物理學(xué)院高頻電子線路g7-1

第7章角度調(diào)制與解調(diào)第一節(jié)角度調(diào)制信號分析第二節(jié)調(diào)頻器與調(diào)頻方法第三節(jié)調(diào)頻電路第四節(jié)鑒頻器與鑒頻方法第五節(jié)鑒頻電路第六節(jié)調(diào)頻收發(fā)信機及附屬電路第七節(jié)調(diào)頻多重廣播

兩種調(diào)制都會使載波的瞬時相位隨調(diào)制信號變化，所以通稱為角度調(diào)制。調(diào)角波的振幅不隨調(diào)制信號變化。

角度調(diào)制分為兩種，一種是頻率調(diào)制另外一種是相位調(diào)制。頻率調(diào)制：調(diào)制信號對載波的頻率進行控制，使載波的瞬時頻率隨調(diào)制信號作線性變化，實現(xiàn)頻率調(diào)制。相位調(diào)制：調(diào)制信號對載波的相位進行控制，使載波的瞬時相位隨調(diào)制信號作線性變化，實現(xiàn)相位調(diào)制。缺點：頻帶比調(diào)幅寬，調(diào)角系統(tǒng)比相應(yīng)的調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)雜。調(diào)角波的特點：抗干擾能力強，廣播音質(zhì)好，發(fā)射設(shè)備利用率高等。調(diào)頻應(yīng)用于廣播、電視、通信等，在模擬通信中調(diào)頻比調(diào)相應(yīng)用廣泛，在數(shù)字通信中調(diào)相比調(diào)頻應(yīng)用廣泛。第一節(jié)角度調(diào)制信號分析一、調(diào)頻信號的時域分析1、調(diào)頻信號的表達式與波形（1）載波信號瞬時角頻率：瞬時相位：瞬時相位：瞬時角頻率：(為簡化分析通常設(shè)）（2）瞬時頻率與瞬時相位的關(guān)系（3）單音調(diào)制載波信號調(diào)頻信號瞬時角頻率Δωm

最大角頻偏，與kfUΩ成正比，是偏離載波角頻率的最大值。kf

調(diào)頻靈敏度，單位rad/s.v，表示單位信號強度引起的頻率變化。調(diào)制信號瞬時相位是初始相位，為分析方便設(shè)為0。稱為調(diào)頻指數(shù)其值可以大于1，也可以小于1，但一般應(yīng)用于大于的情況。mf與Ω成反比，與UΩ成正比。FM波的表示式為3、調(diào)頻信號的基本參數(shù)與kfUΩ成正比。調(diào)頻靈敏度

kf

，單位rad/s.v調(diào)頻指數(shù)mf最大角頻偏在單音調(diào)制下，調(diào)頻波有以下特點：（1）瞬時頻率按調(diào)制信號的變化規(guī)律，線性變化。（2）在kf一定時，最大角頻偏Δωm與調(diào)制信號振幅成正比。（3）調(diào)頻波的幅度為常數(shù)。（4）調(diào)頻指數(shù)mf與調(diào)制信號振幅成正比與調(diào)制信號的頻率成反比。二、調(diào)頻信號的頻域分析1．調(diào)頻波的展開式單音調(diào)制時

ejMfsint

是

的周期性函數(shù)，它的傅里葉級數(shù)展開式為式中是宗數(shù)為Mf的n

階第一類貝塞爾函數(shù)。它可以用無窮級數(shù)進行計算:3．調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)和特點+UcJ2(mf)[cos(c+2)t+cos(c-2)t]第二對邊頻+

UcJ3(mf)[cos(c+3)t-cos(c-3)t]第三對邊頻+uFM(t)=UcJ0(mf)cosct載頻

+UcJ1(mf)[cos(c+)t-cos(c-)t]第一對邊頻(1)單音調(diào)頻信號的頻譜由載波分量和無數(shù)對邊頻分量所組成。其中，n為奇數(shù)的上、下邊帶分量的振幅相等，極性相反；而n為偶數(shù)的上、下邊頻分量的振幅相等，極性相同。(3)載波和各邊頻分量的振幅均隨mf

而變化。當(dāng)mf=2.40，5.52，8.65…時，載波分量振幅等于零；而當(dāng)mf

為某些其它特定值時，又可使某些邊頻分量振幅等于零。(2)譜線間隔為Ω（1）Jn(mf)似周期變化，且幅值下降。（3）（4）（2）2．貝塞爾函數(shù)的特點4、調(diào)頻波的信號帶寬

調(diào)角信號的頻譜包括無限多對邊頻分量，它的頻譜寬度應(yīng)無限大。當(dāng)mf一定時，n

↑→Jn(m)↓n>mf

時，Jn(m)

的數(shù)值已很小，且其值隨著n

的增加而迅速下降。Bs=2nF∵各頻率分量，為譜線間隔為F。∴考慮n個的邊頻分量時：通常采用的準(zhǔn)則是,信號的頻帶寬度應(yīng)包括幅度大于未調(diào)載波1%以上的邊頻分量,即

|Jn(mf)|≥0.01（1）當(dāng)mf很大時,需要考慮的邊頻數(shù)n比mf趨近于1。因此當(dāng)mf>>1時,應(yīng)將n=mf的邊頻包括在頻帶內(nèi),此時帶寬為滿足以上關(guān)系時n/mf曲線

Bs=2nF=2mfF=2Δfm

當(dāng)mf很小時,如mf<0.5,此時稱為窄帶調(diào)頻Bs=2F（2）卡森公式

當(dāng)

n>mf+1

時，Jn(mf)

恒小于

0.1。因此，為了方便起見，調(diào)角信號的有效頻譜寬度可用卡森公式進行估算：作為調(diào)頻信號時，由于fm

與U

成正比，因而，當(dāng)U

即fm

一定時，mf較大時，Bs

也就一定，與F

近似無關(guān)。

以上討論了單音調(diào)制時兩種調(diào)角信號的有效頻譜寬度。如果調(diào)制信號為復(fù)雜信號，則調(diào)角信號的頻譜分析就十分繁瑣。但是，實踐表明，復(fù)雜信號調(diào)制時，復(fù)雜調(diào)制信號頻寬大多數(shù)調(diào)頻信號占有的頻譜寬度仍可用單音調(diào)制時的公式表示，僅需將其中的

F

用調(diào)制信號中最高調(diào)制頻率

Fmax

取代，fm

用最大頻偏取代。三、調(diào)頻波的功率調(diào)頻信號uFM(t)在電阻RL上消耗的平均功率為由于余弦項的正交性,總和的均方值等于各項均方值的總和。四、調(diào)頻波與調(diào)相波的比較1、調(diào)相波瞬時相位：設(shè)φ0=0mp調(diào)相指數(shù)，正比與UΩ，其值可以大于1。載波信號

調(diào)制信號數(shù)學(xué)表示式：瞬時角頻率：PM波的頻譜及帶寬,其分析方法與FM相同。調(diào)相信號帶寬為Bs=2(mp+1)F當(dāng)

U

一定，由小增大時：

FM

中的

m

不變，而

mf

則成反比地減小。

PM中的

mp

不變，而

m

呈正比地增加。(對通頻帶有影響）2．調(diào)頻波與調(diào)相波的比較

(2)作為調(diào)相波時，由于fm=mPF

，其中mP與U

成正比，因而當(dāng)U

一定時，Bs與F

成正比的增加。(1)作為調(diào)頻信號時，由于fm

與U

成正比，因而，當(dāng)U

即fm

一定時，Bs

也就一定，與F

無關(guān)∵類型物理量Um(t)(t)u(t)調(diào)

幅

信

號調(diào)

頻

信

號調(diào)

相

信

號Uc+kau(t)cct+0[Uc+kau(t)]cos(ct+0)恒值

c

+kfu(t)Uccos[ct+kf+0]恒值ct+kpu(t)+0Uccos[ct+

kpu(t)+0](2)調(diào)頻、調(diào)相比較一個調(diào)頻信號可以看成為

(t)按調(diào)制信號的時間積分值規(guī)律變化的調(diào)相信號區(qū)別(按調(diào)制信號規(guī)律線性變化的物理量)一個調(diào)相信號可看成

(t)按調(diào)制信號的時間導(dǎo)數(shù)值規(guī)律變化的調(diào)頻信號相

同調(diào)

頻

信

號調(diào)相信

號(t)和

(t)都同時受到調(diào)變(t)(t)聯(lián)

系

例1：在調(diào)頻廣播系統(tǒng)中，按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

(fm)max=75kHz，

Fmax=15kHz，通過計算求得BW0.01=2LFmax=2815=240kHz

因此，實際選取的頻譜寬度為

200kHz，即二值的折衷值。

例2：利用近似公式計算以下三種情況下的調(diào)頻波的頻帶寬度。

(1)fm=75kHz，

Fmax=0.1kHz，

(2)fm=75kHz，

Fmax=1k