通信電路原理：第6章 調(diào)制與解調(diào)3

1、笫6章 調(diào)制與解調(diào) 6.2 角度調(diào)制 6.2.1 角度調(diào)制的基本概念6.2.2 頻率調(diào)制信號(hào)的性質(zhì) 6.2.2.1 單頻正弦調(diào)頻 6.2.2.2 兩個(gè)正弦信號(hào)之和的調(diào)頻 6.2.3 實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制的方法與電路 6.2.4 調(diào)頻波的解調(diào)方法與電路 6.2.5 數(shù)字信號(hào)的調(diào)制6.3 自動(dòng)頻率控制（AFC）1 6.2 角度調(diào)制 6.2.1 角度調(diào)制的基本概念 6.2.1.1 瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位 6.2.1.2 角度調(diào)制的瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位的關(guān)系 6.2.1.3 調(diào)頻波與調(diào)相波的數(shù)學(xué)表示式，頻移和相移2角度調(diào)制調(diào)制前后頻率分量不是線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，而是經(jīng)調(diào)制將原來的頻譜擴(kuò)展到非常寬的頻率范圍之內(nèi)，所以屬于非

2、線性調(diào)制。角度調(diào)制在時(shí)間域上的特點(diǎn)：（1） 幅度始終不變（2） 只是角度（頻率、相位）在變化 當(dāng)載波的相位角受調(diào)制信號(hào)的控制而變化時(shí)，將產(chǎn)生有恒具定振幅和瞬時(shí)相角(t)的正弦波，稱之為角度調(diào)制。 包括：相位調(diào)制PM和頻率調(diào)制FM。36.2.1 角度調(diào)制的基本概念6.2.1.1 瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位余弦信號(hào)：全相角c (t)：瞬時(shí)相位：稱某一時(shí)刻的全相角為瞬時(shí)相位。瞬時(shí)頻率： 稱某一時(shí)刻的角頻率為瞬時(shí)頻率。46.2.1.2 角度調(diào)制的瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位的關(guān)系頻率調(diào)制的定義 使余弦信號(hào)的瞬時(shí)角頻率與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系變化，而初始相位不變。5相位調(diào)制的定義 保持余弦信號(hào)的中心角頻率不變，而使其瞬時(shí)相位

3、與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系變化。67波形ttt8舉例 1：tt0t21-1-20t96.2.1.3 單一頻率調(diào)角波的數(shù)學(xué)表示式、頻移和相移調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)有如下特點(diǎn)：mF表示相位偏移的最大值；mF可以小于1，可以大于1；mF正比于頻偏；mF反比于調(diào)制信號(hào)頻率。106.2.1.3 單一頻率調(diào)角波的數(shù)學(xué)表示式、頻移和相移（續(xù)1）調(diào)相波的調(diào)制指數(shù)只與調(diào)制信號(hào)幅度成正比；頻偏與調(diào)制信號(hào)幅度成正比，與調(diào)制信號(hào)的頻率也成正比。116.2.1.3 單一頻率調(diào)角波的數(shù)學(xué)表示式、頻移和相移（續(xù)2）12FM和PM在頻率和相位上的變化規(guī)律不同。 不指出 時(shí)，僅從表達(dá)式或波形無法判定該信號(hào)是PM還是FM。13例：已知某調(diào)角

4、波為1如果它是調(diào)相波，并且kP =2，試求Vf (t)=?2如果它是調(diào)頻波，并且kF =2，試求Vf (t)=?3它們的最大頻偏為多少？解：1/ PM方式，kP =2由于于是有：142/ FM方式，kF =2由于于是有：3/它們的最大頻偏相同，都是15 角度調(diào)制分為調(diào)頻和調(diào)相兩種，雖然兩者都有角度的變化，但FM和PM在頻率和相位上的變化規(guī)律不同。 不指出 時(shí)，僅從表達(dá)式或波形無法判定該信號(hào)是PM還是FM。瞬時(shí)相位166.2.2 頻率調(diào)制信號(hào)的性質(zhì)由于頻率調(diào)制過程是非線性過程，疊加原理不能應(yīng)用。在本節(jié)中，主要分析單頻余弦信號(hào)調(diào)制下調(diào)頻波的性質(zhì)。6.2.2.1 單頻余弦調(diào)頻假定調(diào)制信號(hào)為一單頻余弦

5、波，并表示為：調(diào)頻波的表示式為：下面分析單頻余弦信號(hào)調(diào)制下，調(diào)頻波的頻譜。 上式中，出現(xiàn)了兩個(gè)特殊函數(shù)。176.2.2 頻率調(diào)制信號(hào)的性質(zhì)（續(xù)1）進(jìn)一步利用三角函數(shù)公式進(jìn)行展開可得：其中， 稱為宗數(shù)為 的第一類貝塞爾函數(shù)。18（1）第一類貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)19第一類貝塞爾函數(shù)表格方式20（1）第一類貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)（續(xù)1）貝塞爾函數(shù)圖 2 、1 、隨著 的增加， 近似周期性地變化，且其峰值下降。3 、4、對(duì)于某一固定的 ，有如下近似關(guān)系：5、對(duì)于某些 值， 貝塞爾函數(shù)表格21（2） 調(diào)頻波的頻譜特點(diǎn)1、調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)：包含載波頻率分量（但是幅度小于1，與 mF有關(guān)）；還包含無窮多個(gè)旁頻分量；各

6、旁頻分量之間的距離是調(diào)制信號(hào)角頻率；各頻率分量的幅度由貝塞爾函數(shù) 決定；奇次旁頻分量的相位相反。ww0J0(mf)J2(mf)J-1 (mf)J1(mf)J3(mf)J-2(mf)J-3(mf)J-4(mf)J4(mf)W0+W0+3W0-2W0-W0-4W0+2W0-322（2） 調(diào)頻波的頻譜特點(diǎn)（續(xù)1）2、調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)制指數(shù)mF 關(guān)系密切。mF 愈大，則具有一定幅度的旁頻數(shù)目愈多，這是調(diào)頻波頻譜的主要特點(diǎn)。與標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅情況不同，調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)mF可大于1，而且通常應(yīng)用于大于1的情況。3、對(duì)于某些mF值，載頻分量或某次旁頻分量的幅度是零。 舉例：mF=2.40, 5.52, 8.65

7、，載頻分量的幅度是零。 利用這個(gè)特點(diǎn)可以校正或測(cè)量頻偏。貝塞爾表格23（2） 調(diào)頻波的頻譜特點(diǎn)（續(xù)2）4、頻率調(diào)制不是將信號(hào)的頻譜在頻率軸上簡(jiǎn)單地平移，而是將信號(hào)各頻率分量進(jìn)行非線性變換。因此，頻率調(diào)制既是一種非線性過程，且又被稱為非線性調(diào)制。5、各頻率分量間的功率分配。因?yàn)檎{(diào)頻波是一個(gè)等幅波，所以它的總功率為常數(shù)，不隨調(diào)制指數(shù)的變化而變化，并且等于未調(diào)載波的功率；調(diào)制后，已調(diào)波出現(xiàn)許多頻率分量，這個(gè)總功率就分配到各分量。隨mF的不同，各頻率分量之間功率分配的數(shù)值不同。24（3） 調(diào)頻波的頻帶1、調(diào)頻波所占的帶寬，理論上說是無窮寬的，因?yàn)樗袩o窮多個(gè)頻率分量。2、但實(shí)際上，在調(diào)制指數(shù)一定時(shí)

8、，超過某一階數(shù)的貝塞爾函數(shù)的值已經(jīng)相當(dāng)小，其影響可以忽略，這時(shí)則可認(rèn)為調(diào)頻波所具有的頻帶寬度是近似有限的。3、調(diào)頻波的頻帶寬度有兩種近似：忽略了小于0.01的分量：（集中99%以上的功率）忽略了小于 0.1的分量：（集中98-99%的功率）ww0J0(mf)J2(mf)J-1 (mf)J1(mf)J3(mf)J-2(mf)J-3(mf)J-4(mf)J4(mf)W0+W0+3W0-2W0-W0-425（3） 調(diào)頻波的頻帶（續(xù)1）4、下面分三種情況，說明對(duì)不同mF，調(diào)頻波帶寬的特點(diǎn)。第一種情況， ，這時(shí) 。上式簡(jiǎn)化為：上式表明，在調(diào)制指數(shù)較小的情況下，調(diào)頻波只有角頻率分別為 c 和 c 的三個(gè)分

9、量，它與用同樣調(diào)制信號(hào)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅所得調(diào)幅波的頻帶寬度相同。通常，把這種情況的頻率調(diào)制稱為窄帶調(diào)頻。26（3） 調(diào)頻波的頻帶（續(xù)2）上式表明，在調(diào)制指數(shù)較大的情況下，調(diào)頻波的帶寬等于二倍頻偏。通常，把這種情況的頻率調(diào)制稱為寬帶調(diào)頻。又稱為恒定帶寬調(diào)頻。第二種情況， ，這時(shí) 。上式簡(jiǎn)化為：第三種情況，mF介于前兩種情況之間。這時(shí)，調(diào)頻波的 帶寬由 f 和F共同確定。276.2.2.2 兩個(gè)正弦信號(hào)之和的調(diào)頻286.2.2.2 兩個(gè)正弦信號(hào)之和的調(diào)頻（續(xù)1）當(dāng)兩個(gè)頻率不同的信號(hào)同時(shí)對(duì)一個(gè)載波進(jìn)行頻率調(diào)制時(shí)，所得調(diào)頻波的頻譜中，除有載波角頻率分量c及 c n1和c k2分量外，還有c n1 k2分量

10、，它們是兩個(gè)調(diào)制信號(hào)頻率之間的組合頻率分量。頻帶寬度近似有限，公式相似。29幾點(diǎn)補(bǔ)充說明：調(diào)頻波的三個(gè)頻率槪念：調(diào)頻波的中心角頻率c； 調(diào)頻波的最大頻偏m ； 調(diào)制信號(hào)的角頻率。恒定帶寬調(diào)頻槪念：在調(diào)制指數(shù)較大的情況下，調(diào)頻波的 帶寬等于二倍頻偏。 對(duì)于調(diào)頻波，當(dāng)減小，mF 增加，則具有一定幅度的旁頻數(shù)目愈多，帶寬增加。減小，則各旁頻分量之間的距離減小，帶寬減小。30小 結(jié)頻率調(diào)制信號(hào)的性質(zhì)信號(hào)的數(shù)學(xué)表示式、波形圖調(diào)頻波的頻譜特點(diǎn)： 1、調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)； 2、調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)制指數(shù)mF關(guān)系密切； 3、對(duì)于某些mF值,載頻分量或某次旁頻分量的幅度是零； 4、頻率調(diào)制是一種非線性過程，且又被

11、稱為非線性調(diào)制；5、調(diào)頻進(jìn)行了各頻率分量之間的功率再分配。調(diào)頻波的頻帶：1、調(diào)頻波所占的帶寬，理論上說是無窮寬的；2、因邊頻幅度的下降,可認(rèn)為調(diào)頻波的頻帶寬度是有限的；3、調(diào)頻波的頻帶寬度有兩種近似；4、對(duì)不同mF，調(diào)頻波帶寬的特點(diǎn)；5、多個(gè)正弦信號(hào)之和的調(diào)頻波的頻帶。316.2.3 實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制的方法與電路調(diào)頻方法總體上可分為兩大類：直接調(diào)頻：直接使振蕩器的頻率隨調(diào)制信號(hào)呈線性關(guān)系變化。間接調(diào)頻：先將調(diào)制信號(hào)積分處理后，再進(jìn)行調(diào)相； 6.2.3.1 實(shí)現(xiàn)方法326.2.3 實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制的方法與電路（續(xù)1）1、直接調(diào)頻：直接調(diào)頻就是直接使振蕩器的振蕩頻率隨調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系變化。特點(diǎn)：可變電抗

12、在振蕩回路中（變?nèi)荻O管）。優(yōu)點(diǎn)：易于得到比較大的頻偏。缺點(diǎn)：中心頻率的穩(wěn)定度不易做得很高。 有源電路可控電抗元件調(diào)頻輸出調(diào)制信號(hào)振蕩器336.2.3 實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制的方法與電路（續(xù)2）2、間接調(diào)頻：利用調(diào)頻波與調(diào)相波之間的關(guān)系，先將調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分處理，再進(jìn)行調(diào)相而得到調(diào)頻波。特點(diǎn)：可變電抗不在振蕩回路中，在振蕩器后級(jí)，如放大器的諧振回路中。優(yōu)點(diǎn)：載波中心頻率穩(wěn)定度較好。缺點(diǎn)：頻偏小。 346.2.3.2 調(diào)頻電路的技術(shù)指標(biāo)1、調(diào)制特性：振蕩器的頻率偏移與調(diào)制電壓的關(guān)系稱為調(diào)制特性。在一定電壓范圍內(nèi)，調(diào)制特性應(yīng)近似為直線特性。2、調(diào)制靈敏度：調(diào)制電壓變化單位數(shù)值所產(chǎn)生的頻率偏移稱為調(diào)制靈敏度。

13、356.2.3.2 調(diào)頻電路的技術(shù)指標(biāo)（續(xù)1）3、最大頻偏fm ：在調(diào)制電壓作用下，所能達(dá)到的最大頻率偏移。在FM中，一般要求最大頻偏在整個(gè)調(diào)制信號(hào)所占有的頻帶內(nèi)保持不變。不同的調(diào)頻系統(tǒng)對(duì)最大頻偏有不同的要求：調(diào)頻廣播：75kHz；電視伴音：50kHz；無線電話：5kHz。4、中心頻率穩(wěn)定度：調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率是以穩(wěn)定的中心頻率（載波頻率）為基準(zhǔn)變化的。如果中心頻率不穩(wěn)定，就有可能使調(diào)頻信號(hào)的頻譜落到接收機(jī)通帶范圍之外，以致不能保證正常通信。366.2.3.3 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路（1）變?nèi)荻O管的特性：變?nèi)莨苁抢肞N結(jié)來實(shí)現(xiàn)的。 PN結(jié)的電容包括勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容兩部分。變?nèi)莨芾玫氖莿?shì)

14、壘電容，所以PN結(jié)是反向偏置的。V = 0時(shí)變?nèi)莨艿牡刃щ娙轂镃0。變?nèi)葜笖?shù)為，它是一個(gè)取決于PN結(jié)的結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)分布情況的系數(shù)（緩變結(jié)，=1/3；突變結(jié)，=1/2；超突變結(jié)，=2）。接觸電位差為，硅管約為0.7V，鍺管約為0.2V 。37（2）變?nèi)荻O管的調(diào)制特性分析加到變?nèi)莨軆啥说碾妷?，它由三部分組成：即偏置電壓；調(diào)制電壓； 回路振蕩電壓。附圖一通常，回路振蕩電壓幅度較小，可以認(rèn)為變?nèi)莨芩尸F(xiàn)的電容主要由偏置電壓和調(diào)制電壓決定；假定調(diào)制信號(hào)為單頻余弦信號(hào)，則加于變?nèi)莨軆啥说碾妷簽椋?8（2）變?nèi)荻O管的調(diào)制特性分析（續(xù)1）39（2）變?nèi)荻O管的調(diào)制特性分析（續(xù)2）式中： 表示變?nèi)莨茉谥挥衅?/p>

15、電壓VB作用時(shí)所呈現(xiàn)的電容；電容調(diào)制度為： ，因 ，故 mC1。40（2）變?nèi)荻O管的調(diào)制特性分析（續(xù)3）可得振蕩頻率的表示式為：于是調(diào)制特性為：返回可展開為：41（2）變?nèi)荻O管的調(diào)制特性分析（續(xù)4）上式表明：有與調(diào)制信號(hào)成正比的成分； 有常數(shù)成分，產(chǎn)生了中心頻率的偏移；有與調(diào)制信號(hào)頻率各次諧波成比例的成分，從而使頻率調(diào)制過程產(chǎn)生了非線性失真。為了減小非線性失真，在變?nèi)莨苷{(diào)頻電路中，總是設(shè)法使變?nèi)莨芄ぷ髟?2（超突變結(jié)）的區(qū)域。42（3）變?nèi)荻O管的調(diào)制電路分析返回R1, R2, R3, LP3 晶體管直流偏置LP2,C9,避免高頻振蕩 進(jìn)入音頻調(diào)制源音頻調(diào)制信號(hào)通過LP1, LP2加到變?nèi)?/p>

16、管上C7,C8,LP4,電源濾波LP1,Ed,變?nèi)莨苤绷髌?3（3）變?nèi)荻O管的調(diào)制電路分析（續(xù)1）電路特點(diǎn)：兩個(gè)變?nèi)荻O管，并且同極性相對(duì)接，通常稱為背靠背聯(lián)接。對(duì)振蕩信號(hào)來說，兩只變?nèi)莨苁谴?lián)的，每個(gè)變?nèi)莨苌纤佑械恼袷庪妷簝H為諧振回路兩端電壓的一半。上圖對(duì)B-B端加入的直流偏置電壓和調(diào)制電壓來說，兩只變?nèi)莨芟喈?dāng)于并聯(lián)。當(dāng)加于變?nèi)莨軆啥苏袷庪妷悍容^大時(shí)，變?nèi)莨芸赡芄ぷ饔趯?dǎo)通狀態(tài)，這將降低回路的Q值 。44電路分析舉例：求調(diào)頻波的中心頻率 ；最大頻偏； 和 。0.260.340.490.310.130.0445舉例（續(xù)1）調(diào)頻波的中心頻率：最大頻偏：46（4）變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的優(yōu)缺

17、點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，變?nèi)莨鼙旧眢w積?。还ぷ黝l率高；易于獲得較大的頻偏。缺點(diǎn)：產(chǎn)生了中心頻率的偏移。由于偏置電壓漂移，溫度變化等會(huì)改變變?nèi)莨艹尸F(xiàn)的電容，從而影響中心頻率的穩(wěn)定度等；在頻偏較大時(shí)，非線性失真較大。為了減小非線性失真，在變?nèi)莨苷{(diào)頻電路中，總是設(shè)法使變?nèi)莨芄ぷ髟?2（超突變結(jié)）的區(qū)域。采用兩個(gè)變?nèi)荻O管背靠背聯(lián)接電路，可以減弱變?nèi)莨軐?duì)回路Q值的影響?？刹捎镁w振蕩器直接調(diào)頻電路：晶體振蕩器直接調(diào)頻的相對(duì)頻偏很小，只有10-4量級(jí)。476.2.3.5 間接調(diào)頻先將調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分處理，再進(jìn)行調(diào)相而得到調(diào)頻波，其組成如方框圖所示：優(yōu)點(diǎn)：載波中心頻率穩(wěn)定度較好，缺點(diǎn)：頻偏較小。調(diào)相器的類型：

18、 載波通過失諧回路法（調(diào)制系數(shù)?。?6以內(nèi)）； 矢量合成法，又稱阿姆斯特朗法（調(diào)制系數(shù)小：/12以內(nèi)） ； 脈沖調(diào)相法。48獲取高頻率穩(wěn)定度的窄帶信號(hào)獲取需要的頻偏 窄帶調(diào)角信號(hào)可以通過倍頻器獲得寬帶調(diào)角信號(hào)。下面以產(chǎn)生FM信號(hào)為例來說明，如圖示。頻譜搬移到工作頻段WBFM0 (t)N (t)N0 N0 rNBFM倍頻NBPFf(t)cosrt移頻網(wǎng)絡(luò)NBFM信號(hào)的瞬時(shí)頻率 (t)= 0 +kFMf(t)經(jīng)N次倍頻后的頻率 (t)=N (t)=N 0+NkFMf(t)頻偏擴(kuò)展的方法 倍頻將利用非線性器件來實(shí)現(xiàn)，這樣將產(chǎn)生一些不需要的頻率分量，載頻也不一定為合適的頻率，因此，倍頻器之后通常有移頻網(wǎng)絡(luò)以保證獲得正確載頻的WBFM信號(hào)。49例：已知調(diào)頻廣播的頻率范圍為88108MHz，某調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)要求FM頻偏為75KHz，