高頻 通信電子線路課件Chapter 7 角度調(diào)制與解調(diào).ppt

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1、Chapter7角度調(diào)制與解調(diào)——頻譜非線性變換電路§7.1概述§7.2調(diào)角波的性質(zhì)§7.3調(diào)頻方法及電路§7.4調(diào)角信號(hào)解調(diào)§7.5調(diào)頻制的抗干擾性能§7.1概述在調(diào)制的過程中，如果受控的是載波信號(hào)的頻率，則稱頻率調(diào)制（簡稱調(diào)頻），以FM表示；若受控的是載波信號(hào)的相位，則稱為相位調(diào)制（簡稱調(diào)相），以PM表示。控制瞬時(shí)頻率與瞬時(shí)相位都將改變高頻載波信號(hào)的角度，因此調(diào)頻和調(diào)相也通稱為調(diào)角。一、角度調(diào)制（調(diào)角）的含義調(diào)頻波的解調(diào)稱為鑒頻或頻率檢波，調(diào)相波的解調(diào)稱鑒相或相位檢波。與調(diào)幅波的檢波一樣，鑒頻和鑒相也是從已

2、調(diào)信號(hào)中還原出原調(diào)制信號(hào)。AMFM二、角度調(diào)制的特點(diǎn)角度調(diào)制是非線性調(diào)制，它們的信號(hào)頻譜不是原調(diào)制信號(hào)頻譜在頻率軸上線性平移，其頻譜結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。AMFM，PMω和振幅調(diào)制相比，角度調(diào)制的主要優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性強(qiáng)。而主要缺點(diǎn)是占據(jù)頻帶寬，頻帶利用不經(jīng)濟(jì)?！?.2調(diào)角波的性質(zhì)一、瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位的關(guān)系可用旋轉(zhuǎn)矢量來說明。實(shí)軸t=0ω（t）t=t設(shè)旋轉(zhuǎn)矢量的長度為Vm，其他指標(biāo)如圖中標(biāo)注。該矢量在實(shí)軸上的投影：瞬時(shí)頻率為瞬時(shí)相位為從圖中可看出瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位的關(guān)系。例：求在t=0時(shí)的瞬時(shí)頻率。解：

3、在t＝0時(shí)當(dāng)瞬時(shí)頻率?(t)為一個(gè)常數(shù)?0的時(shí)候，就得到簡諧振蕩信號(hào)的表達(dá)式:實(shí)軸t=0ω（t）t=t二、調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式1、調(diào)頻信號(hào)：保持載波振幅不變，而其瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)發(fā)生變化，且變化的大小與調(diào)制信號(hào)的強(qiáng)度成線性關(guān)系的已調(diào)信號(hào)。故調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率為其中Kf是比例常數(shù)(調(diào)頻靈敏度)，它表示單位調(diào)制信號(hào)電壓所引起的角頻率偏移，單位為rad/s·V。假設(shè)初相位為零，則調(diào)頻波的瞬時(shí)相位為故調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：由前面的分析可以知，調(diào)頻和調(diào)相有本質(zhì)上的聯(lián)系。我們可以將兩者對照來看，有些結(jié)論還可以類推得到。假設(shè)初相

4、位為零，則調(diào)相波的瞬時(shí)相位為故調(diào)相波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：調(diào)相波的瞬時(shí)頻率為其中Kp是比例常數(shù)（調(diào)相靈敏度），它表示單位調(diào)制信號(hào)電壓所引起的相位偏移，單位為rad/V。2、調(diào)相信號(hào)：保持載波振幅不變，而其瞬時(shí)相位隨調(diào)制信號(hào)發(fā)生變化，且變化的大小與調(diào)制信號(hào)的強(qiáng)度成線性關(guān)系的已調(diào)信號(hào)。有了調(diào)頻波和調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式，我們給出兩個(gè)定義：瞬時(shí)頻率偏移的最大值稱為頻偏，記為瞬時(shí)相位偏移的最大值稱為調(diào)制指數(shù)，記為對FM而言：對PM而言：說明：調(diào)幅指數(shù)不能大于1（出現(xiàn)失真），但無論是調(diào)頻還是調(diào)相，調(diào)制指數(shù)均可以大于1。載波，調(diào)制信號(hào)

5、比較內(nèi)容調(diào)頻波FM調(diào)相波PM表達(dá)式瞬時(shí)頻率瞬時(shí)相位頻偏調(diào)制指數(shù)接下來將問題簡化，看一下單音調(diào)制時(shí)，調(diào)角波的表達(dá)式和性質(zhì)。載波信號(hào)為調(diào)制信號(hào)為則調(diào)頻波表達(dá)式為調(diào)相波表達(dá)式為調(diào)頻波的頻偏與調(diào)制頻率沒有關(guān)系，調(diào)制指數(shù)與調(diào)制頻率成反比；調(diào)相波的頻偏與調(diào)制頻率成正比，調(diào)制指數(shù)與調(diào)制頻率沒有關(guān)系。這是他們的本質(zhì)區(qū)別。調(diào)頻波、調(diào)相波的頻偏和調(diào)制指數(shù)分別為:但無論是哪種調(diào)角波，其頻偏和調(diào)制指數(shù)之間的關(guān)系是一定的，即頻偏和調(diào)制指數(shù)與調(diào)制頻率的關(guān)系三、調(diào)角波的頻譜與有效帶寬由于調(diào)頻波和調(diào)相波的方程式非常相近，因此我們重點(diǎn)分析調(diào)頻波的

6、頻譜、帶寬，調(diào)相波類推得到。我們來看單音調(diào)制的調(diào)頻波的頻譜。其中出現(xiàn)了兩個(gè)特殊的函數(shù)，使用貝賽爾（Bessel）函數(shù)理論分析。1、頻譜結(jié)構(gòu)利用三角公式：可展開得到：式中，Jn（mf）是以mf為參數(shù)的n階第一類貝賽爾函數(shù)。其值可以由曲線和函數(shù)表查出。載頻第一對邊頻第二對邊頻第三對邊頻貝賽爾函數(shù)曲線可以總結(jié)出單音調(diào)制的調(diào)頻波頻譜特點(diǎn)：1）包含載頻和無窮多對上下邊頻分量，各頻率分量之間的距離都等于調(diào)制頻率，各分量的振幅都由貝塞爾函數(shù)值決定。從這個(gè)角度看，調(diào)頻波的頻譜是無限寬的；2）對于同一調(diào)制指數(shù)，隨著函數(shù)階數(shù)的升高，

7、函數(shù)值總的趨勢是減小，即邊頻分量的振幅總的趨勢是減小的。意味著可以選取一個(gè)有效帶寬；ω0+Ωω0+2Ωω0+3Ω3）調(diào)制指數(shù)越大，具有較大振幅的邊頻分量就越多。意味著有效帶寬會(huì)增大。4）對于某些mf的值，載頻和某些邊頻分量的振幅為零。對于調(diào)制信號(hào)為包含多頻率分量的多頻調(diào)制情況，調(diào)頻波和調(diào)相波的頻譜結(jié)構(gòu)將更加復(fù)雜，2、功率關(guān)系調(diào)頻波總功率仍然是等于載頻和各邊頻分量的功率之和。根據(jù)貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)，大括號(hào)內(nèi)各項(xiàng)的和為1。可見調(diào)頻前后總功率并沒有發(fā)生變化，而只是將調(diào)頻前的載波功率重新分配到各個(gè)邊頻上，這也是與振幅調(diào)制所

8、不同的。進(jìn)一步分析表明，調(diào)制后盡管部分功率由載頻向邊頻轉(zhuǎn)換，但大部分能量還是集中在載頻附近的若干個(gè)邊頻之中。由貝塞爾函數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)階數(shù)n＞m時(shí)，Jn(m)值隨n的增大迅速下降，而且當(dāng)n＞(m+1)時(shí)，Jn(m)的絕對值小于0.1。3、有效頻帶寬度前面講到，階數(shù)增大時(shí)，貝塞爾函數(shù)值減小，對應(yīng)的高次邊頻分量振幅減小，功率自然也就減小了。高到一定次數(shù)的邊頻分量振幅小到可以忽略