调相调频.pptx

第第6章章角度调制与解调角度调制与解调2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs本章主要内容：n角度调制（调频、调相）原理n调频波产生电路n调频波解调电路2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs6.1 概述概述调频（调频（FM）：）：用被传送的低频信号去控制载用被传送的低频信号去控制载波信号的波信号的频率频率。或载波信号的或载波信号的频率随调制信号而变。频率随调制信号而变。调相调相（PM）：）：用被传送的低频信号去控制载用被传送的低频信号去控制载波信号的波信号的相位相位。或载波信号的或载波信号的频率随调制信号而变。频率随调制信号而变。统称为角度调制统称为角度调制 Flash2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs原原因：因：瞬时角频率：瞬时角频率：瞬时相角：瞬时相角：为为积分常数，积分常数，即初始相角即初始相角2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs6.2 调角波的性质调角波的性质一、调频及数学表达：一、调频及数学表达：角频率偏移程度由调制信号幅度决定角频率偏移程度由调制信号幅度决定频偏频偏 设调制信号为单一频率的正弦波：设调制信号为单一频率的正弦波：载波信号：载波信号：调制后瞬时角频率调制后瞬时角频率：（：（受调制信号控制，随时间变化）受调制信号控制，随时间变化）c为常数，不为常数，不随时间变化随时间变化2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs将将(t)t)代入上式，得（设初相角代入上式，得（设初相角 为为0 0）式中式中称作调频波的调制指数，称作调频波的调制指数，它可以大于它可以大于1 1 FlashFlash 调频波：调频波：（已调波）（已调波）2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs二、调相及数学表达：二、调相及数学表达：称作称作 调相指数调相指数 Flash 设调制信号为：设调制信号为：载波信号：载波信号：调制后瞬时相角：调制后瞬时相角：则则调相波调相波（已调波）：（已调波）：2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs三、调频与调相的关系三、调频与调相的关系1.当产生当产生FM和和PM波的调制信号、载波信号相波的调制信号、载波信号相同时，两者在相位上相差同时，两者在相位上相差90oS设调制信号为设调制信号为FMPM 载波信号：载波信号：则则2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs2.调制指数调制指数调频时调频时调调相相时时 3.最大频率偏移最大频率偏移调频时调频时调调相相时时与调制信号振幅与调制信号振幅成正比，频率成成正比，频率成反比。反比。与调制信号频率无关。与调制信号频率无关。与调制信号的幅度成与调制信号的幅度成正比，与其频率无关正比，与其频率无关Flash 2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs四、调角波的频谱四、调角波的频谱利用贝塞尔函数理论中的两个公式：利用贝塞尔函数理论中的两个公式：代入上边展开的调角波表达式中，得：代入上边展开的调角波表达式中，得：2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第一对边频第一对边频第二对边频第二对边频第三对边频第三对边频载频载频结论：结论：1.1.一个一个FMFM波，除有载频波，除有载频 分量外，分量外，还有无穷多个边频分量，边频之还有无穷多个边频分量，边频之间的间隔仍为间的间隔仍为 。2.2.边频幅度的大小为边频幅度的大小为 ，由由BessellBessell函数决定。函数决定。2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs可见，可见，mf值越大，贝塞尔函数的阶数将增多。值越大，贝塞尔函数的阶数将增多。这意味着，这意味着，mf值越大值越大，调频波频谱中的边频数调频波频谱中的边频数目增多，从而使频带加宽。目增多，从而使频带加宽。2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labsmf相同时，随着贝塞尔函数阶数升高，其值变化不一定越小。相同时，随着贝塞尔函数阶数升高，其值变化不一定越小。这意味着，调频波的频谱幅度不是线性递减的。这意味着，调频波的频谱幅度不是线性递减的。2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs结论：结论：1 mf相同时，贝塞尔函数阶数升高，其值变化相同时，贝塞尔函数阶数升高，其值变化不一定越小。这意味着，调频波的频谱幅度不是不一定越小。这意味着，调频波的频谱幅度不是线性递减的。线性递减的。2 mf值越大，贝塞尔函数的阶数将增多。这意值越大，贝塞尔函数的阶数将增多。这意味着，调频波频谱中的边频数目增多，从而使频味着，调频波频谱中的边频数目增多，从而使频带加宽。带加宽。2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs五、调角波的频带宽度五、调角波的频带宽度因为因为即宽带调频即宽带调频由由BessellBessell函数的特点，当阶数函数的特点，当阶数 时，时，则认为则认为 ，边频总数为，边频总数为1、mf12001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs对于窄带调频对于窄带调频 mf1 时时(工程上只需工程上只需mf0.25)边频分量很少，只有边频分量很少，只有1到到3项项例题例题p152则：则：2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs六、调角信号频谱与调制信号的关系六、调角信号频谱与调制信号的关系见光盘见光盘（1 1）固定）固定 ，改变，改变mf，即改变调制信号幅度即改变调制信号幅度U U m m（2 2）固定）固定 ，改变，改变 ，即改变调制信号频率，即改变调制信号频率F F，而其幅度而其幅度U U m m不变。不变。说明：说明：（1 1）PMPM波的频带利用率不如波的频带利用率不如FMFM波好。波好。（2 2）调角波在调制前后总的功率不变，只是将原）调角波在调制前后总的功率不变，只是将原来载波功率中的一部分转入边频中去。来载波功率中的一部分转入边频中去。2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs6.3 调频信号的产生调频信号的产生一、调频方法一、调频方法直接调频：直接调频：调制信号直接控制载波振荡器的频率调制信号直接控制载波振荡器的频率间接调频：间接调频：先用先用调制信号改变载波的相位，再变调制信号改变载波的相位，再变 换为调频换为调频二、调频电路性能指标二、调频电路性能指标 p154图图6-9 光盘光盘2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs6.4 调频电路调频电路一、变容二极管调频电路一、变容二极管调频电路1.变容二极管变容二极管 电压控制可变电抗元件电压控制可变电抗元件（1 1）符号、等效电路）符号、等效电路2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsC-U曲线见光盘曲线见光盘 反偏压越大，则电容越小反偏压越大，则电容越小 U为外加反偏压，为外加反偏压，n为电容变化系数，为电容变化系数，n越大，越大，C随随U变化越明显。变化越明显。（2 2）结电容与反向电压关系）结电容与反向电压关系2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs2.变容二极管调频原理变容二极管调频原理定性分析：图定性分析：图6-12 见光盘见光盘定量分析定量分析：2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs频偏频偏2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs3.变容二极管调频原理电路变容二极管调频原理电路p158分析思路：分析思路：变容二极管上要加固定偏压和调制信号变容二极管上要加固定偏压和调制信号变容二极管要作为高频振荡电路的一部分变容二极管要作为高频振荡电路的一部分ZLZL高频扼流圈，对直流和音频，可看作短路；高频扼流圈，对直流和音频，可看作短路；对高频，可看作开路。对高频，可看作开路。C C2 2耦合电容，对直流和音频，可看作开路。耦合电容，对直流和音频，可看作开路。问题思考：为什么要加电容问题思考：为什么要加电容C1？2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs二、电抗管调频电路二、电抗管调频电路电抗管：由电抗管：由一只晶体管或场效应管一只晶体管或场效应管加上由加上由电抗和电阻元件构成的电抗和电阻元件构成的移相网络移相网络组成。组成。它等效为一个它等效为一个电抗元件电抗元件（电感或电容）（电感或电容）且且其参数可以随调制信号而变化其参数可以随调制信号而变化。1.电抗管调频原理电抗管调频原理原理电路：见光盘原理电路：见光盘2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs2.等效电抗的推导等效电抗的推导（1）晶体管电抗管的等效电抗）晶体管电抗管的等效电抗（2）场效应管电抗管的等效电抗）场效应管电抗管的等效电抗等效电抗是一个电容等效电抗是一个电容等效电抗是一个电感等效电抗是一个电感（课后自己练习）（课后自己练习）见光盘见光盘3.电抗管调频电路的特点电抗管调频电路的特点优点：能获得较大的频偏；便于做成集成电路。优点：能获得较大的频偏；便于做成集成电路。缺点：载频不能很高，频率稳定度较低。缺点：载频不能很高，频率稳定度较低。2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs三、晶体振荡器调频电路三、晶体振荡器调频电路1.1.石英晶体振荡器变容管调频电路石英晶体振荡器变容管调频电路2.2.用用 网络变换获得较大频偏网络变换获得较大频偏频率稳定度高，但频偏不太大频率稳定度高，但频偏不太大四、间接调频电路四、间接调频电路 1、调相电路调相电路失谐法失谐法 2、积分电路积分电路RC电路电路2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs已知已知FM波：波：即即FM波相角偏移的最大值需满足：波相角偏移的最大值需满足：则，间接调频的实现过程：则，间接调频的实现过程：2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs四、间接调频电路四、间接调频电路 2、积分电路积分电路RC电路电路其中其中1、调相电路调相电路失谐法失谐法 Flash 实现实现实现：实现：2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs优点：中心频率稳定度高优点：中心频率稳定度高缺点：为了实现线性调相，缺点：为了实现线性调相，因而，因而 最大频偏小。最大频偏小。改善：可以通过倍频法，提高频偏和载频。改善：可以通过倍频法，提高频偏和载频。实际电路实例实际电路实例2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs6.5 调频波的解调调频波的解调从从FM波中得到原来的调制信号波中得到原来的调制信号 频率检波频率检波或或鉴频鉴频。完成鉴频功能的电路完成鉴频功能的电路鉴频器鉴频器频率检波的框图与波形见光盘频率检波的框图与波形见光盘鉴频器包括两部分：鉴频器包括两部分：1.线性变换部分线性变换部分：等幅：等幅FM波波AM-FM波波 2.幅度检波幅度检波：二极管对调幅波检波二极管对调幅波检波2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs一、鉴频器的性能指标一、鉴频器的性能指标1.鉴频跨导（又叫鉴频灵敏度）鉴频跨导（又叫鉴频灵敏度）2.鉴频频带宽度鉴频频带宽度 B（大于等于大于等于2倍的倍的FM波最大频偏）波最大频偏）3.非线性失真非线性失真4.抑制寄生调幅抑制寄生调幅二、斜率鉴频器二、斜率鉴频器 斜率鉴频器由斜率鉴频器由失谐单谐振回路失谐单谐振回路和和二极管包络检波器二极管包络检波器组成组成2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs1.电路与工作原理电路与工作原理 利用利用并联并联LC回路幅频特性的倾斜部分回路幅频特性的倾斜部分将将等幅等幅FM波波AM-FM波；波；再通过再通过二极管对调幅波检波，便可得到二极管对调幅波检波，便可得到调制信号。调制信号。2.优缺点（一般用于质量要求不高的简易接优缺点（一般用于质量要求不高的简易接 收机中）收机中）优点：电路简单优点：电路简单缺点：灵敏度与线性范围矛盾缺点：灵敏度与线性范围矛盾 Q大大，灵敏度，灵敏度高高，但线性范围，但线性范围窄窄；Q小，灵敏度低，但线性范围宽。小，灵敏度低，但线性范围宽。二、斜率鉴频器二、斜率鉴频器2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs三、参差调谐鉴频器三、参差调谐鉴频器 由两个单失谐斜率鉴频器构成。由两个单失谐斜率鉴频器构成。2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs四、相位鉴频器四、相位鉴频器 相位鉴频器：相位鉴频器：利用回路的利用回路的相位相位-频率频率特性特性来实现将来实现将调频波变换为调幅调频波。调频波变换为调幅调频波。线性网络线性网络频率频率-相位变换相位变换相位（幅度）相位（幅度）检波器检波器U1Uo2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs常用的相位鉴频器：常用的相位鉴频器：电感耦合相位鉴频器电感耦合相位鉴频器 电容耦合相位鉴频器电容耦合相位鉴频器1.电路与工作原理电路与工作原理 线性变换电路部分（频相转换网络）线性变换电路部分（频相转换网络）幅度检波部分幅度检波部分 L3高频扼流圈：高频扼流圈：（1）把原边电压引入副边回路）把原边电压引入副边回路（2）提供直流及低频电路通路）提供直流及低频电路通路2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs因为因为所以所以2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs原理：原理：（1 1）变，变，对对 的相位随的相位随 变，变，的大小随的大小随 变，变，正是利用这种相位变化的特点，将正是利用这种相位变化的特点，将频率的频率的变化转换为幅度的变化变化转换为幅度的变化。（2 2）幅度检波：）幅度检波：每一个检波器的输出电压每一个检波器的输出电压 也随也随 变，所以总输出也随变，所以总输出也随 变。变。2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs2.优缺点优缺点优点：优点：S曲线线性度好，检波失真小曲线线性度好，检波失真小 S曲线斜率大，鉴频灵敏度高曲线斜率大，鉴频灵敏度高 S曲线线性范围大曲线线性范围大缺点：线路复杂；调整较困难。缺点：线路复杂；调整较困难。2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs五、比例鉴频器五、比例鉴频器1.1.电路电路 比比例例鉴鉴频频器器是是一一种种类类似似于于相相位位鉴鉴频频器器，而而又又具具有自限幅能力的鉴频器。有自限幅能力的鉴频器。与互感耦合相位鉴频器电路的区别在于：与互感耦合相位鉴频器电路的区别在于：(1)(1)两个二极管顺接；两个二极管顺接；(2)(2)在在电电阻阻(R R1 1+R R2 2)两两端端并并接接一一个个大大电电容容C C，容容量约在量约在1010FF数量级。数量级。(3)(3)接地点和输出点改变。接地点和输出点改变。2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs2.2.工作原理工作原理固定不变固定不变2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs(1)(1)输出电压输出电压3.3.电路特点电路特点比较相位鉴频器：比较相位鉴频器：是相位鉴频器的一半是相位鉴频器的一半(2)(2)输出电压仅取决于比值输出电压仅取决于比值2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs相位鉴频相位鉴频鉴频特性比较 2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs 如果输入调频波出现振幅起伏（寄生调幅）如果输入调频波出现振幅起伏（寄生调幅）时，上、下检波器的输出电压时，上、下检波器的输出电压 同时同时增大增大或减小，但是两电压之比不变。即输出电压不会或减小，但是两电压之比不变。即输出电压不会随调频波的振幅起伏而发生变化。随调频波的振幅起伏而发生变化。比例鉴频器的自动限幅功能比例鉴频器的自动限幅功能（3 3）有限幅作用）有限幅作用代价：输出电压幅度只有相位鉴频器的一半。代价：输出电压幅度只有相位鉴频器的一半。2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs6.6 限幅器n限幅器的作用n限幅特性曲线n限幅电路 1 二极管限幅器 2 三极管限幅器2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs6.7 调制方式（调制方式（FM、AM）的比较的比较1.抗干扰性能抗干扰性能问题：为什么目前广播电视采用宽带调频，问题：为什么目前广播电视采用宽带调频，而一般移动通信设备采用窄带调频？而一般移动通信设备采用窄带调频？2.频带宽度频带宽度问题：若广播要提高声音质量（音质），问题：若广播要提高声音质量（音质），采用哪种调制方式较好？为什么？采用哪种调制方式较好？为什么？2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs3.发射功率和耗电量发射功率和耗电量问题：相同载波功率的条件下，调频发射机问题：相同载波功率的条件下，调频发射机所需的功率要比调幅发射机小，为什么？所需的功率要比调幅发射机小，为什么？4.强信号堵塞现象强信号堵塞现象问题：若发生强信号堵塞现象，对调幅波有问题：若发生强信号堵塞现象，对调幅波有什么影响？什么影响？