第6章 角度调制与解调

第6章角度调制与解调调角波的基本性质调频波调相波调频电路直接调频间接调频鉴频器斜率鉴频相位鉴频内容提要特点：（1）非线性调制；

角度调制：用调制信号控制高频载波的瞬时频率或瞬时相位，使高频载波的瞬时频率或瞬时相位随调制信号的大小而变化的调制方式。角度调制后已调波的振幅保持不变。（2）抗干扰性强：因为干扰信号体现在信号的幅度上，而调角信号的信息体现在瞬时频率或相位上。解调之前可用限幅电路去掉干扰信号。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——检波

(FM)频率解调——鉴频

(detection)

(frequencydiscrimination)(PM)相位解调——鉴相(phasediscrimination)调频与调相都引起相角变化，统称为角度调制；调角波没有引起振幅变化，所以为等幅波。角度调制信号的基本特征设高频信号：若没有调制：与初相位

为常数角度调制时：频率和相角都是变量瞬时角频率瞬时相角6.1.1调角波的基本性质6-1、试求

的瞬时角频率？

6-2、试求

在t=0时的瞬时角频率？

例题瞬时角频率瞬时相角调频波数学表达式、频偏及相偏波形调相波数学表达式、频偏及相偏波形调角波的频谱与带宽单频调制时调频波与调相波的比较6.1.1调频信号与调相信号6.1.2调频波调频波（FM）：瞬时角频率与调制信号成线性关系，而初始相位不变。瞬时角频移

载波“中心”频率

最大角频偏

调频灵敏度

瞬时角频率最大角频偏指由调制信号引起的瞬时角频率偏离中心角频率的最大值。

6.1.2调频波调频指数：

调频波表达式：瞬时角频率瞬时相角调频信号波形

VCM调相波（PM）：瞬时相位与

成线性关系瞬时相位

瞬时相移

调相指数为瞬时相移的最大值(最大相位偏移)

调相灵敏度单位为6.1.3调相波由瞬时相位与所对应的瞬时角频率之间的关系，可得：最大角频偏:

PM波的表达式调相波的波形示意

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:

调频信号与调相信号的比较单音调角信号参数比较频率调制FM相位调制PM瞬时角频率瞬时角频偏瞬时相位附加相位最大频偏最大附加相移（调制指数）表达式判断是调频、调相？单音调制波形讨论：mp

ΔωmΔωmΩmfΩ（1）FM波：（2）PM波：

例题6.1

为了产生一个调频信号，假设载波信号为，调制信号为，单位电压产生的频偏。求：

(1)

写出该调频信号的数学表达式；

(2)最大角频偏和最大频偏；

(3)调频指数和最大相位偏移。最大角频偏

调频指数：

作业：6-26-5习题：6-1实验五高频谐振功率放大器实验性质：验证性实验实验内容：1.调试谐振功放电路特性，观察各点输出波形。2.改变输入信号大小，观察谐振功率放大器的放大特性。3.改变负载电阻值，观察谐振功率放大器的负载特性。实验目的与要求：1、进一步理解谐振功率放大器的工作原理及负载阻抗和激励信号电压变化对其工作状态的影响。2、掌握谐振功率放大器的调谐特性、放大特性和负载特性。注意要点：遵守实验室的各项规章制度单音调角信号参数比较频率调制相位调制瞬时角频率瞬时角频偏瞬时相位附加相位最大频偏最大附加相移（调制指数）表达式6.1.4调角波的频谱及频带宽度

单音调制的调频波与调相波具有类似的频谱结构，复杂的调制信号可用多个单音调制信号叠加而成。如如果用m代替mf或

mp，且令则单频率调制的调角信号的表示式可统一表达成为：

式中：

称为第一类贝塞尔函数，当m，n一定时，为定系数，

其值可以由曲线和函数表查出。所以：

利用三角函数积化和差公式：所以上式最终可表示为：

讨论：在单一频率信号调制下，调角信号频谱具有的特点：

FM/PM信号的频谱由载频

和无限对上，下边频分量

组成.

:上,下边频分量

,与m和n的大小有关。Ωωcω调制信号uΩ载波uo所以有

:由第一类贝塞尔函数的性质：

ωFM/PM的频谱ωc-2Ωωc-3Ωωc-4Ωωc-Ωωc+Ωωc+2Ωωc+3Ωωc+4Ωωcmf=3调频信号的频谱(p127)调角波的频谱与带宽频谱分布特点：BW≈2mF=2△fm（宽带调角信号）

带宽估算方法（卡尔逊公式）：当m远小于1时：当m远大于1时：BW=2F（窄带调角信号）例6.2

在给定

时，若调制信号频率分别为，试求这几种情况下的调频波的有效频谱宽度。(p128)带宽估算方法（卡尔逊公式）：调角信号的功率分布根据贝塞尔函数性质可知

调角信号的平均功率

调角波的平均功率等于各个频率成分的平均功率之和。

平均功率与调角信号的振幅有关，等于未调制的载波功率，而与调制指数m无关。当调角振幅一定时，其平均功率也就一定，改变m的值可以改变载波分量和各边频分量之间的功率重新分配，但总功率不会改变。例题：为了产生一个调频波，假设载波信号为，调制信号为，且单位电压产生的频偏为。求：（1）写出瞬时相位、瞬时角频率；（2）写出该调频波的表达式；（3）单位电阻上消耗的平均功率。习题6-36-46-66-7单音调角信号参数比较频率调制相位调制瞬时角频率瞬时角频偏瞬时相位附加相位最大频偏最大附加相移（调制指数）表达式最终表达式可表示为：

带宽估算方法（卡尔逊公式）：根据贝塞尔函数性质可知

调角信号的平均功率

6.2调频电路直接调频电路变容二极管调相电路矢量合成法间接调频可变时延法调相间接调频电路变容二极管调频电路晶体振荡器调频电路6.2.1概述1产生调频波的方法（1）直接调频调频波的瞬时频率与调制信号成正比。用调制信号直接控制载波振荡器的振荡频率，使振荡频率随调制信号变化。调制信号振荡器调频信号fosc主要决定于回路的元件参数L和C，所以只要调制信号去控制振荡回路的L和C，就可达到产生调频信号的目的。例如变容二极管的调频。（2）间接调频调频波的瞬时相位与调制信号积分成正比。积分电路调相器调频波晶体振荡器用调制信号的积分值去控制调相电路，使调相电路的输出相位与调制信号成正比。对调频波产生电路的要求：要求载波稳定度高，调制特性线性度好，频偏大小合适。（1）直接调频电路：原理简单、频偏较大，但频率的稳定度不高。（2）间接调频电路：频率稳定度高(晶振），但频偏比较小，需要扩展频偏。2调频的主要性能指标（1）调制特性的线性调制特性：调频电路输出电压的频率偏移与调制电压的关系。

压控特性线性越好，调频的非线性失真越小；压控特性曲线的线性范围越宽，实现线性调频的范围也越宽，调频信号的最大频偏也越大。（2）调制灵敏度Kf单位调制电压变化所产生的频率偏移。灵敏度越高越容易产生大频偏的调频信号。（3）载波频率的稳定度指载波的中心频率的稳定度。

若载波中心频率不稳，必然会带来失真。此外，载波中心频率不稳还会使调频信号的频带展宽，造成对邻近频道的干扰。（5）寄生调幅要小理想的调频波是等幅信号，但是在实际系统中不可能做到，实际系统中存在寄生调幅，但要求其值尽可能小。（4）最大频偏指正常调制电压作用下得到的最大频偏值。相对频偏：小频偏：大频偏：常用于调频广播、电视伴音、移动电台等。常用于大容量微波中继通信及卫星通信中。直接调频电路利用变容二极管反偏时呈现的可变电容特性实现调频。1、变容二极管的工作原理结电容与外加电压的关系：

VB是变容二极管的势垒电压，通常取0.7V左右。Cj0是VD=0时变容二极管的结电容。VD是加在二极管两端的反向电压。n是变容指数。（p130）变容二极管符号和结电容变化曲线

(a)变容管符号；(b)变容特性直接调频电路2、变容二极管直接调频电路将变容二极管接入LC正弦波振荡器的谐振回路中构成直接调频电路。全部接入调频电路：变容管是谐振回路LC中的总电容部分接入调频电路：在LC中，变容管仅是全部电容的一部分根据接入电容全部接入的直接调频VQ直流偏置电压；C1隔直流电容；C2高频旁路电容，对高频短路等效的高频振荡电路直流控制电路具体调频电路P133-134间接调频电路——调相电路可变移相法调相1、可变移相法实质：将载波信号通过中心频率受调制信号控制的谐振回路。可变移相法调相电路间接调频电路——调相电路可变时延法调相2、可变时延法用延时网络完成调相可控时延网络晶体振荡器间接调频电路——调相电路矢量合成法3、矢量合成法一个载波信号和一个双边带信号的矢量合成。900相移晶体振荡器+6.3鉴频器鉴频实现原理

鉴频特性

鉴频实现方法斜率鉴频器正交鉴频器鉴频：调频波的解调称为频率检波。鉴相：调相波的解调称为相位检波。斜率鉴频原理鉴频实现原理——鉴频实现方法正交鉴频原理脉冲计数式鉴频原理鉴频器的性能指标（1）中心频率（2）鉴频灵敏度SD单位频偏所产生的输出电压的大小（3）线性范围（带宽）鉴频特性中近似直线的范围斜率鉴频器——单失谐回路输入的调频波经LC失谐回路变换为调幅-调频波，然后经V、C1、RL所组成的包络检波器解调出原调制信号。电路组成工作原理频-幅转换原理：调频波变换为随瞬时频率变化的调幅─调频波。

习题6-16

本章小结调角信号的基本概念，包括定义、表达式、频谱结构、有效带宽及功率等参数。调频的方法有直接调频法和间接调频法两种。斜率鉴频和正交鉴频是两种主要鉴频方式。斜率鉴频器是先频幅转换，后包络检波；正交鉴频器是先频相转换，后鉴相。作业6-26-36-5例题6.1第六章习题填空题1、斜率鉴频器是先将调频信号变换成_________信号，然后用_________进行解调得到调制信号。2．调频有两种方法，分别称为

和

。3．直接调频的优点是

，间接调频的优点是

。调频调幅包络检波器直接调频间接调频原理简单，频偏较大中心频率稳定度高选择题1、采用频率—振幅变换网络的鉴频器称为()鉴频器。

A.正交B.斜率C.脉冲计数式D.锁相2．变容二极管调频器实现线性调频的条件是变容二极管的结电容变化指数n为（）。A．1/3B．1/2C．2D．43．某调频波，其调制信号频率F＝1kHz，载波频率为10.7MHz，最大频偏Δfm＝10kHz，若调制信号的振幅不变，频率加倍，则此时调频波的频带宽度为（

）。A．12kHzB．24kHzC．22kHzD．40kHz4．鉴频的描述是（）。

A．调幅信号的解调B．调频信号的解调

C．调相信号的解调5．直接调频与间接调频相比，以下说法正确的是（）。A．直接调频频偏较大，中心频率稳定

B．间接调频频偏较大，中心频率不稳定C．直接调频频偏较大，中心频率不稳定D．间接调频频偏较大，中心频率稳定6．单频调制时，调频波的最大频偏Δfm正比于（）。A．UΩB．uΩ(t)C．Ω7、调频的描述是（）。A)用调制信号去控制载波信号的频率，使载波信号的频率随调制信号的规律而变化B)用载波信号去控制调制信号的频率，使载波信号的频率随调制信号的规律而变化C)用调制信号去控制载波信号的频率，使调制信号的频率随载波信号的