第7章 角度调制与解调___高频电子线路_曾兴雯_课件

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1、第七章 角度调调制与解调 1/1271第第7章章 角度调制与解调角度调制与解调 7.1 角度调制信号分析角度调制信号分析 7.2 调频器与调频方法调频器与调频方法7.3 调频电路调频电路7.4 鉴频器与鉴频方法鉴频器与鉴频方法 7.5 鉴频电路鉴频电路 第七章 角度调调制与解调 2/1272概 述 在无线通信中，频率调制和相位调制频率调制和相位调制是又一类重要的调制方式。 1、频率调制又称调频频率调制又称调频(FM)模拟信号调制模拟信号调制，它是使高频振荡信号的频率按调制信号的规律变化(瞬时频率变化的大小与调制信号成线性关系)，而振幅保持恒定的一种调制方式。调频信号的解调称为鉴频或频率检波鉴频

2、或频率检波。 而数字信号频率调制称为频移键控（数字信号频率调制称为频移键控（FSK) 2、相位调制又称调相相位调制又称调相(PM) 模拟信号调制模拟信号调制，它的相位按调制信号的规律变化，振幅保持不变。调相信号的解调称为鉴相或相位检波。 类似的，类似的，数字信号相位调制称为相位键控（数字信号相位调制称为相位键控（PSK)第七章 角度调调制与解调 3/1273 3、角度调制的特点、角度调制的特点：调频和调相统称为角角(度度)调调(制制)，角度调制属于频谱的非线性变换属于频谱的非线性变换，即已调信号的频谱结构不再保持原调制信号频谱的内部结构，且调制后的信号带宽通常比原调制信号带宽大得多，因此角度调

3、制信号的频角度调制信号的频带利用率不高，但其抗干扰和噪声的能力较强带利用率不高，但其抗干扰和噪声的能力较强。 另外，角度调制的分析方法和模型等都与频谱线性搬移电路不同。第七章 角度调调制与解调 4/1274 4、调频与调相的关系 调频波和调相波都表现为高频载波瞬时相位随调制信号调频波和调相波都表现为高频载波瞬时相位随调制信号的变化而变化，只是变化的规律不同而已的变化而变化，只是变化的规律不同而已。由于频率与相。由于频率与相位间存在微分与积分的关系，调频与调相之间也存在着密位间存在微分与积分的关系，调频与调相之间也存在着密切的关系，即切的关系，即调频必调相，调相必调频调频必调相，调相必调频。同样

4、，鉴频和鉴。同样，鉴频和鉴相也可相互利用，即可以用鉴频的方法实现鉴相，也可以相也可相互利用，即可以用鉴频的方法实现鉴相，也可以用鉴相的方法实现鉴频。用鉴相的方法实现鉴频。 一般来说，在一般来说，在模拟通信中，调频比调相应用广泛模拟通信中，调频比调相应用广泛，而在，而在数字通信中，调相比调频应用普遍数字通信中，调相比调频应用普遍。本章只者重讨论模拟。本章只者重讨论模拟调频。调频。第七章 角度调调制与解调 5/12757.1 角度调制信号分析角度调制信号分析 一、调频信号的时域分析一、调频信号的时域分析 1、调频信号的表达式与波形、调频信号的表达式与波形 设设调制信号为单一频率信号调制信号为单一频

5、率信号u(t)=Ucost，未调，未调载载波电压为波电压为uC=UCcosct，则根据频率调制的定义，调频信，则根据频率调制的定义，调频信号的号的瞬时角频率瞬时角频率为：为：( )( )( )cosccfcmttk utt 它是在它是在c的基础上，增加了与的基础上，增加了与u(t)成正比的频率偏移。成正比的频率偏移。式中式中kf为比例常数。为比例常数。rad / sV最大角频偏最大角频偏瞬时角频率偏移瞬时角频率偏移第七章 角度调调制与解调 6/1276 调频信号的瞬时相位调频信号的瞬时相位(t)是瞬时角频率是瞬时角频率(t)对时间的对时间的积分，积分，即：即：式中，式中，0为信号的起始相位。为

6、信号的起始相位。为了分析方便，不妨设为了分析方便，不妨设0=0，则：，则：00( )( )ttd 瞬时相偏瞬时相偏调频指数调频指数FM波的表示式为波的表示式为sincos)(fcCFMtmtUtudtt0)()(dtmc0)cos(ttmcsintmtfcsin)(tc第七章 角度调调制与解调 7/1277 调频信号的瞬时频率与调制信号成线性关系，而瞬时相位与调频信号的瞬时频率与调制信号成线性关系，而瞬时相位与调制信号的积分成线性关系。调制信号的积分成线性关系。( )( )( )cosccfcmttk utt dtt0)()(dtmc0)cos(ttmcsintmtfcsin)(tc第七章 角

7、度调调制与解调 8/1278图图71 调频波波形调频波波形 u C=UCcosctu(t)=Ucost)()(ttctmccosdtt0)()(tmtfcsin)sincos()(tmtUtufccFM第七章 角度调调制与解调 9/12792、调频信号的基本参数、调频信号的基本参数 在调频信号中，有在调频信号中，有三个频率参数三个频率参数： (1) 载波角频率载波角频率c：是没有受调时的载波角频率。：是没有受调时的载波角频率。 (2) 调制信号角频率调制信号角频率：它反映了受调制的信号的瞬时频：它反映了受调制的信号的瞬时频率变化的快慢。率变化的快慢。 (3) 最大角频偏最大角频偏m：是相对于载

8、频的最大角频偏，与之：是相对于载频的最大角频偏，与之对应的频偏对应的频偏ffm=m/2，也反映了瞬时频率摆动的幅，也反映了瞬时频率摆动的幅度。度。 在频率调制中，在频率调制中，最大角频偏最大角频偏m是衡量信号频率受调是衡量信号频率受调制的程度的重要参数制的程度的重要参数，也是衡量，也是衡量调频信号质量的重要参数调频信号质量的重要参数。第七章 角度调调制与解调 10/12710图7-2 调频波fm、mf与F的关系 Ffmmf0fmmf(4) 调频波的调制指数调频波的调制指数mf： mf= m/ = ffm/ F。 调频指数实际上是调频指数实际上是最大的相位偏移最大的相位偏移，它与调制信号的，它与

9、调制信号的振幅成正比，与调制频率成反比，它等于最大频偏除以振幅成正比，与调制频率成反比，它等于最大频偏除以调制频率。调制频率。 调频波的几个参数之间的关系如图调频波的几个参数之间的关系如图7-2所示。所示。第七章 角度调调制与解调 11/12711式式 Jn(mf)是是宗数为宗数为mf 的的n阶第一类贝塞尔函数阶第一类贝塞尔函数,它可以用无它可以用无穷级数进行计算穷级数进行计算:)sincos()(tmtUtufccFMResintjmtjcfceeU 是周期为是周期为2/的周期性时间函数的周期性时间函数,可以将它展开可以将它展开为傅氏级数为傅氏级数,其基波角频率为其基波角频率为,即即 tjm

10、fesintjnnfntjmemJef)(sin02)!( !)2() 1()(mmnfnfnmnmmmJ是是mf的函数的函数二、调频信号的频域分析二、调频信号的频域分析第七章 角度调调制与解调 12/12712 ()( )Re()()cos()cjt n tFMCnfnCnfcnutUJmeUJmnt ResintjmtjcFMfceeUutjnnfntjmemJef)(sin因而，因而，调频波的级数展开式调频波的级数展开式为为:第七章 角度调调制与解调 13/12713 2调频波的频谱结构和特点调频波的频谱结构和特点 uFM(t)=UCJ0(mf)cosct+J1(mf)cos(c+)t

11、-J1(mf)cos(c-)t+J2(mf)cos(c+2)t +J2(mf)cos(c-2)t+J3(mf)cos(c+3)t -J3(mf)cos(c-3)t+单一频率调频波是由许多频率分量组成的，而不像振幅调单一频率调频波是由许多频率分量组成的，而不像振幅调制那样，单一低频调制时只产生两个边频制那样，单一低频调制时只产生两个边频(AM、DSB)，因，因此调频属于非线性变换此调频属于非线性变换。Jn(mf)= J-n(mf) , n为偶数为偶数Jn(mf)= J-n(mf) , n为奇数为奇数ncfncFMtntmJUtu)cos()()(第七章 角度调调制与解调 14/127141 2