8第八章_角度调制与解调_第五版

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,第八章 角度调制与解调,第一节：概述,第二节：调角波的性质,第三节：调频方法概述,第四节：变容二极管调频,第五节：晶体振荡器直接调频,第六节：间接调频：由调相实现调频,第七节：可变延时调频（自学）,第八节：相位鉴频器,第九节：比例鉴相器,第十节：其他形式的鉴相器（自学）,本章重点,1、,调频波与调相波的基本性质及二者的异同点,。,2、,变容二极管调频的原理,。,3、,间接调频的原理,。,4、,相位鉴频器原理。,第一节,概 述,w,0,D,w,m,w,0,+,D,w,m,AM,FM,第一节,调频波的指标,寄生调幅,频谱宽度,抗干扰能力,幅度调制,角度调制,调频,FM,调相,PM,载波信号,的受控参量,振幅,频率,相位,解调方式,相干解调或,非相干解调,鉴频或,频率检波,鉴相或,相位检波,解调方式,的差别,频谱线性搬,移频谱结构,无变化,频谱非线性,频谱结构发,生变化属于,非线性频率,变换,特点,频带窄,频带利,用率高,频带宽,频带利,用不经,济、抗,干扰性,强,用途,广播,电视,通信,遥测,数字,通信,调幅,AM,第一节,利用波形变换电路进行鉴频,第一节,鉴频器的指标,鉴频灵敏度,鉴频跨导,鉴频频带宽度,寄生调幅抑制能力,失真和稳定性,鉴频特性曲线,第二节,调角波的性质,一、瞬时频率与瞬时相位,矢量在实轴上的投影为：,角度调制的两个基本关系式,频率：简谐振荡每秒钟重复的次数。,调频,(,调相,),波：,用调制信号控制高频振荡的频率,(,相位,),调角波,第二节,二、调角波数学表示式,1.,调频波,(FM,波,),表示式,设调制信号为,载波振荡,(,电压或电流,),为,调频波的瞬时频率 随 成线性变化，即,瞬时频率偏移，频移,最大频移,(,频偏,),第二节,故由 调制的调频波的数学表达式,调频波的调制指数,瞬时相位,令,0,=0,第二节,2.,调相波,(PM,波,),表示式,调相波的瞬时相位随 线性地变化，应为：,瞬时相位偏移，相移,最大相移,(,调制指数,m,p,),故，调相波的数学表达式,瞬时角频率,表,10.1,调频波和调相波的比较,调制信号,载波振荡,数学表达式,瞬时频率,瞬时相位,最大频移,最大相移,调频波,调相波,第二节,例,10.,2.,1,已知调频波表达式为,试求该调频波的最大频偏,f,和最大相位偏移,m,f,若 ，求出调制信号和载波的表达式。,解：,所以,而,所以,又,所以，,载波信号,调制信号,第二节,三、调频波和调相波的频谱和频带宽度,以调频信号为例,(,为简单起见，令,A0,1),：,式中,是以,m,f,为参数的,n,阶第一类贝塞尔函数。,1.,调频信号的表达式,第二节,载频,第一对边频,第二对边频,第三对边频,由此得到调频信号的表达式：,第二节,通常规定：凡是振幅小于未调制载波振幅的,1,(,或,10,),，边频分量均可忽略不计，保留下来的频谱分量就确定了调频的频带宽度。,2.,频谱,若忽略小于未调制载波振幅的,10,的边频分量，则,频谱宽度,而,宽带调频制,窄带调频制,Carson,公式,第二节,例,10.2,.2,利用近似公式 计算下列三种情况的频带宽度：,(,F,m,为最高调制频率,),解：,由此可以看出，尽管调制频率变化了,100,倍，但频带宽度的变化却非常小！,第二节,例,10.,2.,3,对于调相制，采用 来求它的频谱宽度。设,m,p,=75,，试求下列情况下的调相波频谱宽度：,解：,可见，调相波的频带宽度发生剧烈变化！,第二节,解：,而,已知,试求该调相波的调相指数,m,p,最大频偏,f,和有 效频谱宽度,B,W,，并写出该调相波的表达式。,例,10.,2.,4,第三节,调频方法概述,产生调频信号的电路叫做调频器。,调频器的四个主要技术要求：,已调波的瞬时频率与调制信号成比例地变化；,未调制时的载波频率具有一定的稳定度；,最大频移与调制频率无关；,无寄生调幅，或寄生调幅尽可能小。,产生调频信号的方法：直接调频和间接调频,(a),直接调频,(b),间接调频,基本要求,必要条件,第三节,一、直接调频原理,直接调频的基本原理是用调制信号直接线性地改变载波振荡的瞬时频率。因此，凡是能直接影响载波振荡瞬时频率的元件或参数，只要能够用调制信号去控制它们，并从而使载波振荡瞬时频率按调制信号变化规律线性地改变，都可以完成直接调频的任务。,如果载波由,LC,自激振荡器产生，则振荡频率主要由谐振回路的电感元件和电容元件所决定。因此，只要能用调制信号去控制回路的电感或电容，就能达到控制振荡频率的目的。,第三节,二、间接调频原理,瞬时频率,瞬时相位,借助于调相器得到调频波,第四节,变容二极管调频,一、基本原理,变容管是利用,PN,结的结电容随反向电压变化这一特性而制成的一种半导体二极管。,其结电容,C,j,与反向电压,v,R,存在如下关系：,变容指数，取决于,PN,结,的结构和杂质分布情况,缓变结变容管，,=1/3,；,突变结变容管，,=1/2,；,超突变结变容管，,=14,。,V,D,势垒电压，硅管约为,0.7V,，锗管约为,0.2V,。,时的结电容,第四节,变容二极管的反向电压只随调制电压变化，即,变容管电路,第四节,静态工作点的结电容,。,调制深度,(,m,1,),式中,C,j,v,R,V,0,第四节,故振荡频率,其中,未调制时的振荡频率,利用泰勒级数，可展开为：,故其调制特性为：,第四节,当,=2,时，,如果令,则,调频波的最大偏移,实际上，变容二极管的,值不一定都等于,2,，要实现频率,f,的变化量与调制信号成正比的线性调制，要求调制信号电压幅度不能太大，即,f,m,不可能太大,否则会产生线性失真。,第五节,晶体振荡器直接调频,1),晶体振荡器的类型,工作在石英晶体的串联谐振频率,f,q,上，晶体等效为一个短路元件，起选频作用；,工作于晶体的串联与并联谐振频率之间，晶体,等效为一个高品质因数的电感元件，作为振荡,回路元件之一。,两个谐振频率十分接近,结论：频偏小，但中心频率稳定度高,第五节,2),变容二极管接入振荡回路的形式：,变容二极管与石英晶体相串联,即中心频率稳定度更高，频偏更小。,变容二极管与石英晶体相并联,频偏更小,解决频偏小的措施,串电感，或并电感,串联一电感,即频偏加大,并联一电感,即频偏加大,(,高频时，,L,q,C,q,支路呈电感性质,),第六节,间接调频：由调相实现调频,一、调相的方法,1),利用变容二极管失谐回路实现调相,当载波频率保持为,0,不变时，,C,j,随,v,变化而变化，并联输出电压的幅度和相位也随之变化。,未加调制电压时，,C,j,增大，并联回路谐振频率下降，相移,减小；,C,j,减小，谐振频率升高，相移,增大；,第六节,在满足失谐不大,(),的条件下，相移,将与调制信号成线性关系，,即 从而实现,与调制信号成正比的调相要求。,2),利用移相网络调相,3,),矢量合成调相法,4,),脉冲调相法,知道有这么一种方法,脉冲调相法,又称 脉冲调位，是用控制脉冲出现的位置，实现调相。这种方式不仅可以得到稳定的中心频率，而且能够得到大的调制系数，应用广泛。,第八节,相位鉴频器,一、相位鉴频器的工作原理,完成频率,(,相位,)-,电压转换功能的电路，称为频率,(,相位,),解调器，简称鉴频,(,鉴相,),器。,进行波形变换，将等幅调频波变换成幅度随,瞬时频率变化的调幅波，然后再用振幅检波,器将振幅的变化检测出来；,对调频波通过零点的数目进行计数,(,脉冲计数,式鉴频器,),；,利用移相器与符合门电路相配合。,鉴频的方法：,作用：从调频波或调相波中检出原来的信号。,第八节,1.,工作过程,用延时电路将等幅调频波变换为等幅调相,-,调频波。,用相加电路将调频信号与其延时后的信号相,加，将等幅调相,-,调频波变换为调幅,-,调相,-,调,频波。,用幅度解调器解调出原调制信号。,相位鉴频器的实现框图,第八节,电压传输系数,2.,具体电路分析,:,等幅调频波,:,用耦合延时电路将等幅调频波变换为调相,-,调频波,加在两个二极管包络检波器上的输入电压分别为：,调幅,-,调相,-,调频波,恢复出所需的调制信号，完成鉴频。,第九节,比例鉴相器,或,故比例鉴频器的输出恰好等于相位鉴频器的一半。,第九节,可以证明：,即输出电压只与,V,D1,和,V,D2,的比值有关，而不决定于,V,D1,、,V,D2,本身的大小，故称比例鉴频器。,当输入信号频率变化时，比值 将跟随变化，从而实现变频，且能有效地抑制寄生调幅的影响。,本章小结,1.,角度调制的原理,调频波,(,FM,波,),调相波,(,PM,波,),(,表,10.1),2.,频谱和带宽,忽略振幅小于,10,的边频分量时：,宽带调频制,窄带调频制,3.,角度调制电路,变容二极管直接调频,晶体振荡器直接调频,由调相实现调频,直接调频,间接调频,调相的三种方法,谐振回路或移相网络的调相方法,矢量合成法,脉冲调相法,4.,调频波的解调,相位鉴频器,比例鉴频器,鉴频,鉴相,