第6章+角度的调制与解调(本科)(简化版)

第8章

角度调制电路1.频率调制，简称调频（FM）；2.相位调制，简称调相（PM）。前言：一、概述角度调制和解调电路都属于频谱非线性变换电路。无论是调频还是调相最终都表现为已调波的总相位（角度）受到调制信号的控制，故统称为角度调制。角度调制可分为两种：调幅：将调制信号的低频频谱结构线性搬移到载波附近的高频区。载波的振幅随调制信号的变化而变化，载波的频率和相位不受调制信号的控制，属于线性频谱搬移技术。二、调幅与调角的区别：调角：已调波的频谱结构与原调制信号的频谱结构完全不同。载波的振幅不变，它的频率和相位受调制信号的控制，属于

非线性频谱搬移技术。第8章

角度调制电路三、调频、调幅比较调频优点：⒈抗干扰性强⒉功率管利用率高⒊信号传输保真度高调频缺点：⒈只能工作在超短波以上波段⒉电路结构复杂第8章

角度调制电路四、调频与调相的比较在数字通信中，相位键控的抗干扰能力优于频率键控和幅度键控，因而调相制获得广泛应用。在模拟通信中，系统带宽相同时，调频系统接收机输出端的信噪比明显优于调相系统，故广泛采用调频制。广泛用于广播、电视、通信、遥感技术。第8章

角度调制电路58.1调角波的性质8.1.1瞬时频率与瞬时相位的关系结论1：瞬时频率ω(t)是瞬时相位角θ(t)对时间的微分。结论2：瞬时相位角θ(t)是瞬时频率ω(t)对时间的积分。68.1调角波的性质8.1.2调频波的数学表达式及波形一、调频波的数学表达式低频调制信号：

高频载波信号：调频波的定义：载波的振幅不变，载波的瞬时频率与调制信号uΩ(t)呈线性关系。电子88.1调角波的性质一、调频波的数学表达8.1调角波的性质调频信号（已调波）的表达式：8.1调角波的性质结论1：调制信号的幅度越大，调频指数mf

越大，调制信号的频率越大，调频指数mf越小，通常mf>1结论2：调制信号的幅度越大，调频信号的调频范围越大，即Δωm↑。

11二、调频波的波形128.1调角波的性质8.1.3调相波的数学表达式及波形一、调相波的数学表达式低频调制信号：

高频载波信号：调相波的定义：载波振幅不变，载波的瞬时相位与调制信号uΩ(t)呈线性关系8.1调角波的性质调相信号（已调波）的表达式：结论：

148.1调角波的性质结论：调制信号的幅度与频率增大→最大频偏越大。8.1调角波的性质二、调相波的波形三、作业：1.教材P206

填空题2.教材P206习题8.3.1-8.3.48.1调角波的性质8.1.4调角波的频谱与带宽一、调角波的频谱cos(msin

Ωt)=J0(m)+2J2(m)cos2Ωt+2J4(m)cos4Ωt+…sin(msinΩt)=2J1(m)sinΩt+2J3(m)sin3Ωt+2J5(m)sin5Ωt+…利用2个贝塞尔函数：其中Jn(m)是宗数为m的n阶第一类贝塞尔函数u(t)=Ucm［J0(m)cosωct-2J1(m)sinΩtsinωct+2J2(m)cos2Ωtcosωct-2J3(m)sin3Ωtsinωct+2J4(m)cos4Ωtcosωct+…］u(t)=

Ucm{J0(m)cosωct+J1(m)［cos(ωc+Ω)t-cos(ωc-Ω)t］

+J2(m)［cos(ωc+2Ω)t+cos(ωc-2Ω)t］

+J3(m)［cos(ωc+3Ω)t-cos(ωc-3Ω)t］

+J4(m)［cos(ωc+4Ω)t+cos(ωc-4Ω)t］+…}贝塞尔函数带入调角波表达式得：第一类贝塞尔函数曲线mJn(m)m8.1调角波的性质体会：由调角波的表达式和贝塞尔函数的特点,可以看出单频调角信号频谱具有以下几个特点:u(t)=

Ucm{J0(m)cosωct+J1(m)［cos(ωc+Ω)t-cos(ωc-Ω)t］

+J2(m)［cos(ωc+2Ω)t+cos(ωc-2Ω)t］

+J3(m)［cos(ωc+3Ω)t-cos(ωc-3Ω)t］

+J4(m)［cos(ωc+4Ω)t+cos(ωc-4Ω)t］+…}(1)由载频和无穷多组上、下边频组成,这些频率分量满足

ωc±nΩ,振幅为Jn(m)Ucm,n=0,1,2,…。Ucm是调角信号振幅。(2)当n为偶数时,两边频分量振幅相同,符号相同；当n为奇数时,两边频分量振幅相同,符号相反。8.1调角波的性质(3)各阶贝塞尔函数随m增大变化的规律均是衰减振荡,而各边频分量振幅值与对应阶贝塞尔函数成正比。m↓→边频分量越少，但对应振幅越大即“少”而“大”

m↑→边频分量越多，但对应振幅越小即“多”而“小”(4)

m值的增大,具有较大振幅的边频分量数目增加,载频分量振幅呈衰减振荡趋势,在个别地方(如m=2.405,5.520时),载频分量为零。(5)若调角信号振幅不变,m值变化,则总平均功率不变等于载频的平均功率,但载频与各边频分量的功率将重新分配。21调角波的频谱mmmmm载频分量不存在8.1调角波的性质(6)

调角波的能量大部分都集中在载波附近一定范围内。工程上认为：当n>m+1时，∣Jn(m)∣<0.1，此范围内的有效频带宽为8.1

调角波的性质上述特点充分说明调角是完全不同于调幅的一种非线性频率变换过程。显然,作为调角的逆过程,角度解调也是一种非线性频率变换过程。

对于由众多频率分量组成的一般调制信号来说,调角信号的总频谱并非仅仅是调制信号中每个频率分量单独调制时所得频谱的组合,而且另外又新增了许多频率分量。例如,若调制信号由角频率为Ω1,Ω2的两个单频正弦波组成,则对应调角信号的频率分量不但有ωc±nΩ1和ωc±nΩ2,还会出现ωc±nΩ1±pΩ2,n、p=0,1,2,…。8.1调角波的性质三、课堂练习：1.教材P207

习题8.3.18.3.22.教材P207

习题8.3.38.3.48.3

调频方法概述1.调制特性：以调波的瞬时频率变化与调制信号成线性关系。2.调制灵敏度：单位调制电压所产生的频率偏移要大，具有较高的调制灵敏度。3.最大频率偏移与调制信号的频率无关。4.频率稳定度：为调制的载波频率（即已调波的中心频率）要稳定，即具有一定的频率稳定度。4.无寄生调幅或寄生调幅要小。前言：调频电路的性能指标：8.3

调频方法概述一、调频电路的分类直接调频：根据调频信号的瞬时频率随调制信号成线性变化这一基本特性,利用调制信号直接控制自激振荡电路的振荡频率。这是实现调频的最直接方法,故称为直接调频。1.直接调频2.间接调频。

若先对调制信号uΩ(t)进行积分,因此,将调制信号积分后调相,是实现调频的另外一种方式,称为间接调频。或者说,间接调频是借用调相的方式来实现调频。(2)

间接调频然后将u1(t)作为调制信号对载频信号进行调相,则可得到:

可知,对于uΩ(t)来说,上式是一个调频信号表达式。8.3

调频方法概述8.3

调频方法概述一、变容二极管直接调频电路1.变容二极管的符号与特性二极管是单向导电元件，若将其反向偏置，并始终控制在截止区时，PN结的结电容的大小随反向控制电压的变化而变化，因此PN结二极管可制成变容二极管。调制信号uΩ(t)

保证管子始终处于截止状态的直流电源E>UΩm变容二极管8.4

变容二极管直接调频电路Cj0——为未外加电压时的结电容(u=0)UD——PN结势垒电位差（硅管0.4-0.7v、锗管0.2-0.3v）γ——结电容变化指数，由结的类型和掺杂浓度决定。变容二极管的电容看：教材P1923.变容二极管的结电容变容二极管的调频电路γ>1超突变结突变结缓变结看：教材P194-

P195优点：电路简单、频偏大缺点：振荡（中心）频率不稳定2.变容二极管的调频电路的优缺点（补充内容）3.变容二极管调频电路实例：8.4

变容二极管直接调频电路故变容二极管的实际电容值会受到高频振荡的影响。若高频振荡电压振幅太大,还可能使叠加后的瞬时电压造成变容二极管正偏。采用两个变容二极管对接,从图(b)所示高频等效电路可知,两管对于高频振荡电压来说是串联的,故加在每个管上的高频振荡电压振幅减半。注意：2.对于直流偏压和低频调制电压来说,两管是并联关系,

故工作状态不受影响。这种方式的缺点是调频灵敏度有所降低,因为两变容管串联后总结电容减半。8.4

变容二极管直接调频电路8.4

变容二极管直接调频电路1.在变容二极管的直流偏压上不仅加有低频调制电压,而且叠加有回路里的高频振荡电压。注意：一、间接调频的优点：调制器与振荡器是分开的，对振荡回路影响小，频率稳定度高。二、间接调频的原理：二、石英晶体振荡器直接调频：见教材P197-P1988.5

石英晶体直接调频电路8.7

调相电路8.7

调相电路关键：调相电路如何实现？实现调相的目标：

信号的相位移⊿Φ与调制信号cosΩt成线性关系。8.7

调相电路8.7

调相电路实现调相的方法：第一类：可变移相法。第二类：可变时延法第三类：矢量合成法三、变容二极管调相电路（可变移相法）8.7

调相电路设调制信号uΩ=UΩmcosΩt经4.7μF电容耦合到变容二极管上,

则由电感L和变容二极管组成的LCj回路的中心角频率ω(t)将随调制电压而变化。显然：调制信号随时间变化→电容Cj变化→LCj的谐振频率变化→载波信号ωc≠LCj的谐振频率→回路处于失谐状态。8.7

调相电路由于m<1,因此可忽略m2及其高次项，于是可得：瞬时角频率差为：对LC并联谐振回路的分析,当失谐不大时,回路输出电压与输入电流的相位差可近似表示为:Δφ(t)=-arctan

当变容二极管相移网络的可变中心角频率ω(t)对于输入载波角频率ωc失谐不大时,载波信号通过相移网络产生的相移可近似表示。可见：相位移⊿

Φ与调制信号呈线性关系，实现了调相。变容二极管相移网络能够实现线性调相,但受回路相频特性非线性的限制,必须满足mp≤,调制范围很窄,属窄带调相。注意：本质上就是利用并联谐振回路的频率和相位呈线性关系。8.7

调相电路8.7.3矢量合成法调相电路：工作原理：见教材P2068.7

调相电路第9章调角波的解调前言：一、调角波的解调任务：

在调角波中调制信号寄存于已调波的瞬时频率或瞬时相位变化中，解调的任务就是把已调波的瞬时频率或者瞬时相位的变化转化为电压变化。即：频率转化为电压→鉴频（对调频信号的解调）相位转化为电压→鉴相（对调相信号的解调）二、实现鉴频的基本方法振幅鉴频器(斜率鉴频器)：把等幅的调频波变成调频调幅波，然后振幅检波得到原调制信号。相位鉴频器：把等幅的调频波变成调频调相波，然后相位检波（鉴相）得到原调制信号。三、对鉴频的基本要求看：教材P2119.2鉴相器一、常用的鉴相器：1.乘积型鉴相器：第9章调角波的解调2.门电路鉴相器：调角波的解调三、乘积型相位鉴频器(教材P211)调角波的解调1.相位检波器的原理：关键：参考信号ur(t)与调相信号同频正交调角波的解调滤掉其中的高频成分得：显然：uo与调制信号uΩ(t)不呈线性关系调角波的解调若：∣φ(t)

∣≤

，可见：输出信号与调制信号呈线性关系，实现相位的解调。9.2.2门电路鉴相器：见教材P215

9.3.1鉴频器实现鉴频的三种思路：见教材P2169.3.1双失谐回路鉴频器第9章调角波的解调uFM-AMuΩ(t)uFM(t)一、失谐回路鉴频器的整体思路模型二、单失谐回路斜率鉴频器鉴频的目标：频率与电压呈线性关系。⒈调频波变换为调幅—调幅波第9章调角波的解调——把FM波转换为FM-AM波最简便的方法是利用失谐的LC调谐回路，即FM信号的中心频率处在LC回路幅频特性曲线的倾斜部分。6.3

调角波的解调回忆：并联谐振曲线选频特性曲线N(ω)Q1ω0ω原理：FM波瞬时频率随调制信号变化→LC回路阻抗变化→LC

回路输出电压幅度随调制信号变化→FM-AM波第9章调角波的解调调频波变换为调频—调幅波原理图调角波的解调并联谐振曲线调频波频率曲线调频—调幅波曲线输出电压振幅曲线调角波的解调单失谐回路斜率鉴频器的缺点：单个LC回路的鉴频线性范围小、灵敏度不理想。实际中应用较多的是两个单失谐回路组成的双失谐回路鉴频器。调角波的解调三、双失谐回路鉴频器频率-幅度变换电路包络检波变换电路uo=u01-u023.为使鉴频特性曲线对称，还应使

f01-fC=fC-f02。调角波的解调双失谐回路鉴频器的条件：1.回路Ⅰ的谐振频率fC

＜f01

，回路Ⅱ的谐振频率fC

＞f02

。2.为保证鉴频的线性范围，调f01、f02，使f01-

f02

＞2⊿fmaxu02u01f02f01鉴频特性曲线在载频fc上叠加调制信号回路Ⅱ的谐振曲线回路Ⅰ的谐振曲线Ⅰ、Ⅱ回路叠加后的谐振曲线频率转化为的电压信号双失谐回路鉴频器原理理解要点：调角波的解调1.当输入调频波的频率f02<f<fc

时，

u01≈0，u02>>u01且由于uo=u01-u02,uo≈-u02

。u02u01f02f012.当输入调频波的频率fc

<f<f01时，

u02≈0，u01>>u02且由于uo=u01-u02,uo≈u01

。3.因此双失谐斜率鉴频器的鉴频特性在频带宽度、线性范围、灵敏度等方面有较大改进，应用较广！双失谐回路鉴频器实际电路：见教材p218图9.10调角波的解调一、相位鉴频器的思路模型（补充内容）频率—相位变换网络有:

单谐振回路、耦合回路或RLC电路9.3.2相位鉴频器并联谐振回路的相频特性对实现频率—相位变换的线性网络,要求移相特性曲线在w=wc时的相移量为0,且在wc附近特性曲线近似为直线.只有当输入调频波的瞬时频率偏移最大值⊿wm比较小时,变换网络才可不失真地完成频率—相位变换.调角波的解调调角波的解调二、相位鉴频器的种类1.乘积型相位鉴频器2.叠加型相位鉴频器目标：把瞬时相位的变化转化为电压的变化三、乘积型相位鉴频器(已讲过原理)四、叠加型鉴频器（见：教材P219）1.叠加型相位鉴频器实现模型移相网络调角波的解调四、叠加型鉴频器（见：教材P219

）以互感耦合型鉴相器为例1.电路：互感耦合式调频-调幅电路包络检波电路Lc高频扼流圈的阻抗比Cc、C4阻抗高得多，保证U1全部加在Lc上。L2、C2调谐于fc