信息与通信角度调制与解调.pptx

如果如果受控的是载波信号的频率受控的是载波信号的频率，称频率调制，简称，称频率调制，简称调频调频(FM)若若受控的是载波信号的相位受控的是载波信号的相位，称为相位调制，简称，称为相位调制，简称调相调相(PM)任意正弦波信号：任意正弦波信号：调制信号调制信号 如果利用如果利用调制信号去控制三个参量中的某个调制信号去控制三个参量中的某个，可产生调制的作用，可产生调制的作用:AM:FM:PM:角度调制角度调制 角度调制角度调制是是用调制信号去控制载波信号角度用调制信号去控制载波信号角度(频率或相频率或相位位)变化变化的一种信号变换方式。的一种信号变换方式。无论是无论是FM还是还是PM，载波信号的幅度都不受调制信号的影响。，载波信号的幅度都不受调制信号的影响。振幅调制方式振幅调制方式:AM DSB 属属于于频频谱谱线线性性搬搬移移电电路路,调调制制信信号号寄寄生生于已调信号的振幅变化中于已调信号的振幅变化中FMPM 调调制制方方式式：属属于于频频谱谱的的非非线线性性搬搬移移电电路路,已已调调波波为为等等幅幅波波,调调制制信息寄生于已调波的频率和相位变化中信息寄生于已调波的频率和相位变化中 SSB 角度调制与解调和振幅调制与解调最大的区别角度调制与解调和振幅调制与解调最大的区别在在频率频率变换前后频谱结构的变化不同。变换前后频谱结构的变化不同。调频波的解调称为鉴频或频率检波，调相波的解调称调频波的解调称为鉴频或频率检波，调相波的解调称鉴相或相位检波。鉴相或相位检波。与调幅波的检波一样，鉴频和鉴相也是与调幅波的检波一样，鉴频和鉴相也是从已调信号中还原出原调制信号。从已调信号中还原出原调制信号。角度调制的主要优点角度调制的主要优点:抗干扰性强抗干扰性强.FM广泛应用于广播、电视、通信以广泛应用于广播、电视、通信以及遥测方面，及遥测方面，PM主要应用于数字通信。主要应用于数字通信。角度调制主要缺点角度调制主要缺点:占据频带宽，频带利用不经济。占据频带宽，频带利用不经济。FM，PM从已调波中检取出原调制信号的过程称为解调从已调波中检取出原调制信号的过程称为解调(AM)振幅解调振幅解调检波检波(FM)频率解调频率解调鉴频鉴频 detection(frequency discrimination)(PM)相位解调相位解调检相检相(phase detection)AM当进行角度调制当进行角度调制（FM或或PM）后）后,其已调波的角频率将是时间的函数其已调波的角频率将是时间的函数即即(t)。可用右图所示的旋转矢量。可用右图所示的旋转矢量表示表示t=t(t)t=0实轴实轴t=t 时刻，时刻，矢量与实轴之间的瞬时相角为矢量与实轴之间的瞬时相角为 而该矢量在实轴上的投影：而该矢量在实轴上的投影：7.1 调角信号的分析调角信号的分析 一、调角信号的分析与特点一、调角信号的分析与特点1.瞬时频率和瞬时相位瞬时频率和瞬时相位（instantaneous frequency and phase）如果设如果设高频载波信号为高频载波信号为：初相角为初相角为 设旋转矢量的长度为设旋转矢量的长度为Uc,且当且当t=0时，时，调制信号调制信号：(1)调频调频FM：由于由于已调波频率随调制信号线形变化已调波频率随调制信号线形变化，则有：，则有：载波角频率载波角频率 ：FM波的中心频率波的中心频率 调频灵敏度调频灵敏度 单位调制信号振幅引起的频率偏移单位调制信号振幅引起的频率偏移.瞬时频率偏移瞬时频率偏移（简称（简称频偏频偏）寄载了调制信息，表示瞬时频率相对于载波频率的偏移寄载了调制信息，表示瞬时频率相对于载波频率的偏移.2.调频信号与调相信号的数学表示：调频信号与调相信号的数学表示：载波信号载波信号：最大频偏最大频偏 另外，由瞬时频率与所对应的瞬时相位的关系，若设另外，由瞬时频率与所对应的瞬时相位的关系，若设 则：则：瞬时相位偏移瞬时相位偏移 最大相位偏移最大相位偏移：一般令一般令，称为称为FM波的调频指数波的调频指数一般调频信号的一般调频信号的数学表达式：数学表达式：对于单一频率调制信号对于单一频率调制信号调频波调频波波形波形图图(a):调制信号调制信号u 图图(c):瞬时频率瞬时频率调频波的波形图调频波的波形图 当当u 为波峰时，频率为波峰时，频率 c+m为最大为最大当当u 为波谷时，频率为波谷时，频率 cm为最小为最小(t)与调制信号相差与调制信号相差90。图图(b):调频波调频波是在载频的基础上叠加了随调制是在载频的基础上叠加了随调制信号变化的部分。信号变化的部分。图图(d):调频时引起的附加相位调频时引起的附加相位 偏移的瞬时值偏移的瞬时值由于由于已调波的相位随调制信号线形变化已调波的相位随调制信号线形变化，则有，则有：载波的相位角载波的相位角 调相灵敏度调相灵敏度 单位调制信号振幅引起的相位偏移单位调制信号振幅引起的相位偏移 瞬时相位偏移瞬时相位偏移相对于相对于 的偏移。的偏移。(2)相位调制：相位调制：最大相位移最大相位移（调相指数调相指数）由瞬时相位与所对应的瞬时频率之间的关系，可得：由瞬时相位与所对应的瞬时频率之间的关系，可得：瞬时频偏瞬时频偏 最大频偏最大频偏PM波的表达式为：波的表达式为：对于单一频率调制信号对于单一频率调制信号 瞬时频率瞬时频率调相波的波形图调相波的波形图 u 0p2p2ptf(f(t)o0Dwmtt(t)调制信号调制信号(单音信号单音信号)调相波调相波瞬时相位随调制信号变化瞬时相位随调制信号变化u0p2p2ptf(t)00Dwmttw(t)调频时，调频时，载波的载波的瞬时频率与调制信号成线性关系瞬时频率与调制信号成线性关系，载波的瞬时相位与调制信号的积分成线性关系；载波的瞬时相位与调制信号的积分成线性关系；调相时，调相时，载波的瞬时频率与调制信号的微分成线性关系，载波的瞬时频率与调制信号的微分成线性关系，载波的载波的瞬时相位与调制信号成线性关系。瞬时相位与调制信号成线性关系。载波信号载波信号：调制信号调制信号：FM波波 PM波波1)瞬时频率瞬时频率：(3)调频信号与调相信号的比较调频信号与调相信号的比较2)瞬时相位：瞬时相位：3)最大频偏最大频偏 4)最大相偏：调制指数最大相偏：调制指数 5)表达式表达式:一般调角信号的表达式：一般调角信号的表达式：mp mmmfFM波：波：PM波：波：频偏和调制指数与调制频率的关系频偏和调制指数与调制频率的关系(当当u 恒定时恒定时)(a)调频波；调频波；(b)调相波调相波 调频、调相二种调制方法的根本区别调频、调相二种调制方法的根本区别 调频波的频偏与调制频率调频波的频偏与调制频率 无关，调频指数无关，调频指数mf则与则与 成反比；成反比；调相波的频偏调相波的频偏m与与 成正比，调相指数则与成正比，调相指数则与 无关。无关。讨论：讨论：无论调频还是调相，最大频移无论调频还是调相，最大频移(频偏频偏)与调制指数之间的与调制指数之间的关系都是相同的。若调制指数都用关系都是相同的。若调制指数都用m表示，则频偏表示，则频偏m与与m之间满足以下关系之间满足以下关系 m=m 或或 fm=mF需要说明需要说明:在振幅调制中，调幅度在振幅调制中，调幅度ma1，否则会产生过调制失真。，否则会产生过调制失真。而在角度调制中，无论调频还是调相，调制指数均可大于而在角度调制中，无论调频还是调相，调制指数均可大于1。FM波：波：PM波：波：二、调角信号的频谱与带宽二、调角信号的频谱与带宽1.调频波和调相波的频谱调频波和调相波的频谱如果用如果用m代替代替mf 或或 mp，把，把 FM 和和 PM信号用统一的调角信号用统一的调角信号来表示信号来表示 式中：式中：函数函数cos(msin t)和和sin(msin t)，为特殊函数，为特殊函数,采用贝塞尔函数分析采用贝塞尔函数分析，可分解为，可分解为第一类贝塞尔函数曲线第一类贝塞尔函数曲线 图为阶数图为阶数n=0-12的的Jn(m)与与m值的关系曲线。由图可知，值的关系曲线。由图可知，阶数阶数n或数值或数值m越大，越大，Jn(m)的变化范围越小；的变化范围越小；Jn(m)随随m的增大的增大作正负交替变化；作正负交替变化；m在某些数值上，在某些数值上，Jn(m)为零为零又利用三角函数积化和差公式：又利用三角函数积化和差公式：所以上式最终可表示为所以上式最终可表示为：由第一类由第一类Bessel function的性质：的性质：所以有所以有:不论不论m为何值，随着阶数为何值，随着阶数n的增大，边频分量的的增大，边频分量的振幅总的趋势是减小的；振幅总的趋势是减小的；m越大，具有较大振幅的边越大，具有较大振幅的边频分量就越多；频分量就越多；结论：结论：对于某些对于某些m值，载频或某些边频分量的振幅为零，利值，载频或某些边频分量的振幅为零，利用这一现象，可以测量调频波和调相波的调制指数。用这一现象，可以测量调频波和调相波的调制指数。调频信号的矢量表示调频信号的矢量表示 2.调频波和调相波的功率调频波和调相波的功率 调频波和调相波的平均功率与调幅波一样，也调频波和调相波的平均功率与调幅波一样，也为载频功率和各边频功率之和。为载频功率和各边频功率之和。单频调制时，调频波和调相波的平均功率单频调制时，调频波和调相波的平均功率 根据第一类贝塞尔函数的性质，根据第一类贝塞尔函数的性质，上式括弧中各项之和恒等上式括弧中各项之和恒等于于1，所以调频波和调相波的平均功率为所以调频波和调相波的平均功率为 可见，可见，调频波和调相波的平均功率与调制前的等幅调频波和调相波的平均功率与调制前的等幅载波功率相等。载波功率相等。这说明，这说明，调制的作用仅是将原来的载频功率重新分配到调制的作用仅是将原来的载频功率重新分配到各个边频上，而总的功率不变各个边频上，而总的功率不变。这一点与调幅波完全不同。这一点与调幅波完全不同。进一步分析表明，进一步分析表明，调制后尽管部分功率由载频向边频转调制后尽管部分功率由载频向边频转换，但大部分能量还是集中在载频附近的若干个边频之中换，但大部分能量还是集中在载频附近的若干个边频之中由贝塞尔函数可以发现，由贝塞尔函数可以发现，当阶数当阶数nm时，时，Jn(m)值随值随n的增大迅速下降，的增大迅速下降，而且当而且当n(m+1)时，时，Jn(m)的绝对值小于的绝对值小于0.1或相对功率值或相对功率值小于小于0.01。实际中实际中可以把调角信号认为是有限带宽的信号，这取决于实际应可以把调角信号认为是有限带宽的信号，这取决于实际应用中允许解调后信号的失真程度。用中允许解调后信号的失真程度。工程上有两种不同的准则：工程上有两种不同的准则：以调频信号为例，调相同调频以调频信号为例，调相同调频(1)比较精确的准则：比较精确的准则：FM信号带宽包括幅度大于未调载波振幅信号带宽包括幅度大于未调载波振幅1%以上的边频分量以上的边频分量如果在满足上述条件下的最高边频的次数为如果在满足上述条件下的最高边频的次数为n max，则则FM信号的带宽为信号的带宽为 利用利用Bessel function可得近似公式可得近似公式:3.调角信号的带宽调角信号的带宽 对有限频带的调制信号，即对有限频带的调制信号，即F=F minF max，调角信号的频带为：调角信号的频带为：(2)常用的工程准则常用的工程准则:凡是振幅小于未调载波振幅的凡是振幅小于未调载波振幅的10%15%的边频分的边频分量可以忽略不计量可以忽略不计BFM=2(mf+1)F在实际应用中也常区分为：在实际应用中也常区分为：则由贝塞尔函数可得则由贝塞尔函数可得:有效的上下边频分量总数为有效的上下边频分量总数为2(m+1)个个，即调频波和调相波的有效频带宽度定为即调频波和调相波的有效频带宽度定为B=2(m+1)Fmax 可见，可见，调频波和调相波的有效频带宽度与它们的调调频波和调相波的有效频带宽度与它们的调制系数制系数m有关，有关，m越大，有效频带越宽。越大，有效频带越宽。但是，但是，对于用同一个调制信号对载波进行调频和调相对于用同一个调制信号对载波进行调频和调相时，两者的频带宽度因时，两者的频带宽度因mf和和mp的不同而互不相同。的不同而互不相同。B=2(m+1)Fmax三、调频波与调相波的联系与区别三、调频波与调相波的联系与区别可以看出可以看出FM与与PM两者之间的关系两者之间的关系：这种关系为间接调频方法奠定了理论基础这种关系为间接调频方法奠定了理论基础 当调制信号频率当调制信号频率F发生变化时，调频波的调制发生变化时，调频波的调制指数指数mf与与F成反比变化，其频宽宽度基本不变，成反比变化，其频宽宽度基本不变，故故称恒带调制称恒带调制 而当调制信号频率而当调制信号频率F变化时，调相波的调制指数变化时，调相波的调制指数mp与与F无关，其频带宽度随调制频率无关，其频带宽度随调制频率F变化变化FM波：波：PM波：波：根据前述分析可知根据前述分析可知调制频率不同时调制频率不同时FM及及PM信号的频谱信号的频谱 但是当调制信号幅度不变而频率增加到但是当调制信号幅度不变而频率增加到2kHz及及4kHz时，时，对对FM波来说，虽然调制频率提高了，但因波来说，虽然调制频率提高了，但因mf 减小，减小，使有效边频数目减小，所以有效谱宽只增加到使有效边频数目减小，所以有效谱宽只增加到28kHz及及32kHz，即增加是有限的。，即增加是有限的。对对PM波来说，波来说，mp不变，故谱宽随不变，故谱宽随F成正比例地增加到成正比例地增加到52kHz及及104kHz，因而占用的频带很宽，极不经济。，因而占用的频带很宽，极不经济。B=2(m+1)Fmax 在本节结束前，要强调几点在本节结束前，要强调几点:(1)角角度度调调制制是是非非线线性性调调制制,在在单单频频调调制制时时会会出出现现(cn)分分量量,在在多多频频调调制制时时还还会会出出现现交交叉叉调调制制(cn1k2+)分量。分量。(2)调频的频谱结构与调频的频谱结构与m密切相关。密切相关。m大，频带宽。大，频带宽。(3)与与AM调制相比，角调方式的设备利用率高，因调制相比，角调方式的设备利用率高，因其平均功率与最大功率一样。其平均功率与最大功率一样。7.2调频方法及调频电路调频方法及调频电路 7.2.1 调频方法调频方法 一一 调频器及性能指标调频器及性能指标 二二 实现调频、调相的原理实现调频、调相的原理 三三 调频方法调频方法7.2.2 调频电路调频电路 一一 直接调频电路直接调频电路 二二 间接调频电路间接调频电路 一一 调频器及性能指标调频器及性能指标二二 实现调频、调相的原理实现调频、调相的原理 1 直接调频、调相原理直接调频、调相原理 2 间接调频、调相原理间接调频、调相原理三、调频方法三、调频方法 1 直接调频法直接调频法 2 间接调频法间接调频法 (1)矢量合成法矢量合成法(2)可变移相法可变移相法(3)可变延时法可变延时法7.2.1 调频方法调频方法一、调频器及性能指标一、调频器及性能指标 衡量的性能指标：衡量的性能指标：1 调制特性线性要好调制特性线性要好 2 最大频偏满足要求最大频偏满足要求 3 调制灵敏度要高调制灵敏度要高 4 载波性能要好载波性能要好 调频特性曲线调频特性曲线 调频器：调频器：实现调频的电路或部件称为调频器或调频电路实现调频的电路或部件称为调频器或调频电路 （广义上调频器还应包括高频振荡器）（广义上调频器还应包括高频振荡器）在无线通信中，对调频器的主要要求有两个方面：在无线通信中，对调频器的主要要求有两个方面：调制性能和载波性能调制性能和载波性能最大频偏和调制线性是调频器的两个相互矛盾的指标最大频偏和调制线性是调频器的两个相互矛盾的指标如何扩展频偏如何扩展频偏是调制器设计的一个关键问题是调制器设计的一个关键问题由相位与频率之间的关系：由相位与频率之间的关系：以上的过程为直接调频或直接调相以上的过程为直接调频或直接调相 二、实现调频、调相的原理二、实现调频、调相的原理 1.直接调频、调相原理直接调频、调相原理2.间接调频、调相原理间接调频、调相原理 频率调制是对调制信号频谱进行非线性频率变换，而频率调制是对调制信号频谱进行非线性频率变换，而不是线性搬移，因而不能简单地用乘法器和滤波器来实现。不是线性搬移，因而不能简单地用乘法器和滤波器来实现。实现调频的方法实现调频的方法分为两大类：分为两大类：直接调频法和间接调频法直接调频法和间接调频法。1.直接调频法直接调频法 这种方法是这种方法是用调制信号直接控制振荡器的振荡频率用调制信号直接控制振荡器的振荡频率,使使振荡频率按调制信号的规律变化振荡频率按调制信号的规律变化。若被控制的是。若被控制的是LC振荡器振荡器,则只需控制振荡回路的某个元件则只需控制振荡回路的某个元件(L或或C),使其参数随调制电使其参数随调制电压信号变化，就可达到直接调频的目的。压信号变化，就可达到直接调频的目的。三、调频方法三、调频方法 在直接调频法中常采用在直接调频法中常采用压控振荡器压控振荡器作为频率调制器来作为频率调制器来产生调频信号。产生调频信号。VCO的特点：的特点：瞬时频率随外加控制信号的变化而变化瞬时频率随外加控制信号的变化而变化 VCO式中：式中：Uc为振荡信号的振幅为振荡信号的振幅 k f为为:VCO控制灵敏度。控制灵敏度。直接调频法的特点直接调频法的特点 优点：优点：原理简单，频偏较大原理简单，频偏较大 缺点：缺点：中心频率不易稳定中心频率不易稳定,常采用自动频率微调（常采用自动频率微调（AFC）电）电路来克服载频偏移。路来克服载频偏移。可变电抗器件的种类：可变电抗器件的种类：变容二极管变容二极管 具有铁氧体磁芯的电感线圈具有铁氧体磁芯的电感线圈 电抗管电路电抗管电路 由场效应管或其它有源器件组成由场效应管或其它有源器件组成在直接调频法中，振荡器与调制器合二为一在直接调频法中，振荡器与调制器合二为一 在正弦振荡器中，在正弦振荡器中，若使可控电抗器连接于晶体振荡器若使可控电抗器连接于晶体振荡器中，可以提高频率稳定度，但频偏减小中，可以提高频率稳定度，但频偏减小。间接调频法的特点间接调频法的特点 优点：优点：实现调相的电路独立于高频载波振荡器以外，所以实现调相的电路独立于高频载波振荡器以外，所以 这种调频波突出的优点是载波中心频率的稳定性可这种调频波突出的优点是载波中心频率的稳定性可 以做得较高。以做得较高。缺点：缺点：可能得到的最大频偏较小可能得到的最大频偏较小2.间接调频法间接调频法 先将调制信号进行积分处理，然后用它控制载波先将调制信号进行积分处理，然后用它控制载波的瞬时相位变化，从而实现间接控制载波的瞬时频率变化的瞬时相位变化，从而实现间接控制载波的瞬时频率变化的方法，称为间接调频法。的方法，称为间接调频法。调频波可以看成调制信号积分后的调相波。这样，调调频波可以看成调制信号积分后的调相波。这样，调相输出的信号相对积分后的调制信号而言是调相波，但对相输出的信号相对积分后的调制信号而言是调相波，但对原调制信号而言则为调频波原调制信号而言则为调频波实现间接调频的关键是如何进行相位调制实现间接调频的关键是如何进行相位调制间接调频实现的原理框图间接调频实现的原理框图借助于调相器得到调频波借助于调相器得到调频波 (2)可变移相法可变移相法 可可变变移移相相法法就就是是利利用用调调制制信信号号控控制制移移相相网网络络或或谐谐振振回回路的电抗或电阻元件来实现调相路的电抗或电阻元件来实现调相 (3)可变延时法可变延时法 将载波信号通过一可控延时网络将载波信号通过一可控延时网络,延时时间延时时间受调制信号控制，即受调制信号控制，即=kdu(t)则则输出信号为输出信号为 u=Uccosc(t-)=Uccosct-kdcu(t)由此可知，由此可知，输出信号已变成调相信号输出信号已变成调相信号了。了。实现相位调制的方法有如下三种实现相位调制的方法有如下三种:(1)矢量合成法矢量合成法 这种方法主要针对窄带调频或调相信号这种方法主要针对窄带调频或调相信号一一 直接调频电路直接调频电路 1 变容二极管直接调频变容二极管直接调频电路电路 2 晶体振荡器直接调频晶体振荡器直接调频电路电路 3 张弛振荡器直接调频电路张弛振荡器直接调频电路二二 间接调频电路间接调频电路 1 间接调频法间接调频法 2 间接调频的实现间接调频的实现7.2.2 调频电路调频电路 1、变容二极管直接调频电路、变容二极管直接调频电路 变容二极管调频电路是一种常用的直接调频电路，变容二极管调频电路是一种常用的直接调频电路，广泛应用于移动通信和自动频率微调系统。广泛应用于移动通信和自动频率微调系统。其优点是工其优点是工作频率高，固有损耗小且线路简单，能获得较大的频偏，作频率高，固有损耗小且线路简单，能获得较大的频偏，其缺点是中心频率稳定度较低。其缺点是中心频率稳定度较低。一、一、直接调频电路直接调频电路(1)变容二极管变容二极管 扩散电容扩散电容:正向偏置正向偏置，电容效应比较小。，电容效应比较小。势垒电容势垒电容:反向偏置反向偏置，势垒区呈现的电容效应。，势垒区呈现的电容效应。所以所以利用利用PN结的电容，结的电容，PN结应工作在反向偏置状态结应工作在反向偏置状态.PN结具有电容效应结具有电容效应 结电容结电容C j与反偏电压与反偏电压u的关系：的关系：PN结反向偏置时，结电容会随外加反向偏压而变化，结反向偏置时，结电容会随外加反向偏压而变化，而专用的变容二极管而专用的变容二极管，是经过特殊工艺处理（控制半导，是经过特殊工艺处理（控制半导体的掺杂浓度和掺杂的分布）体的掺杂浓度和掺杂的分布）使势垒电容能灵敏地随反向偏置使势垒电容能灵敏地随反向偏置电压的变化而呈现较大变化的压控变容元件。电压的变化而呈现较大变化的压控变容元件。变容管的变容管的Cju曲线曲线 可可以以看看出出Cj与与u之之间间是是非非线线性性关关系系，即即变变容容二二极极管管属属于于非非线线性性电电容容，这这种种非非线线性性电电容容基基本本上上不不消消耗耗能能量量，产产生生的的噪噪声声量量级级也也较较小小，是是较较理理想想的的高高效效率率，低噪声非线性电容。低噪声非线性电容。设在变容二极管上加一个设在变容二极管上加一个静态工作电压静态工作电压:UQ 和和一个单频调制信号一个单频调制信号:则结反偏电压：则结反偏电压：而结电容：而结电容：CjuUQutC jtCjQ结电容：结电容：其中：其中：CjuUQutC jtCjQ 把受到调制信号控制的变把受到调制信号控制的变容二极管接入载波振荡器的振容二极管接入载波振荡器的振荡回路，如图所示荡回路，如图所示.变容二极管是一种电压控制可变电抗元件。变容二极管是一种电压控制可变电抗元件。结电容结电容Cj与反向电压与反向电压u之间是非线性关系之间是非线性关系:(2)基本工作原理和定量分析基本工作原理和定量分析 适当选择变容二极管的适当选择变容二极管的特性和工作状态，可以使振特性和工作状态，可以使振荡频率的变化近似地与调制荡频率的变化近似地与调制信号成线性关系。这样就实信号成线性关系。这样就实现了调频。现了调频。则振荡频率亦受到调制信号的控制。则振荡频率亦受到调制信号的控制。变容二极管调频电路的特点：变容二极管调频电路的特点：优点：优点：电路简单电路简单,工作频率较高工作频率较高,容易获得较大的频偏容易获得较大的频偏,在频在频偏不需很大的情况下偏不需很大的情况下,非线性失真可以做得很小。非线性失真可以做得很小。缺点：缺点：变容管的一致性较差，大量生产时会给调试带来某变容管的一致性较差，大量生产时会给调试带来某些麻烦；另外偏置电压的漂移、温度的变化会引起中心频些麻烦；另外偏置电压的漂移、温度的变化会引起中心频率漂移，因此调频波的载波频率稳定度不高。率漂移，因此调频波的载波频率稳定度不高。如何稳定调频波的中心频率呢？如何稳定调频波的中心频率呢？通常采用以下三种方法：通常采用以下三种方法：第一，第一，用晶体振荡器直接调频；用晶体振荡器直接调频；第二，第二，采用自动频率控制电路；采用自动频率控制电路；第三，第三，利用锁相环路稳频。利用锁相环路稳频。这里先讨论第一种方法。这里先讨论第一种方法。2、晶体振荡器直接调频、晶体振荡器直接调频 例如：例如：88-108MHz的调频广播中，各个的调频广播中，各个调频台的中心调频台的中心频率对稳定度不可超过频率对稳定度不可超过 2kHz，否则相邻电台就要发生相，否则相邻电台就要发生相互干扰。互干扰。若某台的中心频率为若某台的中心频率为100MHz，则该电台的振荡频率，则该电台的振荡频率相对稳定度不应劣于相对稳定度不应劣于2 10-5 变容二极管（对变容二极管（对LC振荡器）直接调频电路的主要优振荡器）直接调频电路的主要优点是可获得较大的频偏中心频率稳定度较差。对晶体振点是可获得较大的频偏中心频率稳定度较差。对晶体振荡器调频可得到高稳定度调频信号，是稳频的一种简单荡器调频可得到高稳定度调频信号，是稳频的一种简单方法。方法。晶体直接调频原理图晶体直接调频原理图其中其中:(a)皮尔斯电路皮尔斯电路 变容管与石英晶体相串联，变容管与石英晶体相串联，Cj 受调制电压受调制电压u 的控制的控制因而石英晶体的等效电容也受到控制，也即振荡器的振荡因而石英晶体的等效电容也受到控制，也即振荡器的振荡频率受到调制电压频率受到调制电压u 的控制，获得了调频波。的控制，获得了调频波。L的串入减小石英晶体静态电容的串入减小石英晶体静态电容C0的影响，扩展石英晶的影响，扩展石英晶体的感性区域，使体的感性区域，使fq与与fP间的差值加大，从而增强了变容管间的差值加大，从而增强了变容管控制频偏的作用，使频偏加大。控制频偏的作用，使频偏加大。石英晶体振荡器的频率稳定度很高，电压参数的变石英晶体振荡器的频率稳定度很高，电压参数的变化对振荡频率的影响是微小的。化对振荡频率的影响是微小的。这就是说，变容管这就是说，变容管Cj的的变化所引起调频波的频偏是很小的。变化所引起调频波的频偏是很小的。这个偏移值不会超出石这个偏移值不会超出石英晶体串联、并联两个谐振频率差值的一半。就一般而言，英晶体串联、并联两个谐振频率差值的一半。就一般而言，fq与与fp的差值只有几十至几百赫兹。的差值只有几十至几百赫兹。为了加大晶体振荡器直接调为了加大晶体振荡器直接调频电路的频偏，可在图频电路的频偏，可在图(a)中的中的AB支路内串联一个电感支路内串联一个电感L3.张弛振荡器直接调频电路张弛振荡器直接调频电路 前前面面所所述述电电路路均均为为调调制制信信号号调调制制正正弦弦波波振振荡荡器器。如如果果受受调调电电路路是是张张弛弛振振荡荡器器（其其波波形形或或是是矩矩形形或或是是锯锯齿齿波波）则则可可得得到到方方波波调调频频或或三三角角波波调调频频信信号号。他他们们还还可可以以经经过过滤滤波波器器或或波波形形变变换器，形成正弦波调频信号。换器，形成正弦波调频信号。1.间接调频法间接调频法 高稳定度高稳定度载波振荡器载波振荡器 相位相位调制器调制器积分电路积分电路多级倍频多级倍频和混频器和混频器宽带宽带窄带窄带二、二、间接调频电路间接调频电路 采用高稳定度的晶体振荡器作为主振级，然后再对这个采用高稳定度的晶体振荡器作为主振级，然后再对这个稳定的载频信号进行调相，这样一来就可得中心频率稳定度稳定的载频信号进行调相，这样一来就可得中心频率稳定度高的调频信号。高的调频信号。间接调频法就是利用调相方法来实现调频。间接调频法就是利用调相方法来实现调频。但在实现线性调相时，要求最大瞬时相位偏移但在实现线性调相时，要求最大瞬时相位偏移 在间接调频时，要获得线性调频必需以线性调相为基础。在间接调频时，要获得线性调频必需以线性调相为基础。调相法所获得频偏一般是不能满足需要的调相法所获得频偏一般是不能满足需要的 例如，调频广播所要求的最大频移为例如，调频广播所要求的最大频移为75kHz。为了使频偏。为了使频偏加大到所需的数值，常需采用倍频的方法。如果调频的频加大到所需的数值，常需采用倍频的方法。如果调频的频偏只有偏只有50Hz，则需要的倍数次数为，则需要的倍数次数为(75 103)/50=1500倍，倍，可见所需的倍频次数是很高的。可见所需的倍频次数是很高的。2.间接调频的实现间接调频的实现 变调相波为调频波变调相波为调频波 但但最最大大频频偏偏小小的的缺缺点点可可以以通通过过多多级级倍倍频频器器后后获获得得符符合合要要求求的的调调频频频频偏偏，另另外外采采用用混混频频器器变变换换频频率率可可以以得得到到符合要求的调频波工作范围。符合要求的调频波工作范围。即：即：m ff0 0VD2V12VD190-qVab2Vab2Finf0 0 VD1 VD2矢量长度的变化意味着加载包络检波矢量长度的变化意味着加载包络检波器上的高频信号振幅的变化，包络检波器正好检器上的高频信号振幅的变化，包络检波器正好检出这种电压振幅的变化。出这种电压振幅的变化。可以证明可以证明VD1 VD2矢量长度的变化在矢量长度的变化在较小较小(小于小于0.5rad/s)时与时与角度成线性关系。角度成线性关系。由于鉴频器的输由于鉴频器的输出电压等于两个检波出电压等于两个检波器输出电压之差，而器输出电压之差，而每个检波器的输出电每个检波器的输出电压压(峰值或平均值峰值或平均值)正正比于其输入电压的振比于其输入电压的振幅幅VD1(或或VD2)所以鉴频器输出电压所以鉴频器输出电压(峰值或平均值峰值或平均值)为为 式中式中kd为检波器的电压传输系数。为检波器的电压传输系数。亦即实现了调频波的解调亦即实现了调频波的解调可以看出：可以看出：前面介绍的相位鉴频器，当输入调频信号的振前面介绍的相位鉴频器，当输入调频信号的振幅发生变化时，输出电压也会发生变化，因此由幅发生变化时，输出电压也会发生变化，因此由各种噪声和干扰引起的输入信号寄生调幅，都将各种噪声和干扰引起的输入信号寄生调幅，都将在其输出端反映出来。为了抑制噪声及干扰，在在其输出端反映出来。为了抑制噪声及干扰，在鉴频器前必须增设限幅器。鉴频器前必须增设限幅器。而比例鉴频器具有自而比例鉴频器具有自限幅功能，因而采用它可以省去外加的限幅器。限幅功能，因而采用它可以省去外加的限幅器。二、比例鉴频器二、比例鉴频器 比例鉴频器的原理电路比例鉴频器的原理电路 其波形变换部分与相位鉴频器基本相同，电路上其波形变换部分与相位鉴频器基本相同，电路上差别主要有以下几点：差别主要有以下几点：(1)负载负载RL接在接在MN之间，输出电压由之间，输出电压由M，N引出引出 (参考方向参考方向M为正为正)。(2)R1和和R2两端并接大电容两端并接大电容C6(一般为一般为10 F)，使得在检波过，使得在检波过 程中程中a b 间的端电压基本保持不变。间的端电压基本保持不变。(3)D1和和D2按环路顺接，以保持直流通路，因此按环路顺接，以保持直流通路，因此C3和和C4上的上的 电压极性一致，电压极性一致，Va b=VC3+VC4。经推导比例鉴频器的输出电压经推导比例鉴频器的输出电压 2.自限幅特性分析自限幅特性分析 比例鉴频器不需要前置限幅器，它本身就具有抑制比例鉴频器不需要前置限幅器，它本身就具有抑制寄生调幅所产生的干扰的能力，在比例鉴频器中，由于寄生调幅所产生的干扰的能力，在比例鉴频器中，由于C6的电容量很大，因此电压的电容量很大，因此电压Va b 基本稳定不变，它只基本稳定不变，它只决定于调频波的载波振幅，而与其频偏及寄生调幅都无关决定于调频波的载波振幅，而与其频偏及寄生调幅都无关.当输入信号振幅由于干扰突然变大时，由于电压当输入信号振幅由于干扰突然变大时，由于电压Va b 基本恒定，就使得检波管的电流明显加大，加重了对输入基本恒定，就使得检波管的电流明显加大，加重了对输入回路的负载，即回路的负载，即回路回路Q值下降值下降,可迫使信号振幅减小。反可迫使信号振幅减小。反之亦然。因而很好地起到了稳幅的作用。之亦然。因而很好地起到了稳幅的作用。三、乘积型相位鉴频器三、乘积型相位鉴频器四、其它鉴频电路四、其它鉴频电路 1.差分峰值斜率鉴频器差分峰值斜率鉴频器 2.晶体鉴频器晶体鉴频器本 章 小 结1.角度调制是载波的总相角随调制信号变化，它分为调频和角度调制是载波的总相角随调制信号变化，它分为调频和调相。调相。调频的瞬时频率随调制信号线性变化，调相波的瞬调频的瞬时频率随调制信号线性变化，调相波的瞬时相位随调制信号线性变化。调角波的频谱不是调制信号时相位随调制信号线性变化。调角波的频谱不是调制信号频谱的线性搬移，而是产生了无数个组合频率分量，其频频谱的线性搬移，而是产生了无数个组合频率分量，其频谱结构与调制指数谱结构与调制指数m有关，这一点与调幅是不同的。有关，这一点与调幅是不同的。2.角度调制信号包含的频谱虽然是无限宽，但其能量集中在角度调制信号包含的频谱虽然是无限宽，但其能量集中在中心频率中心频率f0附近的一个有限频段内。附近的一个有限频段内。略去小于未调高频载略去小于未调高频载波振幅波振幅10%以下的边频，可认为调角信号占据的有效带宽以下的边频，可认为调角信号占据的有效带宽为为BW=2(fm+Fmax)，其中，其中，fm为频偏，为频偏，Fmax为调制信号为调制信号最高频率。最高频率。3.调角波的调制指数可表达为调角波的调制指数可表达为 ,但其中调频波的但其中调频波的mf与调制频率与调制频率F成反比，而调相波的成反比，而调相波的mp则与调制频率则与调制频率F无关。无关。调频波的频带宽度与调制信号频率无关近似为恒带调制，调频波的频带宽度与调制信号频率无关近似为恒带调制，调相波的频带宽度随调制信号的频率而变化。调相波的频带宽度随调制信号的频率而变化。4.调角波的平均功率与调制前的等幅载波功率相等。调角波的平均功率与调制前的等幅载波功率相等。调制的作用仅是将原来的载频功率重新分配到各个边频上调制的作用仅是将原来的载频功率重新分配到各个边频上而总的功率不变。而总的功率不变。5.实现调频的方法有两类，直接调频与间接调频。实现调频的方法有两类，直接调频与间接调频。直接调频是用调制信号去控制振荡器中的可变电抗元直接调频是用调制信号去控制振荡器中的可变电抗元件件(通常是变容二极管通常是变容二极管)，使其振荡频率随调制信号线性变，使其振荡频率随调制信号线性变化；间接调频是将调制信号积分后，再对高频载波进行调化；间接调频是将调制信号积分后，再对高频载波进行调相，获得调频信号。相，获得调频信号。直接调频可获得大的频偏，但中心频率的频率稳定度直接调频可获得大的频偏，但中心频率的频率稳定度低；间接调频时中心频率的频率稳定度高，但难以获得大低；间接调频时中心频率的频率稳定度高，但难以获得大的频偏，需采用多次倍频、混频加大频偏。的频偏，需采用多次倍频、混频加大频偏。6.调频波的解调称为鉴频或频率检波，调相波的解调称为鉴调频波的解调称为鉴频或频率检波，调相波的解调称为鉴相或相位检波。相或相位检波。与调幅波的检波一样，鉴频和鉴相也是从已调信号中与调幅波的检波一样，鉴频和鉴相也是从已调信号中还原出原调制信号。鉴频的主要方法有斜率鉴频器、相位还原出原调制信号。鉴频的主要方法有斜率鉴频器、相位鉴频器、比例鉴频器、相移乘法鉴频器和脉冲计数式鉴频鉴频器、比例鉴频器、相移乘法鉴频器和脉冲计数式鉴频器。前三种鉴频器的基本原理都是由实现波形变换的线性器。前三种鉴频器的基本原理都是由实现波形变换的线性网络和实现频率变换的非线性电路组成。相位鉴频器和比网络和实现频率变换的非线性电路组成。相位鉴频器和比例鉴频器则是利用耦合电路的相频特性将调频波变成调幅例鉴频器则是利用耦合电路的相频特性将调频波变成调幅调频波，然后再进行振幅检波。比例鉴频器具有自动限幅调频波，然后再进行振幅检波。比例鉴频器具有自动限幅的功能，能够抑制寄生调幅干扰。的功能，能够抑制寄生调幅干扰。