工学高频电子电路课件

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,*,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,2,章 高频小信号放大器,7.1,概述,7.2,角度调制与解调原理,7.3,调频电路,7.4,鉴频电路,第,4,章 正弦波振荡器,第,7,章,角度调制与解调,第,8,章 反馈控制电路,第,3,章 高频功率放大器,第,6,章 调幅、检波、混频,第,1,章 基础知识,第,5,章 频率变换电路基础,第,7,章 角度调制与解调,第,0,章 绪论,第 2 章 高频小信号放大器7.1概述第 4 章 正弦波振荡,任意正弦波信号：,其中：,为总相角，,U,om,振幅，,角频率，,为初相角,如果利用调制信号,去控制三个参量中的某个，,可产生调制的作用,:,Amphitude Modulation AM:,Frequency Modulation FM:,Phase Modulation PM:,角度调制,AM,调制方式中,AM,DSB,属于频谱,线性搬移电路,调制信号寄生于已调信号的振幅变化中,FM,PM,调制方式中：,属于频谱的非线性搬移电路,已调波为等幅波,调制信息寄生于已调波的频率和相位变化中,SSB,7.1,概述,任意正弦波信号：其中：为总相角，Uom振幅，角频率，,FM,，,PM,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,检波,(FM),频率解调,鉴频,detection,(frequency discrimination),(PM),相位解调,鉴相,(phase detection),AM,FM，PM从已调波中检取出原调制信号的过程称为解调(AM),1.,抗干扰能力强,调幅信号的边频功率最大只能等于载波功率的一半,(,当调幅系数,M,a,=1,时,),，而调角信号的边频功率远较调幅信号强。边频功率是运载有用信号的，因此调角制具有更强的抗干扰能力。另外，对于信号传输过程中常见的寄生调幅，调角制可以通过限幅的方法加以克服，而调幅制则不行。,和调幅制相比，调角制具有以下优点,1.抗干扰能力强调幅信号的边频功率最大只能等于载波功率的一,2.,设备的功率利用率高,因为调角信号为等幅信号，最大功率等于平均功率，所以不论调制度为多少，发射机末级功放管均可工作在最大功率效率状态，功率管得到了充分利用。而调幅制则不然，调幅制的平均功率远低于最大功率，因而功率管的利用率不高。,3.,调角信号传输的保真度高,因为调角信号的频带宽且抗干扰能力强，因而具有较高的保真度。,2.设备的功率利用率高因为调角信号为等幅信号，最大功率等于平,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。,7.2,角度调制与解调原理,了解调角信号的频谱，理解其带宽。,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,当进行角度调制（,FM,或,PM,）后,其已调波的角频率将是时间的函数,(t),7.2,角度调制与解调原理,7.2.1,调角信号的时域特性,1.,瞬时频率和瞬时相位（,instantaneous frequency and phase,）,如果设高频载波信号为：,当进行角度调制（FM或PM）后,其已调波的角频率将是时间,调制信号：,（,1,）调频,FM,：由于,已调波频率随调制信号线性变化,，则有：,其中：,:,载波角频率，,FM,波的中心频率,.,：调频灵敏度，,单位调制信号振幅引起的频率偏移,.,瞬时频率偏移,（简称,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,.,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,则有：,其中：,：,瞬时相位偏移，,2.,调频信号与调相信号的数学表示：,设：载波：,最大相位偏移：,一般令,，称为,FM,波的调频指数，于是一般调频信号的,数学表达式：,所以有：,注意：与,AM,波不同，,m,f,一般可大于,1,，,且,m,f,越大，抗干扰性能,越好，但频带越宽。,对于单一频率调制的,FM,波，由于,调制信号：（1）调频FM：由于已调波频率随调制信号线性变,由于,已调波的相位随调制信号线形变化,，则有：,其中：,：为,载波的相位角,。,：,调相灵敏度,，,，,单位调制信号振幅引起的相位偏移,.,：,瞬时相位偏移,，即,相对于,的偏移量。,(2),相位调制：,最大相位移：,（,调相指数,）,另外，由瞬时相位与所对应的瞬时频率之间的关系，可得：,式中：,；,PM,波,瞬时频偏,最大频偏,:,PM,波的表达式为：,对于单一频率调制信号,的,PM,波：,由于已调波的相位随调制信号线形变化，则有：其中：为载波,如果设载波：,，调制信号：,FM,波,PM,波,(1),瞬时频率：,3.,调频信号与调相信号的比较,(2),瞬时相位：,(3),最大频偏,(4),最大相位：,(5),表达式,:,如果设载波：，调制信号：FM波 P,讨论：（,1,）一般调角信号的表达式：,m,p,m,m,m,f,（,2,）,FM,波：,（,3,）,PM,波：,可以看出调相制的,最大频偏,随调制信号频率的升高而增加，而调,频波则不变，有时把调频制叫做恒定带宽调制。,（,3,）调频波的波形,讨论：（1）一般调角信号的表达式：mp mmmf,7.2.2,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,m,f,或,m,p,用,m,代替，从而把它们写成统一的调角信号表示式,7.2.2 调角信号的频谱与带宽一、调角信号的频谱,7.2.2,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：,J,n,(m),称为以,m,为宗数的,n,阶第一类,贝塞尔函数,7.2.2 调角信号的频谱与带宽一、调角信号的频谱根据贝塞,上边频,下边频,可得,7.2.2,调角信号的频谱与带宽,一、调角信号的频谱,上边频下边频可得7.2.2 调角信号的频谱与带宽一、调角信,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。,7.2.2,调角信号的频谱与带宽,一、调角信号的频谱,o,-,FM/PM,的频谱,o,+,o,o,+2,o,+3,o,+4,o,-,2,o,-,3,o,-,4,可见：调角信号频谱不是调制信号频谱的线性搬移,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13,m,J,n,(,m,),J,n,(m),随,m,、,n,变化的规律,1.0,0.8,0.6,0.4,0.2,0,0.2,0.4,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。,1 2 3 4,表,7.2.2,贝塞尔函数表,表7.2.2 贝塞尔函数表,从理论上说，调频波的边频分量有无数多个，其频带宽度应为无穷大，但是对于任一给定的,m,f,值，高到一定次数的边频分量的振幅已经小到可以忽略，以至忽略这些边频分量对调频波形不会产生显著影响。因此，调频信号的频谱宽度实际上可以认为是有限的。,如果将小于载波振幅,10%,的边频分量略去不计，则频谱的有效带宽,BW,FM,可由下列近似公式求出,BW,FM,=2(m,f,+1)F,在实际应用中也常区分为：,7.2.,3,调频信号的带宽,对有限频带的调制信号，即,F=,F,min,F,max,，,调角信号的频带为：,从理论上说，调频波的边频分量有无数多个，其频带宽度应为无穷大,例,已知,u,(,t,)=5 cos,(2 10,3,t,)V,，,调角信号表达式为,u,o,(,t,)=10 cos,(2 10,6,t,),+,10cos,(2 10,3,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 10,6,t+,10cos,(2 10,3,t,),附加相位正比于调制信号，故为,调相信号。,调相指数,m,p,=,10,rad,载波频率,f,c,=10,6,(Hz),f,m,=,m,p,F,最大频偏,振幅,U,m,=10V,=10 10,3,=10 kHz,例已知u(t)=5 cos(2 103 t),【,例,7.1】,已知音频调制信号的最低频率,F,m,i,n,=20 Hz,最高频率,F,m,ax,=15,k,Hz,若要求最大频偏,f,m,=45,k,Hz,求出相应调频信号的调频指数,M,f,、带宽,BW,和带宽内各频率分量的功率之和,(,假定调频信号总功率为,1 W),画出,F,=15,k,Hz,时对应的频谱图,并求出相应调相信号的调相指数,M,p,、带宽和最大频偏。,解：调频信号的调频指数,M,f,与调制频率成反比,即,M,f,=,m,/,=,f,m,/,F,所以,【例7.1】已知音频调制信号的最低频率Fmin=20 Hz,BW,=2(3+1)1510,3,=120,k,Hz,因为,F,=15,k,Hz,对应的,M,f,=3,从表,7.2.2,可查出,J,0,(3)=-0.261,J,1,(3)=0.339,J,2,(3)=0.486,J,3,(3)=0.309,J,4,(3)=0.132,由此可画出对应调频信号带宽内的频谱图,共,9,条谱线,如图所示。,BW=2(3+1)15103=120 kHz 因,调频信号是等幅波，故单位负载情况下功率,P,o,与振幅,U,cm,的关系式为,P,o,=,U,2,cm,/2,。由于调频信号总功率为,1 W,故,所以,带宽内功率之和,=,调频信号是等幅波，故单位负载情况下功率Po与振幅Uc,调相信号的最大频偏是与调制信号频率成正比的,为了保证所有调制频率对应的最大频偏不超过,45,k,Hz,故除了最高调制频率外,其余调制频率对应的最大频偏必然小于,45,k,Hz,。另外,调相信号的调相指数,M,p,与调制频率无关。,所以,f,mm,i,n,=,M,p,F,m,i,n,=320=60 Hz,BW,=2(3+1)1510,3,=120,k,Hz,调相信号的最大频偏是与调制信号频率成正比的,为了保,例,一组频率为,300,3000H,z,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,m,f,的变化范围,;,(2),调相时,f,m,的范围,;,解,(1),调频时，,f,m,与调制频率无关，,恒为,75 kHz,。,故,例一组频率为300 3000Hz的余弦调制信号，振幅,(2),调相时，,m,P,与调制频率无关，,恒为,2,rad,。,故,(2)调相时，mP 与调制频率无关，恒为2 rad。故,由相位与频率之间的关系：,在同一调制信号,的控制下，形成的,FM,波和,PM,波的表达式为：,以上的过程为,直接调频或直接调相,仿真,7.2.4,调角信号的调制原理,由相位与频率之间的关系：在同一调制信号 的控制下，形成的F,(2),把,先微分后再调频，可以得,间接调相,（,indirect PM,）,(1),如果把,先积分后，再经过调相器，也可得到对,而言的调频波，也称为,间接调频,。（,indirect frequency modulation,）,仿真,(2)把 先微分后再调频，可以得间接调