高频第6章角度调制与解调.ppt

1,第6章角度调制与解调,2,本章知识点及结构,角度调制与解调,调角波的性质（数学表达式、频谱特征、功率）6.2,调频波的解调（电路，评价指标）6.5,调频波的产生（原理，电路，评价指标）6.3，6.4,3,第6章 角度调制与解调,6.1 概述6.2 调角波的性质（重点）6.3 调频信号的产生6.4 调频电路（重点）6.5 调频波的解调（重点）6.6 限幅器6.7 调制方式的比较,4,6.1 概 述,回顾问题：（第5章 调幅系统概念）,2.“调制”与“解调”的方式有哪些？,1.“调制”与“解调”的过程如何实现？,3.“调制”对应的波形特征？,4.调制器、解调器在无线电收发系统中的位置？,5,1.“调制”与“解调”的过程:,人,飞机的参数（如重量、速度等）,控制,飞机（载体）,载有人的飞机,调制,人,解调,低频信号,高频信号（载波）,载波的参数（如幅度、频率、相位）,已调波,还原,低频信号,装载,卸载,6,2.调制的方式:,控制,调制,低频信号,高频信号（载波）,载波的参数,已调波,幅度调制（简称“调幅”，AM）,频率调制（简称“调频”，FM）,相位调制（简称“调相”，PM）,幅度,频率,相位,角度调制,相角,7,2.解调的方式：,控制,调制,低频信号,高频信号（载波）,载波的参数,调幅波,幅度,频率,相位,调频波,调相波,检波,低频信号,解调,鉴频,鉴相,调幅波,调频波,调相波,8,信号,载波信号（高频信号）：（等幅）高频正弦波振荡信号,调制信号（低频信号）：需要传输的电信号,已调(波)信号（高频信号）：经过调制后的高频信号,3.总结：,（原始信号）,9,4、调制器在发射机中位置,10,4、解调器在接收机中的位置,11,5.调频与鉴频的典型电路：,12,6.2 调角波的性质(重点),调角波的性质：调频波（FM）的性质（重点）调相波（PM）的性质（类比的方法学习）调频波与调相波的比较,13,一、调频（相）波数学表达式及波形特征如何？,二、调频（相）波的频谱有什么特征？如何根据频谱计算频带宽度？,三、如何计算调频（相）波的功率？,问题：,14,一、调频波数学表达式,调制信号,载波信号的频率,控制,载波信号,调频波的频率,已调信号即：调频波,调频波的相位,1、调频的过程,15,2.调频过程的数学表达:,16,角频率偏移程度由调制信号幅度决定,又称作调频波的调制指数mf，它可以大于1.,(1).瞬时频率偏移:,(2).最大频率偏移(也简称频偏):,(3).最大相移,几个关键参量：,17,根据调相过程，写出调相波数学表达式,调制信号,载波信号的相位,控制,载波信号,调相波的相位,已调信号即：调相波,在理解调频过程与调相波数学表达式之间的关后，,二、调相波数学表达式类比法,18,又称作 调相指数,它与调制信号的幅度成正比，而与调制频率无关。,最大相移,关键参量：,19,讨论：调频信号与调相信号的比较,(1)瞬时频率：,(2)瞬时相位：,(3)最大频偏：,(4)最大相位：,(5)表达式:,20,三、调频与调相的关系总结,载波信号：,1.调制指数,调频时,调相时,2.最大频率偏移频偏,与调制信号振幅成正比，频率成反比。,与调制信号频率无关。,与调制信号的幅度成正比，与其频率无关,FM,PM,21,3.FM与PM的共同点,频偏（即最大频率偏移）与调制指数m 之间都满足：,=m,22,已知载波频率为100MHz，载波电压幅度为5V，调制信号试写出调频波的数学表示式（设两个调制信号的最大频偏均为20kHz）,应用例1：,23,频谱分析的方法：,2.以每一余弦（或正弦）项的频率 或 为横坐标上的点，其幅度 为纵坐标上的点，画出频谱分布图。,将调角波（电压）信号的数学表达式展开成余弦（或正弦）项之和的形式，即,四、调角波的频谱,24,利用贝塞尔函数理论中的两个公式：,调频波的频谱,25,结论：,一个FM波，除有载频 分量外，还有无穷多个边频分量，边频之间的 间隔仍为。,调频波的频谱,2.边频幅度的大小为，由Bessell函数决定。,26,可见，mf值越大，贝塞尔函数的阶数将增多。这意味着，mf值越大，调频波频谱中的边频数目增多，从而使频带加宽。,27,mf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。,28,五、调频波的频带宽度,或,由Bessell函数的特点，当阶数 时,则认为，边频总数为,（1）mf1,当 mf1 时，即,称为：宽带调频,29,（2）对于窄带调频 mf1 时,则：,边频分量很少，只有1到3项,30,例：已知调制信号求FM和PM波的带宽（2）若 不变，F增大一倍，两种已调信号的带宽如何（1）若F不变，增大一倍，两种已调信号的带宽如何（3）若F与 都增大一倍，两种已调信号的带宽如何,说明：PM 波的频带利用率不如 FM 波好。因而，调相PM 一般只作为产生调频波的一种间接手段来应用，没有调频 FM 应用得广。,（3）调角信号频谱与调制信号的关系,31,（3）调角信号频谱与调制信号的关系 续,说明：在调制频率F的高端和低端，PM波的频带宽度变化极大，所以其频带的利用是不经济的。即：PM 波的频带利用率不如 FM 波好。这正是模拟通信系统中调频FM制比调相PM制应用得广泛的主要原因。一般PM只作为产生调频FM波的一种间接手段来应用。,32,六、调角波的功率,计算方法：(设调角波电压加于负载电阻R上）,将调幅（电压）信号的数学表达式展开成余弦（或正弦）项之和的形式，即,2.,33,结论：,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。,六、调角波的功率,因此，调制过程不需要外界供给边频功率。,34,6.3 调频信号的产生,35,一、调频方法,36,二、调频电路的性能指标,调制特性调制灵敏度3.最大频偏4.载波频率稳定度,在正常调制电压作用下，所能达到的最大频率偏移值。,调制电压变化单位数值，所产生的频率偏移。,相对频率偏移与调制电压之间的关系,37,6.4 调频电路,一、变容二极管调频电路（重点）,二、电抗管调频电路,三、晶体振荡器调频电路,38,一、变容二极管调频电路,1.变容二极管的特性,2.变容二极管实际调频电路分析,3.变容二极管调频原理 调频过程分析,4.调频电路的性能分析 性能指标,39,等效电路,符号,40,2.变容二极管实际调频电路分析,分析思路：,41,3.变容二极管调频原理,a.定性分析 b.定量分析,当 时,42,4、调频电路的性能指标,调制特性调制灵敏度3.最大频偏4.载波频率稳定度,在正常调制电压作用下，所能达到的最大频率偏移值。,调制电压变化单位数值，所产生的频率偏移。,相对频率偏移与调制电压之间的关系,43,二、电抗管调频电路,电抗管：由一只晶体管或场效应管加上由电抗和 电阻元件构成的移相网络组成。它等效为一个电抗元件（电感或电容）且其参数可以随调制信号而变化。,44,2.等效电抗的推导,45,3.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。缺点：载频不能很高，频率稳定度较低。,46,三、晶体振荡器调频电路,1.石英晶体振荡器变容管调频电路,较之前两种直接调频电路，提高了载波频率的稳定度，但频偏不太大,2.用 型网络变换获得较大频偏,47,四、间接调频电路,1、积分电路RC电路 2、调相电路失谐法,48,已知FM波：,即FM波相角偏移的最大值需满足：,则，间接调频的实现过程：,3、间接调频电路原理,49,（1）积分电路RC电路,其中,（2）调相电路失谐法 实现,实现：,50,4.间接调频电路特点,改善：可以通过倍频法，提高频偏和载频。,51,6.5 调频波的解调,从FM波中得到原来的调制信号 频率检波或鉴频。完成鉴频功能的电路鉴频器,52,一、鉴频电路,斜率鉴频器相位鉴频器（重点）比例鉴频器脉冲计数式鉴频器,53,斜率鉴频器(slope discriminator)振幅鉴频器,电路与工作原理,斜率鉴频器由失谐单谐振回路和二极管包络检波器组成,f c,优点：电路简单缺点：灵敏度与线性范围矛盾Q大，灵敏度高，但线性范围窄；Q小，灵敏度低，但线性范围宽。,（一般用于质量要求不高的简易接收机中）,54,2、相位鉴频器,利用回路的频率-相位特性来实现将调频波变换为调幅调频波。,常用的相位鉴频器：,电容耦合相位鉴频器,电感耦合相位鉴频器（重点）,55,a.电路与工作原理 线性变换电路部分（频相转换网络）幅度检波部分 L3高频扼流圈：把原边电压引入副边回路 提供直流及低频电路通路,(1)电感耦合相位鉴频器,56,原理：（1）变，对 的相位随 变，的大小随 变，正是利用这种相位变化的特点，将频率的变化转换为幅度的变化。（2）幅度检波：每一个检波器的输出电压 也随 变，所以总输出也随 变。,57,58,鉴频器的性能指标：,鉴频跨导（利用S曲线定义）2.鉴频频带宽度 B（大于等于2倍的FM波频偏）3.非线性失真4.抑制寄生调幅,59,优点：S曲线线性度好，检波失真小 S曲线斜率大，鉴频灵敏度高 S曲线线性范围大缺点：线路复杂；调整较困难。,电感耦合相位鉴频器,60,（2）电容耦合相位鉴频器,a.与电感耦合相位鉴频器的不同点,b.优点：结构简单，调整方便,61,3、比例鉴频器,比例鉴频器是一种类似于相位鉴频器，而又具有自限幅能力的鉴频器。,(1)两个二极管顺接；(2)在电阻(R1+R2)两端并接一个大电容C，容量约在10F数量级。(3)接地点和输出点改变。,是相位鉴频器的一半,62,相位鉴频,鉴频特性比较,63,6.6 限幅器,限幅器的作用限幅特性曲线限幅电路,1、二极管限幅器 2、三极管限幅器,64,抗干扰性能2.频带宽度3.发射功率和耗电量4.强信号堵塞现象,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？,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？,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？,问题：若发生强信号堵塞现象，对调幅波有什么影响？,6.7 调制方式（FM、AM）的比较,65,本章总结,理解：调角波的一般表达式、波形、频谱特点等 调频波产生、解调的方法，及基本原理 评价调频、鉴频电路的主要性能指标。计算：调角波带宽、功率，频偏、调制指数分析：相位鉴频器实现鉴频的过程（矢量图，鉴频特性曲线）,