调角信号基本特性.ppt
第 6 章 角度调制与解调电路,解调：从高频已调信号中还原出原调制信号,角度调制电路是频谱的非线性变换电路,频率调制和相位调制都使载波信号的瞬时相位受到调变，统称为角度调制。所不同的是：频率调制使载波信号的频率随调制信号线性变化，而相位调制则使载波信号的相位随调制信号线性变化。,第 6 章 角度调制与解调电路,主要要求：,掌握瞬时角频率与瞬时相位的关系,掌握调频和调相信号的概念、异同和关系,掌握调频和调相信号的典型表达式、主要参数和波形特点。,6.1 调角信号的基本特性,了解调角信号的频谱，理解其带宽。,6.1.1 瞬时角频率与瞬时相位,实轴,(t),0,t=0,Um,瞬时相位,瞬时角频率,O,矢量初始相位为0，以(t)的角速度绕O反时针旋转。,t=t,当=c 时：,6.1.2 调频信号与调相信号,一、调频信号,载波信号：,调制信号：,调频波瞬时角频率：,(t)=c+kf u(t),rad/sV,=c+,瞬时相位：,附加相位,为分析方便，通常令 0=0,则FM信号为,角频偏,设 u(t)=U m cos t,(t)=c+kf U m cos t,=c+m cos t,调频指数,最大角频偏,单频调制时，,则,二、调相信号,载波信号：,调制信号：,故调相信号为,(t)=ct+kp u(t),=ct+(t),rad/V,瞬时相位：,附加相位,调相指数，最大附加相移,图6.1.3 调相信号波形（a）调制信号（b）附加相位变化（c）瞬时角频率变化（d）调相信号,三、调频信号与调相信号的比较,调制信号u(t)=U m cos t,载波信号 uc(t)=Um cos c t,调 频,调相,瞬时角频率(t),c+kf u(t)=c+m cos t,=c m sin t,瞬时相位(t),=ct+kp u(t),=ct+mpcos t,最大角频偏 m,=kf U m=mf,=kpU m=mp,最大附加相位,mp=kpU m,三、调频信号与调相信号的比较,调 频,调相,瞬时角频率(t),c+kf u(t)=c+m cos t,=c m sin t,瞬时相位(t),=ct+kp u(t),=ct+mpcos t,最大角频偏 m,=kf U m=mf,=kpU m=mp,最大附加相位,mp=kpU m,可见：调制前后载波振幅均保持不变。将调制信号先微分，然后再对载波调频，则得调相信号；将调制信号先积分，再对载波进行调相，则得调频信号。即调频与调相可互相转换。,例,已知,u(t)=5 cos(2 103 t)V，,调角信号表达式为,uo(t)=10 cos(2 106 t)+10cos(2 103 t)V,试判断该调角信号是调频信号还是调相信号，并求调制指数、最大频偏、载波频率和载波振幅。,解,=2 106 t+10cos(2 103 t),附加相位正比于调制信号，故为调相信号。,调相指数 mp=10 rad,载波频率 fc=106(Hz),fm=mpF,最大频偏,振幅 Um=10V,=10 103=10 kHz,例,一组频率为300 3000Hz的余弦调制信号，振幅相同，调频时最大频偏为 75 kHz，调相时最大相移为 2 rad，试求调制信号频率范围内：(1)调频时mf 的变化范围;(2)调相时 fm的范围;,解,(1)调频时，fm与调制频率无关，恒为75 kHz。,故,(2)调相时，mP 与调制频率无关，恒为2 rad。,故,6.1.3 调角信号的频谱与带宽,一、调角信号的频谱,FM信号和PM信号的数学表达式的差别仅仅在于附加相位的不同，前者的附加相位按正弦规律变化，而后者的按余弦规律变化。按正弦变化还是余弦变化只是在相位上相差/2 而已，所以这两种信号的频谱结构是类似的。分析时可将调制指数mf 或mp用m代替，从而把它们写成统一的调角信号表示式,6.1.3 调角信号的频谱与带宽,一、调角信号的频谱,根据贝塞尔函数理论有：,Jn(m)称为以m为宗数的n阶第一类贝塞尔函数,可得,6.1.3 调角信号的频谱与带宽,一、调角信号的频谱,可见：调角信号频谱不是调制信号频谱的线性搬移。而是由载频分量和角频率为（cn）的无限对上、下边频分量构成。这些边频分量和载频分量的角频率相差n。当n为奇数时，上、下边频分量的振幅相同但极性相反；当n为偶数时，上、下两边频分量的振幅和极性都相同。而且载频分量和各边频分量的振幅均随Jn(m)而变化。,6.1.3 调角信号的频谱与带宽,一、调角信号的频谱,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13,m,Jn(m),Jn(m)随m、n 变化的规律,1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 00.2 0.4,n=0,n=1,n=2,n=3,n增大时，总趋势使边频分量振幅减小。m越大，具有较大振幅的边频分量就越多；且有些边频分量振幅超过载频分量振幅。当m为某些值时，载频分量可能为零，m为其它某些值时，某些边频分量振幅可能为零。,二、调角信号的功率,调角波的平均功率等于未调制的载波功率即改变m，仅使载波分量和各边频分量之间的功率重新分配，而总功率不会改变。,三、调角信号的带宽,由于n增大时，总趋势使边频分量振幅减小。因此离开载频较远的边频振幅都很小。在传送和放大过程中，舍去这些边频分量，不会使调角信号产生明显的失真，因此，调角信号实际所占的有效频带宽度是有限的。,通常取,BW=2(m+1)F,若 m 1,则,BW 2 F,称为窄带调角信号,若 m 1,则,BW 2 m F,=2 fm,称为宽带调角信号,复杂信号调制时,四、调角信号的应用,调角信号比之调幅信号的优缺点：,优点：抗干扰能力强和设备利用率高。因为调角信号为等幅信号，其幅度不携带信息，故可采用限幅电路消除干扰所引起的寄生调幅。调角信号功率等于未调制时的载波功率，与调制指数m无关，因此不论m为多大，发射机末级均可工作在最大功率状态，从而可提高发送设备的利用率。,缺点：有效带宽比调幅信号大得多，且有效带宽与m相关。故角度调制不宜在信道拥挤、且频率范围不宽的短波波段使用，而适合在频率范围很宽的超高频或微波波段使用。,注意区别下列概念,c 载波未调制时的角频率，它表示了瞬时角频率变化 的平均值。c2fc，fc为载波频率。,调制信号的角频率，它表示了瞬时角频率变化的速度。2F，F为调制信号频率。,最大角频偏m 和最大频偏fm m表示瞬时角频率 偏离c的最大值。m2fm，fm表示瞬时 频率偏离fc的最大值，即频率摆动的幅度。,有效带宽BW是反映调角信号频谱特性的参数，它指一定精度范围内上、下边频所占有的频率范围。,调相指数mp表示调相信号的最大附加相位，其值取决于Um，而与F无关。,调频指数mf表示调频信号的最大附加相 位，其值与Um 和F都有关。,
