第八章 角度调制与解调1.ppt

1、第八章 角度调制与解调,8.1 概 述 8.2 调角波的性质 8.3 调频方法概述,8.1 概 述,角度调制可以分为调频和调相两种方式。 从时域来看，它们都是通过用调制信号(即基带信号)去控制载波瞬时相位(或瞬时角度)的方法来实现的。因此，都表现为高频振荡的总相角受到调变的基本特点。这也是将其统一称为角度调制的原因。,如设载波为 V (t)=Vcmcos(t)=Vcmcos(ct+0) Vcm为常数，反映了载波振幅的大小； (t)为载波的瞬时相位， c为载波的固有频率， 0为载波的初相位。,如果利用调制信号,去控制三个参量中的某个，,可产生调制的作用:,amphitude modulation

2、 AM:,frequency modulation FM :,phase modulation PM,角度调制,AM调制方式中,AM,DSB,属于频谱线性搬移电路,调制信号寄生于已调信号的振幅变化中,FM,PM,属于频谱的非线性搬移电路,已调波为等幅波,调制信息寄生于已调波的频率和相位变化中,SSB, 载波信号v(t)=Vcmcos(ct+0),角度调制方式中,频谱的搬移,频谱的线性搬移：搬移前后的频谱结构不发生变化，只是在频域上作简单的移动。如调幅及其解调、混频等。,频谱的搬移,频谱的非线性搬移：输入信号的频谱不仅在频域上搬移，而且频谱结构也发生了变化。如调频、调相及其解调等。,频谱的搬移,

3、在频谱的搬移电路中，输出信号的频率分量大多数情况下是输入信号中没有的，因此必须用非线性电路来完成。,（模电中的“非线性失真”概念！）,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）,(frequency discrimination),(PM)相位解调检相,(phase detection),图8.1 调频信号波形,一、调角信号的时域特性,8-2 调角波的性质,1、 瞬时频率和瞬时相位,余弦信号,全相角,（角频率是常数）,当进行角度调制 （FM或PM）后 ,其已调波的角频率将是时间的函数,即 。 可用右图所示的旋转矢量表示,(t),

4、1、 瞬时频率和瞬时相位,而该矢量在实轴上的投影：,2、调频信号,在频率调制时，使余弦信号的瞬时角频率与调制信号成线性关系变化，而初始相位不变。,c为中心角频率（即载波角频率）,单位是rad/sv,瞬时角频率为：, kf 调频灵敏度，,单位调制信号振幅引起的频率偏移 .,2、调频信号,根据瞬时频率与所对应的瞬时相位的关系，若设,则有：,其中：,：瞬时相位偏移,调频波的瞬时相位,附加相移部分：, 调频指数Mf: 调频波的最大附加相移,Mf可以小于1，也可大于1,正比于 ，反比于 。,2、调频信号,调频波的数学表示式,以单频余弦波作调制信号的调频波，其主要性质有：,频偏决定于调制信号的振幅，瞬时频

5、率的变化规律决定于调制信号的变化规律。,调频波的幅度为常数。,调频波的调制指数可大于1，而且通常应用于大于1的情况。调制指数与频偏成正比，与调制频率成反比。,单音调制波形,3、调相信号,相位调制时，保持余弦信号的中心角频率 不变，而使其瞬时相位与调制信号成线性关系变化。,瞬时相位为：,3、调相信号,相位调制时，保持余弦信号的中心角频率 不变，而使其瞬时相位与调制信号成线性关系变化。,瞬时相位为：,最大相位偏移,：调相指数,由瞬时相位与所对应的瞬时频率之间的关系，可得：,； PM波的瞬时频偏,调相波：,瞬时角频偏为：,3、调相信号, 最大频偏:,调频信号,瞬时相位为：,调相信号,瞬时角频率为：,

6、AM,PM,单音调角信号参数比较,单音调制波形,(1)一般调角信号的表达式：,（2）FM波：,（3）PM波：,（4）调频波的波形,讨论:,二、调角信号的频域特性,调制信号为：,调频波的表示式为：,下面分析单频余弦信号调制下，调频波的频谱。,式中，出现了 两个特殊函数。,利用三角函数公式，展开可得：,1、第一类贝塞尔函数 的性质：,2、调频波的频谱结构,包含载波频率分量（但是幅度小于1，与Mf有关。)；还包含无穷多个边频分量；,各边频分量之间的距离是调制信号角频率 ；,各频率分量的幅度由贝塞尔函数 决定；,奇次旁频分量的相位相反。,0.77,0.44,0.44,0.11,0.11,0.02,0.

7、02,调频波的频谱结构与调制指数Mf 关系密切。 Mf 愈大，则具有一定幅度的边频数目愈多。,对于某些Mf值，载频分量或某次边频分量的幅度是零。,频率调制不是将信号的频谱在频率轴上直接平移,而是将信号各频率分量进行非线性变换。因此，频率调制又称为非线性调制。,各频率分量间的功率分配。调频波的功率等于未调载波的功率。调制后，已调波出现许多频率分量，这个总功率就分配到各分量。随Mf的不同，各频率分量之间功率分配的数值不同。,频谱结构特点,3、调频波的频带宽度,调频波的频带宽度有两种近似：,忽略小于0.01的分量： （集中99%以上的功率）,忽略小于 0.1的分量： （集中98-99%的功率）,卡森

8、（Carson）公式,理论上，调频波包含有无穷多个频率分量，其带宽是无穷宽的；但实际上，在调制指数一定时，超过某一阶数的贝塞尔函数的值已经相当小，其影响可以忽略，这时则可认为调频波所具有的频带宽度是近似有限的,不同Mf 时的调频波带宽,上式表明，在调制指数较小的情况下，调频波只有角频率分别 为 和 的三个分量，它与用同样调制信号进行标准 调幅所得调幅波的频带宽度相同。通常，把这种情况的频率调 制称为窄带调频。,上式表明，在调制指数较大的情况下，调频波的带宽等于二倍 频偏。通常，把这种情况的频率调制称为宽带调频。又称为 恒定带宽调频。,介于前两种情况之间。,恒定带宽调频槪念,调制指数较大时，调频

9、波的带宽等于二倍频偏。,对于调相波， 。调相波频带宽度在调制信号频率的高端和低端相差很大，所以对频带的利用是不经济的。,最大频偏,调频波的功率,使振荡器的频率随调制信号成线性关系变化。如：变容二极管直接调频电路。,8-3 调频方法概述,一、调制原理概述,1、直接调频,优点：易于得到比较大的频偏。,缺点：中心频率的稳定度不易做得很高。,直接调频 间接调频,由相位与频率之间的关系：,在同一调制信号,的控制下，形成的FM波和PM波的表达式为：,以上的过程为直接调频或直接调相,8-3 调频方法概述,一、调制原理概述,2、间接调频,优点：载波中心频率稳定度较好,如果把,选积分后，再经过调相器，也可得到对,而言的调频波，也称为间接调频。（indirect frequency modulation）,(2) 把,先微分后再调频，可以得间接调相（indirect PM）,间接调频,二、调频电路的技术指标,1、调制特性,定义：振荡器的频率偏移与调制电压的关系称为调制特性，表示为：,在一定电压范围内，调制特性应近似为直线特性。,2、调制灵敏度,单位调制电压变化产生的频偏,在调制电