高頻課件 第7章 角度調(diào)制與解調(diào).ppt

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1、第七章頻率調(diào)制與解調(diào)一、概念與分類(lèi)◆頻率調(diào)制是角度調(diào)制的一種情況。角度調(diào)制,就是用低頻信號(hào)去控制高頻載波的相角——頻率或相位，使頻率或相位隨調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律變化，而載波的振幅保持不變。◆所以，調(diào)角有兩種情形：①若用調(diào)制信號(hào)控制載波的頻率，為頻率調(diào)制，簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)頻(FM)；②若用調(diào)制信號(hào)控制載波的相位，為相位調(diào)制，簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)相(PM)。無(wú)論是FM或PM，都會(huì)使載波的相角發(fā)生變化，因此二者統(tǒng)稱(chēng)為角度調(diào)制，簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)角?！舾哳l載波信號(hào)可表示為：即具有三要素：振幅U0、頻率ωC、初相位1◆FM、PM波在波形、數(shù)學(xué)表達(dá)式、頻譜結(jié)構(gòu)、功率特性方面，均很相似?！舻玃M制缺點(diǎn)多，主

2、要用于數(shù)字通信；在模擬系統(tǒng)中，F(xiàn)M優(yōu)點(diǎn)突出，應(yīng)用較多，故本章主要介紹調(diào)頻技術(shù)。2二、調(diào)頻波的主要技術(shù)指標(biāo)1.頻譜寬度理論上無(wú)限寬，但略去很小的邊帶分量后，仍為有限寬度；可分為寬帶調(diào)頻與窄帶調(diào)頻，前者用于廣播，后者用于通信。2.寄生調(diào)幅調(diào)頻波應(yīng)該是等幅波，但實(shí)際上在調(diào)頻過(guò)程及傳播過(guò)程中，往往會(huì)引起振幅起伏，稱(chēng)為寄生調(diào)幅，應(yīng)越小越好。3.抗干擾能力寬帶調(diào)頻抗干擾能力比AM強(qiáng)得多；但在弱信號(hào)條件下還不如AM，故采用窄帶調(diào)頻。還有一些指標(biāo)，如載波頻率穩(wěn)定性、非線性失真等，以后結(jié)合實(shí)際情況繼續(xù)介紹。3三、頻率調(diào)制的實(shí)現(xiàn)方法◆直接調(diào)頻（P240）◆間接調(diào)頻(P241)

3、47.1.1幾個(gè)基本概念調(diào)角時(shí)，載波的頻率或相位是隨時(shí)變化的。為此，首先需要建立瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位的概念。一、瞬時(shí)頻率（國(guó)際單位：HZ）——每一瞬間的頻率。圖(a)顯示，高頻振蕩的頻率是變化的.圖(b)則具體表示了f隨時(shí)間的變化規(guī)律（頻率越高，波形越密；頻率越低，波形越?。f(shuō)明每一時(shí)刻的頻率是不同的，f是時(shí)間的函數(shù),稱(chēng)為瞬時(shí)頻率。5二、瞬時(shí)相位（國(guó)際單位：弧度rad）——每一瞬間的相位。設(shè)某簡(jiǎn)諧振蕩矢量，其長(zhǎng)度為Vm，繞原點(diǎn)O逆時(shí)鐘方向旋轉(zhuǎn)，角速度(角頻率)為ω(t)，矢量與實(shí)軸之間的夾角即為旋轉(zhuǎn)矢量的相位角。t=0時(shí)，初相角為；對(duì)恒定角速度ω，時(shí)間為t

4、時(shí)，相位角矢量在實(shí)軸上的投影：，這就是簡(jiǎn)諧振蕩的瞬時(shí)位置。6瞬時(shí)相位：瞬時(shí)角頻率對(duì)時(shí)間的積分瞬時(shí)角速度：瞬時(shí)相位對(duì)時(shí)間的微分—瞬時(shí)角頻率(國(guó)際單位：弧度/秒，即rad/s)。上述二式是角度調(diào)制中的兩個(gè)基本關(guān)系。77.1.2FM、PM波的數(shù)學(xué)表達(dá)式與波形一、調(diào)頻波1.數(shù)學(xué)表達(dá)式載波信號(hào)：調(diào)制信號(hào)：最大頻移：瞬時(shí)頻率偏離載頻的最大值?；颍ㄔO(shè)初相位為0）瞬時(shí)頻率：瞬時(shí)頻移：瞬時(shí)頻率相對(duì)于載頻的偏移。8瞬時(shí)相位（瞬時(shí)角頻率對(duì)時(shí)間的積分）：最大相移（相偏）：FM信號(hào)中，瞬時(shí)相位偏離載波相位的最大值，即最大相移，亦稱(chēng)為調(diào)頻指數(shù)mf。最大相移最大頻移調(diào)制信號(hào)頻率瞬時(shí)相移

5、：瞬時(shí)相位相對(duì)于載波相位的偏移。9∴FM波的數(shù)學(xué)表達(dá)式：FM波的波形:10例1有一調(diào)頻信號(hào)，其表達(dá)式為：試根據(jù)表達(dá)式分別確定：（1）最大相移（2）最大頻偏。解：根據(jù)調(diào)頻波數(shù)學(xué)表達(dá)式有：載波頻率，調(diào)制信號(hào)頻率（1）最大相移（相偏）即調(diào)頻指數(shù)mf：（2）根據(jù)，則最大頻偏：（弧度）11clear;f1=1000;f2=1000000;subplot(3,1,1)t1=0:pi/1000:0.3;tiaozhi=3.*cos(2*pi*f1*t1);plot(t1,tiaozhi);subplot(3,1,2)t2=0:pi/100:5*pi;zaibo=10.*

6、cos(2*pi*f2*t2);plot(t2,zaibo)subplot(3,1,3)t=0:pi/100:2*pi;u=10.*cos(cos(2*pi*f2*t)+10.*sin(2*pi*f1*t));plot(t,u)FM波的Matlab實(shí)現(xiàn)12二、調(diào)相波(P238)令，并令，則瞬時(shí)相位：最大相移（相偏）:PM信號(hào)中瞬時(shí)相位偏離載波相位的最大值，亦稱(chēng)為調(diào)相指數(shù)mp。最大相移13瞬時(shí)頻率：式中，稱(chēng)為調(diào)相波的最大頻偏,即：∴當(dāng)Ω很高時(shí)，很寬，設(shè)備很難實(shí)現(xiàn)，故PM調(diào)制在模擬系統(tǒng)中幾乎不采用?？梢?jiàn)，最大頻偏是指瞬時(shí)頻率相對(duì)于載頻的最大偏移。14數(shù)學(xué)表達(dá)式

7、：PM波波形：15三、調(diào)頻與調(diào)相的比較（P239）167.1.3FM、PM波的數(shù)學(xué)表達(dá)式與波形1.瞬時(shí)頻移、瞬時(shí)相移與調(diào)制信號(hào)的關(guān)系著重說(shuō)明兩點(diǎn)：即：調(diào)頻時(shí)，頻移與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系；相移與調(diào)制信號(hào)的積分成線性關(guān)系。調(diào)相時(shí)，相移與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系;頻移與調(diào)制信號(hào)的微分成線性關(guān)系；調(diào)頻波：調(diào)相波：172.最大頻偏、最大相移（調(diào)制指數(shù)）與調(diào)制頻率的關(guān)系0PM0FM即：調(diào)頻波的最大頻偏與調(diào)制頻率Ω無(wú)關(guān)，最大相移（調(diào)頻指數(shù)）與調(diào)制頻率Ω成反比（雙曲線關(guān)系）。調(diào)相波的最大頻移與Ω成正比，最大相移（調(diào)相指數(shù)）則與Ω無(wú)關(guān)。調(diào)頻波：調(diào)相波：18FM、PM的頻譜分析與帶寬

8、由于FM、PM波的數(shù)學(xué)表達(dá)式基本相同，因此，只分析FM波的頻譜，它