高频电子线路完整章节课件_12(6-1)(1)

1、1 1第六章第六章 角度调制与解调电路角度调制与解调电路主讲教师主讲教师: :付丽华付丽华2015-16(1)2015-16(1)2第第5 5章小结章小结&调幅有普通调幅和抑制载波调幅，普通调幅波的调幅有普通调幅和抑制载波调幅，普通调幅波的包络反映了调制信号变化的规律。包络反映了调制信号变化的规律。&调幅电路可分为高电平调幅和低电平调幅，它们调幅电路可分为高电平调幅和低电平调幅，它们各自具有不同的特点，因此分别适用于不同的场各自具有不同的特点，因此分别适用于不同的场合。合。&检波器有包络检波和同步检波两大类。包络检波检波器有包络检波和同步检波两大类。包络检波器只可解调普

2、通调幅波，同步检波器可解调各种器只可解调普通调幅波，同步检波器可解调各种调幅波。包络检波器存在惰性失真和负峰切割失调幅波。包络检波器存在惰性失真和负峰切割失真。真。&常用混频器有模拟乘法器混频器、二极管混频器、常用混频器有模拟乘法器混频器、二极管混频器、三极管混频器。混频器输出中存在混频干扰。三极管混频器。混频器输出中存在混频干扰。【作业作业】：p198.531353 6.1 6.1 调角信号的基本特性调角信号的基本特性 6.2 6.2 调频电路调频电路 6.3 6.3 鉴频电路鉴频电路 本章小结本章小结4 46.16.1调角信号的基本特性调角信号的基本特性 1.1.调频波调频波 1)

3、1)数学表达式数学表达式 2)2)波形波形 2.2.调相波调相波1)1)数学表达式数学表达式 2)2)波形波形 本节内容本节内容概述概述 用待传输的低频信号去控制高频载波信号的用待传输的低频信号去控制高频载波信号的频频率，率，使其使其随调制信号线性变化，称为频率调制随调制信号线性变化，称为频率调制，简称调频，用简称调频，用FMFM表示。表示。 用待传输的低频信号去控制高频载波信号的用待传输的低频信号去控制高频载波信号的相相位，位，使其使其随调制信号线性变化，称为相位调制随调制信号线性变化，称为相位调制，简称调相，用简称调相，用PMPM表示。表示。【背景背景】：除了前面介绍的振幅调制外除了前面介

4、绍的振幅调制外. .还还有哪种调制方法？有哪种调制方法？u角度调制。角度调制包括角度调制。角度调制包括频率频率调制和调制和相位相位调制两种方式。调制两种方式。5等幅等幅u调频波和调相波的振幅都不随频率而变化，它们都是等幅波，它们的振幅不再携带调制信号的信息。uFM用瞬时频率的变化来寄载信息 ；uPM把信息寄载于相位变化之中 。ucu6概述概述单音调制信号单音调制信号(t)载波载波 ( (t t) )调幅波调幅波调频波调频波调相波调相波u振幅调制振幅调制(AM(AM、DSBDSB、SSBSSB等等) )属于属于线性调制。线性调制。u频率调制频率调制和相位调制都使载波信号的瞬时相位和相位调制都使载

5、波信号的瞬时相位受到调变，统称为受到调变，统称为角度调制角度调制。u由于模拟通信系统中，调频比调相应用广泛，主由于模拟通信系统中，调频比调相应用广泛，主要用于用于广播电视和移动式无线电通信等方面要用于用于广播电视和移动式无线电通信等方面；u而而在数字通信中，调相比调频应用广泛，所以本在数字通信中，调相比调频应用广泛，所以本章重点章重点讨论调频信号的基本特性、调频与鉴频电路讨论调频信号的基本特性、调频与鉴频电路。u角度调制角度调制电路是频谱的非线性变换电路电路是频谱的非线性变换电路。它们它们的信号频谱不是原调制信号频谱在频率轴上的线的信号频谱不是原调制信号频谱在频率轴上的线性平移，带宽要比原调制

6、信号的带宽大性平移，带宽要比原调制信号的带宽大。实际上实际上角度调制采用增加已调信号带宽的办法，来换角度调制采用增加已调信号带宽的办法，来换取接收端输出信噪比的提高。取接收端输出信噪比的提高。 7概述概述6 6.1 .1 调角信号的基本特性调角信号的基本特性【调幅信号和调角信号的频谱比较调幅信号和调角信号的频谱比较】 线性：线性： 非线性：非线性：8u 角度调制（角度调制（FMFM、PMPM）：）： 频谱结构发生变化频谱结构发生变化 且调制后的带宽比调制信号的带宽且调制后的带宽比调制信号的带宽大得多。大得多。 u 幅度调制（幅度调制（AMAM）：频谱的结构不变）：频谱的结构不变。 6.1 调角

7、信号的基本特性调角信号的基本特性【主要要求主要要求】 u掌握瞬时角频率与瞬时相位的关系。掌握瞬时角频率与瞬时相位的关系。u掌握调频的基本概念，调频信号的数学表掌握调频的基本概念，调频信号的数学表达式、主要参数、频谱带宽和特点。达式、主要参数、频谱带宽和特点。u了解调相信号的特点、表达式及主要参数。了解调相信号的特点、表达式及主要参数。u了解调频与调相的关系。了解调频与调相的关系。9关于正弦波关于正弦波10u 正弦波就是一个圆周运动在一条直线上的投影。u 所以频域的基本单元也可以理解为一个始终在旋转的圆关关于于角角频频率率11关于频域和时域关于频域和时域126.1.1 瞬时频率与瞬时相位概念瞬时

8、频率与瞬时相位概念实轴(t) 0t = 0Um00d)()( tttt瞬时相位瞬时相位O)(cos)(mtUtu 可用长度可用长度Um 、与实轴夹角、与实轴夹角 (t)的旋的旋转矢量转矢量表示表示矢量初始相位为矢量初始相位为 0，以以 (t)的角速度绕的角速度绕O反时针反时针旋转。旋转。t = t当当 (t)= c 时：时：0c)( tt瞬时角频率（旋转瞬时角频率（旋转矢量的瞬时角速度）矢量的瞬时角速度）tttd)(d)( (t)6.1.1(将将6.1.1两边取微两边取微分得到分得到)13等于矢量在等于矢量在t时间内所旋过时间内所旋过的角度与初始相位之和的角度与初始相位之和6.1.2 调频信号

9、与调相信号调频信号与调相信号一、一、 调频信号调频信号载波信号：载波信号：)cos()(0cmctUtu调制信号：调制信号：)(tu调频波瞬时角频率调频波瞬时角频率：随：随 的规律变化的规律变化 (t) = c+ kf u (t)调频调频系数，由电路所决定的比例常数：系数，由电路所决定的比例常数：radrad / /（s sV V），），表示单位电压引起的角频率的变化量表示单位电压引起的角频率的变化量= c + （t）14)(tu是叠加在是叠加在 c上的按调制信号规律变上的按调制信号规律变化的瞬时角频率，化的瞬时角频率，称为：瞬时角频率偏移称为：瞬时角频率偏移6.1.56.1.2 调频信号与调

10、相信号调频信号与调相信号一、一、 调频信号调频信号瞬时相位：瞬时相位： （6.1.56.1.5代入代入6.1.16.1.1）00d)()( tttt00fcd)( tttukt0c t附加相位附加相位为分析方便，通常令为分析方便，通常令 0 = 0,则则FM信号为信号为)(cos)()(0fmfmotcdttuktUtutu15设设 u(t) = U m cos ( t )(t) = c+ kf U m cos( t )= c+ m cos( t ) sin()(mfctUktt ) sin(fctmt )sin(cos)(fcmotmtUtu调频指数调频指数最大角频偏最大角频偏当调制信号为单

11、当调制信号为单频调制时：频调制时：则mfmUkFfmmmf 由调制信号引起的瞬时角频率偏移由调制信号引起的瞬时角频率偏移C C的最的最大值大值表示调频信号的最大相位偏移表示调频信号的最大相位偏移6.1.2 调频信号与调相信号调频信号与调相信号 u (t) = U m cos ( t ) (t) = c+ m cos( t )(t ) sin(ftm)sin(cos)(fcmtmtUtuo 调制信号调制信号瞬时角频率瞬时角频率变化变化附加相移附加相移调频信号调频信号附加相移与调制信号附加相移与调制信号相位相差相位相差90o瞬时角频率与调制信瞬时角频率与调制信号变化规律一致。号变化规律一致。176

12、.1.2 调频信号与调相信号调频信号与调相信号二、二、 调相信号调相信号载波信号：载波信号：)cos()(cmctUtu 调制信号：调制信号：)cos()(tUtum (t) = ct + kp u(t)= ct + (t) 比例常数比例常数rad / V瞬时相位：瞬时相位：附加相位偏移附加相位偏移是随调制信号而变的附加相位偏移。是随调制信号而变的附加相位偏移。)(t 瞬时角频率：瞬时角频率：)cos()cos()()(mpptmtuktuktpm=kpU m =mp 由调制信号引起的瞬时角频率偏移由调制信号引起的瞬时角频率偏移C的最大值的最大值调相指数调相指数186.1.2 调频信号与调相信

13、号调频信号与调相信号故单频调制时的调相信号为：故单频调制时的调相信号为：)cos(cos)(cos(t)mmotmtUtUupcmp=kpUm是调相指数，代表调相波的最大相是调相指数，代表调相波的最大相位偏移，位偏移，相位摆动的幅度。单位：相位摆动的幅度。单位：rad。196.1.2 调频信号与调相信号调频信号与调相信号调制信号调制信号瞬时角频率瞬时角频率变化变化附加相移附加相移调相信号调相信号 u(t) = U m cos ( t )cos()(tmtP )sin()(ttmc)cos(cos(t)PmotmtUuc 附加相移与调制信号附加相移与调制信号变变化规律化规律一致。一致。206.1

14、.2 调频信号与调相信号调频信号与调相信号在在 c基础上，基础上，叠加了叠加了sin ( t )2 2、调频信号的波形、调频信号的波形u当调制信号为波峰时，调频波的瞬时角频率最大，调频波波形最密；u当为波谷时，调频波的瞬时角频率最小，调频波波形最疏。 216.1.2 调频信号与调相信号调频信号与调相信号三、调频信号与调相信号的比较三、调频信号与调相信号的比较调制信号调制信号u (t) = U m cos ( t )载波信号载波信号 uc(t) = Um cos ( c t )调调 频频调相调相瞬时角频率瞬时角频率 (t) c+ kf u (t) = c+ m cos ( t )ttukd)(d

15、pc = c m sin ( t ) 瞬时相位瞬时相位 (t) tttukt0fcd)( ) sin(fctmt = ct + kp u (t)= ct + mpcos ( t ) 最大角频偏最大角频偏 m= kf U m= mf =kpU m = mp 最大附加相移最大附加相移 mp = kpU m mfmfUkm d )(cos)(0fcmottuktUtut )sin(cosfcmtmtU )(cospcmtuktUuo )cos(cospcmtmtU 22三、调频信号与调相信号的比较三、调频信号与调相信号的比较【结论结论】 调制调制前后载波振幅均保持不变。前后载波振幅均保持不变。 将将

16、调制信号先微分，然后再对载波调频，则得调制信号先微分，然后再对载波调频，则得调相信号调相信号； 将将调制信号先积分，再对载波进行调相，则得调制信号先积分，再对载波进行调相，则得调频信号。调频信号。 即即调频与调相可互相转换调频与调相可互相转换。6.1.2 调频信号与调相信号调频信号与调相信号23调频信号调频信号调相信号调相信号最大角频最大角频偏不变偏不变最大相位最大相位偏移成反偏移成反比减小比减小最大相位最大相位偏移不变偏移不变最大角频偏最大角频偏成正比增大成正比增大U m一定，一定， m和和mf（mp）随）随 变化的规律变化的规律246.1.2 调频信号与调相信号调频信号与调相信号例例6.1

17、.1 已知已知 u (t) = 5 cos (2 103 t)V ， 调角信号表达式为调角信号表达式为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。指数、最大频偏、载波频率和载波振幅。解：解：)()(cttt =2 106 t + 10cos (2 103 t)附加相移位正比于调制信号，故为附加相移位正比于调制信号，故为调相信号。调相信号。调相指数调相指数 mp = 10 rad载波频率载波频率 fc = 106 Hz fm

18、= mpF最大频偏最大频偏振幅振幅 Um = 10V= 10 103 Hz= 10 kHz256.1.2 调频信号与调相信号调频信号与调相信号例例6.1.2一组频率为一组频率为300 3000Hz 的余弦调制信号，振幅相同，调的余弦调制信号，振幅相同，调频时频时最大频偏最大频偏为为 75 kHz，调相时，调相时最大相移最大相移为为 2 rad，试求调，试求调制信号频率范围内：制信号频率范围内：(1) 调频时调频时mf 的变化范围的变化范围;(2) 调相时调相时 fm的范围的范围; 解：解：(1) 调频时，调频时， fm 与调制频率无关，与调制频率无关，恒为恒为75 kHz 。Ffmmf 而而minmfmaxFfm 25030010753maxmminfFfm 25300010753故故说明：调频时说明：调频时 fm 不随调制频率而变；但不随调制频率而变；但mf（相偏）随（相偏）随着调制信号频率的不同而变化。着调制信号频率的不同而变化。266.1.2 调频信号与调相信号调频信号与调相信号minpmminFmf Hz 600Hz 3002 maxpmmaxFmf Hz 6000Hz30002 (2) 调相时调相时， mP 与调制频率无关与调制频率无关，