第8章角度調(diào)制與解調(diào)

8.1概述8.2調(diào)角波的性質(zhì)8.3調(diào)頻方法概述8.4變?nèi)荻O管調(diào)頻8角度調(diào)制與解調(diào)8.5晶體振動器直接調(diào)頻8.6間接調(diào)頻：由調(diào)相實現(xiàn)調(diào)頻8.7相位鑒頻器3.掌握直接調(diào)頻電路和間接調(diào)頻電路的組成、工作原理和性能特點6.掌握限幅器、相位鑒頻器和比例鑒頻器的電路組成、工作原理和性能特點4.了解調(diào)頻波的頻譜與帶寬1.理解瞬時頻率、瞬時相位、頻移和相移的概念

5.了解調(diào)頻制的優(yōu)缺點教學目的2.熟悉調(diào)頻波和調(diào)相波的數(shù)學表示式

一、概述

角度調(diào)制和解調(diào)電路都屬于頻譜非線性變換電路。無論是調(diào)頻還是調(diào)相最終都表現(xiàn)為已調(diào)波的總相位（角度）受到調(diào)制信號的控制，故統(tǒng)稱為角度調(diào)制。角度調(diào)制可分為兩種：①頻率調(diào)制或調(diào)頻：FM(FrequencyModulation)

振幅不變，瞬時頻率隨調(diào)制信號的振幅線性變化②相位調(diào)制或調(diào)相：PM(PhaseModulation)

振幅不變，相位隨調(diào)制信號的振幅線性變化8.1概述

調(diào)幅：將調(diào)制信號的低頻頻譜結(jié)構(gòu)線性搬移到載波附近的高頻區(qū)。載波的振幅隨調(diào)制信號的變化而變化，載波的頻率和相位不受調(diào)制信號的控制，屬于線性頻譜搬移技術。二、調(diào)幅與調(diào)角的區(qū)別：調(diào)角：已調(diào)波的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)完全不同。載波的振幅不變，它的頻率和相位受調(diào)制信號的控制，屬于

非線性頻譜搬移技術。8.1概述8.1概述AMFMw0–Dwmw0+Dwm8.1概述三、調(diào)頻的優(yōu)缺點：調(diào)頻優(yōu)點：⒈抗干擾性強⒉功率管利用率高⒊信號傳輸保真度高調(diào)頻缺點：⒈只能工作在超短波以上波段⒉電路結(jié)構(gòu)復雜8.1概述四、調(diào)頻與調(diào)相的比較在數(shù)字通信中，相位鍵控的抗干擾能力優(yōu)于頻率鍵控和幅度鍵控，因而調(diào)相制獲得廣泛應用。在模擬通信中，系統(tǒng)帶寬相同時，調(diào)頻系統(tǒng)接收機輸出端的信噪比明顯優(yōu)于調(diào)相系統(tǒng)，故廣泛采用調(diào)頻制。廣泛用于廣播、電視、通信、遙感技術。8.1概述1.調(diào)頻波的指標寄生調(diào)幅頻譜寬度抗干擾能力五、調(diào)頻波的指標、鑒頻方法和鑒頻指標2.鑒頻方法利用波形變換電路進行鑒頻脈沖計數(shù)式鑒頻器符合門鑒頻器3.鑒頻器的指標（2）鑒頻靈敏度（1）鑒頻跨導（3）鑒頻頻帶寬度（4）寄生調(diào)幅抑制能力（5）失真和穩(wěn)定性鑒頻特性曲線

8.1概述調(diào)頻：使高頻載波的瞬時頻率隨調(diào)制信號線性變化的一種調(diào)制方式。調(diào)相：使高頻載波的瞬時相位隨調(diào)制信號線性變化的一種調(diào)制方式。

這兩種調(diào)制都表現(xiàn)為高頻載波的總瞬時相角受到調(diào)變，故將它們統(tǒng)稱為角度調(diào)制(簡稱調(diào)角)

。8.2調(diào)頻波的性質(zhì)8.2調(diào)頻波的性質(zhì)頻率連續(xù)變化的簡諧振蕩8.2調(diào)頻波的性質(zhì)一、瞬時頻率與瞬時相位瞬時頻率瞬時相位0實軸二、調(diào)頻波和調(diào)相波的數(shù)學表示式1、調(diào)頻波數(shù)學表達式設：調(diào)制信號為vΩ(t)，瞬時頻率偏移，簡稱頻移。最大頻移（即頻偏）,表示為：載波信號瞬時頻率:瞬時相位：相移：8.2調(diào)頻波的性質(zhì)以單音調(diào)制波為例調(diào)制信號瞬時頻率瞬時相位已調(diào)頻信號：8.2調(diào)頻波的性質(zhì)2、調(diào)相波數(shù)學表達式瞬時相位偏移，簡稱相移。最大相移（即相偏）,表示為：瞬時相位：瞬時頻率:頻偏:調(diào)制指數(shù)（最大相移）瞬時頻率瞬時相位已調(diào)相信號：以單音調(diào)制波為例：調(diào)制信號8.2調(diào)頻波的性質(zhì)附：上述比較中的調(diào)制信號v(t)，載波V0mcos0(t)數(shù)學表達式瞬時頻率瞬時相位頻偏調(diào)制指數(shù)FM波PM波8.2調(diào)頻波的性質(zhì)m

pΔωmΔωmΩm

fΩ調(diào)頻：調(diào)相：

可以看出調(diào)相制的信號帶寬隨調(diào)制信號頻率的升高而增加，而調(diào)頻波則不變，有時把調(diào)頻制叫做恒定帶寬調(diào)制。三、調(diào)頻波和調(diào)相波的頻譜和頻帶寬度

由于調(diào)頻波和調(diào)相波的方程式相似，因此只要分析其中一種的頻譜，則對另一種也完全適用。已調(diào)頻信號已調(diào)相信號已調(diào)頻信號其中是以mf為參數(shù)的n階第一類貝賽爾函數(shù)。1、頻譜調(diào)制信號三、調(diào)頻波和調(diào)相波的頻譜和頻帶寬度三、調(diào)頻波和調(diào)相波的頻譜和頻帶寬度

1)調(diào)頻波的頻譜不是調(diào)制信號頻譜的簡單搬移，是由載波和無數(shù)對邊帶分量所組成，振幅由對應的各階貝塞爾函數(shù)值所確定。奇次的上、下邊帶分量振幅相等、極性相反；偶次的振幅相等、極性相同。

2)調(diào)制指數(shù)mf越大，具有較大振幅的邊頻分量就越多。

3)對于某些mf值，載頻或某邊頻振幅為零。籍此可以測定調(diào)制指數(shù)mf。

頻譜特點：三、調(diào)頻波和調(diào)相波的頻譜和頻帶寬度

4)調(diào)頻波的平均功率恒為定值，并且等于未調(diào)制時的載波功率。

根據(jù)帕塞瓦爾(Parseval)定理調(diào)頻波的平均功率等于各頻譜分量平均功率之和。因此，在電阻R上，調(diào)頻波的平均功率應為三、調(diào)頻波和調(diào)相波的頻譜和頻帶寬度2、帶寬

通常規(guī)定：凡是振幅小于未調(diào)制載波振幅的1％(或10％，根據(jù)不同要求而定)的邊頻分量均可忽略不計，保留下來的頻譜分量就確定了調(diào)頻波的頻帶寬度。

如果將小于調(diào)制載波振幅l0％的邊頻分量略去不計，則頻譜寬度BW可由下列近似公式求出：1）頻帶寬度三、調(diào)頻波和調(diào)相波的頻譜和頻帶寬度在實際應用中：三、調(diào)頻波和調(diào)相波的頻譜和頻帶寬度

調(diào)制指數(shù)越大，應當考慮的邊頻分量的數(shù)目就越多，無論對于調(diào)頻還是調(diào)相均是如此。2）頻帶寬度與調(diào)制指數(shù)的關系三、調(diào)頻波和調(diào)相波的頻譜和頻帶寬度（1）調(diào)頻波的頻帶寬度與調(diào)制頻率的關系在常用的寬帶調(diào)頻制中，僅當F變化時：3）頻帶寬度與調(diào)制頻率的關系

mf隨F降低而增大，應考慮到邊頻分量增多；但同時各邊頻之間的距離縮小，兩種變化對帶寬的影響是相反的，總的趨勢是使帶寬基本恒定。因此又把調(diào)頻叫做恒定帶寬調(diào)制。三、調(diào)頻波和調(diào)相波的頻譜和頻帶寬度調(diào)頻波的頻譜（2）調(diào)相波的頻帶寬度與調(diào)制頻率的關系

mp不隨F變化，應考慮到邊頻數(shù)目不變；但各邊頻之間的距離隨F變化，因此頻帶寬度隨F變化。三、調(diào)頻波和調(diào)相波的頻譜和頻帶寬度

4）多個頻率成分調(diào)制信號的調(diào)頻信號的頻譜以雙頻信號為例

此時增加了許多組合頻率，使頻譜組成大為復雜。因此，調(diào)頻與調(diào)相制屬于非線性調(diào)制。三、調(diào)頻波和調(diào)相波的頻譜和頻帶寬度對調(diào)頻電路的主要要求：產(chǎn)生調(diào)頻信號的方法：（1）已調(diào)波的瞬時頻率與調(diào)制信號成比例地變化。（2）未調(diào)制時的載波頻率，即已調(diào)波的中心頻率具有一定的穩(wěn)定度（視應用場合不同而有不同的要求）。（3）最大頻移與調(diào)制頻率無關。（4）無寄生調(diào)幅或寄生調(diào)幅盡可能小。直接調(diào)頻——用調(diào)制信號直接控制載波的瞬時頻率。間接調(diào)頻——由調(diào)相變調(diào)頻。（先對調(diào)制信號積分，然后對載波進行調(diào)相）8.3調(diào)頻方法概述8.3調(diào)頻方法概述一、直接調(diào)頻原理

直接調(diào)頻的基本原理是用調(diào)制信號直接線性地改變載波振蕩的瞬時頻率。

如果載波由LC自激振蕩器產(chǎn)生，則振蕩頻率主要由諧振回路的電感元件和電容元件所決定。因此，只要能用調(diào)制信號去控制回路的電感或電容，就能達到控制振蕩頻率的目的。8.3調(diào)頻方法概述二、間接調(diào)頻原理瞬時頻率瞬時相位借助于調(diào)相器得到調(diào)頻波間接調(diào)頻中若載波采用石英晶體振蕩器，則調(diào)頻波的中心頻率的穩(wěn)定度很高。主要優(yōu)點：能夠獲得較大的頻移（相對于間接調(diào)頻而言），線路簡單，并且?guī)缀醪恍枰{(diào)制功率。主要缺點：中心頻率穩(wěn)定度低。應用范圍：在移動通信以及自動頻率微調(diào)系統(tǒng)中。8.4變?nèi)荻O管調(diào)頻一、基本原理

利用半導體PN結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓變化特性制成的一種半導體二極管(變?nèi)荻O管）。結(jié)電容Cj與反向電壓vR存在如下關系：反向電壓式中Cj0：

：反向偏置電壓，VD：PN結(jié)勢壘電位差。

γ：結(jié)電容變化指數(shù)，通常γ=1/2～1/3，經(jīng)特殊工藝制成的超突變結(jié)電容γ=1～5。其中：

為靜態(tài)工作點(即調(diào)制信號為零）的結(jié)電容。

m為調(diào)制深度

圖10.4.1用調(diào)制信號控制變?nèi)荻O管結(jié)電容二、電路分析

LC互感耦合正弦振蕩電路。圖10.4.2變?nèi)荻O管調(diào)頻電路圖10.4.3振蕩回路的等效電路當調(diào)制信號為零時，振蕩回路總電容為：與調(diào)制信號成線性關系的成份，其最大頻移為：與調(diào)制信號的二次、三次諧波成線性關系的成份（非線性失真），其最大頻移為：中心頻率（不穩(wěn)定）相對未調(diào)制時的載波頻率產(chǎn)生的頻移為：若使中心頻率穩(wěn)定度高，則應減小m,但m太小，有用的頻偏也會變小，因此常取m=0.5r=1,則可得到中心頻率的偏移，二次以及三次非線性失真系數(shù)為零。

直接調(diào)頻的主要優(yōu)點是可以獲得較大的頻偏，但是中心頻率的穩(wěn)定性（主要是長期穩(wěn)定性）較差。穩(wěn)定中心頻率可以采用對石英晶體振蕩器進行直接調(diào)頻。變?nèi)荻O管接入振蕩回路有兩種方式。

變?nèi)荻O管接入振蕩回路有兩種方式。一種是與石英晶體相串聯(lián)，另一種是與石英晶體相并聯(lián)。變?nèi)荻O管與晶體并聯(lián)連接方式有一個較大的缺點，就是變?nèi)莨軈?shù)的不穩(wěn)定性直接嚴重地影響調(diào)頻信號中心頻率的穩(wěn)定度。因而用得比較廣泛的還是變?nèi)莨芘c石英晶體相串聯(lián)的方式。8.5晶體振動器直接調(diào)頻

變?nèi)莨芘c晶體的兩種連接方式及其電抗曲線8.5晶體振動器直接調(diào)頻晶體振蕩器直接調(diào)頻電路PierceOscillators(c－b)型振蕩器

8.5晶體振動器直接調(diào)頻高穩(wěn)定度載波振蕩器

相位調(diào)制器積分電路多級倍頻和混頻器寬帶窄帶

采用高穩(wěn)定度的晶體振蕩器作為主振級，然后再對這個穩(wěn)定的載頻信號進行調(diào)相，這樣一來就可得到中心頻率穩(wěn)定度高的調(diào)頻信號。8.6間接調(diào)頻：由調(diào)相實現(xiàn)調(diào)頻

調(diào)相的方法通常有三類：一類是用調(diào)制信號控制諧振回路或移相網(wǎng)絡的電抗或電阻元件以實現(xiàn)調(diào)相。第二類是矢量合成法調(diào)相。第三類是脈沖調(diào)相。1）諧振回路或移相網(wǎng)絡的調(diào)相方法（1）利用諧振回路調(diào)相8.6.1調(diào)相的方法（2）利用移相網(wǎng)絡調(diào)相RC移相網(wǎng)絡8.6.1調(diào)相的方法2）合成調(diào)相法［阿姆斯特朗法］8.6.1調(diào)相的方法實現(xiàn)矢量合成法的方框圖8.6.1調(diào)相的方法用載波振蕩與雙邊帶調(diào)幅波疊加以實現(xiàn)調(diào)相8.6.1調(diào)相的方法8.6.1調(diào)相的方法一、相位鑒頻器的工作原理1.電路8.7相位鑒頻器

假設：1）初次級回路的品質(zhì)因數(shù)均較高；2）初、次級回路之間的互感耦合比較弱。

討論：1）信號頻率等于中心頻率（即回路諧振頻率）2）信號頻率大于中心頻率（即回路諧振頻率）結(jié)論：8.7