角度调制与解调

第6章 角度调制与解调,第6章 角度调制与解调 2,第6章 角度调制与解调,频谱的搬移：线性：幅度调制（AM）：频谱的结构不变。 非线性：角度调制（FM、PM）：频谱结构发生变化 ，且调制后的带宽比调制信号的带宽大得多。 频率调制 （FM调频）：高频振荡信号的频率按调制信 号的规律变化（瞬时频率变化的大小与调制信号成 线性关系），而振幅保持恒定的一种调制方式。 解调：鉴频或频率检波。 相位调制 （PM调相）：高频振荡信号的相位按调制信 号的规律变化，而振幅保持恒定的一种调制方式。 解调：鉴相或相位检波。 角度调制虽然频带利用率不高，但其抗干扰和噪声的能力较强。 调频波和调相波都表现为相位角的变化，只是变化的规律不同而已。 调频必调相，调相必调频；鉴频可以鉴相，鉴相也可以鉴频。,角度调制,第6章 角度调制与解调 3,主要内容：,6.1 角度调制原理 6.2 调频电路6.3 鉴频电路,第6章 角度调制与解调 4,6.1 角度调制原理 6.1.1 调频和调相信号的参数与波形,1、调频信号的参数（单音频）和波形 ： 设：调制信号：u(t)=Umcost, 载波信号：uC=UCmcosct,则根据频率调制的定义,已调信号应为：其中，调频信号的瞬时角频率为式中kf为比例常数。,(61),第6章 角度调制与解调 5,瞬时相位(t)是瞬时角频率(t)对时间的积分,即： 式中,0为信号的起始角频率。为了分析方便,不妨设0=0,则式（62）变为由上式可见，调频的结果也引起了载波瞬时相位的变化。,（62）,（63）,第6章 角度调制与解调 6,FM波的表示式为：,(64),调频指数mf：调频信号的最大相偏，也就是相对于调制信号的最大频偏,最大频偏m：瞬时角频率（t）偏移c的幅度。,调频波的波形如图6-1所示。,第6章 角度调制与解调 7,图61 调频波波形,=kf Um, ct,第6章 角度调制与解调 8,图62 调频波fm、mf与F的关系,结论：1、幅度不变，频率（相位）随u（t）变，通过信号 的疏密或通过零点的个数而定； 2、各种干扰主要表现在振幅上，因此，调频波的抗 干扰能力强。,第6章 角度调制与解调 9,2调相信号的参数（单音频）和波形 ： 调相波是其瞬时相位以未调载波相位c为中心按调制信号规律变化的等幅高频振荡。如u(t)=Umcost,并令0=0,则其瞬时相位为 （65）从而得到调相信号为 （66）,调相指数mp：调相信号的最大相偏 m,第6章 角度调制与解调 10,调相波的瞬时频率为,（67）,图63 调相波fm、mp与F的关系,最大频偏m：瞬时角频率（t）偏移c的幅度。,由（6-7）可见，调相的结果也引起了载波瞬时频率的变化。,第6章 角度调制与解调 11,图64 调相波波形,第6章 角度调制与解调 12,表61 调频波与调相波的比较表,3调频波与调相波的比较 调频波与调相波的比较见表61。,第6章 角度调制与解调 13,图65 调频与调相的关系,例：1、已知载波频率为10MHz，幅度为5V，用单音频信号调频，调制信号频率为5kHz，产生的最大频偏为8kHz，试写出该调频波的数学表达式。 2、一调角波受单音正弦信号 调制，其瞬时频率为 ，已知调角波的幅度为10V。 （1）此调角波是调频波还是调相波，写出其数学表达式。 （2）求此调角波的最大频偏和调制指数。,第6章 角度调制与解调 14,6.1.2 调频波的频谱,1调频波的展开式 因为式（64）中的 是周期为2/的周期性时间函数,可以将它展开为傅氏级数,其基波角频率为,即,（68）,（69）,式中Jn(mf)是间数为mf的n阶第一类贝塞尔函数,它可以用无穷级数进行计算:,第6章 角度调制与解调 15,它随mf变化的曲线如图66所示,并具有以下特性: Jn(mf)=J-n(mf), n为偶数 Jn(mf)=J-n(mf), n为奇数 因而,调频波的级数展开式为,（610）,结论：1、载波c及cn的无限对上下边频分量构成； 2、n为偶数上下边频相同，n为奇数时上下边频相反。,第6章 角度调制与解调 16,图66 第一类贝塞尔函数曲线,第6章 角度调制与解调 17,2调频波的频谱结构和特点 将（6-10）进一步展开,有 uFM(t)=UcmJ0(mf)cosct+J1(mf)cos(c+)t -J1(mf)cos(c-)t+J2(mf)cos(c+2)t +J2(mf)cos(c-2)t+J3(mf)cos(c+3)t -J3(mf)cos(c-3)t+ （611）,第6章 角度调制与解调 18,图67 单频调制时FM波的振幅谱（a）为常数;（b）m为常数,结论：由于贝塞尔函数总趋势： 1、mf较小时，边频分量随n增大而减小； 2、mf1时，有些边频分量幅度会增大，只有更远的才又减小； 3、 mf增加（a）靠增加m实现；（b）靠减小调制频率实现。,第6章 角度调制与解调 19,6.1.3 调频波的信号带宽,通常采用的准则是,信号的频带宽度应包括幅度大于未调载波1%以上的边频分量,即 1、当mf很大时,n/mf趋近于1。因此,应将n=mf的边频包括在频带内,此时带宽为 （612） 2、当mf很小时,如mff0=fc时，UD1UD2，随着f的增加，两者差值将加大； ff0=fc时，UD1f0=fc时，鉴频器输出为正；当ff0=fc时，鉴频器输出为负。 鉴频器的鉴频特性曲线如图6-35所示。,(646),第6章 角度调制与解调 78,图635 鉴频特性曲线,第6章 角度调制与解调 79,6.3.4 正交鉴频器,1.正交鉴频原理 正交鉴频器实际上是一种乘积型相位鉴频器，它由移相网络、乘法器和低通滤波器三部分组成，如图6-27。调频信号一路直接加至乘法器，另一路经相移网络移相后(参考信号)加至乘法器。由于调频信号和参考信号同频正交，因此，称之为正交鉴频器。,第6章 角度调制与解调 80,2.集成正交鉴频器 图648是某电视机伴音集成电路5G32，它包括限幅中放(V1 ,V2;V4、V5;V7、8为三级差分对放大器，V3、V6和V9为三个射极跟随器)、内部稳压(VD1VD5、V10)和鉴频电路三部分。