第8章频谱的非线性搬移.ppt

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1、第 8 章 角 度 调 制与解 调 电 路,全相角可以用旋转矢量在横轴上的投影表示。,一、调角信号的时域特性,8-1 调角波的基本特性,1、瞬时频率和瞬时相位,余弦信号,全相角:,（角频率是常数）,初始相位,瞬时角频率,瞬时相位,2、调频信号,在频率调制时，使余弦信号的瞬时角频率与调制信号成线性关系变化，而初始相位不变。,调频信号,c为中心角频率（即载波角频率）,kf为比例常数，单位是rad/sv,瞬时角频率为：,瞬时相位为：,3、调相信号,相位调制时，保持余弦信号的中心角频率 不变，而使其瞬时相位与调制信号成线性关系变化。,调相信号,瞬时相位为：,kp为比例常数，单位是rad/v,瞬时角频率

2、为：,4、单音调角波的数学表示式、频移和相移,假定未调载波表示为：,调制信号为：,调频波的瞬时角频率为：,频移的幅度，称为最大频偏或简称频偏:,瞬时角频偏：,调频波的瞬时相位,附加相移部分：,调频波的最大附加相移为调频指数Mf：,Mf可以小于1，也可大于1,调频波的数学表示式,以单频余弦波作调制信号的调频波，其主要性质有：,频偏决定于调制信号的振幅，瞬时频率的变化规律决定于调制信号的变化规律。,调频波的幅度为常数。,调频波的调制指数可大于1，而且通常应用于大于1的情况。调制指数与频偏成正比，与调制频率成反比。,调相波的数学表示式,调相波的瞬时相位为：,调相波的最大附加相移Mp 称为调相指数,调

3、相波的瞬时角频率为：,调相波：,瞬时角频偏为：,单音调角信号参数比较,单音调制波形,二、调角信号的频域特性,调制信号为：,调频波的表示式为：,下面分析单频余弦信号调制下，调频波的频谱。,式中，出现了 两个特殊函数。,利用三角函数公式，展开可得：,1、第一类贝塞尔函数 的性质：,2、调频波的频谱结构,包含载波频率分量（但是幅度小于1，与Mf有关。)；还包含无穷多个边频分量；,各边频分量之间的距离是调制信号角频率；,各频率分量的幅度由贝塞尔函数 决定；,奇次旁频分量的相位相反。,调频波的频谱结构与调制指数Mf 关系密切。Mf 愈大，则具有一定幅度的边频数目愈多。,对于某些Mf值，载频分量或某次边频

4、分量的幅度是零。,频率调制不是将信号的频谱在频率轴上直接平移,而是将信号各频率分量进行非线性变换。因此，频率调制又称为非线性调制。,各频率分量间的功率分配。调频波的功率等于未调载波的功率。调制后，已调波出现许多频率分量，这个总功率就分配到各分量。随Mf的不同，各频率分量之间功率分配的数值不同。,频谱结构特点,3、调频波的频带宽度,调频波的频带宽度有两种近似：,忽略小于0.01的分量：（集中99%以上的功率）,忽略小于 0.1的分量：（集中98-99%的功率）,卡森（Carson）公式,理论上，调频波包含有无穷多个频率分量，其带宽是无穷宽的；但实际上，在调制指数一定时，超过某一阶数的贝塞尔函数的

5、值已经相当小，其影响可以忽略，这时则可认为调频波所具有的频带宽度是近似有限的,不同Mf 时的调频波带宽,上式表明，在调制指数较小的情况下，调频波只有角频率分别为 和 的三个分量，它与用同样调制信号进行标准调幅所得调幅波的频带宽度相同。通常，把这种情况的频率调制称为窄带调频。,上式表明，在调制指数较大的情况下，调频波的带宽等于二倍频偏。通常，把这种情况的频率调制称为宽带调频。又称为恒定带宽调频。,介于前两种情况之间。,恒定带宽调频槪念,调制指数较大时，调频波的带宽等于二倍频偏。,对于调相波，。调相波频带宽度在调制信号频率的高端和低端相差很大，所以对频带的利用是不经济的。,最大频偏,复杂频率信号的

6、调角信号的频谱,当两个频率不同的信号同时对一个载波进行频率调制时，所得调频波的频谱中，除有载波角频率分量 及 和 分量外，还有分量,它们是两个调制信号频率之间的组合频率分量。,复杂调角信号频带宽度：,调频波的功率,使振荡器的频率随调制信号成线性关系变化。如：变容二极管直接调频电路。,8-2 调频电路,一、调制原理概述,1、直接调频,优点：易于得到比较大的频偏。,缺点：中心频率的稳定度不易做得很高。,2、间接调频,优点：载波中心频率稳定度较好,二、调频电路的技术指标,1、调制特性,定义：振荡器的频率偏移与调制电压的关系称为调制特性，表示为：,在一定电压范围内，调制特性应近似为直线特性。,2、调制

7、灵敏度,单位调制电压变化产生的频偏,在调制电压作用下，所能达到的最大频率偏移。,3、最大频偏,4、中心频率稳定度,调频信号的瞬时频率是以稳定的中心频率（载波频率）为基准变化的。如果中心频率不稳定，就有可能使调频信号的频谱落到接收机通带范围之外，以致不能保证正常通信。因此，对于调频电路，不仅要满足频偏的要求，而且要使中心频率保持足够高的稳定度。,三、变容二极管直接调频电路,1、变容二极管的特性,PN结反向偏置时，势垒电容随反偏电压改变,C0为V=0时变容管的等效电容。,为变容指数，大小取决于PN结的结构和杂质分布情况。,缓变结变容管，其=1/3；突变结变容管，其=1/2；超突变结变容管，其=14

8、。,VB为内建电位差，硅管约为0.7V，锗管约为0.2V。,因，故。,2、变容管做回路总电容,可展开为：,可得调制特性为：,利用展开式：,变容管调频电路中，变容管工作在=2 的区域,3、变容管部分接入的直接调频电路,电容C1C2对频率的影响,变容管部分接入的直接调频电路,90MHz,高频通路,晶体振荡器直接调频电路,100MHz无线话筒中的发射机,四、间接调频,先将调制信号进行积分处理，再进行调相而得到调频波，其方框如下图所示。,优点：载波中心频率稳定度较好。,调相器：矢量合成法。可变相移法。可变时延法。,1、矢量合成法调相电路,产生窄带调相信号,2、可变相移法调相电路,回路对载波失谐较小,则

9、并联回路失谐产生相移,3、可变时延法调相电路,教材P280脉冲调相电路。,四、间接调频与直接调频电路比较,直接调频电路可产生较大频偏 但最大相对频偏受调制非线性限制,间接调频电路最大线性相移小，即Mp（Mf）小 且最大频偏受调制非线性限制,五、扩展最大频偏的办法,倍频器：,混频器：,直接调频电路：相对频偏受限制，可采用高频率调制，再降低载波。,间接调频电路：最大频偏受限制，可采用低频率调制，提高相对频偏，再提高载波。,5-3 调频波解调电路,作用：从已调波中捡出反映在频率或相位上的调制信号。,调频波的解调称为频率检波，简称鉴频调相波的解调称为相位检波，简称鉴相,一、鉴频电路的主要性能指标,1、

10、鉴频线性性,3、鉴频灵敏度,2、鉴频线性范围,鉴频特性：鉴频电路输出低频解调电压与输入调频信号瞬时频偏的关系。理想鉴频特性应该为线性。,单位频偏产生的输出电压的大小（鉴频跨导）,二、调角信号的解调原理,1、鉴频原理,方法二：限幅鉴频,方法一：锁相鉴频,包络检波型鉴频器,据线性变换网络不同，分为：斜率鉴频、叠加型相位鉴频,调频信号的信息寄托在已调波的频率上。从某种意义上讲，信号频率就是信号电压或电流波形单位时间内过零点(或零交点)的次数。对于脉冲或数字信号，信号频率就是信号脉冲的个数。基于这种原理的鉴频器称为零交点鉴频器或脉冲计数式鉴频器。,2、鉴相原理,三、LC回路的频幅和频相转换特性,四、鉴

11、频器电路,1、斜率鉴频电路,LC构成单失谐回路CRL构成低通滤波器,双失谐回路斜率鉴频器,由于单谐回路的线性范围很小，为扩展鉴频特性的线性范围，实际电路常采用两个单失谐回路构成的平衡电路。,2、叠加型相位鉴频器,耦合回路叠加型相位鉴频电路,3、比例鉴频器,两个二极管顺接,C6为大电容，使调制信号周期内电压值保持不变,输出信号很接地位置与叠加型相位鉴频电路不同,自动限幅作用,4、乘积型相位鉴频器,五、限幅电路,鉴频器的输出信号为：,鉴频器的输出电压能线性跟随输入调频波瞬时频率变化，要求输入信号幅度Vcm恒定。,限幅器的作用是维持等幅高频信号输出。,数字调制与解调,数字调制：调制信号为数字信号的调制方式，又称键控。,优点：抗干扰能力强，可以同时传输语言、图像和数据，保密性强。,分类：振幅键控、频率键控、相位键控,