf f) )为零。为零。图图7-4 7-4 贝塞尔函数曲线贝塞尔函数曲线通信电子线路通信电子线路-3为阶数为阶数n=0-7的的Jn(mf)与与mf值的关系曲线值的关系曲线cos(cos(m mf fsinsin t)=Jt)=J0 0( (m mf f)

26、+2J)+2J2 2( (m mf f)cos2)cos2 t+2Jt+2J4 4( (m mf f)cos4)cos4 t t+2J+2Jn n( (m mf f)cosn)cosn t+t+ (n (n为偶数为偶数) ) sin(sin(m mf fsinsin t)=2Jt)=2J1 1( (m mf f)sin)sin t+2Jt+2J3 3( (m mf f)sin3)sin3 t+2Jt+2J5 5( (m mf f)sin5)sin5 t t+2J+2J2n+12n+1( (m mf f)sin(2n+1)sin(2n+1) t+t+ (n (n为奇数为奇数) ) a af f(

27、t)=V(t)=Vo ocoscos( ( o ot+ t+ m mf fsinsin t)t) =V =Vo o cos(cos(m mf fsinsin t t)cos)cos o ot tsin(sin(m mf fsinsin t)t)sinsin o ot t (7-22)(7-23) (7-24) 将式将式(7-23)(7-23)和式和式(7-24)(7-24)代入式代入式(7-22)(7-22)得得a af f(t) =V(t) =Vo oJ J0 0( (m mf f)cos)cos o ot t V Vo oJ J1 1(m(mf f)cos()cos( o o )t)tco

28、s(cos( o o+ + )t)t + V + Vo oJ J2 2( (m mf f)cos()cos( o o2 2 )t+cos()t+cos( o o+2+2 )t)t V Vo oJ J3 3( (m mf f)cos()cos( o o3 3 )t)tcoscos( ( o o+3+3 )t)t + =V Vo o (7-25)a af f(t) =V(t) =Vo oJ J0 0( (m mf f)cos)cos o ot t V Vo oJ J1 1(m(mf f)cos()cos( o o )t)tcos(cos( o o+ + )t)t + V + Vo oJ J2 2(

29、 (m mf f)cos()cos( o o2 2 )t+cos()t+cos( o o+2+2 )t)t V Vo oJ J3 3( (m mf f)cos()cos( o o3 3 )t)tcoscos( ( o o+3+3 )t)t + 可见，单频调制情况下，调频波和调相波可分解为载频可见，单频调制情况下，调频波和调相波可分解为载频和无穷多对上下边频分量之和，各频率分量之间的距离均等和无穷多对上下边频分量之和，各频率分量之间的距离均等于调制频率，且奇数次的上下边频相位相反，包括载频分量于调制频率，且奇数次的上下边频相位相反，包括载频分量在内的各频率分量的振幅均由贝塞尔函数在内的各频率分量

30、的振幅均由贝塞尔函数J Jn n( (m mf f) )值决定。值决定。通信电子线路通信电子线路-3 a af f(t)(t)= Vo(7-25) 图图7-57-5所示频谱图是调制频率相等所示频谱图是调制频率相等( (即各频率分量的间隔即各频率分量的间隔距离距离) ) 、调制系数、调制系数m mf f不等的调频波频谱图。不等的调频波频谱图。为简化起见，图中各频率分量均取振幅的绝对值。为简化起见，图中各频率分量均取振幅的绝对值。 图图7-5 单频调制的调频波的频谱图单频调制的调频波的频谱图通信电子线路通信电子线路-3 对于某些对于某些m mf f值，载频或某些边频分量的振幅为零，利用值，载频或某

31、些边频分量的振幅为零，利用这一现象，可以测量调频波和调相波的调制指数。这一现象，可以测量调频波和调相波的调制指数。由图可知，不论由图可知，不论mfmf为何值，为何值，随着阶数随着阶数n n的增大，边频的增大，边频分量的振幅总的趋势是减分量的振幅总的趋势是减小的；小的；mfmf越大，具有较大振幅的越大，具有较大振幅的边频分量就越多；边频分量就越多； 对于调制信号为包含多频率分量的多频调制情况，调频波和对于调制信号为包含多频率分量的多频调制情况，调频波和调相波的频谱结构将更加复杂，这时不但存在调制信号各频率分调相波的频谱结构将更加复杂，这时不但存在调制信号各频率分量的各阶与载频的组合，还存在调制信

32、号各频率分量间相互组合量的各阶与载频的组合，还存在调制信号各频率分量间相互组合后与载频之间产生的无穷多个组合形成的边频分量。后与载频之间产生的无穷多个组合形成的边频分量。 通信电子线路通信电子线路-3FM，PM2. 2. 调频波和调相波的功率和有效频带宽度调频波和调相波的功率和有效频带宽度 调频波和调相波的平均功率与调幅波一样，也为载频功率调频波和调相波的平均功率与调幅波一样，也为载频功率和各边频功率之和。单频调制时，调频波和调相波的平均功率和各边频功率之和。单频调制时，调频波和调相波的平均功率均可由式均可由式(7-26)(7-26)求得，此处略去调制系数的下角标，即求得，此处略去调制系数的下

33、角标，即(7-26) (7-26) 根据第一类贝塞尔函数的性质，上式括弧中各项之和恒等根据第一类贝塞尔函数的性质，上式括弧中各项之和恒等于于1 1，所以调频波和调相波的平均功率为，所以调频波和调相波的平均功率为(7-27) (7-27) )m(J)m(J)m(J 2)m(JRV21P2n22120L2oavLL+=2通信电子线路通信电子线路-3 调频波和调相波的平均功率与调制前的等幅载波功率相等调频波和调相波的平均功率与调制前的等幅载波功率相等。说明，调制的作用仅是将原来的载频功率重新分配到各个边频上，说明，调制的作用仅是将原来的载频功率重新分配到各个边频上，而总的功率不变。这一点与调幅波完全

34、不同。而总的功率不变。这一点与调幅波完全不同。 进一步分析表明，调制后尽管部分功率由载频向边频转换，进一步分析表明，调制后尽管部分功率由载频向边频转换，但大部分能量还是集中在载频附近的若干个边频之中。由贝塞但大部分能量还是集中在载频附近的若干个边频之中。由贝塞尔函数可以发现，当阶数尔函数可以发现，当阶数n nm m时，时，Jn(m)Jn(m)值随值随n n的增大迅速下降，的增大迅速下降，当当n n(m+1)(m+1)时，时，Jn(m)Jn(m)的绝对值小于的绝对值小于0.10.1或相对功率值小于或相对功率值小于0.010.01。通信电子线路通信电子线路-3通常将振幅小于载波振幅通常将振幅小于载

35、波振幅10%10%的边频分量忽略不计，有效的上的边频分量忽略不计，有效的上下边频分量总数则为下边频分量总数则为2(m+1)2(m+1)个，即调频波和调相波的有效频带个，即调频波和调相波的有效频带宽度定为宽度定为 BW=2(m+1)F=2(BW=2(m+1)F=2( f+F)f+F)(7-28)(7-28) 可见，调频波和调相波的有效频带宽度与它们的调制系数可见，调频波和调相波的有效频带宽度与它们的调制系数m m有关，有关，m m越大，有效频带越宽。但是，越大，有效频带越宽。但是，对于用同一个调制信号对对于用同一个调制信号对载波进行调频和调相时，两者的频带宽度因载波进行调频和调相时，两者的频带宽

36、度因m mf f和和m mp p的不同而互的不同而互不相同。不相同。 调频波和调相波的有效频带宽度调频波和调相波的有效频带宽度通信电子线路通信电子线路-3根据调频波的数学表达式根据调频波的数学表达式 调频波可以看成调制信号为调频波可以看成调制信号为 而调相波则可以看成调制信号为而调相波则可以看成调制信号为 的调频波的调频波. . 的调相波，的调相波，联系联系:通信电子线路通信电子线路-3三、调频波与调相波的联系与区别三、调频波与调相波的联系与区别和调相波的数学表达式和调相波的数学表达式可以看出可以看出FMFM与与PMPM两者之间的关系两者之间的关系: :这种关系为间接调频方法奠定了理论基础这种

37、关系为间接调频方法奠定了理论基础当调制信号频率当调制信号频率F F发生变化时，调频波的调制指数发生变化时，调频波的调制指数m mf f与与F F成反成反比变化，其频宽宽度基本不变，故称比变化，其频宽宽度基本不变，故称恒带调制恒带调制 当调制信号频率当调制信号频率F F变化时，调相波的调制指数变化时，调相波的调制指数m mp p与与F F无关，其无关，其频带宽度随调制频率频带宽度随调制频率F F变化变化 FMPM区别区别:通信电子线路通信电子线路-3f f = = K Kf fV V p p = = K Kp pV V 图图7-6 7-6 调制频率不同时调制频率不同时FMFM及及PMPM信号的频

38、谱信号的频谱通信电子线路通信电子线路-3f f = = K Kf fV V p p = = K Kp pV V BW=2(m+1)F=2( f+F) 设设F=1kHzF=1kHz，m mf f= m= mp p=12=12，这时，这时，FMFM与与PMPM信号的谱宽相信号的谱宽相等，为等，为26kHz26kHz。但是当调制信号幅度不变而频率增加到。但是当调制信号幅度不变而频率增加到2kHz2kHz及及4kHz4kHz时，时，对对FMFM波来说，虽然调制频率提高，但因波来说，虽然调制频率提高，但因m mf f减小，使有效边减小，使有效边频数目减小，所以有效谱宽只增加到频数目减小，所以有效谱宽只增

39、加到28kHz28kHz及及32kHz32kHz，即增，即增加是有限的。加是有限的。对对PMPM波来说，波来说，m mp p不变，故谱宽随不变，故谱宽随F F成正比例地增加到成正比例地增加到52kHz52kHz及及104kHz104kHz，因而占用的频带很宽，极不经济。，因而占用的频带很宽，极不经济。 通信电子线路通信电子线路-3BW=2(m+1)F=2( f+F)7.3 调频方法及电路一、实现调频的方法和基本原理一、实现调频的方法和基本原理 频率调制是对调制信号频谱进行非线性频率变换，而频率调制是对调制信号频谱进行非线性频率变换，而不是线性搬移，因而不是线性搬移，因而不能简单地用乘法器和滤波

40、器来实现。不能简单地用乘法器和滤波器来实现。实现调频的方法分为两大类：实现调频的方法分为两大类：直接调频法直接调频法和和间接调频法间接调频法。 1. 1. 直接调频法直接调频法 用调制信号直接控制振荡器的瞬时频率变化的方法称用调制信号直接控制振荡器的瞬时频率变化的方法称为直接调频法。为直接调频法。如果受控振荡器是产生正弦波的如果受控振荡器是产生正弦波的LCLC振荡器，振荡器，则振荡频率主要取决于谐振回路的电感和电容。将受到调则振荡频率主要取决于谐振回路的电感和电容。将受到调制信号控制的可变电抗与谐振回路连接，就可以使振荡频制信号控制的可变电抗与谐振回路连接，就可以使振荡频率按调制信号的规律变化

41、，实现直接调频。率按调制信号的规律变化，实现直接调频。 通信电子线路通信电子线路-3 可变电抗器件的种类：可变电抗器件的种类： 变容二极管变容二极管 具有铁氧体磁芯的电感线圈具有铁氧体磁芯的电感线圈 电抗管电路电抗管电路 直接调频法的优点：原理简单，频偏较大直接调频法的优点：原理简单，频偏较大 缺点：中心频率不易稳定缺点：中心频率不易稳定 在正弦振荡器中，若使可控电抗器连接于晶体振荡器在正弦振荡器中，若使可控电抗器连接于晶体振荡器中，可以提高频率稳定度，但频偏减小。中，可以提高频率稳定度，但频偏减小。通信电子线路通信电子线路-3 先将调制信号进行积分处理，然后用它控制载波的瞬时相先将调制信号进

42、行积分处理，然后用它控制载波的瞬时相位变化，从而实现间接控制载波的瞬时频率变化的方法，称位变化，从而实现间接控制载波的瞬时频率变化的方法，称为间接调频法。为间接调频法。 间接调频法的优点：间接调频法的优点： 实现调相的电路独立于高频载波振荡器以外，所以这种实现调相的电路独立于高频载波振荡器以外，所以这种调频波突出的优点是载波中心频率的稳定性可以做得较高。调频波突出的优点是载波中心频率的稳定性可以做得较高。 间接调频法的缺点：间接调频法的缺点： 可能得到的最大频偏较小。可能得到的最大频偏较小。2. 间接调频法间接调频法 调频波可以看成调制信号为调频波可以看成调制信号为 的调相波，的调相波，通信电

43、子线路通信电子线路-3间接调频实现的原理框图如图所示间接调频实现的原理框图如图所示图图7-7 7-7 借助于调相器得到调频波借助于调相器得到调频波通信电子线路通信电子线路-3 无论是直接调频，还是间接调频，无论是直接调频，还是间接调频， 主要技术要求是：主要技术要求是： 频偏尽量大，并且与调制信号保持良好的线性关系；频偏尽量大，并且与调制信号保持良好的线性关系； 中心频率的稳定性尽量高；中心频率的稳定性尽量高； 寄生调幅尽量小；寄生调幅尽量小； 调制灵敏度尽量高。调制灵敏度尽量高。 频偏增大与调制线性度之间是矛盾的频偏增大与调制线性度之间是矛盾的通信电子线路通信电子线路-3二、变容二极管直接调

44、频电路二、变容二极管直接调频电路 变容二极管调频电路是一种常用的直接调频电路，变容二极管调频电路是一种常用的直接调频电路，广泛应用于移动通信和自动频率微调系统。广泛应用于移动通信和自动频率微调系统。1. 1. 基本工作原理和定量分析基本工作原理和定量分析 变容二极管是利用半导体变容二极管是利用半导体PNPN结的结电容随反向电压变结的结电容随反向电压变化这一特性而制成的一种半导体二极管。化这一特性而制成的一种半导体二极管。结电容结电容CjCj与反向电压与反向电压v vR R的关系：的关系：通信电子线路通信电子线路-3v vR R：反向偏置电压，反向偏置电压，V VD D：PNPN结势垒电位差。结

45、势垒电位差。 ：结电容变化指数，通常：结电容变化指数，通常=1/2=1/21/31/3，经特殊工艺制成，经特殊工艺制成 的超突变结电容的超突变结电容=1=13,3,C Cj0j0: :静态工作点的结电容静态工作点的结电容. . 加到变容管上的反向电压，加到变容管上的反向电压，包括直流偏压包括直流偏压V V0 0和调制信号和调制信号电压电压v v (t)=V(t)=V coscos t t， v vR R(t)=V(t)=V0 0+V+V coscos t t用调制信号控制变容二极管结电容用调制信号控制变容二极管结电容通信电子线路通信电子线路-3图图7-9 7-9 变容二极管调频电路变容二极管调

46、频电路 在图在图7-97-9中，虚线左边是典型的正中，虚线左边是典型的正弦波振荡器，右边是变容管电路。加到弦波振荡器，右边是变容管电路。加到变容管上的反向偏压为变容管上的反向偏压为v vR R=V=VCCCCV+V+v v (t)=V(t)=V0 0+ +v v (t)(t) (7-31) 式中，式中，V V0 0 = V= VCCCCV V是反向直流偏压。是反向直流偏压。 图中，图中， 是变容管与是变容管与L L1 1C C1 1回路之间的耦合电容，同时回路之间的耦合电容，同时起到隔直流的作用；起到隔直流的作用；C C 为对调制信号的旁路电容；为对调制信号的旁路电容；L2L2是是高频扼流圈，

47、但让调制信号通过。高频扼流圈，但让调制信号通过。通信电子线路通信电子线路-3 把受到调制信号控制的变容二极把受到调制信号控制的变容二极管接入载波振荡器的振荡回路，如图管接入载波振荡器的振荡回路，如图7-107-10所示，则振荡频率亦受到调制信所示，则振荡频率亦受到调制信号的控制。适当选择变容二极管的特号的控制。适当选择变容二极管的特性和工作状态，可以使振荡频率的变性和工作状态，可以使振荡频率的变化近似地与调制信号成线性关系。这化近似地与调制信号成线性关系。这样就实现了调频。样就实现了调频。图图7-10 7-10 通信电子线路通信电子线路-3目标：分析目标：分析 (t)(t)与与 v v (t)

48、(t)的关系的关系1.1. c c(t)(t)与与v v (t)(t)的关系的关系2.2. (t)(t)与与 c c(t)(t)的关系的关系1.1. c c(t)(t)与与v v (t)(t)的关系的关系总电容总电容时时总电容总电容表示结电容调制深度的调制指数。 图中图中 (7-32) 经整理可得经整理可得 C(t)C(t) c c0 0 (m, (m, ) ) (7-33) 式中式中P P为变容二极管与振荡回路之间的接入系数，为变容二极管与振荡回路之间的接入系数， m=V m=V/ V/ VD D+ V+ V0 0 为调制深度为调制深度. .通信电子线路通信电子线路-31.1. c c(t)

49、(t)与与v v (t)(t)的关系的关系根据频率稳定度的概念可知，当根据频率稳定度的概念可知，当 0 0时时(7-34) 式中式中 0 0是未调制时载波角频率；是未调制时载波角频率；C C是调制信号为零时的回路是调制信号为零时的回路总电容。总电容。(t)= K(t)= K 0 0 (m,(m, )=K)=K 0 0AA0 0+A+A1 1coscos t+At+A2 2cos2cos2 t+t+ 或或 f(t)=Kff(t)=Kf0 0AA0 0+A+A1 1coscos t+At+A2 2cos2cos2 t+t+ = = f f0 0+ + f f1 1+ + f f2 2+ + f f

50、3 3+ + (7-35)通信电子线路通信电子线路-32.2. (t)(t)与与 c c(t)(t)的关系的关系 C(t)C(t) c c0 0 (m, (m, ) )代入代入(7-34)(7-34)得得将将该式说明，瞬时频率的变化中含有以下成份：该式说明，瞬时频率的变化中含有以下成份： 与调制信号成线性关系的成份与调制信号成线性关系的成份 f f1 1 f f1 1=KA=KA1 1f f0 0 = rm8+( = rm8+( 1)(1)( 2) Kf2) Kf0 0 (7-36) 与调制信号各次谐波成线性关系的成份与调制信号各次谐波成线性关系的成份 f2f2、 f3f3 f f2 2=KA

51、=KA2 2f f0 0 = = ( ( 1) Kf1) Kf0 0 (7-37) 中心频率相对于未调制时的载波频率产生的偏移为中心频率相对于未调制时的载波频率产生的偏移为 f f0 0=KA=KA0 0f f0 0 = = ( ( 1) Kf1) Kf0 0 (7-39) f f3 3=KA=KA3 3f f0 0 = = ( ( 1)(1)( 2) Kf2) Kf0 0 (7-38) f(t)=f(t)= f f0 0+ + f f1 1+ + f f2 2+ + f f3 3+ +通信电子线路通信电子线路-32.2. (t)(t)与与 c c(t)(t)的关系的关系 f1f1是调频时所需

52、要的频偏。是调频时所需要的频偏。 f0f0是引起中心频率不稳是引起中心频率不稳定的一种因素。定的一种因素。 f2f2和和 f3f3是频率调制的非线性失真。由以是频率调制的非线性失真。由以上各式可知，若选取上各式可知，若选取 =1=1，则二次、三次非线性失真以及，则二次、三次非线性失真以及中心频率偏移均可为零。中心频率偏移均可为零。 f f与与v v (t)(t)成线性关系。成线性关系。 以上讨论的是以上讨论的是 C C相对于回路总电容相对于回路总电容C C很小（即小频偏）很小（即小频偏）的情况。的情况。 若若 C C比较大则属于大频偏调频。（参见有关文献分析）比较大则属于大频偏调频。（参见有关

53、文献分析） 通信电子线路通信电子线路-32.2. (t)(t)与与 c c(t)(t)的关系的关系2. 变容二极管调频实际电路分析变容二极管调频实际电路分析 90MHz90MHz变容管直接调频电路变容管直接调频电路 (a)(b)图图7-11 变容管直接调频实例变容管直接调频实例 通信电子线路通信电子线路-3 电容三端式电路，变容管部分接入振荡电容三端式电路，变容管部分接入振荡回路，它的固定反偏电压由回路，它的固定反偏电压由+9V+9V电源经电电源经电阻阻56k56k 和和22k22k 分压后取得，调制信号分压后取得，调制信号v v 经高频扼流圈经高频扼流圈4747 H H加至变容管起调频作加至

54、变容管起调频作用。图中各个用。图中各个1000pF1000pF电容对高频均呈短电容对高频均呈短路作用，振荡管接成共基极组态。路作用，振荡管接成共基极组态。 变容二极管调频电路变容二极管调频电路 优点优点: : 电路简单，工作频率较高，容易获得较大的频偏，在电路简单，工作频率较高，容易获得较大的频偏，在频偏不需很大的情况下，非线性失真可以做得很小。频偏不需很大的情况下，非线性失真可以做得很小。变容二极管调频电路变容二极管调频电路 缺点缺点: : 变容管的一致性较差，大量生产时会给调试带来某些变容管的一致性较差，大量生产时会给调试带来某些麻烦；另外偏置电压的漂移、温度的变化会引起中心频率麻烦；另外

55、偏置电压的漂移、温度的变化会引起中心频率漂移，因此调频波的载波频率稳定度不高。漂移，因此调频波的载波频率稳定度不高。通信电子线路通信电子线路-3三、晶体振荡器直接调频 变容二极管直接调频，主要优点是可获得较大的频偏，变容二极管直接调频，主要优点是可获得较大的频偏，但其中心频率稳定较差，影响了它的应用。但其中心频率稳定较差，影响了它的应用。 例如例如88-108MHz88-108MHz的调频广播中，各个调频台的中心频率对的调频广播中，各个调频台的中心频率对稳定度不可超过稳定度不可超过 2kHz2kHz，否则相邻电台就要发生相互干扰。，否则相邻电台就要发生相互干扰。若某台的中心频率为若某台的中心频

56、率为100MHz100MHz，则该电台的振荡频率相对稳定，则该电台的振荡频率相对稳定度不应劣于度不应劣于2 2 1010-5-5通信电子线路通信电子线路-3如何稳定调频波的中心频率呢？如何稳定调频波的中心频率呢？通常采用以下三种方法：通常采用以下三种方法：第一，用晶体振荡器直接调频；第一，用晶体振荡器直接调频；第二，采用自动频率控制电路；第二，采用自动频率控制电路；第三，利用锁相环路稳频。第三，利用锁相环路稳频。通信电子线路通信电子线路-3图图7-12 晶体直接调频原理图晶体直接调频原理图图图7-12(a)7-12(a)是皮尔斯电路，变容管与石英晶体相串联，是皮尔斯电路，变容管与石英晶体相串联

57、，C Cj j受调受调制电压制电压v v 的控制，因而石英晶体的等效电感也受到控制，也的控制，因而石英晶体的等效电感也受到控制，也即振荡器的振荡频率受到调制电压即振荡器的振荡频率受到调制电压v v 的控制，获得了调频波。的控制，获得了调频波。为了加大晶体振荡器为了加大晶体振荡器直接调频电路的频偏，直接调频电路的频偏，可在可在AB支路内串联一支路内串联一个电感个电感L，L的串入减的串入减小石英晶体静态电容小石英晶体静态电容C0的影响，扩展石英晶的影响，扩展石英晶体的感性区域，使体的感性区域，使fq与与fp间的差值加大，间的差值加大，从而增强了变容管控从而增强了变容管控制频偏的作用，使频制频偏的作

58、用，使频偏加大。偏加大。通信电子线路通信电子线路-3 石英晶体振荡器的频率稳定度很高，电压参数的变化对振石英晶体振荡器的频率稳定度很高，电压参数的变化对振荡频率的影响是微小的。这就是说，变容管荡频率的影响是微小的。这就是说，变容管CjCj的变化所引的变化所引起调频波的频偏是很小的。这个偏移值不会超出石英晶体起调频波的频偏是很小的。这个偏移值不会超出石英晶体串联、并联两个谐振频率差值的一半。就一般而言，串联、并联两个谐振频率差值的一半。就一般而言， fq与与fp的差值只有几十至几百赫兹。的差值只有几十至几百赫兹。通信电子线路通信电子线路-3 图图7-137-13是中心频率为是中心频率为4.0MH

59、z4.0MHz的晶体调频振荡器的实际电路，的晶体调频振荡器的实际电路，图图(b)(b)是它的交流等效电路。是它的交流等效电路。图图7-13 晶体振荡器直接调频电路图晶体振荡器直接调频电路图 (a)(b)通信电子线路通信电子线路-3四、间接调频方法（由PMFM） 间接调频的频稳度高，广泛地用于广播发射机和电视间接调频的频稳度高，广泛地用于广播发射机和电视伴音发射机中。伴音发射机中。 间接调频的关键在于如何实现调相。间接调频的关键在于如何实现调相。 常用的调相方法：常用的调相方法： 移相法调相移相法调相 可变时延调相可变时延调相 矢量合成调相法矢量合成调相法通信电子线路通信电子线路-3图图7-14

60、 移相法调相框图移相法调相框图 = k= kp pv v = k= kp pV V coscos t t= mp coscos t t (7-40)通信电子线路通信电子线路-31. 1. 移相法调相移相法调相 将载频信号将载频信号V Vcoscos 0 0t t通过一个相移受调制信号通过一个相移受调制信号v v 线性线性控制的移相网络，即可实现调相控制的移相网络，即可实现调相 v v (t)=(t)=V V coscos t t 常用移相网络：如常用移相网络：如RCRC移相网络、移相网络、LCLC调谐回路移相网络等。调谐回路移相网络等。例：用例：用变容管变容管对对LCLC调谐回路作可变移相的一

61、种调相电路调谐回路作可变移相的一种调相电路(a) (b) 图图7-15 LC回路变容管调相电路回路变容管调相电路通信电子线路通信电子线路-3 由图可知，这是用调制电压由图可知，这是用调制电压v v 控制变容管电容控制变容管电容C Cj j 的变化，的变化，由由C Cj j 的变化实现调谐回路对输入载频的变化实现调谐回路对输入载频f f0 0的相移，具体过程为的相移，具体过程为 v v Cj Cj f f 0 0f(=ff(=f f f0 0) ) 在在v v =0=0时，回路谐振于载频时，回路谐振于载频f f0 0，呈纯阻性，回路相移，呈纯阻性，回路相移=0=0； 在在3030 时，上式可近似

62、为时，上式可近似为 (7-42)(7-41) 通信电子线路通信电子线路-3当当v v 00时，回路失谐，呈电感性或电容性，时，回路失谐，呈电感性或电容性，得相移得相移0 0或或0 0，数学关系式为，数学关系式为 单级单级LCLC回路的线性相位变化范围较小，一般在回路的线性相位变化范围较小，一般在3030 以下，以下，为了增大调相系数为了增大调相系数m mp p，可以用多级单调谐回路构成的变容管，可以用多级单调谐回路构成的变容管调相电路。调相电路。 (c) (c)图图7-15 LC7-15 LC回路变容管调相电路回路变容管调相电路通信电子线路通信电子线路-3 图图7-15(c)7-15(c)是三

63、级单回路构成的移相电路，每个回路是三级单回路构成的移相电路，每个回路的的Q Q值由可变电阻值由可变电阻(22k(22k ) )调节，以使每个回路产生相等的调节，以使每个回路产生相等的相移。为了减小各回路之间的相互影响，各回路之间均以相移。为了减小各回路之间的相互影响，各回路之间均以小电容作弱耦合。小电容作弱耦合。 电路总相移近似等于电路总相移近似等于3 3个回路的相移之和。这种电路个回路的相移之和。这种电路可在可在9090 范围内得到线性调相。如果各级回路之间的耦合范围内得到线性调相。如果各级回路之间的耦合电容过大，则该电路就不能看成是电容过大，则该电路就不能看成是3 3个单回路的串接，而个单

64、回路的串接，而变成三调谐回路的耦合电路了，这时，即使相移较小也会变成三调谐回路的耦合电路了，这时，即使相移较小也会产生较大的非线性失真。产生较大的非线性失真。通信电子线路通信电子线路-32. 可变时延法调相可变时延法调相 周期信号在经过一个网络后，如果在时间轴上有所移动，周期信号在经过一个网络后，如果在时间轴上有所移动，则此信号的相角必然发生变化，时延法调相就是利用调制信号则此信号的相角必然发生变化，时延法调相就是利用调制信号控制时延大小而实现调相的一种方法控制时延大小而实现调相的一种方法 。 图图7-16 7-16 时延调相原理框图时延调相原理框图通信电子线路通信电子线路-3 =k=kP P

65、v v =k=kp pV V coscos t t= mp coscos t t (7-43) v v =Vcos=Vcos 0 0(t(t ) =Vcos) =Vcos 0 0t tm mp p 0coscos tt (7-44) 可变时延法调相系统的最大优点可变时延法调相系统的最大优点 调制线性好调制线性好 相位偏移大，最大相移可达相位偏移大，最大相移可达144144 ， 被广泛应用调频广播发射机及激光通信系统中。被广泛应用调频广播发射机及激光通信系统中。通信电子线路通信电子线路-3将调相波的一般数学表达式展开，并以A代表V，即得ap(t)=A0cos0tcosApv(t)-A0sinAP

66、v(t)sin0t若最大相移很小，如 Apv(t) max /6 则上式可近似写为ap(t)=A0cos0t-A0APv(t)sin0t 3. 矢量合成调相法矢量合成调相法( (阿姆斯特朗法阿姆斯特朗法) )a ap(t)=Vcosp(t)=Vcos (t)=Vcos(t)=Vcos 0 0t+At+Ap pv v (t)(t)通信电子线路通信电子线路-3调相波在调制指数小于0.5rad时，可认为是两个信号叠加而成：一个是载波振荡A0cos0t，一个是载波被抑制的双边带调幅波A0APv(t)sin0t 两者的相位差为矢量合成调相法实现框图矢量合成调相法实现框图用用用用载载波振波振波振波振荡荡与

67、双与双与双与双边带调边带调幅波叠加以幅波叠加以幅波叠加以幅波叠加以实现调实现调相相相相通信电子线路通信电子线路-3ap(t)=A0cos0t-A0APv(t)sin0t间接调频：变调相波为调频波。间接调频：变调相波为调频波。 调相法所获得频偏一般是不能满足需要的，例如，调频广调相法所获得频偏一般是不能满足需要的，例如，调频广播所要求的最大频移为播所要求的最大频移为75kHz75kHz。为了使频偏加大到所需的。为了使频偏加大到所需的数值，常需采用倍频的方法。如果调频的频偏只有数值，常需采用倍频的方法。如果调频的频偏只有50Hz50Hz，则需要的倍频次数为则需要的倍频次数为(75(75 /50)=

68、1500 /50)=1500倍，可见所需的倍，可见所需的倍频次数是很高的。倍频次数是很高的。 如果倍频之前载波频率为如果倍频之前载波频率为1MHz1MHz，则经，则经15001500次倍频后，次倍频后，中心频率增大为中心频率增大为1500MHz1500MHz。这个数值又可能不符合对中心。这个数值又可能不符合对中心频率的要求。频率的要求。4. 间接调频的实现间接调频的实现通信电子线路通信电子线路-3 例如，调频广播的中心频率假定要求例如，调频广播的中心频率假定要求100MHz100MHz。为了最。为了最后得到这个数值，尚需采用混频的方法。对于此处的例子，后得到这个数值，尚需采用混频的方法。对于此

69、处的例子，可用一个频率为可用一个频率为1400MHz(1400MHz(如用石英晶体振荡器再加上若干如用石英晶体振荡器再加上若干次倍频的办法来得到次倍频的办法来得到) )的本地振荡电压与之混频。的本地振荡电压与之混频。 混频只起频谱搬移作用，不会改变最大频移。混频只起频谱搬移作用，不会改变最大频移。 最后获得中心频率为最后获得中心频率为100MHz100MHz，频偏为，频偏为75kHz75kHz的调频波。的调频波。 通信电子线路通信电子线路-3间接调频电路间接调频电路( (阿姆斯特朗调频发射机阿姆斯特朗调频发射机) )图图7-17 间接调频的典型方框图间接调频的典型方框图通信电子线路通信电子线路

70、-3 倍频也可以分散进行：倍频也可以分散进行： 先倍频先倍频N1次，之后进行混频，然后再倍频次，之后进行混频，然后再倍频N2倍。倍。 如有必要，可以如此进行多次。如有必要，可以如此进行多次。7.4 调角信号解调 调频波的解调简称鉴频；调相波的解调简称鉴相。调频波的解调简称鉴频；调相波的解调简称鉴相。 本节讨论的重点在本节讨论的重点在鉴频鉴频。 对调频波而言，调制信息包含在已调信号瞬对调频波而言，调制信息包含在已调信号瞬时频率的变化中，所以解调的任务就是把已调信时频率的变化中，所以解调的任务就是把已调信号瞬时频率的变化不失真地转变成电压变化，即号瞬时频率的变化不失真地转变成电压变化，即实现实现“

71、频率频率电压电压”转换转换。通信电子线路通信电子线路-3 一、鉴频方法一、鉴频方法1. 1. 实现鉴频的方法实现鉴频的方法实现鉴频的方法很多，但常用的方法有以下几种：实现鉴频的方法很多，但常用的方法有以下几种：(1) (1) 利用波形变换进行鉴频利用波形变换进行鉴频(2) (2) 相移乘法鉴频相移乘法鉴频(3) (3) 脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器(4) (4) 利用锁相环路实现鉴频。利用锁相环路实现鉴频。 通信电子线路通信电子线路-3 一、鉴频方法一、鉴频方法 1. 1. 实现鉴频的方法实现鉴频的方法 (1) (1) 利用波形变换进行鉴频利用波形变换进行鉴频 将调频信号先通过一个线性变换

72、网络，使将调频信号先通过一个线性变换网络，使调频波变换成调频波变换成调频调幅波调频调幅波，其幅度正比于瞬时频率的变化，经变换网络输，其幅度正比于瞬时频率的变化，经变换网络输出的调频调幅信号再作振幅检波即可恢复出原调制信号出的调频调幅信号再作振幅检波即可恢复出原调制信号 通信电子线路通信电子线路-3图图7-18 利用波形变换鉴频的方框图与波形图利用波形变换鉴频的方框图与波形图通信电子线路通信电子线路-3 实例：斜率鉴频实例：斜率鉴频( (即失谐回路鉴频即失谐回路鉴频) )、相位鉴频等、相位鉴频等 (2) 相移乘法鉴频相移乘法鉴频 原理：原理： 将调频波经过移相电路变成将调频波经过移相电路变成调频

73、调相波调频调相波，其相位的变化正，其相位的变化正好与调频波瞬时频率的变化成线性关系；好与调频波瞬时频率的变化成线性关系； 将此调频调相波与未相移调频波将此调频调相波与未相移调频波( (为参考信号为参考信号) )进行相位比进行相位比较，即可得到鉴频电路的解调输出。较，即可得到鉴频电路的解调输出。 由于相位比较器一般都选用乘法电路，故此类鉴频电路称由于相位比较器一般都选用乘法电路，故此类鉴频电路称为为相移乘法电路相移乘法电路。 通信电子线路通信电子线路-3图图7-19 相移乘法鉴频框图相移乘法鉴频框图 这种鉴频电路在集成电路中被广泛应用，其主要特点这种鉴频电路在集成电路中被广泛应用，其主要特点是性

74、能良好，片外电路十分简单，通常只有一个可调电感，是性能良好，片外电路十分简单，通常只有一个可调电感，调整非常方便。调整非常方便。通信电子线路通信电子线路-3通信电子线路通信电子线路-3 原理：原理：利用调频波单位时间内过零信息的不同来实现解调利用调频波单位时间内过零信息的不同来实现解调。 分析：因为调频波的频率是随调制信号变化的，分析：因为调频波的频率是随调制信号变化的， 当瞬时频率高时，过零的数目就多；当瞬时频率高时，过零的数目就多； 当瞬时频率低时，过零点的数目就少。当瞬时频率低时，过零点的数目就少。 利用调频波该特点，就可以实现解调。利用调频波该特点，就可以实现解调。 优点：线性良好。优

75、点：线性良好。 (3) 脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器通信电子线路通信电子线路-3图图7-20 脉冲计数式鉴频器实现方框图和波形图脉冲计数式鉴频器实现方框图和波形图通信电子线路通信电子线路-3 当瞬时频率高时，过零的数目就多；当瞬时频率高时，过零的数目就多； 当瞬时频率低时，过零点的数目就少。当瞬时频率低时，过零点的数目就少。 (3) 脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器 首先将输入调频波通过限幅器变为调频方波，然后微首先将输入调频波通过限幅器变为调频方波，然后微分变为尖脉冲序列，用其中正脉冲去触发脉冲形成电路，分变为尖脉冲序列，用其中正脉冲去触发脉冲形成电路，这样调频波就变换成脉宽相同而周期变

76、化的脉冲序列，它这样调频波就变换成脉宽相同而周期变化的脉冲序列，它的周期变化反映调频波瞬时频率的变化。将此信号进行低的周期变化反映调频波瞬时频率的变化。将此信号进行低通滤波，取出其平均分量，就可得到原调制信号。通滤波，取出其平均分量，就可得到原调制信号。 突出优点：突出优点： 线性好、频带宽、便于集成，线性好、频带宽、便于集成， 同时它能工作于一个相当宽的中心频率范围同时它能工作于一个相当宽的中心频率范围(1Hz-10MHz(1Hz-10MHz，如配合使用混频器，中心频率可扩展到，如配合使用混频器，中心频率可扩展到100MHz)100MHz)。(4) 利用锁相环路实现鉴频（略）利用锁相环路实现

77、鉴频（略）通信电子线路通信电子线路-3 (3) 脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器 2. 鉴频器的主要技术指标鉴频器的主要技术指标鉴频特性：鉴频特性： 鉴频器输出电压鉴频器输出电压v vo o与输入与输入调频波频率调频波频率f f之间的关系之间的关系 技术指标：技术指标：(1)(1)鉴频跨导鉴频跨导S S (2)(2)线性范围线性范围(3)(3)鉴频灵敏度鉴频灵敏度图图7-21 鉴频特性曲线鉴频特性曲线通信电子线路通信电子线路-3(1) (1) 鉴频跨导鉴频跨导S S 中心频率附近，单位频偏所引起的输出电压的变化量中心频率附近，单位频偏所引起的输出电压的变化量S S 说明：鉴频跨导说明：鉴频跨导

78、S S越大，意味着鉴频特性曲线越陡峭，越大，意味着鉴频特性曲线越陡峭， 鉴频能力越强。鉴频能力越强。通信电子线路通信电子线路-3(2) (2) 线性范围线性范围 指鉴频特性曲线近似于直线段的频率范围，指鉴频特性曲线近似于直线段的频率范围，用用2 2 fmaxfmax表示，它表明鉴频器不失真解调时表示，它表明鉴频器不失真解调时所允许的频率变化范围。所允许的频率变化范围。 要求要求2 2 fmaxfmax应大于调频波最大频偏的两倍。应大于调频波最大频偏的两倍。 2 2 fmaxfmax又称为鉴频器的带宽又称为鉴频器的带宽。(3) (3) 鉴频灵敏度鉴频灵敏度 主要是指为使鉴频器正常工作所需的输主要

79、是指为使鉴频器正常工作所需的输入调频波的幅度，其值越小，鉴频器灵敏度入调频波的幅度，其值越小，鉴频器灵敏度越高。越高。通信电子线路通信电子线路-3 相位鉴频器相位鉴频器: :利用波形变换来鉴频。利用波形变换来鉴频。 原理：原理：利用回路的相位频率特性利用回路的相位频率特性 将调频波变为调幅将调频波变为调幅调频波调频波 然后用振幅检波恢复调制信号。然后用振幅检波恢复调制信号。 相位鉴频器电路常有两种：相位鉴频器电路常有两种： 电感耦合相位鉴频器电感耦合相位鉴频器 （本节重点）（本节重点） 电容耦合相位鉴频器电容耦合相位鉴频器二、相位鉴频二、相位鉴频通信电子线路通信电子线路-31. 电路说明电路说

80、明输入电路的初级回路输入电路的初级回路C1C1、L1L1和次级回路和次级回路C2C2、L2L2均调谐于均调谐于调频波的中心频率调频波的中心频率f0f0。完成波形变换：完成波形变换： 等幅调频波等幅调频波调幅调幅- -调频波调频波图图7-22 相位鉴频器原理电路相位鉴频器原理电路通信电子线路通信电子线路-3二、相位鉴频二、相位鉴频电感耦合相位鉴频器原理电感耦合相位鉴频器原理耦合电容耦合电容C5 D1D1、R1R1、C3C3和和D2D2、R2R2、C4C4组成上、下两个振幅检波器，组成上、下两个振幅检波器，且特性完全相同，将振幅的变化检测出来。且特性完全相同，将振幅的变化检测出来。 负载电阻负载电

81、阻R1 R2R1 R2通常比旁路电容通常比旁路电容C3 C4C3 C4的高频容抗大得多，的高频容抗大得多，而耦合电容而耦合电容C5C5与旁路电容与旁路电容C3 C4C3 C4的容抗则远小于高频扼流圈的容抗则远小于高频扼流圈L3L3的感抗。因此，初级回路上的信号电压几乎全部降落在扼流圈的感抗。因此，初级回路上的信号电压几乎全部降落在扼流圈L3L3上。上。通信电子线路通信电子线路-3二、相位鉴频二、相位鉴频 等幅调频波等幅调频波调幅调幅-调频波调频波 2. 工作原理工作原理 由图由图7-227-22可以看出，初级回路电流经互感耦合，在次级可以看出，初级回路电流经互感耦合，在次级回路两端感应产生次级

82、回路电压。加在两个振幅检波器的输回路两端感应产生次级回路电压。加在两个振幅检波器的输入信号分别为入信号分别为 (7-45) (7-46) 只要加在二极管上的电压为只要加在二极管上的电压为FM-AMFM-AM波，后面就是振幅检波。波，后面就是振幅检波。 这里关键是弄清这里关键是弄清 与与 间的相位关系。间的相位关系。通信电子线路通信电子线路-3二、相位鉴频二、相位鉴频 为了使分析简单起见，先作两个合乎实际的假定：为了使分析简单起见，先作两个合乎实际的假定： 1) 1) 初次级回路的品质因数均较高；初次级回路的品质因数均较高； 2) 2) 初、次级回路之间的互感耦合比较弱。初、次级回路之间的互感耦

83、合比较弱。 这样，在估算初级回路电流时，就不必考虑初级回路自这样，在估算初级回路电流时，就不必考虑初级回路自 身的损耗电阻和从次级反射到初级的损耗电阻。身的损耗电阻和从次级反射到初级的损耗电阻。 通信电子线路通信电子线路-3二、相位鉴频二、相位鉴频于是可以近似地得到图于是可以近似地得到图7-237-23所示的所示的等效电路，图中等效电路，图中图图7-23 次级回路的等效电路次级回路的等效电路 初级电流在次级回路中感应产生串联初级电流在次级回路中感应产生串联电动势电动势(7-48) 式中，正、负号取决于初次级线圈的绕向。式中，正、负号取决于初次级线圈的绕向。(7-47) 通信电子线路通信电子线路

84、-3现假设线圈的绕向使该式取负号。将式现假设线圈的绕向使该式取负号。将式(7-47)(7-47)代入式代入式(7-48)(7-48)(7-49)可以根据图可以根据图7-237-23所示的等效电路求出：所示的等效电路求出：(7-50) X X2 2=X=XL2L2X XC2C2是次级回路总电抗，可正可负，还可为零。是次级回路总电抗，可正可负，还可为零。这取决于信号频率。这取决于信号频率。(7-49)通信电子线路通信电子线路-3图图7-23 次级回路的等效电路次级回路的等效电路 当信号率频当信号率频f finin等于中心频率等于中心频率f f0 0( (即回路谐振频率即回路谐振频率) )时，时，X

85、 X2 2=0=0，于，于是是(7-51)该式表明，次级回路电压该式表明，次级回路电压 比初级回路电压比初级回路电压 超前超前 。通信电子线路通信电子线路-3 与与 间的相位关系：间的相位关系： 当信号频率当信号频率f finin高于中心频率高于中心频率f0f0时，时，X XL2L2X XC2C2，即，即X2X20 0。这时次级回路总阻抗为这时次级回路总阻抗为式中，式中， 是是Z2Z2的模，其值为的模，其值为 是是Z Z2 2的相角，其值为的相角，其值为将将Z2Z2的关系式代入式的关系式代入式(7-50)(7-50)，得，得该式表明，当信号频率高于中心频率时，次级回路电压该式表明，当信号频率高

86、于中心频率时，次级回路电压超前于初级回路电压超前于初级回路电压 一个小于一个小于 的角度的角度 。通信电子线路通信电子线路-3X X2 2=X=XL2L2X XC2C2 当当finfinf0f0时，与上面类似时，与上面类似即即 超前于超前于 一个大于一个大于 的相角的相角 。通信电子线路通信电子线路-3finf0 图图7-24 相位鉴频器矢量图相位鉴频器矢量图finf0 finf0Vab2Vab2VD2VD1V1290+qV0 = Va b = kd(VD1VD2)若将若将VaVa b b 与频移与频移 f f之间的关系画成曲线，便得到如图之间的关系画成曲线，便得到如图7-257-25所示所示

87、的的S S形鉴频特性曲线。形鉴频特性曲线。 (a) 正极性鉴频曲线正极性鉴频曲线 (b) 负极性鉴频曲线负极性鉴频曲线图图7-25 图图(a)(a)为正极性鉴频曲线，鉴频跨导为正极性鉴频曲线，鉴频跨导S S0 0。图图(b)(b)为负极性鉴频，鉴频跨导为负极性鉴频，鉴频跨导S S0 0（次级线圈的同名端相反次级线圈的同名端相反） 通信电子线路通信电子线路-3 在该曲线的中间部分，输出电压与瞬时频移在该曲线的中间部分，输出电压与瞬时频移 f f之间近之间近似地成线性关系，似地成线性关系， f f越大，输出电压也越大；但当信号频越大，输出电压也越大；但当信号频率偏离中心频率越来越远，超过一定限度率

88、偏离中心频率越来越远，超过一定限度( (f f fm)fm)后，鉴频器的输出电压又随着频移的加大而下降。后，鉴频器的输出电压又随着频移的加大而下降。 其主要原因是，当频率超过一定范围以后，已超出了其主要原因是，当频率超过一定范围以后，已超出了输入电路的通频带，耦合回路的频率响应曲线的影响变得输入电路的通频带，耦合回路的频率响应曲线的影响变得显著起来，这就导致了显著起来，这就导致了 的大小也随着频移的加大而下的大小也随着频移的加大而下降，所以最后反而使鉴频器的输出电压下降。因此，降，所以最后反而使鉴频器的输出电压下降。因此，S S型型鉴频特性曲线的线性区间两边的边界应对应于耦合回路频鉴频特性曲线

89、的线性区间两边的边界应对应于耦合回路频率响应曲线通频带的两个半边界点，即率响应曲线通频带的两个半边界点，即半功率点半功率点。通信电子线路通信电子线路-3 前面介绍的相位鉴频器，当输入调频信号的振幅发生变前面介绍的相位鉴频器，当输入调频信号的振幅发生变化时，输出电压也会发生变化，因此由各种噪声和干扰引起化时，输出电压也会发生变化，因此由各种噪声和干扰引起的输入信号寄生调幅，都将在其输出端反映出来。的输入信号寄生调幅，都将在其输出端反映出来。 为了抑制噪声及干扰，在鉴频器前必须增设为了抑制噪声及干扰，在鉴频器前必须增设限幅器限幅器。 比例鉴频器具有自限幅功能，因而可省去外加限幅器。比例鉴频器具有自

90、限幅功能，因而可省去外加限幅器。 三、比例鉴频器三、比例鉴频器 通信电子线路通信电子线路-31.1.比例鉴频器的原理电路比例鉴频器的原理电路 图图7-26通信电子线路通信电子线路-3(1) R1(1) R1，R2R2连接点连接点N N接地，负载接地，负载R RL L接在接在MNMN之间，输出电压由之间，输出电压由 M M，N N引出。引出。(2) R1(2) R1和和R2R2两端并接大电容两端并接大电容C6(C6(一般为一般为1010 F)F)，使得在检波过，使得在检波过 程中程中a a b b 间的端电压基本保持不变。间的端电压基本保持不变。1.1.比例鉴频器的原理电路比例鉴频器的原理电路

91、图图7-26通信电子线路通信电子线路-3(3) D1(3) D1和和D2D2按环路顺接，以保持直流通路，因此按环路顺接，以保持直流通路，因此C3C3和和C4C4上的上的 电压极性一致，电压极性一致，VaVa b b =V=VC3C3+V+VC4C4。比例鉴频器的输出电。比例鉴频器的输出电压压其波形变换部分与相位鉴频器基本相同，电路上差别主要其波形变换部分与相位鉴频器基本相同，电路上差别主要有以下几点：有以下几点：(1) R1(1) R1，R2R2连接点连接点N N接地，负载接地，负载RLRL接在接在MNMN之间，输出电压由之间，输出电压由 M M，N N引出。引出。(2) R1(2) R1和和

92、R2R2两端并接大电容两端并接大电容C6(C6(一般为一般为1010 F)F)，使得在检波过，使得在检波过 程中程中a a b b 间的端电压基本保持不变。间的端电压基本保持不变。(3) D1(3) D1和和D2D2按环路顺接，以保持直流通路，因此按环路顺接，以保持直流通路，因此C3C3和和C4C4上的上的 电压极性一致，电压极性一致，VaVa b b =V=VC3C3+V+VC4C4。比例鉴频器的输出电压。比例鉴频器的输出电压通信电子线路通信电子线路-3 2. 2. 自限幅特性分析自限幅特性分析 比例鉴频器不需要前置限幅器，它本身就具有抑制寄生调幅所产生比例鉴频器不需要前置限幅器，它本身就具

93、有抑制寄生调幅所产生的干扰的能力，在比例鉴频器中，由于的干扰的能力，在比例鉴频器中，由于C6C6的电容量很大，因此电压的电容量很大，因此电压VaVa b b 基本稳定不变，它只决定于调频波的载波振幅，而与其频偏及基本稳定不变，它只决定于调频波的载波振幅，而与其频偏及寄生调幅都无关寄生调幅都无关. . 当输入信号振幅由于干扰突然变大时，由于电压当输入信号振幅由于干扰突然变大时，由于电压VaVa b b 基本恒定，基本恒定，就使得检波管的电流明显加大，加重了对输入回路的负载，即回路就使得检波管的电流明显加大，加重了对输入回路的负载，即回路Q Q值值下降下降, ,可迫使信号振幅减小。反之亦然。因而很

94、好地起到了稳幅的作用。可迫使信号振幅减小。反之亦然。因而很好地起到了稳幅的作用。 通信电子线路通信电子线路-37.5 调频制的抗干扰(噪声)性能 关于各种调制方式的抗干扰性能分析属于后续课程关于各种调制方式的抗干扰性能分析属于后续课程“通信原理通信原理”的课程内容，但是，有些高频电路的组成的课程内容，但是，有些高频电路的组成( (例如，调频收发信机中的预加重、去加重等特殊电路例如，调频收发信机中的预加重、去加重等特殊电路) )与与抗噪声性能的分析是密切相关的。本课程只能在讲清楚讨抗噪声性能的分析是密切相关的。本课程只能在讲清楚讨论条件后，直接引用有关结论。论条件后，直接引用有关结论。 抗干扰性

95、是指在接收机解调器的输入端信噪比抗干扰性是指在接收机解调器的输入端信噪比(SNR)(SNR)相同时，哪种调制方式的接收机输出端信噪比高，则认为相同时，哪种调制方式的接收机输出端信噪比高，则认为这种调制方式的抗干扰性能好。这种调制方式的抗干扰性能好。在本章的开头曾提到调频在本章的开头曾提到调频制的突出特点是它的抗干扰性能优于调幅制，这是为什么制的突出特点是它的抗干扰性能优于调幅制，这是为什么呢？对此，简述如下。呢？对此，简述如下。通信电子线路通信电子线路-3 分析表明，对于单音调频波分析表明，对于单音调频波( (假定干扰也是单频信号假定干扰也是单频信号) )而言，而言，解调的输出电压信噪比为解调

96、的输出电压信噪比为(SNR)(SNR)FM FM (7-55)式中，式中， 为接收机输入端信噪比，为接收机输入端信噪比，VsVs和和VnVn分别表示信号与干扰电分别表示信号与干扰电压的幅值；压的幅值； f f为频偏；为频偏； F F为调制信号频率；为调制信号频率；m mf f为调频指数。为调频指数。一般宽带调频系数一般宽带调频系数m mf f 总是大于总是大于1 1的，因而调频接收机信噪比与的，因而调频接收机信噪比与输入端相比是有所提高的。输入端相比是有所提高的。通信电子线路通信电子线路-3 对于调幅接收机而言，检波输出电压信噪比为对于调幅接收机而言，检波输出电压信噪比为 (SNR)(SNR)

97、AMAM (7-56)当当m ma a=1=1时，输出端信噪比与输入信噪比相等，这是调幅接时，输出端信噪比与输入信噪比相等，这是调幅接收最好的情况。通过收最好的情况。通过m ma a11，则结果要差些。，则结果要差些。通信电子线路通信电子线路-3 由于在调幅制中，调幅系数由于在调幅制中，调幅系数m ma a不能超过不能超过1 1，而在调频，而在调频制中，调频系数制中，调频系数m mf f 可以远大于可以远大于1 1，所以说调频制的抗干扰，所以说调频制的抗干扰性能优于调幅制。以上分析表明，加大调制系数性能优于调幅制。以上分析表明，加大调制系数m mf f 可以可以使鉴频输出信噪比增加，但必须注意

98、，加大使鉴频输出信噪比增加，但必须注意，加大m mf f 将增加信将增加信号带宽。号带宽。 因此，调频制抗干扰性能优于调幅制，是以牺牲带宽为因此，调频制抗干扰性能优于调幅制，是以牺牲带宽为代价的。代价的。通信电子线路通信电子线路-3 以上讨论仅指干扰为单频信号的简单情况，以上讨论仅指干扰为单频信号的简单情况，如果干扰如果干扰信号是白噪声，只有在调频系数大于信号是白噪声，只有在调频系数大于0.60.6时，调频制的抗时，调频制的抗干扰性能才优于调幅制。干扰性能才优于调幅制。 常把常把 m mf f=0.6=0.6作为窄带调频与宽带调频的作为窄带调频与宽带调频的过渡点过渡点。 在抗干扰性能方面，在抗

99、干扰性能方面，窄带调频窄带调频并不优于调幅制，因为并不优于调幅制，因为窄带调频信号和调幅信号的带宽并无差异。窄带调频信号和调幅信号的带宽并无差异。通信电子线路通信电子线路-3 从表面看，增加带宽将使更多的噪声信号进从表面看，增加带宽将使更多的噪声信号进入接收机，但是，为什么宽带的调频信号反而可入接收机，但是，为什么宽带的调频信号反而可以提高信噪比呢？以提高信噪比呢？ 这是因为调频信号的频谱是有规律地扩展的，这是因为调频信号的频谱是有规律地扩展的，各旁频分量是相关的，经解调后宽带信号可以凝各旁频分量是相关的，经解调后宽带信号可以凝聚为窄带的原始调制信号频谱。聚为窄带的原始调制信号频谱。 噪声各频

100、率是彼此独立的，不能凝聚，解调后噪声各频率是彼此独立的，不能凝聚，解调后仍分布在宽带内，大部分仍分布在宽带内，大部分 将被滤波器滤除，这就将被滤波器滤除，这就使输出信噪比得以提高。使输出信噪比得以提高。通信电子线路通信电子线路-3 从上式还可以看出，调频接收从上式还可以看出，调频接收机中鉴频器输出端的噪声随调制信机中鉴频器输出端的噪声随调制信号频率的增加而增大，即鉴频器输号频率的增加而增大，即鉴频器输出端噪声电压频谱呈三角形出端噪声电压频谱呈三角形( (其噪其噪声功率谱呈抛物线形声功率谱呈抛物线形) )。 各种消息信号各种消息信号( (如话音、音乐如话音、音乐等等) )，它们的能量都集中在低频

101、端，它们的能量都集中在低频端，因此在调制信号的高频端输出信噪因此在调制信号的高频端输出信噪比将明显下降，这对调频信号的接比将明显下降，这对调频信号的接收是很不利的。收是很不利的。 图图7-27 鉴频器输出噪声频谱鉴频器输出噪声频谱(SNR)(SNR)FM FM 通信电子线路通信电子线路-3 为了使调频接收机在整个频带内都具有较高的输出信为了使调频接收机在整个频带内都具有较高的输出信噪比，可以在调频发射机的调制器之前，人为地加重高音噪比，可以在调频发射机的调制器之前，人为地加重高音频，使高音频电压提升，被称为频，使高音频电压提升，被称为“预加重预加重”技术技术 但其结果，改变了原调制信号各调制频

102、率之间的比例但其结果，改变了原调制信号各调制频率之间的比例关系，将造成解调信号的失真。关系，将造成解调信号的失真。 因此，需要在调频接收机鉴频器输出端加入一个与预因此，需要在调频接收机鉴频器输出端加入一个与预加重网络传输函数加重网络传输函数相反相反的的去加重网络去加重网络，把人为提升高音频，把人为提升高音频电压振幅降下来，恢复原调制信号各频率之间的比例关系，电压振幅降下来，恢复原调制信号各频率之间的比例关系，使解调信号不失真。使解调信号不失真。“预加重预加重”技术技术通信电子线路通信电子线路-3Pre-Emphasis & De-Emphasis1. 预加重网络预加重网络 调频噪声频谱呈三角形

103、，即与调制信号频率调频噪声频谱呈三角形，即与调制信号频率F F成正比。与此成正比。与此相对应，可将信号电压做类似处理，相对应，可将信号电压做类似处理，要求预加重网络的传输函数要求预加重网络的传输函数应满足应满足 22 F F，这对应于一个微分电路。但考虑到对信，这对应于一个微分电路。但考虑到对信号的低端不应加重，一般采用的预加重网络及其传输特性分别如号的低端不应加重，一般采用的预加重网络及其传输特性分别如图图7-28(a)7-28(a)、(b)(b)所示所示. .图图7-28 预加重网络预加重网络通信电子线路通信电子线路-3图中图中 ( (式中式中R=R1/R2)R=R1/R2) 对于调频广播

104、发射机中的预加重网络参数对于调频广播发射机中的预加重网络参数C C、R1R1、R2R2的的选择，常使选择，常使F1=2.1kHzF1=2.1kHz，F2=15kHzF2=15kHz，此时，此时R R1 1C=75C=75 s s。通信电子线路通信电子线路-32. 去加重网络去加重网络 去加重网络及其频响特性见图去加重网络及其频响特性见图7-29(a)7-29(a)、(b)(b)，去加重网络，去加重网络应具有与预加重网络相反的网络特征。因而应使应具有与预加重网络相反的网络特征。因而应使 1/21/2 F F，可见，去加重网络相当于一个积分电路。在广播调频接收机中，可见，去加重网络相当于一个积分电

105、路。在广播调频接收机中，去加重网络参数去加重网络参数R R、C C的选择应使的选择应使F1=2.1kHzF1=2.1kHz，F2=15kHzF2=15kHz，此时，此时R R1 1C=75C=75 s s。图图7-29 去加重网络去加重网络通信电子线路通信电子线路-3本 章 小 结1.1.角度调制是载波的总相角随调制信号变化，它分为调频角度调制是载波的总相角随调制信号变化，它分为调频和调相。和调相。调频的瞬时频率随调制信号线性变化，调相波调频的瞬时频率随调制信号线性变化，调相波的瞬时相位随调制信号线性变化。的瞬时相位随调制信号线性变化。调角波的频谱不是调调角波的频谱不是调制信号频谱的线性搬移，

106、而是产生了无数个组合频率分制信号频谱的线性搬移，而是产生了无数个组合频率分量，其频谱结构与调制指数量，其频谱结构与调制指数m m有关，这一点与调幅是不有关，这一点与调幅是不同的。同的。 要求掌握调角波的数学表达式要求掌握调角波的数学表达式,波形和频谱波形和频谱,以及调频以及调频与与调相的区别和联系调相的区别和联系通信电子线路通信电子线路-33. 3. 调角波的调制指数可表达为调角波的调制指数可表达为 , , 但其中但其中调频波的调频波的m mf f与调制频率与调制频率F F成反比，而调相波的成反比，而调相波的m mp p则与调制频率则与调制频率F F无关。无关。调调频波的频带宽度与调制信号频率

107、无关近似为恒带调制，调相频波的频带宽度与调制信号频率无关近似为恒带调制，调相波的频带宽度随调制信号的频率而变化。波的频带宽度随调制信号的频率而变化。4. 4. 调角波的平均功率与调制前的等幅载波功率相等。调角波的平均功率与调制前的等幅载波功率相等。调制的调制的作用仅是将原来的载频功率重新分配到各个边频上而总的功作用仅是将原来的载频功率重新分配到各个边频上而总的功率不变。率不变。2. 2. 角度调制信号包含的频谱虽然是无限宽，但其能量集中在角度调制信号包含的频谱虽然是无限宽，但其能量集中在 中心频率中心频率f0f0附近的一个有限频段内。附近的一个有限频段内。 调角信号占据的有效带宽为调角信号占据

108、的有效带宽为BW=2(BW=2( fm+Fmax)fm+Fmax)，其中，其中， fmfm为为频偏，频偏，FmaxFmax为调制信号最高频率。为调制信号最高频率。通信电子线路通信电子线路-35. 5. 实现调频的方法有两类实现调频的方法有两类: :直接调频与间接调频直接调频与间接调频 直接调频是用调制信号去控制振荡器中的可变电抗元件直接调频是用调制信号去控制振荡器中的可变电抗元件( (通常通常是变容二极管是变容二极管) )，使其振荡频率随调制信号线性变化；，使其振荡频率随调制信号线性变化； 间接调频是将调制信号积分后，再对高频载波进行调相，获间接调频是将调制信号积分后，再对高频载波进行调相，获

109、得调频信号。得调频信号。 直接调频可获得大的频偏，但中心频率的频率稳定度低；直接调频可获得大的频偏，但中心频率的频率稳定度低；间接调频时中心频率的频率稳定度高，但难以获得大的频偏，间接调频时中心频率的频率稳定度高，但难以获得大的频偏，需采用多次倍频、混频加大频偏。需采用多次倍频、混频加大频偏。通信电子线路通信电子线路-36.6. 调频波的解调称为鉴频或频率检波，调相波的解调称为鉴调频波的解调称为鉴频或频率检波，调相波的解调称为鉴相或相位检波。相或相位检波。 鉴频的主要方法有鉴频的主要方法有斜率鉴频器、相位鉴频器、比例鉴频器、斜率鉴频器、相位鉴频器、比例鉴频器、相移乘法鉴频器和脉冲计数式鉴频器相

110、移乘法鉴频器和脉冲计数式鉴频器。 前三种鉴频器的基本原理都是由实现波形变换的线性网络前三种鉴频器的基本原理都是由实现波形变换的线性网络和实现频率变换的非线性电路组成。相位鉴频器和比例鉴和实现频率变换的非线性电路组成。相位鉴频器和比例鉴频器则是利用耦合电路的相频特性将调频波变成调幅调频频器则是利用耦合电路的相频特性将调频波变成调幅调频波，然后再进行振幅检波。波，然后再进行振幅检波。 比例鉴频器具有自动限幅的功能，能够抑制寄生调幅干扰。比例鉴频器具有自动限幅的功能，能够抑制寄生调幅干扰。通信电子线路通信电子线路-3掌握相位鉴频器波形变换的原理掌握相位鉴频器波形变换的原理, ,矢量关系和比例鉴频器矢量关系和比例鉴频器自动限幅的原理自动限幅的原理. .通信电子线路通信电子线路-37-14 某调频设备方框图如题图7-3所示。直接调频器输出调频波的中心频率为10MHz，调制频率为1kHz，频偏为15kHz。求：(1) 该设备输出信号vo(t)的中心频率和频偏；(2) 放大器1和放大器2的中心频率和通频带各为何值？通信电子线路通信电子线路-3通信电子线路通信电子线路-3