Chapter 7角度調(diào)制-091116

1、 低 頻 放 大 高 頻 振 蕩 高 頻 放 大 調(diào) 制 緩 沖 聲 音 調(diào)角波的基本性質(zhì)調(diào)角波的基本性質(zhì)調(diào)頻方法的概述調(diào)頻方法的概述變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路石英晶體振蕩器直接調(diào)頻石英晶體振蕩器直接調(diào)頻調(diào)相電路調(diào)相電路習(xí)題習(xí)題 低 頻 放 大 高 頻 振 蕩 高 頻 放 大 調(diào) 制 緩 沖 聲 音 角度調(diào)制的特點(diǎn)：角度調(diào)制的特點(diǎn)：與振幅調(diào)制相比，調(diào)角波抗干擾能力強(qiáng)、載波功率利與振幅調(diào)制相比，調(diào)角波抗干擾能力強(qiáng)、載波功率利用系數(shù)高用系數(shù)高, 但占有傳送頻帶寬。但占有傳送頻帶寬。用途：用途： 調(diào)頻波：調(diào)頻廣播、廣播電視、通信及遙測遙控等調(diào)頻波：調(diào)頻廣播、廣播電視、通信及遙測遙控

2、等 調(diào)相波：數(shù)字通信系統(tǒng)中的移相鍵控。調(diào)相波：數(shù)字通信系統(tǒng)中的移相鍵控。角度調(diào)制：角度調(diào)制： )()(tkutcc dttuktdtttTcT 00)()()( 調(diào)頻波相角調(diào)頻波相角)(cos)(cos)(0dttuktUtUtuTccmcm 調(diào)頻波通式調(diào)頻波通式調(diào)頻波頻率調(diào)頻波頻率調(diào)頻波瞬時相移調(diào)頻波瞬時相移最大頻移最大頻移dttukT 0)(max)(tuk max0)(dttukmTf 調(diào)頻指數(shù)調(diào)頻指數(shù)調(diào)頻波相角調(diào)頻波相角調(diào)頻波表達(dá)式調(diào)頻波表達(dá)式調(diào)頻波頻率調(diào)頻波頻率tkUtmccos+=)(sin+cos=)(tkUtUtumccm=mfkUmmkU 調(diào)頻指數(shù)調(diào)頻指數(shù)最大頻移最大頻移tk

3、UtdttUkttmcTmcsincos)(0 tkUtdttUkttmcTmcsincos)(0 tUtUtucc cos)(cos)(cmcm 設(shè)設(shè)：載載波波調(diào)頻波瞬時頻移調(diào)頻波瞬時頻移)(tku Ff=Fmff=或或mFfPMFM 調(diào)調(diào)制制，都都滿滿足足：、無無論論*調(diào)相波相角調(diào)相波相角)()()(tkutttcc )(+cos=)(tkutUtuccm調(diào)相波通式調(diào)相波通式調(diào)相波頻率調(diào)相波頻率dttdukdttdc)()( 調(diào)相波瞬時相移調(diào)相波瞬時相移調(diào)相波瞬時頻移調(diào)相波瞬時頻移)(tku dttduk)( max)(tukmp 調(diào)相指數(shù)調(diào)相指數(shù)調(diào)相波相角調(diào)相波相角調(diào)相波調(diào)相波調(diào)相波頻率

4、調(diào)相波頻率調(diào)相波最大相移調(diào)相波最大相移tkUttmccos+=)(tkUttmcsin=)(-cos+cos=)(tkUtUtumccmmpkUm 最大頻移最大頻移kUm=Fmfp 或或：最大頻移最大頻移max)(dttduk mp=)()(tkutf uF(t) uP(t) tUtucos)(m dttduktp)()( )(cos)(cmtUtucc 調(diào)頻波瞬時頻移調(diào)頻波瞬時頻移調(diào)相波瞬時頻移調(diào)相波瞬時頻移調(diào)相波波形調(diào)相波波形調(diào)頻波波形調(diào)頻波波形載波載波調(diào)制信號調(diào)制信號tkUcosm tUksinm sincos)(tmtUtufccm )sinsin(sin)sincos(cos)(tm

5、ttmtUtufcfccm tnmJmJtmfnnff 2cos)(2)()sincos(120tnmJtmfnnf)12sin()(2)sinsin(012 tmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtucfcmcfcmcfcmcfcmcfcmcfcmcfcmcfcmcfcm)4cos()()4cos()()3cos()()3cos()()2cos()()2cos()()cos()()cos()(cos)()(443322110 第1對邊頻第2對邊頻第3對邊頻第4對邊頻載波 tmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtucfcmcf

6、cmcfcmcfcmcfcmcfcmcfcmcfcmcfcm)4cos()()4cos()()3cos()()3cos()()2cos()()2cos()()cos()()cos()(cos)()(443322110 式中： n 取正整數(shù)；J(mf)是以mf 為參數(shù)的n 階第一類貝塞爾函數(shù)，其數(shù)值可查表或曲線，曲線如圖所示。 n 階第一類貝塞爾函數(shù)的特點(diǎn)：階第一類貝塞爾函數(shù)的特點(diǎn)： J是是mf 和和 n 的函數(shù)。的函數(shù)。tmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtucfcmcfcmcfcmcfcmcfcmcfcmcfcm)3cos()()3cos()()2cos()()2cos(

7、)()cos()()cos()(cos)()(3322110 1.調(diào)頗波的頻譜不是調(diào)制信號的頗譜的簡單搬移，而是由載波分量和無數(shù)對邊頗分量所組成。 2.邊頻間的頻率間隔為(或F )。奇數(shù)項的上下邊頻分量極性相反；偶數(shù)項的上下邊頗分量極性相同。 tmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtucfcmcfcmcfcmcfcmcfcmcfcmcfcm)3cos()()3cos()()2cos()()2cos()()cos()()cos()(cos)()(3322110 3.載波分量和各上下邊頻分量的振幅 為 Ucm Jn (mf)，上下邊頻振幅相等。 而Jn與mf 有關(guān)，Mf 越大，有

8、效邊頻分量越多。 4.對于某些mf 值，載波或某邊頻振幅為零。 5PM 、FM 頻譜相似 sincos)(tmtUtufccm u=Umcost，調(diào)頻時，相當(dāng)于u=Umsint 調(diào)相 6.mf 一定時，隨著n的增加，Jn總的趨勢在減小。即邊頻分量隨著n的增加在減小。 (n) 7.頻譜寬度：邊頻有無限多。工程上忽略小的邊頻分量，看成是有限的。 通常規(guī)定：凡是振幅小于未調(diào)制裁波振幅10的邊頻分量均忽略不計；在高質(zhì)量通信系統(tǒng)中，常以忽略小于1末調(diào)制裁波振幅的邊頻分量來決定頻譜寬度。 大于大于10%的頻譜分量就確定了調(diào)角波的頻譜寬度。的頻譜分量就確定了調(diào)角波的頻譜寬度。大于10%的頻譜分量構(gòu)成的帶寬：

9、 8.FM、PM 頻譜寬度之不同：)(2)(2FfFFmBW 可見可見： PM 頻譜寬度受頻譜寬度受影響影響FmnFBW)1(22 且fF = kU；fP = kUF “YCH”P144表7-2 )(2FkUBWf FkUFFkUBWp)1(2)(2 可見：n m+1 時，Jn 0.1 例例1：在調(diào)頻廣播系統(tǒng)中，按國家標(biāo)準(zhǔn)：在調(diào)頻廣播系統(tǒng)中，按國家標(biāo)準(zhǔn)fmax=75kHz，若調(diào)制信號，若調(diào)制信號 F為為50Hz 15kHz，試計算頻譜寬度。，試計算頻譜寬度。kHz180)1575(2)(2maxmax FfBW150kHz)05. 075(2)(2minmin FfBW 例例2 已知調(diào)相指數(shù)已

10、知調(diào)相指數(shù)mp15，調(diào)制信號頻率，調(diào)制信號頻率F50Hz15kHz，試，試計算頻譜寬度。計算頻譜寬度。kHz)(6 . 150)115(2)1(2minmin FmBWpkHz)(480k15)115(2)1(2maxmax FmBWp：調(diào)制信號頻率：調(diào)制信號頻率F從從50Hz到到15kHs變化時，調(diào)頻波頻譜寬度變化時，調(diào)頻波頻譜寬度變化不大。調(diào)相波的頻帶寬度變化很大。變化不大。調(diào)相波的頻帶寬度變化很大。 直接調(diào)相時，其頻帶寬度沒有得到充分利用。直接調(diào)相時，其頻帶寬度沒有得到充分利用。 在模擬通信系統(tǒng)中調(diào)頻制得到了廣泛的應(yīng)用，調(diào)相制沒有。在模擬通信系統(tǒng)中調(diào)頻制得到了廣泛的應(yīng)用，調(diào)相制沒有。 在

11、數(shù)字通信系統(tǒng)中調(diào)相得到了廣泛的應(yīng)用。在數(shù)字通信系統(tǒng)中調(diào)相得到了廣泛的應(yīng)用。 利用調(diào)制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其隨調(diào)制信號線性變化。1.改變振蕩回路的元件參數(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻 2.控制振蕩器的工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻 在微波發(fā)射機(jī)中，常用速調(diào)管振蕩器作為載波振蕩器，其振蕩頻率受控于加在管子反射極上的反射極電壓。因此，只需將調(diào)制信號加至反射極即可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。 LC振蕩器中，決定振蕩頻率的主要元件是LC振蕩回路的電感L和電容C。在RC振蕩器中，決定振蕩頻率的主要元件是電阻和電容。因而，根據(jù)調(diào)頻的特點(diǎn)，用調(diào)制信號去控制電感電容或電阻的數(shù)值就能實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。 常用可控元件：變?nèi)荻O管、電抗管電路、具有鐵氧體磁芯的電感

12、線圈、而可控電阻元件有PIN二極管和場效應(yīng)管。)(cos)(0dttuktUtuTccmFM 若將調(diào)制信號先通過積分器，然后再通過調(diào)相器進(jìn)行調(diào)相，即可得到調(diào)頻波。 載波振蕩器載波振蕩器緩沖器緩沖器積分器積分器調(diào)相器調(diào)相器u( (t t) )調(diào)制信號調(diào)制信號uFMFM( (t t) )調(diào)頻波調(diào)頻波dttuT 0)(rjQrQDmjQjtmCtVUUCC)cos1(cos1 tUVumQrcos 當(dāng)當(dāng)：變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路rDrDjrDrjjUuUCUuCC)()1(00 時時：當(dāng)當(dāng)QrVu rDQDjjQUVUCC)(0 rQDDDmQDrDQDjrDmQDjjVUUUt

13、UVUUVUCUtUVUCCcos)/()cos(00 rDrDjrDrjjUuUCUuCC)()1(00 時時：當(dāng)當(dāng)QrVu rDQDjjQUVUCC)(0 rjQrQDmjQjtmCtVUUCC)cos1()cos1( tUVumQrcos+=當(dāng)當(dāng)： 1)1)當(dāng)當(dāng)C= = Cj j時時rjQjtmCLLCt)cos1(11)( 可見：變?nèi)荻O管的電容變化系數(shù) r 2 時,實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻。r 2 時 ？電路分析電路分析)()()(tuVVtuVusccQr 2)cos1(rctm UD為PN結(jié)的勢壘電壓，r為電容變化系數(shù)2cos)48(21cos2)48(211 2222tmrrtmrmrrc

14、 cos)48(cos21 222tmrrtmrc cos! 2)12(2cos21 )cos1()(222tmrrtmrtmtcrc 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路 3222)cos(! 3) 22)(12(2cos! 2) 12(2cos21)cos1 (tmrrrtmrrtmrtmr 當(dāng)當(dāng)ml l時，上列級數(shù)收斂。因此可忽略三次方以上各項時，上列級數(shù)收斂。因此可忽略三次方以上各項討論：討論： 為了相對頻偏大為了相對頻偏大,希望希望m大，但中心頻率偏移量和非線性失真量也會增大。大，但中心頻率偏移量和非線性失真量也會增大。 若要增大相對頻偏的方法：若要增大相對頻偏的方法： 應(yīng)采

15、用應(yīng)采用r近于近于2的變?nèi)荻O管，這時的變?nèi)荻O管，這時m值就可取得較大；值就可取得較大； 改變電路改變電路1)1)調(diào)頻波的相對頻率偏移調(diào)頻波的相對頻率偏移2) 產(chǎn)生調(diào)制信號二次諧波的角頻率偏移產(chǎn)生調(diào)制信號二次諧波的角頻率偏移3)3)調(diào)頻波中心頻率偏移，其偏離值為調(diào)頻波中心頻率偏移，其偏離值為角頻率：角頻率：可以在可以在 =0=0處展開成為泰勒級數(shù)：處展開成為泰勒級數(shù)：r2時，時，非線性變化，非線性變化，2)cos1()cos1(11)(rcrjQjtmtmCLLCt 2)2) jQrcjQcCtmCCCCLLCt)cos1 (11)(1 jcjcCCCCCC 1a總總電電容容量量為為：示示）

16、。用用部部分分接接入入（如如圖圖為為提提高高頻頻率率穩(wěn)穩(wěn)定定性性，采采rjQcrjQctmCCtmCCCC)cos1()cos1(1 可見：調(diào)頻特性不僅取決于變?nèi)荻O管結(jié)電容Cj ,還與C1和Cc的大小有關(guān)。因?yàn)樽內(nèi)荻O管部分接入振蕩回路，其中心頻率穩(wěn)定度比全部接人振蕩回路要高，但其最大頻偏要減小。 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，工作頻率高，易于獲得較大的頻偏，而且在頻偏較小的情況下，非線性失真可以很小。因?yàn)樽內(nèi)荻O管是電壓控制器件，所需調(diào)制信號的功率很小。該電路的缺點(diǎn)是偏置電壓漂移，溫度變化等會改變變?nèi)荻O管的結(jié)電容，即調(diào)頻振蕩器的中心頻率穩(wěn)定度不高，而在頻偏較大時，非線性失真較大。j

17、QrcjQcCtmCCCC )cos1(1電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路C2C3LC5Cj1Cj2高頻等效電路R低頻交流等效電路uCj1Cj2R直流通路VBCj1Cj2R電容式話筒調(diào)頻發(fā)射機(jī)語音調(diào)頻發(fā)射機(jī)石英晶體振蕩器直接調(diào)頻石英晶體振蕩器直接調(diào)頻 當(dāng)要求中心頻率穩(wěn)定度很高的場合，采用簡單的直接調(diào)頻振蕩器難于滿足要求。穩(wěn)定中心頻率的辦法有： 對石英晶體振蕩器進(jìn)行直接調(diào)頻； 采用自動頻率微調(diào)電路； 利用鎖相環(huán)路穩(wěn)頻 將變?nèi)荻O管接入并聯(lián)型晶體振蕩器的回路中實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。接入方式有兩種： 與石英晶體相串聯(lián)：改變該支路中的電抗以實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。 與石英晶體相并聯(lián)。 頻率穩(wěn)定度很高

18、。但晶體振蕩器的振蕩頻率只能在fq與fp之間變化。因?yàn)榫w的并聯(lián)諧振頻率與串聯(lián)諧振頻率相差很小，其調(diào)頻的頻偏不可能大。一個典型的電容三點(diǎn)式振蕩電路。變?nèi)荻O管與晶體串聯(lián)； C4 C5 C6 C7對高頻短路；ZL1為高頻扼流圖；高頻等效電路如圖。頻率之差為：調(diào)頻波的最大頻偏為：qoqqpfCCff21 qoqmfCCf41 oqqmCCff41 Cq/Co的比值一般為 10-410-3 數(shù)量級，因此最大相對頻偏很難超過l0-3。)(tQarctg 2 c LCic(ct )+)( Z01 c 02 201 )()(ZZ)cos()()( tZItuccm)( Zc 01 c 02 當(dāng)激勵電流ic

19、(t)=Icmcost接入并聯(lián)諧振回路；且Icm不變、變化時： 反之：當(dāng)接入的 ic(t) 不變，而并聯(lián)諧振回路的c變化時； 改變并聯(lián)諧振回路的c的方法：利用變?nèi)荻O管調(diào)相電路調(diào)相電路實(shí)現(xiàn)調(diào)相的方法通常有三類：實(shí)現(xiàn)調(diào)相的方法通常有三類： 調(diào)相電路特點(diǎn)：調(diào)相電路特點(diǎn)：可將高頻率穩(wěn)定度振蕩信號作為載波輸入，所以中心頻率的穩(wěn)定度高。若采用調(diào)相電路實(shí)現(xiàn)間接調(diào)頻，可以提高調(diào)頻電路中心頻率的穩(wěn)定度。該法得到較為廣泛地應(yīng)用。 可變移相法調(diào)相可變移相法調(diào)相可變時延法調(diào)相可變時延法調(diào)相 矢量合成法調(diào)相矢量合成法調(diào)相典型電路典型電路15K0.001100 k+9 V0.0010.2100 k10 kuc (t)u

20、o (t)u (t)LCj0.001R1C1C4R3R4C3R2C2tQrmcos= 移移，就就會會因因失失諧諧而而產(chǎn)產(chǎn)生生相相當(dāng)當(dāng)載載波波信信號號經(jīng)經(jīng)該該回回路路時時02Q時時，當(dāng)當(dāng)6 典型電路典型電路15K0.001100 k+9 V0.0010.2100 k10 kuc (t)uo (t)u (t)LCj0.001R1C1C4R3R4C3R2C2 u(t)控制控制下的下的電容值：電容值： rjQjtmCC cos1tmrtcos2=)(0 可見：u(t)控制Cj 而使回路諧振頻率偏移， 且滿足Qrmmp=:調(diào)調(diào)相相指指數(shù)數(shù))coscos()()(tmtZItupccm 經(jīng)經(jīng)該該回回路路的

21、的輸輸出出電電壓壓：因因 u(t)頻率偏移：頻率偏移：)(tu正正比比于于可可見見0)(2=)()(2=)(2=tQarctgttQarctgtQarctgcooco- -ccos2+1 =cos+1 1=1=)(0tmrtmLCLCtrjQjo)(+1 =00t-三級單回路變?nèi)荻O管調(diào)相電路3.3.應(yīng)用電路實(shí)例應(yīng)用電路實(shí)例三級回路級聯(lián)的移相器 1.1.可變時延法調(diào)相原理可變時延法調(diào)相原理)(cos)( tUtucmottkUtkummcoscos)( 式式中中：coscos)(cos)(tkUtUtkutUtumccmccmo coscostmtUpcm uo 是調(diào)相波是調(diào)相波可變時延法調(diào)相

22、原理圖得時延信號：得時延信號：)(tuo2.2.可變時延法調(diào)相電路可變時延法調(diào)相電路脈沖調(diào)相原理圖0)( tu0=)(tu)(cos)(cos)(tuktUtUtupccmcm )(sinsin)(coscostukttuktUpcpccm 當(dāng)相移很小,且滿足 時12)(max tukp)(sincos)(tukttUtupcccm 此此時時：可見，調(diào)相波可由兩個信號進(jìn)行矢量合成而成。矢量合成法調(diào)相原理圖集集成成調(diào)調(diào)頻頻發(fā)發(fā)射射機(jī)機(jī)(1) MC2831內(nèi)部組成及外接應(yīng)用電路內(nèi)部組成及外接應(yīng)用電路(2) MC2833內(nèi)部組成及外接應(yīng)用電路內(nèi)部組成及外接應(yīng)用電路集集成成調(diào)調(diào)頻頻發(fā)發(fā)射射機(jī)機(jī)(1)(

23、1)調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式、波形、頻譜、帶寬及特點(diǎn)調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式、波形、頻譜、帶寬及特點(diǎn)(2)(2)調(diào)頻信號的產(chǎn)生方法調(diào)頻信號的產(chǎn)生方法(3)(3)直接調(diào)頻電路的工作原理直接調(diào)頻電路的工作原理(3)(3)調(diào)相電路的工作原理調(diào)相電路的工作原理1.工程上常將小于未調(diào)制裁波振幅10的調(diào)頻波邊頻分量忽略不計，這時的頻譜寬度BW = 。2.若載波信號為uc=Ucmcos(t+0)，調(diào)制信號為u=Umcost 則調(diào)頻信號和調(diào)相信號的表達(dá)式為： uFM = uPM = 3. 調(diào)頻過程是完成 ,鑒頻器完成 ,調(diào)相過程的完成 ,鑒相器完成 。A)電壓相位轉(zhuǎn)換 B)電壓頻率轉(zhuǎn)換 C) 頻率電壓轉(zhuǎn)換 D) 相位電壓

24、轉(zhuǎn)換4.間接調(diào)頻原理如下左圖所示。寫出相關(guān)表達(dá)式。6.設(shè)調(diào)角波為 u(t)=5cos(4108t+20cos4103t)，則頻偏f= ；最大相移= ；信號帶寬BW = ；在單位電阻上消耗的功率= 。5.說明右圖電路功能與各元件作用，并畫出其高頻等效電路 。7. 識別以下各圖電路并說明各元件作用。高頻高頻振蕩振蕩輸入輸入Rb2Rb1Lc1VReCeLC1CVDR2R1EcC3Lc2C2信號輸出信號輸出調(diào)制信號調(diào)制信號輸輸 入入單回路變?nèi)莨苷{(diào)相器 單回路變?nèi)莨苷{(diào)相器 調(diào)角波u(t)10cos(2108t +10cos2000t )(V)，試計算說明：(1)調(diào)角波的載波頻率f； (2)調(diào)角波的調(diào)制信

25、號頻率F； (3)最大頻偏fm； (4)最大相移 M ； (5)信號頻譜寬度； (6)在單位電阻上信號的損耗功率； (7)能否確定是調(diào)頻波還是調(diào)相波?本題是調(diào)角波的基本概念內(nèi)容，從五個表達(dá)式入手：本題是調(diào)角波的基本概念內(nèi)容，從五個表達(dá)式入手：(1)載波頻率 (2)調(diào)制信號頻率(3)最大相移 M10(rad)；(4)最大頻偏 (5)信號頻譜寬度 (6) 因?yàn)槭堑确ǎ穹鶠?0(V)，所以)(Hz1028 ccf)(W50210222 RUPcm(Hz)10002 FkHz)10100010( FmfmkHz)2211022()()( FfBWm(7)由于不知道調(diào)制信號的類型，不能確定是調(diào)頻波還是調(diào)相波。例例2：某調(diào)頻信號中心頻率fo50MHz最大