高频角度调制与解调课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第6章角度调制与解调,1,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,）,6.3，6.4,2,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,3,6.1,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？,4,1. “,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,5,2.,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,6,2.,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,7,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,语言,图像,数据,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）,8,4,、调制器在发射机中位置,9,4,、解调器在接收机中的位置,10,5.,调频与鉴频的典型电路：,11,6.2 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,12,一、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：,13,一、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,14,2.,调频过程的数学表达,:,15,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,m,f,，,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：,16,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,17,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：,18,讨论：调频信号与调相信号的比较,如果设载波：,调制信号：,FM,波,PM,波,(1) 瞬时频率：,(2) 瞬时相位：,(3) 最大频偏：,(4) 最大相位：,(5) 表达式:,19,三、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,20,3.,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 ,21,已知载波频率为100,MHz，,载波电压幅度为5,V，,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20,kHz）,应用例,1,：,22,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,23,利用贝塞尔函数理论中的两个公式：,调频波的频谱,24,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。,25,可见，,m,f,值越大，贝塞尔函数的阶数将增多。,这意味着，,m,f,值越大,，,调频波频谱中的边频数目增多，从而使频带加宽。,26,m,f,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。,27,五、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）m,f,1,当,m,f,1,时，即,称为：宽带调频,28,（2）对于,窄带调频,m,f,1,时,则：,边频分量很少，只有1到3项,29,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,30,（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。,31,六、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.,32,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。,33,一、调频方法,二、调频电路的性能指标,6.3 调频信号的产生,34,一、调频方法,直接调频：,调制信号直接控制载波振荡器的频率,间接调频:,利用调相来实现调频,35,二、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,36,6.4,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,37,一、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,38,1.,变容二极管,特性, 受电压控制的可变电抗元件,（1）符号、等效电路,（2）结电容与反向电压关系,等效电路,符号,A：,常数，取决于二极管本身的属性,U：,外加反向偏压,U：,PN,结的势垒电压,(,Si : 0.7V Ge : 0.3V),n：,结电容变化系数,39,2.,变容二极管实际调频电路分析,分析思路：,变容二极管上要加直流偏压和调制信号,变容二极管要作为高频振荡电路的一部分,40,3.,变容二极管调频原理,a.,定性分析,b.,定量分析,当 时,41,4、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,42,二、电抗管调频电路,1.电抗管调频原理,2.等效电抗的推导,3.电抗管调频电路的特点,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。,43,2.等效电抗的推导,a.,等效电抗是一个电容,b.,等效电抗是一个电感,44,3.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。,45,三、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,46,四、间接调频电路,1、,积分电路,RC,电路,2、,调相电路失谐法,47,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,48,（1）,积分电路,RC,电路,其中,（2）调相电路失谐法,实现,实现：,49,4.,间接调频电路特点,优点：中心频率稳定度高,缺点：为了实现线性调相， ，因而最大频偏小。,改善：可以通过倍频法，提高频偏和载频。,50,6.5 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,一、鉴频器的性能指标,二、鉴频电路,51,一、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,52,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,f,p,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）,53,2、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）,54,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,55,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。,56,57,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,58,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,59,（,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,60,3、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(,R,1,+,R,2,),两端并接一个大电容,C，,容量约在10,F,数量级。,(3)接地点和输出点改变。,是相位鉴频器的一半,61,相位鉴频,鉴频特性比较,62,6.6 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,63,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,64,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）,65,