第7章-頻率調(diào)制與解調(diào)課件

第7章頻率調(diào)制與解調(diào)7.1調(diào)頻信號分析7.2調(diào)頻器與調(diào)頻方法7.3調(diào)頻電路7.4鑒頻器與鑒頻方法7.5鑒頻電路7.6調(diào)頻收發(fā)信機及特殊電路7.7調(diào)頻多重廣播第7章頻率調(diào)制與解調(diào)7.1調(diào)頻信號分析角度調(diào)制概述

頻率調(diào)制（調(diào)頻FM）：使高頻載波信號的頻率按調(diào)制信號的規(guī)律變化，得到調(diào)頻波信號。

相位調(diào)制（調(diào)相PM）：使高頻載波信號的相位按調(diào)制信號的規(guī)律變化，得到調(diào)相波信號。調(diào)頻信號的解調(diào)（鑒頻FD）：從調(diào)頻波信號中恢復出調(diào)制信號。調(diào)相信號的解調(diào)（鑒相PD）：從調(diào)相波信號中恢復出調(diào)制信號。角度調(diào)制概述頻率調(diào)制（調(diào)頻FM）：使高頻載波信號的載波信號：調(diào)制信號：調(diào)頻波信號：調(diào)相波信號：波形：載波信號：調(diào)制信號：調(diào)頻波信號：調(diào)相波信號：波形：

二、角度調(diào)制的優(yōu)點與用途

優(yōu)點:1、抗干擾能力強2、FM廣播音質(zhì)好，但BW寬，波段內(nèi)容納的電臺數(shù)??；主要用于超短波波段。如：調(diào)頻廣播：（88~108）MHz，BW=180KHz。3．發(fā)射功率小。作用:調(diào)頻主要用于調(diào)頻廣播、廣播電視、通信與遙控遙測等。調(diào)相主要用于數(shù)字通信。

二、角度調(diào)制的優(yōu)點與用途

優(yōu)點:調(diào)頻與調(diào)相的關系：（1）調(diào)頻必調(diào)相，調(diào)相必調(diào)頻（2）鑒頻和鑒相也可以相互利用角度調(diào)制的優(yōu)點：抗干擾和噪聲的能力較強角度調(diào)制的缺點：（1）頻帶利用率不高（2）原理和電路實現(xiàn)上都要困難一些調(diào)頻與調(diào)相的關系：瞬時相位：FM波的表示式：調(diào)頻靈敏度最大角頻偏調(diào)頻指數(shù)調(diào)制深度7.1調(diào)頻信號分析7.1.1調(diào)頻信號的參數(shù)與波形1.調(diào)頻信號分析

調(diào)制信號：uΩ(t)=UΩcosΩt

載波電壓：uC=UCcosωct瞬時角頻率：瞬時相位：FM波的表示式：調(diào)頻靈敏度最大角頻偏調(diào)頻指數(shù)7.12.主要調(diào)頻參數(shù)——調(diào)頻靈敏度——最大角頻偏——最大頻偏——調(diào)頻指數(shù)，調(diào)制深度2.主要調(diào)頻參數(shù)——調(diào)頻靈敏度——最大角頻偏——最大頻偏—3.調(diào)頻波的波形3.調(diào)頻波的波形7.1.2調(diào)頻波的頻譜調(diào)頻波的級數(shù)展開式為：

1．調(diào)頻波的展開式7.1.2調(diào)頻波的頻譜調(diào)頻波的級數(shù)展開式為：1．調(diào)頻Jn(mf)是宗數(shù)為mf的n階第一類貝塞爾函數(shù):第一類貝塞爾函數(shù)曲線：

特性:Jn(mf)=J-n(mf)，n為偶數(shù)Jn(mf)=-J-n(mf)，n為奇數(shù)Jn(mf)是宗數(shù)為mf的n階第一類貝塞爾函數(shù):第一類貝塞爾單頻的調(diào)頻波是由許多頻率分量構成，屬非線性調(diào)制

2．調(diào)頻波的頻譜結構和特點級數(shù)展開式進一步寫成

uFM(t)=UC［J0(mf)cosωct+J1(mf)cos(ωc+Ω)t-J1(mf)cos(ωc-Ω)t+J2(mf)cos(ωc+2Ω)t+J2(mf)cos(ωc-2Ω)t+J3(mf)cos(ωc+3Ω)t-J3(mf)cos(ωc-3Ω)t+…］單頻的調(diào)頻波是由許多頻率分量構成，屬非線性調(diào)制2．調(diào)頻波的單頻調(diào)制時FM波的振幅譜：Ω為常數(shù)：Δωm為常數(shù)：uFM(t)=UC［J0(mf)cosωct+J1(mf)cos(ωc+Ω)t

-J1(mf)cos(ωc-Ω)t+J2(mf)cos(ωc+2Ω)t+J2(mf)cos(ωc-2Ω)t+J3(mf)cos(ωc+3Ω)t-J3(mf)cos(ωc-3Ω)t+…］單頻調(diào)制時FM波的振幅譜：Ω為常數(shù)：Δωm為常數(shù)：uFM(t對于一般情況,帶寬為

Bs=2(mf+1)F=2(Δfm+F) 3調(diào)頻波的信號帶寬通常采用的準則是,信號的頻帶寬度應包括幅度大于未調(diào)載波1%以上的邊頻分量,即|Jn(mf)|≥0.01當mf很大時,此時帶寬為

Bs=2nF=2mfF=2Δfm當mf很小時,如mf<0.5,為窄頻帶調(diào)頻,此時

Bs=2F對于一般情況,帶寬為3調(diào)頻波的信號帶寬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4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（1）概念調(diào)相波是其瞬時相位以未調(diào)載波相位φc為中心按調(diào)制信號規(guī)律變化的等幅高頻振蕩。（2）表達式

uΩ(t)=UΩcosΩt，uC(t)=UCcosωct則調(diào)相波其瞬時相位為：

φ(t)=ωct+Δφ(t)=ωct+kpuΩ(t)=ωct+ΔφmcosΩt=ωct+mpcosΩt調(diào)相信號為：uPM(t)=UCcos(ωct+mpcosΩt)7.1.5調(diào)頻波與調(diào)相波的比較1．調(diào)相波（1）概念7.1.5調(diào)頻波與調(diào)相波的比較1．調(diào)相波（3）主要參數(shù)——最大頻偏——調(diào)相指數(shù)——調(diào)相靈敏度——最大相偏瞬時頻率為：（3）主要參數(shù)——最大頻偏——調(diào)相指數(shù)——調(diào)相靈敏度——最大（3）調(diào)相波波形（3）調(diào)相波波形調(diào)頻波瞬時相位為：2.調(diào)頻與調(diào)相的關系

調(diào)相波瞬時頻率為：調(diào)頻波瞬時相位為：2.調(diào)頻與調(diào)相的關系調(diào)相波瞬時頻率為：調(diào)頻波與調(diào)相波的比較調(diào)頻波與調(diào)相波的比較例：角調(diào)波u（t）=10cos(2ⅹ106t+10cos2000πt)（V），試確定：（1）最大頻偏；（2）最大相偏；（3）信號帶寬；（4）此信號在單位電阻上的功率；（5）能否確定這是FM波還是PM波？例：角調(diào)波u（t）=10cos(2ⅹ106t+10

7.2.1調(diào)頻器調(diào)頻器（調(diào)頻電路）：實現(xiàn)調(diào)頻的電路或部件調(diào)頻特性曲線：7.2調(diào)頻器與調(diào)頻方法調(diào)頻特性的要求:（1）調(diào)制特性線性要好（2）調(diào)制靈敏度要高（3）載波性能要好（即已調(diào)波的中心頻率）應具有一定的頻率穩(wěn)定度。7.2.1調(diào)頻器調(diào)頻器（調(diào)頻電路）：實現(xiàn)調(diào)頻的電路或部7.2.2調(diào)頻方法

兩類：直接調(diào)頻法、間接調(diào)頻法1．直接調(diào)頻法常用方法：變?nèi)荻O管直接調(diào)頻特點：調(diào)制器與振蕩器合二為一可以獲得較大的頻偏（優(yōu)點）頻率穩(wěn)定度差（缺點）

概念：用調(diào)制電壓直接控制振蕩器的振蕩頻率,使振蕩頻率f(t)按調(diào)制電壓的規(guī)律變化LC振蕩器：控制振蕩回路的某個元件(L或C)張弛振蕩器：控制電容的充放電速度7.2.2調(diào)頻方法兩類：直接調(diào)頻法、間接調(diào)頻法1．直接2．間接調(diào)頻法(阿姆斯特朗法）思想：特點：調(diào)制器與振蕩器分開頻率穩(wěn)定度好（優(yōu)點）設備復雜（缺點）

實現(xiàn)間接調(diào)頻的關鍵是如何進行相位調(diào)制。通常,實現(xiàn)相位調(diào)制的方法有如下三種：矢量合成法、可變移相法、可變延時法2．間接調(diào)頻法(阿姆斯特朗法）思想：特點：調(diào)制器與振蕩器分開間接調(diào)頻（矢量合成方式）對于單音調(diào)相信號：

uPM=Ucos(ωct+mpcosΩt)=Ucosωctcos(mpcosΩt)-Usin(mpcosΩt)sinωct當mp≤π/12時，上式近似為

uPM≈Ucosωct-UmpcosΩtsinωct間接調(diào)頻（矢量合成方式）

（2）可變移相法

利用調(diào)制信號控制移相網(wǎng)絡的電抗或電阻元件來實現(xiàn)調(diào)相。諧振回路：（3）可變延時法將載波信號通過一可控延時網(wǎng)絡，延時時間τ受調(diào)制信號控制，即

τ=kduΩ(t)輸出信號為

u=Ucosωc(t-τ)=Ucos［ωct-kdωcuΩ(t)］——調(diào)相信號（2）可變移相法——調(diào)相信號式中C0為變?nèi)荻O管零偏時的電容，uφ為變?nèi)荻O管PN結的勢壘電位差，為結電容變化指數(shù)。7.3調(diào)頻電路一、直接調(diào)頻電路1、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路(1)變?nèi)荻O管調(diào)頻原理變?nèi)荻O管結電容Cj與在其兩端所加反偏電壓u之間存在著如下關系:式中C0為變?nèi)荻O管零偏時的電容，uφ為變?nèi)荻O管PN結的勢圖7-12變?nèi)莨艿腃j～u曲線圖7-12變?nèi)莨艿腃j～u曲線加的調(diào)制信號電壓uΩ(t)=UΩcosΩt后

———電容調(diào)制度靜態(tài)工作時：加的調(diào)制信號電壓uΩ(t)=UΩcosΩt后———電容調(diào)振蕩頻率為：γ=2時：振蕩頻率為：γ=2時：忽略高次項,上式可近似為一般情況下，≠2，展開成冪級數(shù)：——中心頻率漂移——最大角頻偏——二次最大角頻偏中心頻率漂移忽略高次項,上式可近似為一般情況下，≠2，展開成冪級數(shù)2）Cj作為回路部分電容

利用對變?nèi)荻O管串聯(lián)或并聯(lián)電容的方法來調(diào)整回路總電容C與電壓u之間的特性。

回路的總電容為：振蕩頻率為：在工作點EQ處展開：2）Cj作為回路部分電容利用對變?nèi)荻O管串聯(lián)或并聯(lián)電容的方式中：最大頻偏為：特點（和Cj為回路總電容時比較）：相對頻偏減小（缺點）中心頻率穩(wěn)定度提高（優(yōu)點）式中：最大頻偏為：特點（和Cj為回路總電容時比較）：相對頻7.4.1鑒頻器鑒頻特性：變換器的變換特性

鑒頻特性的要求:（1）線性范圍要寬，線性度好（2）鑒頻跨導（鑒頻靈敏度）要大鑒頻器（頻率檢波器）：調(diào)頻波解調(diào)電路，f/v變換器鑒頻特性曲線：7.4鑒頻器與鑒頻方法7.4.1鑒頻器鑒頻特性：變換器的變換特性鑒頻特性的要求7.4.2鑒頻方法波形變換法

鎖相環(huán)解調(diào)法調(diào)頻負反饋解調(diào)法正交鑒頻法振幅鑒頻法相位鑒頻法間接鑒頻法：直接鑒頻法：脈沖計數(shù)式鑒頻法乘積型疊加型直接時域微分斜率鑒頻法7.4.2鑒頻方法波形變換法1.振幅鑒頻法變換電路特性：基本思想：uFM-AM（1）直接時域微分法原理：uFM-AM1.振幅鑒頻法變換電路特性：基本思想：uFM-AM（1）直對此式直接微分可得

由上式可以看出：電壓u的振幅與瞬時相位成正比，故上式為一個FM-AM波。然后利用包絡檢波器從此FM-AM波提取出原調(diào)制信號即可。原理：設調(diào)制信號為uΩ=f(t)，調(diào)頻波為：對此式直接微分可得

由上式可以看出：電壓u的振幅與瞬時相（2）斜率鑒頻法原理：利用調(diào)諧回路的失諧狀態(tài)，即其幅頻特性傾斜部分對FM波解調(diào)單回路斜率鑒頻器電路：問題：單調(diào)諧回路的諧振曲線的傾斜部分線性度較差。（2）斜率鑒頻法原理：利用調(diào)諧回路的失諧狀態(tài)，即其幅頻特性傾雙離諧平衡鑒頻器：

雙離諧平衡鑒頻器：特點：①失真小，靈敏度高于單回路②適于解調(diào)大頻偏信號③不易調(diào)整特點：2.相位鑒頻法原理框圖：設輸入鑒相器的兩個信號分別為：2.相位鑒頻法原理框圖：設輸入鑒相器的兩個信號分別為：（1）乘積型相位鑒頻法（積分鑒頻法）線性相移網(wǎng)絡：單諧振回路(或耦合回路)乘積型鑒相器鑒相器輸出：利用乘積型鑒相器實現(xiàn)鑒頻的方法（1）乘積型相位鑒頻法（積分鑒頻法）線性相移網(wǎng)絡：單諧振回（2)疊加型相位鑒頻法調(diào)頻信號移相網(wǎng)絡加法器包絡檢波器uouFMuFM-ＰＭuFM-ＰＭ-ＡＭ頻率－相位變換相位－幅度變換檢波輸出疊加型鑒相器uFM利用疊加型鑒相器實現(xiàn)鑒頻的方法（2)疊加型相位鑒頻法調(diào)頻信號移相網(wǎng)絡加法器包絡檢波器uo調(diào)頻信號移相網(wǎng)絡加法器包絡檢波器uouFMuFM-ＰＭuFM-ＰＭ-ＡＭ頻率－相位變換相位－幅度變換檢波輸出疊加型鑒相器uFM線性相移網(wǎng)絡：單諧振回路(或耦