第7章角度调制与解调

1、通信电子电路通信电子电路张鏖烽张鏖烽计算机与通信学院计算机与通信学院调频、调相调频、调相统称为调角统称为调角(Angle Modulation)（Frequency Modulation）:用用调制信号去控制高频振荡频率，使瞬时频调制信号去控制高频振荡频率，使瞬时频率随调制信号规律线性变化的过程。率随调制信号规律线性变化的过程。（Phase Modulation）:用调制用调制信号去控制高频振荡相位，使瞬时相位随信号去控制高频振荡相位，使瞬时相位随调制信号规律线性变化的过程。调制信号规律线性变化的过程。有用信号： 载波信号： 0coscostUtUtuccmcmc ut则： :cmacmAM

2、U tUk utUU t0,c 不变 :cfFMtk utcmU不变 00:ccpPMtttk ut cmU不变7.2 角度调制的基本原理正弦波的正弦波的瞬时频率瞬时频率和和瞬时相位瞬时相位随调制信号随调制信号变化的调制，称为角度调制变化的调制，称为角度调制p如果瞬时频率随调制信号线性变化，（幅度不如果瞬时频率随调制信号线性变化，（幅度不变）称为频率调制（变）称为频率调制（Frequency ModulationFrequency Modulation）p如果瞬时相位随调制信号线性变化，如果瞬时相位随调制信号线性变化， （幅度（幅度不变）称为相位调制（不变）称为相位调制（Phase Modul

3、ationPhase Modulation）p从考察瞬时频率和瞬时相位的关系入手，研究从考察瞬时频率和瞬时相位的关系入手，研究频率调制和相位调制之间的关系频率调制和相位调制之间的关系 瞬时频率和瞬时相位 载波信号载波信号 全相角全相角 0coscostUtUtuccmcmc 0ttc dttdtn 瞬时相位瞬时相位n称某一时刻的全相角为瞬时相位称某一时刻的全相角为瞬时相位n 瞬时频率瞬时频率n称某一时刻的角频率为瞬时频率称某一时刻的角频率为瞬时频率n如果是纯余弦信号，瞬时频率为如果是纯余弦信号，瞬时频率为 c1.调频波表达式及波形 使载波信号的瞬时角频率与调制信号成线性使载波信号的瞬时角频率与

4、调制信号成线性关系变化，而初始相位不变关系变化，而初始相位不变 0000 tfctFFdttuktdttt：瞬时相位 tuktfcF：瞬时频率fck：中心角频率，载波角频率：中心角频率，载波角频率：比例常数：比例常数 00cos costfccmFcmFMdttuktUtUtu调制信号为单频余弦信号 tUtumcos：调制信号 ttUktuktcmfcfcFcos cos ：瞬时角频率 000sin ttdtttctFF：瞬时相位mfUk：最大频偏 0sincosttUtuccmFM：调频波特点：特点：pmf表示相位偏移的最大值表示相位偏移的最大值pmf可以小于可以小于1，可以大于，可以大于1

5、pmf正比于频偏正比于频偏pmf反比于调制信号频率反比于调制信号频率 0sincosttUtuccmFM：调频波010，cmU假定为了方便起见 tmttufcFMsincosFfmmfn 调频波的调制指数：调频波的调制指数：保持载波信号的中心角频率不变，而使其瞬保持载波信号的中心角频率不变，而使其瞬时相位与调制信号成线性关系变化时相位与调制信号成线性关系变化 0tukttPcP：瞬时相位 dttdukdttdtPcPP ：瞬时频率为比例常数Pk2.调相波表达式及波形 0cos costuktUtUtuPccmPcmPM tmttuPcPMcoscos：调相波：瞬时相位 tsinmdttdtPc

6、PP：瞬时频率 tukttPcPmPPUkm：最大频偏ttPccosUkm010，cmU假定调相指数mPPUkm tmttuPcPMcoscos：调相波mPPUkm特点：特点：n m mP P表示相位偏移的最大值表示相位偏移的最大值n m mP P只和调制信号幅度成正比只和调制信号幅度成正比 其频偏和调制信号幅度成正比，和调制信其频偏和调制信号幅度成正比，和调制信号的频率也成正比号的频率也成正比n 调相波的调制指数：调相波的调制指数：mPPUkm：最大频偏 调频波与调相波 00cos costfccmFcmFMdttuktUtUtu：调频波 0cos costuktUtUtuPccmPcmPM

7、：调相波 积分规律变化按调制信号u附加相位tdttukttfF0 规律变化按调制信号附加相位tutuktPP 00tfcFdttuktt瞬时相位：瞬时相位： 0tukttPcP瞬时相位：瞬时相位：（3）比较 ttucccos：载波 tUtumcos：调制信号tUktutUktumPcPMmfcFMcoscos sincos：已调波tmtutmtuPcPMfcFMcoscos sincos：已调波tUkttUkmPcmfccos cos：瞬时相位瞬时频率tUktUktmPcmfcsin sin：瞬时频率瞬时相位PmPfmfmUkmUk ：最大频偏FMPM调频波和调相波的瞬时角频率、附加相位和波形

8、调制信号调制信号瞬时角频率瞬时角频率调频波调频波附加相附加相位位调制信号调制信号瞬时角频率瞬时角频率调相波调相波附加相位附加相位调频波与调相波的关系频率调制和相位调制都是改变载波信号的频率调制和相位调制都是改变载波信号的相角，只是该相角的变化随调制信号的变相角，只是该相角的变化随调制信号的变化关系不同，它们之间存在着内在联系化关系不同，它们之间存在着内在联系p如果先将调制信号经积分处理后，再进行相位如果先将调制信号经积分处理后，再进行相位调制，得到的是调制信号的调频波调制，得到的是调制信号的调频波p如果先将调制信号经微分处理后，再进行频率如果先将调制信号经微分处理后，再进行频率调制，得到的是调

9、制信号的调相波调制，得到的是调制信号的调相波相位调制器相位调制器 tvf tvFM积分器积分器频率调制器频率调制器 tvf tvPM微分器微分器频率解调器频率解调器 tvf tvFM相位解调器相位解调器 tvf tvPM相位解调器相位解调器 tvf tvFM微分器微分器频率解调器频率解调器 tvf tvPM积分器积分器 00costfFccmFMdttvKtVtv：调频波 0costvKtVtvfPccmPM：调相波频率调制器频率调制器 tvf tvFM相位调制器相位调制器 tvf tvPM例：已知调角信号为v(t)20cos(2106t+10cos2000t)(V)，试确定：1、最大频偏2、

10、最大相偏3、若调制信号为cos2000t，这是调频波还是调相波？ 2、最大相偏：10rad 3、是调相波 200002000101、最大频偏：rad/s调频方法总体上可分为两大类调频方法总体上可分为两大类p直接调频直接调频直接使振荡器的频率随调制信号呈线性关系变化直接使振荡器的频率随调制信号呈线性关系变化p间接调频间接调频现将调制信号积分处理后，再进行调相现将调制信号积分处理后，再进行调相7.3 频率调制电路 直接调频就是直接使振荡器的频率随调制信号成线性关系变化。例如，在一个由LC回路决定振荡频率的振荡器中，将一个可变电抗元件接入回路，使可变电抗元件的电抗值随调制电压而变化。即可使振荡器的振

11、荡频率随调制信号而变化。如：变容二极管直接调频电路。变容二极管直接调频电路。 有有 源源 电电 路路 可变可变 电抗器件电抗器件 振荡器振荡器 调制信号调制信号 调制输出调制输出 n 特点：可变电抗在振荡回路中特点：可变电抗在振荡回路中 n 优点：易于得到比较大的频偏优点：易于得到比较大的频偏n 缺点：中心频率的频率稳定度不易做得很高缺点：中心频率的频率稳定度不易做得很高 先将调制信号进行积分处理，再进行调相而得到调频波 利用调频波与调相波之间的关系：)(cos)(0 0 dvKtVtvftFccmFM)(cos)(01tvKtVtvfpccmPM载波振荡器载波振荡器（晶体振荡器）（晶体振荡器

12、）缓冲器缓冲器（放大器）（放大器）调相器调相器积分器积分器 tvf tvc tvFMn 特点：可变电抗不在振荡回路中，在振荡器后级，如放大器的特点：可变电抗不在振荡回路中，在振荡器后级，如放大器的谐振回路中谐振回路中 n 优点：载波中心频率稳定度很高优点：载波中心频率稳定度很高n 缺点：频偏小缺点：频偏小对于调频波而言，调制信息包含在已调信号瞬时频对于调频波而言，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号瞬时率的变化中，所以解调的任务就是把已调信号瞬时频率的变化不失真的转变成电压变化，即实现频率的变化不失真的转变成电压变化，即实现“频频率率电压电压”转换，完成这一功能

13、的电路，称为频转换，完成这一功能的电路，称为频率解调器，简称鉴频器。率解调器，简称鉴频器。解调方法解调方法1、利用锁相环路实现解调利用锁相环路实现解调。有关这种解调方法的内容见教材第7章。2、利用调频波的过零信息实现解调利用调频波的过零信息实现解调。因为调频波的频率。因为调频波的频率是随调制信号变化的，所以它们在是随调制信号变化的，所以它们在单位时间单位时间内过零点的内过零点的数目将不同。当瞬时频率高时，过零点的数目就多，瞬数目将不同。当瞬时频率高时，过零点的数目就多，瞬时频率低时，过零点的数目就少。利用调频波的这个特时频率低时，过零点的数目就少。利用调频波的这个特点，可以实现解调。点，可以实

14、现解调。mV调频信号的瞬时频率低通滤波器的传输系数脉冲宽度脉冲振幅:f:K:VfKVvLmLmav2v3v4v5v3、将将，使相位的变化与瞬时频率使相位的变化与瞬时频率的变化成正比，的变化成正比，然后用然后用解调解调，即可得到所需信号。，即可得到所需信号。这种方法的方框图如下图所示。 ，通常采用，通常采用移相器移相器，即将调频波延时即将调频波延时t0时间的方法。时间的方法。移相器对于由单频余弦信号对于由单频余弦信号 对载波调频对载波调频所得到的调频信号将其延时所得到的调频信号将其延时t0 后可表示为：后可表示为：)(sin)(cos)(000ttmttttvFcFMtcos)t (vf0t 如

15、果如果 的值较小，使得的值较小，使得 ，1cos,sin000ttt则上式可简化为：)tcostmt(tsinmtcos)tt (v0F0cFc0FM该式表明，该式表明，调频波延时调频波延时 后，得到一个调相后，得到一个调相-调频波。调频波。0t通常通常要求延时要求延时 。/2 . 00t乘积型鉴相器乘积型鉴相器) tcostmt()()(tsinmtcos) t (v0F0cFcPMMFtsinmtcos)t (vFcFMkvkvFMPMFM)(tsinmtcosFctsinmtcosFc)(t)sinmtkcos2(21)(kcos21Fc0.2tm2t0F0c，且假定tcostm21v0

16、F04、。因为调频波的频率变化与调制信号成正比，所以变换后信号所以变换后信号的幅度变化也与调制信号成正比。的幅度变化也与调制信号成正比。然后用然后用解调解调，即可，即可得到所需信号。得到所需信号。这种方法的方框图如下图所示。)(cos)(00dvKtVtvftFccmFM为了实现为了实现调频波到调幅调频波到调幅调频波的变换，可以使用将调频波的变换，可以使用将的办法。的办法。 对时间域微分对时间域微分；（相位鉴频器）；（相位鉴频器）p390 对频率域微分对频率域微分：（双失谐回路鉴频器）（双失谐回路鉴频器）P3862)(cos)()(cos)(0000dvKttvKVdvKtVdtddttdvt fFcfFccmt fFccmFM调频波对调频波对t t求导：求导：与频率解调器配合使用的限幅器 由于调频信号传输过程中，信号通道的频率特性不理想及外由于调频信号传输过程中，信号通道的频率特性不理想及外界干扰和内部噪声的影响，在鉴频器输入端调频信号的振幅界干扰和内部噪声的影响，在鉴频器输入端调频信号的振幅可能发生变化，从而使鉴频器的输出产生附加干扰，以致不能可能发生变化，从而使鉴频器的输出产生附加干扰，以致不能准确解调。为此，在鉴频器前常常接入限幅器。准确解调。为此，在鉴频器前常常接入限幅器。 调频信