工學(xué)高頻電子電路課件

第2章高頻小信號放大器7.1概述7.2角度調(diào)制與解調(diào)原理7.3調(diào)頻電路7.4鑒頻電路第4章正弦波振蕩器第7章

角度調(diào)制與解調(diào)第8章反饋控制電路第3章高頻功率放大器第6章調(diào)幅、檢波、混頻第1章基礎(chǔ)知識第5章頻率變換電路基礎(chǔ)第7章角度調(diào)制與解調(diào)第0章緒論第2章高頻小信號放大器7.1概述第4章正弦波振蕩任意正弦波信號：

其中：為總相角，Uom振幅，角頻率，為初相角如果利用調(diào)制信號去控制三個(gè)參量中的某個(gè)，可產(chǎn)生調(diào)制的作用:AmphitudeModulationAM:FrequencyModulationFM:PhaseModulationPM:角度調(diào)制AM調(diào)制方式中AMDSB屬于頻譜線性搬移電路,調(diào)制信號寄生于已調(diào)信號的振幅變化中FMPM調(diào)制方式中：屬于頻譜的非線性搬移電路,已調(diào)波為等幅波,調(diào)制信息寄生于已調(diào)波的頻率和相位變化中SSB7.1概述任意正弦波信號：其中：為總相角，Uom振幅，角頻率，F(xiàn)M，PMω從已調(diào)波中檢取出原調(diào)制信號的過程稱為解調(diào)(AM)振幅解調(diào)——檢波

(FM)頻率解調(diào)——鑒頻detection(frequencydiscrimination)(PM)相位解調(diào)——鑒相(phasedetection)AMωωωωωωωωFM，PMω從已調(diào)波中檢取出原調(diào)制信號的過程稱為解調(diào)(AM)

1.抗干擾能力強(qiáng)調(diào)幅信號的邊頻功率最大只能等于載波功率的一半(當(dāng)調(diào)幅系數(shù)Ma=1時(shí))，而調(diào)角信號的邊頻功率遠(yuǎn)較調(diào)幅信號強(qiáng)。邊頻功率是運(yùn)載有用信號的，因此調(diào)角制具有更強(qiáng)的抗干擾能力。另外，對于信號傳輸過程中常見的寄生調(diào)幅，調(diào)角制可以通過限幅的方法加以克服，而調(diào)幅制則不行。和調(diào)幅制相比，調(diào)角制具有以下優(yōu)點(diǎn)1.抗干擾能力強(qiáng)調(diào)幅信號的邊頻功率最大只能等于載波功率的一2.設(shè)備的功率利用率高因?yàn)檎{(diào)角信號為等幅信號，最大功率等于平均功率，所以不論調(diào)制度為多少，發(fā)射機(jī)末級功放管均可工作在最大功率效率狀態(tài)，功率管得到了充分利用。而調(diào)幅制則不然，調(diào)幅制的平均功率遠(yuǎn)低于最大功率，因而功率管的利用率不高。3.調(diào)角信號傳輸?shù)谋Ｕ娑雀咭驗(yàn)檎{(diào)角信號的頻帶寬且抗干擾能力強(qiáng)，因而具有較高的保真度。2.設(shè)備的功率利用率高因?yàn)檎{(diào)角信號為等幅信號，最大功率等于平主要要求：

掌握瞬時(shí)角頻率與瞬時(shí)相位的關(guān)系掌握調(diào)頻和調(diào)相信號的概念、異同和關(guān)系掌握調(diào)頻和調(diào)相信號的典型表達(dá)式、主要參數(shù)和波形特點(diǎn)。7.2角度調(diào)制與解調(diào)原理了解調(diào)角信號的頻譜，理解其帶寬。主要要求：掌握瞬時(shí)角頻率與瞬時(shí)相位的關(guān)系掌握調(diào)頻和調(diào)相信號當(dāng)進(jìn)行角度調(diào)制（FM或PM）后,其已調(diào)波的角頻率將是時(shí)間的函數(shù)ω(t)7.2角度調(diào)制與解調(diào)原理

7.2.1調(diào)角信號的時(shí)域特性1.瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位（instantaneousfrequencyandphase）如果設(shè)高頻載波信號為：當(dāng)進(jìn)行角度調(diào)制（FM或PM）后,其已調(diào)波的角頻率將是時(shí)間

調(diào)制信號：（1）調(diào)頻FM：由于已調(diào)波頻率隨調(diào)制信號線性變化，則有：其中：①:載波角頻率，F(xiàn)M波的中心頻率.②：調(diào)頻靈敏度，

單位調(diào)制信號振幅引起的頻率偏移

.③,瞬時(shí)頻率偏移（簡稱頻偏）,寄載了調(diào)制信息，表示瞬時(shí)頻率相對于載波頻率的偏移.④最大頻偏另外，由瞬時(shí)頻率與所對應(yīng)的瞬時(shí)相位的關(guān)系，若設(shè)

則有：

其中：⑤：瞬時(shí)相位偏移，

2.調(diào)頻信號與調(diào)相信號的數(shù)學(xué)表示：設(shè)：載波：⑥最大相位偏移：一般令

，稱為FM波的調(diào)頻指數(shù)，于是一般調(diào)頻信號的

數(shù)學(xué)表達(dá)式：

所以有：

注意：與AM波不同，mf一般可大于1，且mf

越大，抗干擾性能

越好，但頻帶越寬。

對于單一頻率調(diào)制的FM波，由于

調(diào)制信號：（1）調(diào)頻FM：由于已調(diào)波頻率隨調(diào)制信號線性變由于已調(diào)波的相位隨調(diào)制信號線形變化，則有：其中：①：為載波的相位角。

②：調(diào)相靈敏度，

，單位調(diào)制信號振幅引起的相位偏移.③：瞬時(shí)相位偏移，即相對于

的偏移量。(2)相位調(diào)制：④最大相位移：

（調(diào)相指數(shù)）另外，由瞬時(shí)相位與所對應(yīng)的瞬時(shí)頻率之間的關(guān)系，可得：式中：⑤

；PM波瞬時(shí)頻偏⑥最大頻偏:PM波的表達(dá)式為：

對于單一頻率調(diào)制信號

的PM波：

由于已調(diào)波的相位隨調(diào)制信號線形變化，則有：其中：①：為載波如果設(shè)載波：

，調(diào)制信號：

FM波

PM波(1)瞬時(shí)頻率：

3.調(diào)頻信號與調(diào)相信號的比較(2)瞬時(shí)相位：

(3)最大頻偏

(4)最大相位：

(5)表達(dá)式:

如果設(shè)載波：，調(diào)制信號：FM波P討論：（1）一般調(diào)角信號的表達(dá)式：mpΔωmΔωmΩmfΩ（2）FM波：（3）PM波：可以看出調(diào)相制的最大頻偏隨調(diào)制信號頻率的升高而增加，而調(diào)

頻波則不變，有時(shí)把調(diào)頻制叫做恒定帶寬調(diào)制。（3）調(diào)頻波的波形討論：（1）一般調(diào)角信號的表達(dá)式：mpΔωmΔωmΩmf7.2.2調(diào)角信號的頻譜與帶寬一、調(diào)角信號的頻譜FM信號和PM信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式的差別僅僅在于附加相位的不同，前者的附加相位按正弦規(guī)律變化，而后者的按余弦規(guī)律變化。按正弦變化還是余弦變化只是在相位上相差π/2而已，所以這兩種信號的頻譜結(jié)構(gòu)是類似的。分析時(shí)可將調(diào)制指數(shù)mf或mp用m代替，從而把它們寫成統(tǒng)一的調(diào)角信號表示式

7.2.2調(diào)角信號的頻譜與帶寬一、調(diào)角信號的頻譜7.2.2調(diào)角信號的頻譜與帶寬一、調(diào)角信號的頻譜根據(jù)貝塞爾函數(shù)理論有：

Jn(m)稱為以m為宗數(shù)的n階第一類貝塞爾函數(shù)7.2.2調(diào)角信號的頻譜與帶寬一、調(diào)角信號的頻譜根據(jù)貝塞上邊頻下邊頻可得7.2.2調(diào)角信號的頻譜與帶寬一、調(diào)角信號的頻譜上邊頻下邊頻可得7.2.2調(diào)角信號的頻譜與帶寬一、調(diào)角信

可見：調(diào)角信號頻譜不是調(diào)制信號頻譜的線性搬移。而是由載頻分量和角頻率為（ωc±nΩ）的無限對上、下邊頻分量構(gòu)成。這些邊頻分量和載頻分量的角頻率相差nΩ。當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，上、下邊頻分量的振幅相同但極性相反；當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)，上、下兩邊頻分量的振幅和極性都相同。而且載頻分量和各邊頻分量的振幅均隨Jn(m)而變化。7.2.2調(diào)角信號的頻譜與帶寬一、調(diào)角信號的頻譜ωo-ΩΩΩωFM/PM的頻譜ωo+Ωωoωo+2Ωωo+3Ωωo+4Ωωo-2Ωωo-3Ωωo-4Ω可見：調(diào)角信號頻譜不是調(diào)制信號頻譜的線性搬移12345678910111213mJn(m)Jn(m)隨m、n變化的規(guī)律1.00.80.60.40.20–0.2–0.4n=0n=1n=2n=3n增大時(shí)，總趨勢使邊頻分量振幅減小。

m越大，具有較大振幅的邊頻分量就越多；且有些邊頻分量振幅超過載頻分量振幅。當(dāng)m為某些值時(shí)，載頻分量可能為零，m為其它某些值時(shí)，某些邊頻分量振幅可能為零。

1234表7.2.2貝塞爾函數(shù)表表7.2.2貝塞爾函數(shù)表從理論上說，調(diào)頻波的邊頻分量有無數(shù)多個(gè)，其頻帶寬度應(yīng)為無窮大，但是對于任一給定的mf值，高到一定次數(shù)的邊頻分量的振幅已經(jīng)小到可以忽略，以至忽略這些邊頻分量對調(diào)頻波形不會產(chǎn)生顯著影響。因此，調(diào)頻信號的頻譜寬度實(shí)際上可以認(rèn)為是有限的。如果將小于載波振幅10%的邊頻分量略去不計(jì)，則頻譜的有效帶寬BWFM可由下列近似公式求出

BWFM=2(mf+1)F在實(shí)際應(yīng)用中也常區(qū)分為：7.2.3調(diào)頻信號的帶寬

對有限頻帶的調(diào)制信號，即F=

F

min~F

max，

調(diào)角信號的頻帶為：從理論上說，調(diào)頻波的邊頻分量有無數(shù)多個(gè)，其頻帶寬度應(yīng)為無窮大[例]已知u(t)=5cos(2103t)V，調(diào)角信號表達(dá)式為uo(t)=10cos[(2106t)+10cos(2103t)]V試判斷該調(diào)角信號是調(diào)頻信號還是調(diào)相信號，并求調(diào)制指數(shù)、最大頻偏、載波頻率和載波振幅。[解]=2106t+10cos(2103t)附加相位正比于調(diào)制信號，故為調(diào)相信號。調(diào)相指數(shù)mp=10rad載波頻率fc

=106(Hz)fm=mpF最大頻偏振幅Um

=10V=10103=10kHz[例]已知u(t)=5cos(2103t)【例7.1】已知音頻調(diào)制信號的最低頻率Fmin=20Hz,最高頻率Fmax=15kHz,若要求最大頻偏Δfm=45kHz,求出相應(yīng)調(diào)頻信號的調(diào)頻指數(shù)Mf、帶寬BW和帶寬內(nèi)各頻率分量的功率之和(假定調(diào)頻信號總功率為1W),畫出F=15kHz時(shí)對應(yīng)的頻譜圖,并求出相應(yīng)調(diào)相信號的調(diào)相指數(shù)Mp、帶寬和最大頻偏。解：調(diào)頻信號的調(diào)頻指數(shù)Mf與調(diào)制頻率成反比,即Mf=Δωm/Ω=Δfm/F,所以【例7.1】已知音頻調(diào)制信號的最低頻率Fmin=20Hz,BW=2×(3+1)×15×103=120kHz

因?yàn)镕=15kHz對應(yīng)的Mf=3,從表7.2.2可查出J0(3)=-0.261,J1(3)=0.339,J2(3)=0.486,J3(3)=0.309,J4(3)=0.132,由此可畫出對應(yīng)調(diào)頻信號帶寬內(nèi)的頻譜圖,共9條譜線,如圖所示。BW=2×(3+1)×15×103=120kHz因

調(diào)頻信號是等幅波，故單位負(fù)載情況下功率Po與振幅Ucm的關(guān)系式為Po=U2cm/2。由于調(diào)頻信號總功率為1W,故

,所以帶寬內(nèi)功率之和

=調(diào)頻信號是等幅波，故單位負(fù)載情況下功率Po與振幅Uc

調(diào)相信號的最大頻偏是與調(diào)制信號頻率成正比的,為了保證所有調(diào)制頻率對應(yīng)的最大頻偏不超過45kHz,故除了最高調(diào)制頻率外,其余調(diào)制頻率對應(yīng)的最大頻偏必然小于45kHz。另外,調(diào)相信號的調(diào)相指數(shù)Mp與調(diào)制頻率無關(guān)。

所以

Δfmmin=M

pFmin=3×20=60Hz

BW=2×(3+1)×15×103=120kHz調(diào)相信號的最大頻偏是與調(diào)制信號頻率成正比的,為了保[例]一組頻率為3003000Hz的余弦調(diào)制信號，振幅相同，調(diào)頻時(shí)最大頻偏為

75kHz，調(diào)相時(shí)最大相移為

2rad，試求調(diào)制信號頻率范圍內(nèi)：(1)調(diào)頻時(shí)mf的變化范圍;(2)調(diào)相時(shí)fm的范圍;[解](1)調(diào)頻時(shí)，fm與調(diào)制頻率無關(guān)，恒為75kHz。故[例]一組頻率為3003000Hz的余弦調(diào)制信號，振幅(2)調(diào)相時(shí)，mP與調(diào)制頻率無關(guān)，恒為2rad

。故(2)調(diào)相時(shí)，mP與調(diào)制頻率無關(guān)，恒為2rad。故由相位與頻率之間的關(guān)系：

在同一調(diào)制信號

的控制下，形成的FM波和PM波的表達(dá)式為：以上的過程為直接調(diào)頻或直接調(diào)相

仿真7.2.4調(diào)角信號的調(diào)制原理

由相位與頻率之間的關(guān)系：在同一調(diào)制信號的控制下，形成的F(2)把

先微分后再調(diào)頻，可以得間接調(diào)相（indirectPM）

(1)如果把

先積分后，再經(jīng)過調(diào)相器，也可得到對

而言的調(diào)頻波，也稱為間接調(diào)頻。（indirectfrequencymodulation）仿真(2)把先微分后再調(diào)頻，可以得間接調(diào)相（indirectuPM=Ucmcos［ωct+Δφ(t)］令Δφ(t)=kpuΩ(t)7.2.5調(diào)角信號的解調(diào)原理

1.正交乘積鑒相原理uPM=Ucmco