角調(diào)制與解調(diào)概要PPT課件

1、1本章知識點及結(jié)構(gòu)本章知識點及結(jié)構(gòu)角度調(diào)制與解調(diào)調(diào)角波的性質(zhì)（數(shù)學表達式、頻譜特征、功率） 6.2調(diào)頻波的解調(diào)（電路，評價指標） 6.5調(diào)頻波的產(chǎn)生（原理，電路，評價指標） 6.3，6.4第1頁/共61頁2第6章 角度調(diào)制與解調(diào)n6.1 概述n6.2 調(diào)角波的性質(zhì) （重點）n6.3 調(diào)頻信號的產(chǎn)生n6.4 調(diào)頻電路（重點）n6.5 調(diào)頻波的解調(diào) （重點）n6.6 限幅器n6.7 調(diào)制方式的比較第2頁/共61頁36.1 概 述回顧問題：（第5章 調(diào)幅系統(tǒng)概念）2. “調(diào)制調(diào)制”與與“解調(diào)解調(diào)”的方式有哪些？的方式有哪些？1. “調(diào)制調(diào)制”與與“解調(diào)解調(diào)”的過程如何實現(xiàn)？的過程如何實現(xiàn)？3. “調(diào)

2、制調(diào)制”對應的波形特征？對應的波形特征？4.4.調(diào)制器、解調(diào)器調(diào)制器、解調(diào)器在無線電收發(fā)系統(tǒng)中的在無線電收發(fā)系統(tǒng)中的位置？位置？第3頁/共61頁42. 調(diào)制與解調(diào)的方式：控制調(diào)制低頻信號高頻信號（載波）載波的參數(shù)調(diào)幅波幅度 頻率 相位調(diào)頻波 調(diào)相波檢波低頻信號解調(diào)鑒頻鑒相調(diào)幅波 調(diào)頻波 調(diào)相波第4頁/共61頁55.5.調(diào)頻與鑒頻的典型電路：調(diào)頻與鑒頻的典型電路：第5頁/共61頁66.2 調(diào)角波的性質(zhì)(重點)調(diào)角波的性質(zhì)：調(diào)角波的性質(zhì)： 調(diào)頻波（調(diào)頻波（FM）的性質(zhì)（重點）的性質(zhì)（重點） 調(diào)相波調(diào)相波（PM）的性質(zhì)的性質(zhì)（類比的方法學習）（類比的方法學習） 調(diào)頻波與調(diào)相波的比較調(diào)頻波與調(diào)相波的比

3、較第6頁/共61頁7一、調(diào)頻（相）波數(shù)學表達式及波形特征如何？二、調(diào)頻（相）波的頻譜有什么特征？ 如何根據(jù)頻譜計算頻帶寬度？三、如何計算調(diào)頻（相）波的功率？問題：第7頁/共61頁8一、調(diào)頻波數(shù)學表達式一、調(diào)頻波數(shù)學表達式調(diào)制信號載波信號的頻率控制載波信號調(diào)頻波的頻率已調(diào)信號即：調(diào)頻波調(diào)頻波的相位1、調(diào)頻的過程、調(diào)頻的過程第8頁/共61頁92.調(diào)頻過程的數(shù)學表達:第9頁/共61頁10角頻率偏移程度由調(diào)制信號幅度決定角頻率偏移程度由調(diào)制信號幅度決定fmftffUkdttukmmax0)(又稱作調(diào)頻波的又稱作調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù)m mf f ，它可以大于它可以大于1.1.)()(tuktf(1)

4、.瞬時頻率偏移:(2).最大頻率偏移(也簡稱頻偏):mfffUktukmax)(3).(3).最大相移最大相移幾個關(guān)鍵參量：第10頁/共61頁11已知載波頻率為已知載波頻率為100100MHzMHz，載波電壓幅度為載波電壓幅度為5 5V V，調(diào)制信號調(diào)制信號試寫出調(diào)頻波的數(shù)學表示式（設最大頻偏為試寫出調(diào)頻波的數(shù)學表示式（設最大頻偏為20kHz20kHz）3( )cos2102cos2500uttt應用例1：第11頁/共61頁12根據(jù)調(diào)相過程，寫出調(diào)相波數(shù)學表達式根據(jù)調(diào)相過程，寫出調(diào)相波數(shù)學表達式調(diào)制信號載波信號的相位控制載波信號調(diào)相波的相位已調(diào)信號即：調(diào)相波二、調(diào)相波數(shù)學表達式二、調(diào)相波數(shù)學表

5、達式類比法類比法第12頁/共61頁132.調(diào)相 過程第13頁/共61頁14mppUkm又稱作又稱作 調(diào)相指數(shù)調(diào)相指數(shù) 它與調(diào)制信號的幅度成正比， 而與調(diào)制頻率無關(guān)。最大相移最大相移關(guān)鍵參量：第14頁/共61頁15討論：調(diào)頻信號與調(diào)相信號的比較討論：調(diào)頻信號與調(diào)相信號的比較如果設載波：如果設載波： )cos()(oootUtu 調(diào)制信號：調(diào)制信號： tUtu cos)( FMFM波波 PMPM波波(1) (1) 瞬時頻率：瞬時頻率： )()(tuktFo dttduktpo)()( (2) (2) 瞬時相位：瞬時相位： otFodttuktt 0)()(opotuktt )()(3) (3) 最

6、大頻偏：最大頻偏： UktukFFmmax| )(| Ukdttdukppmmax|)(| (4) (4) 最大相位：最大相位： UkdttukmFtFmfmax0|)(| Uktukmppmpmax| )(| (5) (5) 表達式表達式: : sincossincos)(cos)(cos)(0ofoofootfoFMtmtUtUktUdttuktUtUtu coscoscoscos)(cos)(cos)(opoopoopoPMtmtUtUktUtuktUtUtu Ukfm Ukmff Ukpm Ukmpp第15頁/共61頁16三、調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系三、調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系總結(jié)總結(jié) 載波信號：載波

7、信號：1. 調(diào)制指數(shù)（即：最大相移）調(diào)制指數(shù)（即：最大相移）mfffUkmmppUkm 2. 最大頻率偏移最大頻率偏移頻偏頻偏fmffmUkpmppmUk與調(diào)制信號振幅Um成正比，頻率成反比。與調(diào)制信號頻率無關(guān)。FMPMFMPM3. FM與PM的共同點: = m 第16頁/共61頁17應用例2 已知載頻振蕩的頻率為 ，振幅為 ,調(diào)制信號為單頻余弦波。(l)當調(diào)制信號頻率為F=400Hz時, 最大頻偏為 ，寫出調(diào)頻波和調(diào)相波的數(shù)學表達式;(2)若調(diào)制頻率變?yōu)?kHz, 哪些參數(shù)會變？試寫出此時調(diào)頻波與調(diào)相波的數(shù)學表達式。 MHzfc25MHzfc25VUcm4kHzf10第17頁/共61頁18頻

8、譜分析的方法（與AM波頻譜分析方法相同）：2. 以每一余弦（或正弦）項的頻率 或 為橫坐標上的點，其幅度 為縱坐標上的點，畫出頻譜分布圖。iif1. 將調(diào)角波（電壓）信號的數(shù)學表達式展開成將調(diào)角波（電壓）信號的數(shù)學表達式展開成余弦（或正弦）項之和的形式，即余弦（或正弦）項之和的形式，即iiimitA)cos(miA四、調(diào)角波的頻譜四、調(diào)角波的頻譜第18頁/共61頁19利用貝塞爾函數(shù)理論中的兩個公式：利用貝塞爾函數(shù)理論中的兩個公式：.5sin)(23sin)(2sin)(2)sinsin(.4cos)(22cos)(2)()sincos(531420 tmJtmJtmJtmtmJtmJmJtmf

9、fffffff 階貝塞爾函數(shù)。的是參數(shù)為其中nmmJffn)(調(diào)頻波的頻譜調(diào)頻波的頻譜第19頁/共61頁20結(jié)論：1.1. 一個一個FMFM波，除有載頻波，除有載頻 分量外，分量外， 還有無窮多個邊頻分量，邊頻之間的還有無窮多個邊頻分量，邊頻之間的 間隔仍為間隔仍為 。c)(fncmmJU調(diào)頻波的頻譜調(diào)頻波的頻譜2. 2. 邊頻幅度的大小為邊頻幅度的大小為 ，由由BessellBessell函數(shù)決定。函數(shù)決定。第20頁/共61頁21可見，mf值越大，貝塞爾函數(shù)的階數(shù)將增多。這意味著， mf值越大，調(diào)頻波頻譜中的邊頻數(shù)目增多，從而使頻帶加寬。mf相同時，隨著貝塞爾函數(shù)階數(shù)升高，其值變化不一定越小

10、。這意味著，調(diào)頻波的頻譜幅度不是線性遞減的。第21頁/共61頁22五、調(diào)頻波的頻帶寬度五、調(diào)頻波的頻帶寬度FmBff)(12)(FfBf 2或或由由BessellBessell函數(shù)的特點，當階數(shù)函數(shù)的特點，當階數(shù) 時時1 fmn)(fnmJ則認為則認為 ，邊頻總數(shù)為，邊頻總數(shù)為1 fmn)1(22 fmn（1）mf1當 mf1 時，即時，即fBf2 稱為：寬帶調(diào)頻此帶寬大于AM波帶寬Ff 第22頁/共61頁23（2）對于）對于窄帶調(diào)頻窄帶調(diào)頻 mf1 時，即時，即FBf2tmtmtmfff sin) sinsin(1) sincos()cos(2)cos(2cos)(tmtmtUtucfcfc

11、cm則：則：邊頻分量很少，只有邊頻分量很少，只有1到到3項項Ff 與與AM波帶寬相同波帶寬相同第23頁/共61頁24例：已知調(diào)制信號例：已知調(diào)制信號 若若 不變，不變，F(xiàn) F增大一倍增大一倍，求，求FMFM和和PMPM波的帶寬。波的帶寬。mU（3）調(diào)角信號頻譜與調(diào)制信號的關(guān)系）調(diào)角信號頻譜與調(diào)制信號的關(guān)系2, 4,104cos)(3pfmmmtUtu第24頁/共61頁25（3）調(diào)角信號頻譜與調(diào)制信號的關(guān)系）調(diào)角信號頻譜與調(diào)制信號的關(guān)系 續(xù)續(xù)說明： 在調(diào)制頻率F F的高端和低端，PMPM波的頻帶寬度變化極大，所以其頻帶的利用是不經(jīng)濟的。 即：PM PM 波的頻帶利用率不如 FM FM 波好。 這

12、正是模擬通信系統(tǒng)中調(diào)頻FMFM制比調(diào)相PMPM制應用得廣泛的主要原因。 一般PMPM只作為產(chǎn)生調(diào)頻FMFM波的一種間接手段來應用。第25頁/共61頁26間接調(diào)頻原理間接調(diào)頻原理載載波波振振蕩蕩器器緩緩沖沖器器調(diào)調(diào)相相器器積積分分器器調(diào)調(diào)制制信信號號調(diào)調(diào)頻頻波波輸輸出出)(tu tdttu0)(積積分分調(diào)調(diào)相相indirectFM間接調(diào)間接調(diào)頻頻: :利用調(diào)相來實現(xiàn)調(diào)頻利用調(diào)相來實現(xiàn)調(diào)頻第26頁/共61頁27六、調(diào)角波的功率計算方法：(設調(diào)角波電壓加于負載電阻R上）1. 將調(diào)幅（電壓）信號的數(shù)學表達式展開成余將調(diào)幅（電壓）信號的數(shù)學表達式展開成余弦（或正弦）項弦（或正弦）項之和之和的形式，即的形

13、式，即2. iiimitA)cos(imiiiRAPP22總第27頁/共61頁28結(jié)論： 調(diào)角波功率等于調(diào)制前的載波功率，即將原來載波功率中的一部分轉(zhuǎn)入邊頻中去。六、調(diào)角波的功率因此，調(diào)制過程不需要外界供給邊頻功率。 第28頁/共61頁29應用例3 6-10，11第29頁/共61頁30一、調(diào)頻方法一、調(diào)頻方法二、調(diào)頻電路的性能指標二、調(diào)頻電路的性能指標6.3 調(diào)頻信號的產(chǎn)生第30頁/共61頁316.4 調(diào)頻電路一、變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 （重點）二、電抗管調(diào)頻電路三、晶體振蕩器調(diào)頻電路間接調(diào)頻電路直接調(diào)頻電路獲得大頻偏的方法：倍頻器第31頁/共61頁32直接調(diào)頻方法直接調(diào)頻方法( )( )cftk

14、 ut)(tu 調(diào)調(diào)頻頻器器( )FMutdirectFM直接調(diào)頻：直接調(diào)頻：調(diào)制信號直接控制載波振蕩器的調(diào)制信號直接控制載波振蕩器的頻率頻率( )cos( )FMcmcfutUtkut dt第32頁/共61頁33一、變?nèi)荻O管調(diào)頻電路1.1.變?nèi)荻O管的特性2.2.變?nèi)荻O管實際調(diào)頻電路分析3. 3. 變?nèi)荻O管調(diào)頻原理 調(diào)頻過程分析4. 4. 調(diào)頻電路的性能分析 性能指標第33頁/共61頁341.變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管特性特性 受電壓控制的可變電抗元件受電壓控制的可變電抗元件（1 1）符號、等效電路）符號、等效電路（2 2）結(jié)電容與反向電壓關(guān)系）結(jié)電容與反向電壓關(guān)系等效電路等效電路符號符號n

15、UUAC )(A A：常數(shù)，取決于二極管本身常數(shù)，取決于二極管本身的屬性的屬性U U：外加反向偏壓外加反向偏壓U U：PNPN結(jié)的勢壘電壓結(jié)的勢壘電壓( (Si : 0.7V Ge : 0.3V)Si : 0.7V Ge : 0.3V)n n：結(jié)電容變化系數(shù)結(jié)電容變化系數(shù) 超突變結(jié)突變結(jié)緩變結(jié)2/12/13/1nnn第34頁/共61頁352. 2. 變?nèi)荻O管實際調(diào)頻電路分析變?nèi)荻O管實際調(diào)頻電路分析分析思路：分析思路： 變?nèi)荻O管上要加直流偏壓和調(diào)制信號變?nèi)荻O管上要加直流偏壓和調(diào)制信號變?nèi)荻O管要作為高頻振蕩電路的一部分變?nèi)荻O管要作為高頻振蕩電路的一部分第35頁/共61頁363.變?nèi)荻O

16、管調(diào)頻原理變?nèi)荻O管調(diào)頻原理a. 定性分析定性分析 b. 定量分析定量分析tCCCmdcos0)cos(210tCCLfm)cos1 (2100tCCLCm )cos211 (2100tCCLCmtCCffmcccos21010CCm當當 時時, ,.cos)(83cos211 )cos1 (2200210tCCtCCtCCmmm第36頁/共61頁374、調(diào)頻電路的性能指標、調(diào)頻電路的性能指標 1.1. 調(diào)制特性調(diào)制特性2.2. 調(diào)制靈敏度調(diào)制靈敏度3. 3. 最大頻偏最大頻偏4.4.載波頻率穩(wěn)定度載波頻率穩(wěn)定度在正常調(diào)制電壓作用下，在正常調(diào)制電壓作用下，所能達到的最大頻率偏移值。所能達到的最

17、大頻率偏移值。調(diào)制電壓變化單位數(shù)值，所產(chǎn)生的頻率偏移。調(diào)制電壓變化單位數(shù)值，所產(chǎn)生的頻率偏移。fSu相對頻率偏移與調(diào)制電壓之間的關(guān)系相對頻率偏移與調(diào)制電壓之間的關(guān)系()cff uf/cff時間間隔第37頁/共61頁38二、電抗管調(diào)頻電路二、電抗管調(diào)頻電路1.電抗管調(diào)頻原理電抗管調(diào)頻原理2.等效電抗的推導等效電抗的推導3.電抗管調(diào)頻電路的特點電抗管調(diào)頻電路的特點電抗管：電抗管：由一只晶體管或場效應管加上由電抗和由一只晶體管或場效應管加上由電抗和 電阻元件構(gòu)成的移相網(wǎng)絡組成。電阻元件構(gòu)成的移相網(wǎng)絡組成。 它等效為一個電抗元件它等效為一個電抗元件（電感或電容）（電感或電容） 且其參數(shù)可以隨調(diào)制信號而

18、變化。且其參數(shù)可以隨調(diào)制信號而變化。第38頁/共61頁392.等效電抗的推導等效電抗的推導a. 等效電抗是一個電容等效電抗是一個電容b. 等效電抗是一個電感等效電抗是一個電感第39頁/共61頁403.電抗管調(diào)頻電路的特點電抗管調(diào)頻電路的特點優(yōu)點：能獲得較大的頻偏；便于做成集成電路。優(yōu)點：能獲得較大的頻偏；便于做成集成電路。缺點：載頻不能很高，頻率穩(wěn)定度較低。缺點：載頻不能很高，頻率穩(wěn)定度較低。第40頁/共61頁41三、晶體振蕩器調(diào)頻電路三、晶體振蕩器調(diào)頻電路1. 1. 石英晶體振蕩器變?nèi)莨苷{(diào)頻電路石英晶體振蕩器變?nèi)莨苷{(diào)頻電路較之前兩種直接調(diào)頻電路，提高了載波頻率的穩(wěn)定度，但較之前兩種直接調(diào)頻電

19、路，提高了載波頻率的穩(wěn)定度，但頻偏不太大頻偏不太大2. 2. 用用 型網(wǎng)絡變換獲得較大頻偏型網(wǎng)絡變換獲得較大頻偏 第41頁/共61頁42四、間接調(diào)頻電路四、間接調(diào)頻電路 1、積分電路積分電路RC電路電路 2、調(diào)相電路調(diào)相電路失諧法失諧法載載波波振振蕩蕩器器緩緩沖沖器器調(diào)調(diào)相相器器積積分分器器調(diào)調(diào)制制信信號號調(diào)調(diào)頻頻波波輸輸出出)(tu tdttu0)(積積分分調(diào)調(diào)相相indirectFM間接調(diào)間接調(diào)頻頻: :利用調(diào)相來實現(xiàn)調(diào)頻利用調(diào)相來實現(xiàn)調(diào)頻第42頁/共61頁43 （1）積分電路積分電路RC電路電路RC調(diào)制信號調(diào)制信號控制變?nèi)菰目刂谱內(nèi)菰男盘栃盘枺ㄕ{(diào)制信號調(diào)制信號被積分被積分）CR1

20、其中2211(1)mmmmUCUUUR CRC（2）調(diào)相電路）調(diào)相電路失諧法失諧法 實現(xiàn)實現(xiàn)mmU實現(xiàn)：第43頁/共61頁444.間接調(diào)頻電路特點間接調(diào)頻電路特點優(yōu)點：中心頻率穩(wěn)定度高優(yōu)點：中心頻率穩(wěn)定度高30m缺點：為了實現(xiàn)線性調(diào)相，缺點：為了實現(xiàn)線性調(diào)相， ，因而最大，因而最大頻偏小。頻偏小。改善：可以通過倍頻法，提高頻偏和載頻。改善：可以通過倍頻法，提高頻偏和載頻。第44頁/共61頁456.5 6.5 調(diào)頻波的解調(diào)調(diào)頻波的解調(diào)從從FM波中得到原來的調(diào)制信號波中得到原來的調(diào)制信號 頻率檢波或鑒頻頻率檢波或鑒頻。 完成鑒頻功能的電路完成鑒頻功能的電路鑒頻器鑒頻器一、鑒頻器的性能指標一、鑒頻器

21、的性能指標二、鑒頻電路二、鑒頻電路第45頁/共61頁46一、鑒頻電路1. 斜率鑒頻器斜率鑒頻器2. 相位鑒頻器相位鑒頻器（重點）（重點）3. 比例鑒頻器比例鑒頻器4. 脈沖計數(shù)式鑒頻器脈沖計數(shù)式鑒頻器第46頁/共61頁472、相位鑒頻器、相位鑒頻器 利用回路的利用回路的頻率頻率-相位相位特性來實現(xiàn)將特性來實現(xiàn)將調(diào)頻波變換為調(diào)幅調(diào)頻波。調(diào)頻波變換為調(diào)幅調(diào)頻波。線線性性網(wǎng)網(wǎng)絡絡頻頻率率相相位位變變換換相相位位幅幅度度變變換換幅幅度度檢檢波波器器調(diào)調(diào)頻頻波波調(diào)調(diào)幅幅調(diào)調(diào)頻頻波波調(diào)調(diào)制制信信號號常用的相位鑒頻器：常用的相位鑒頻器：電容耦合相位鑒頻器電容耦合相位鑒頻器電感耦合相位鑒頻器電感耦合相位鑒頻器

22、（重點）（重點）第47頁/共61頁48(1) 電感耦合相位鑒頻器電感耦合相位鑒頻器a. 原理電路b. 等效電路c. 各點電壓關(guān)系式d. 各點電壓表達式推導第48頁/共61頁49a. 電路與工作原理電路與工作原理 線性變換電路部分（頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡）線性變換電路部分（頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡） 幅度檢波部分幅度檢波部分 L3高頻扼流圈：高頻扼流圈： 把原邊電壓引入副邊回路把原邊電壓引入副邊回路 提供直流及低頻電路通路提供直流及低頻電路通路(1) 電感耦合相位鑒頻器電感耦合相位鑒頻器第49頁/共61頁50原理：原理：（1 1） 變，變， 對對 的相位隨的相位隨 變，變， 的大小隨的大小隨 變，變， 正是利用這種相

23、位變化的特點，將正是利用這種相位變化的特點，將頻率的頻率的變化轉(zhuǎn)換為幅度的變化變化轉(zhuǎn)換為幅度的變化。（2 2）幅度檢波：）幅度檢波：每一個檢波器的輸出電壓每一個檢波器的輸出電壓 也隨也隨 變，所以總輸出也隨變，所以總輸出也隨 變。變。2U1U21,ddUU21,ooUU)(2121ddoooUUUUU檢第50頁/共61頁51第51頁/共61頁52鑒頻器的性能指標：鑒頻器的性能指標：1. 鑒頻跨導（利用鑒頻跨導（利用S曲線定義）曲線定義）2.鑒頻頻帶寬度鑒頻頻帶寬度 B（大于等于大于等于2倍的倍的FM波頻偏）波頻偏）3.非線性失真非線性失真4.抑制寄生調(diào)幅抑制寄生調(diào)幅第52頁/共61頁53優(yōu)點：

24、優(yōu)點：S曲線線性度好，檢波失真小曲線線性度好，檢波失真小 S曲線斜率大，鑒頻靈敏度高曲線斜率大，鑒頻靈敏度高 S曲線線性范圍大曲線線性范圍大缺點：線路復雜；調(diào)整較困難。缺點：線路復雜；調(diào)整較困難。 電感耦合相位鑒頻器電感耦合相位鑒頻器第53頁/共61頁543、比例鑒頻器、比例鑒頻器 比例鑒頻器是一種類似于相位鑒頻器，而又具有自限幅能力的鑒頻比例鑒頻器是一種類似于相位鑒頻器，而又具有自限幅能力的鑒頻器。器。(1)(1)兩個二極管順接；兩個二極管順接；(2)(2)在電阻在電阻( (R R1 1+ +R R2 2) )兩端并接一個大電容兩端并接一個大電容C C5 5，容量約在容量約在1010FF數(shù)量

25、級。數(shù)量級。(3)(3)接地點和輸出點改變。接地點和輸出點改變。22221021ooMCMoCMUUUUUUUUU是相位鑒頻器的一半是相位鑒頻器的一半12M010102010221221()(1)22121ooCooUUUUUUUUUUU 第54頁/共61頁55相位鑒頻相位鑒頻鑒頻特性比較 第55頁/共61頁566.6 6.6 限幅器限幅器 限幅器的作用限幅器的作用 限幅特性曲線限幅特性曲線 限幅電路限幅電路 1 1、二極管限幅器、二極管限幅器 2 2、三極管限幅器三極管限幅器第56頁/共61頁57限幅器應用的幾個關(guān)鍵問題：限幅器應用的幾個關(guān)鍵問題：1.1.根據(jù)限幅特性曲線可知，根據(jù)限幅特性曲線可知，限幅是個限幅是個 (