2章無線電廣播發(fā)送與接收2章無線電廣播發(fā)送與接收1第2章無線電廣播發(fā)送與接收2.1無線通信系統(tǒng)概述2.2信號、頻譜與調(diào)制2.3模擬調(diào)制與解調(diào)技術(shù)2.4數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)思考題與習(xí)題第2章無線電廣播發(fā)送與接收2.1無線通信系統(tǒng)概述22.1無線通信系統(tǒng)概述通信的目的是為了信息的傳遞和交換。依靠三個方面的技術(shù)支持：第一，聲音、文字、圖像和數(shù)據(jù)等含有信息的具體表現(xiàn)形式與電信號進行相互轉(zhuǎn)換的技術(shù)（傳感技術(shù)）；第二，對電信號進行各種處理的電信號處理技術(shù)；第三，能對電信號(或光信號)進行有效變換并傳輸?shù)男畔魉图夹g(shù)。高頻電路是通信系統(tǒng),特別是無線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ),是無線通信設(shè)備的重要組成部分。2.1無線通信系統(tǒng)概述3高頻電路的基本內(nèi)容應(yīng)該包括:（1）高頻振蕩器（2）放大器（3）混頻或變頻

（4）調(diào)制與解調(diào)高頻電路的基本內(nèi)容應(yīng)該包括:4聲音屬于信息范疇，聲音廣播（遠距離傳送）得益于19世紀(jì)無線電的發(fā)明。聲音廣播就是點到面的通信。信息，抽象的概念。具體形式有：語言、文字、符號、音樂、圖形、圖像和數(shù)據(jù)。信息處理，首先將物理信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后進行處理。人們從這些信號中獲取信息。信息傳輸，通信的主要任務(wù)是傳遞信息，即將經(jīng)過處理的信息從一個地方傳遞到另一個地方。對信息傳輸?shù)囊笾饕翘岣呖煽啃院陀行?。聲音屬于信息范疇，聲音廣播（遠距離傳送）得益于19世紀(jì)無線電5傳遞信息既可以通過有線信道，也可以通過無線信道。信號的無線傳輸是無線電技術(shù)的主要應(yīng)用，通信作為無線電技術(shù)的最早應(yīng)用，其組成和工作過程，很典型地反映了無線電技術(shù)的基本問題。通信技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代化充分反映了無線電技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代化。傳遞信息既可以通過有線信道，也可以通過無線信道。信號的無線傳6通信系統(tǒng)基本組成、作用、分類通信系統(tǒng)直接完成信息的傳遞任務(wù)。為了使我們獲取的聲音或圖像信號，能不失真地傳遞到其它地方，需要對聲音或圖像信號做一些處理，使代表這些信息的電信號變換成有利于傳輸?shù)男盘枴＿@就是通信系統(tǒng)的基本功能。

要掌握無線通信的基本原理和通信電子線路的組成原理。首先要了解該系統(tǒng)的組成。通信系統(tǒng)基本組成、作用、分類7通信系統(tǒng)框圖由于信道中噪聲和干擾的存在，接收設(shè)備所恢復(fù)的基帶信號與原基帶信號之間必然會存在差異，這一差異稱為失真。通信系統(tǒng)框圖由于信道中噪聲和干擾的存在，接收設(shè)備所8基帶信號：由輸入變換器將要傳遞的聲音或圖像消息變換為電信號，該電信號包含了原始消息的全部信息(允許存在一定的誤差，或者說信息損失)，稱為基帶信號?；鶐盘柕幕咎攸c是其信號頻譜是寬帶的，即該信號頻譜范圍的上限頻率和下限頻率的差(即信號帶寬)，與其下限頻率的比遠大于1。寬帶信號包含大量低頻信號的能量。這些信號不適于在空間(即無線信道)中傳播，特別是遠距離的傳播。輸入變換器的輸出作為通信系統(tǒng)的信號源。輸出變換器實現(xiàn)的是輸入變換器的逆過程，即將經(jīng)過處理的基帶信號重新恢復(fù)為原始的聲音或圖像，為人們所接受?；鶐盘枺河奢斎胱儞Q器將要傳遞的聲音或圖像消息變換為電信號9射頻信號：為了能夠在無線信道中，有效地傳播信息（音頻信號和視頻信號），就必須經(jīng)過調(diào)制，將基帶信號(即音頻信號和視頻信號)變換為適合于傳播的高頻信號，即射頻信號。這就是說，無線通信中傳送和接收的信號都是已調(diào)信號。已調(diào)信號是窄帶信號，即已調(diào)信號頻譜范圍的上限頻率和下限頻率的差，與下限頻率的比遠小于1。寬帶信號與窄帶信號是相對而言的。射頻信號：為了能夠在無線信道中，有效地傳播信息（音頻信號和視10信道是信號傳輸?shù)耐ǖ?，也就是傳輸媒介，不同的信道有不同的傳輸特性。為了適應(yīng)信道對要傳輸信號的要求，就必須將已獲取的基帶信號再做變換，這就是發(fā)送變換設(shè)備的功用。發(fā)送設(shè)備將基帶信號經(jīng)過調(diào)制等處理，并使其具有足夠的發(fā)射功率，再送入信道，實現(xiàn)信號的有效傳輸。顯然，接收變換設(shè)備的作用與輸入變換設(shè)備相反，用來恢復(fù)原始基帶信號。發(fā)送變換和接收變換有許多方式，其傳送信息的效率和可靠性都不同，變換機理及實現(xiàn)的電子線路也不同，這些便是我們后面要討論的。信道是信號傳輸?shù)耐ǖ?，也就是傳輸媒介，不同的信道有不同的傳?1發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備通信系統(tǒng)的核心部分是發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備。不同的通信系統(tǒng)的發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備的組成不完全相同，但基本結(jié)構(gòu)也還是有相似之處。我們經(jīng)常見到的通信系統(tǒng)有廣播通信系統(tǒng)，移動通信系統(tǒng)。它們都是無線通信系統(tǒng)。從發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備之間的無線電波的傳播屬于模擬通信系統(tǒng)，其組成結(jié)構(gòu)基本相同。無線通信系統(tǒng)的發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖如下。發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備12無線通信發(fā)送設(shè)備無線通信發(fā)送設(shè)備13振蕩器產(chǎn)生等幅的高頻正弦信號，經(jīng)過倍頻器后，即成為載波頻率信號；然后，載波頻率信號被基帶信號調(diào)制，產(chǎn)生高頻已調(diào)信號，最后再經(jīng)功率放大器放大，獲得足夠的發(fā)射功率，作為射頻信號發(fā)送到空間。載波頻率在適合無線信道傳播的頻率范圍。振蕩器產(chǎn)生等幅的高頻正弦信號，經(jīng)過倍頻器后，即成為載波頻率信14無線通信接收設(shè)備無線通信接收設(shè)備15接收設(shè)備的第一級是高頻放大器。由于由發(fā)送設(shè)備發(fā)出的信號經(jīng)過長距離的傳播，受到很大的衰減，能量受到很大的損失，同時還受到傳輸過程中來自各方面的干擾和噪聲。當(dāng)?shù)竭_接收設(shè)備時，信號是很微弱的，因而需要經(jīng)過放大器的放大，并且，高頻放大器的窄帶特性同時濾除一部分帶外的噪聲和干擾。高頻放大器的輸出是載頻為fs的已調(diào)信號，經(jīng)過混頻器，與本地振蕩器提供的頻率為fl的信號混頻，產(chǎn)生頻率為fi的中頻信號。接收設(shè)備的第一級是高頻放大器。由于由發(fā)送設(shè)備發(fā)出的信號經(jīng)過長16中頻信號經(jīng)中頻放大器放大，送到解調(diào)器，恢復(fù)原基帶信號，再經(jīng)低頻放大器放大后輸出。超外差接收機的主要特點就是由頻率固定的中頻放大器來完成對接收信號的選擇和放大。當(dāng)信號頻率改變時,只要相應(yīng)地改變本地振蕩信號頻率即可。中頻信號經(jīng)中頻放大器放大，送到解調(diào)器，恢復(fù)原基帶信號，17無線通信的類型,可以根據(jù)傳輸方法、頻率范圍、用途等分類。不同的無線通信系統(tǒng),其設(shè)備組成和復(fù)雜度雖然有較大差異,但它們的基本組成不變,下圖是無線通信系統(tǒng)基本組成的方框圖。圖中發(fā)送設(shè)備（發(fā)信機）,接收設(shè)備（收信機）,天線及天線開關(guān)為收發(fā)共用設(shè)備。信道為自由空間。話筒和揚聲器屬于通信的終端設(shè)備,分別為信源和信宿。無線通信的類型,可以根據(jù)傳輸方法、頻率范圍、用途等分類18無線通信系統(tǒng)的基本組成無線通信系統(tǒng)的基本組成19

無線通信系統(tǒng)的類型

（1）按工作頻段或傳輸手段分：中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和衛(wèi)星通信等。工作頻率——射頻（RF）頻率?！案哳l”的廣義語,指適合無線電發(fā)射和傳播的頻率。發(fā)展方向——開辟更高的頻段。（2）按通信方式來分：（全）雙工、半雙工和單工方式無線通信系統(tǒng)的類型20（3）按調(diào)制方式分：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、混合調(diào)制等。（4）按傳送的消息的類型分：模擬通信、數(shù)字通信,或話音通信、圖像通信、數(shù)據(jù)通信和多媒體通信等。

各種不同類型的通信系統(tǒng),其系統(tǒng)組成和設(shè)備的復(fù)雜程度都有很大不同。但是組成設(shè)備的基本電路及其原理都是相同的,遵從同樣的規(guī)律。課程以模擬通信為重點來研究這些基本技術(shù),認(rèn)識其規(guī)律。這些電路和規(guī)律完全可以推廣應(yīng)用到其它類型的通信系統(tǒng)。（3）按調(diào)制方式分：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、混合調(diào)制等。212.2信號、頻譜與調(diào)制

在高頻電路中,處理的三種主要信號:基帶（消息）信號、高頻載波信號和已調(diào)信號?；鶐盘枴夹盘?調(diào)制信號。

1.時間特性把無線電信號表示為電壓或電流的時間函數(shù),常用時域波形或數(shù)學(xué)表達式描述。

時間特性就是信號隨時間變化快慢的特性。要求傳輸電路的時間特性（如時間常數(shù)）與信號的時間特性相適應(yīng)。2.2信號、頻譜與調(diào)制22

2.頻譜特性對于較復(fù)雜的信號（如話音信號、圖像信號等）,用頻譜分析法表示較為方便。

圖1—2信號分解

圖1—2信號分解23周期性信號,表示為許多離散的頻率分量（各分量間成諧頻關(guān)系）;非周期性信號,用傅里葉變換分解為連續(xù)譜,信號為連續(xù)譜的積分。頻譜特性——幅頻特性和相頻特性。任何信號都會占據(jù)一定的帶寬。帶寬就是信號能量主要部分（如90%以上）占據(jù)的頻率范圍或頻帶寬度。

圖1—3頻譜圖周期性信號,表示為許多離散的頻率分量（各分量間成諧頻關(guān)系）24

3.頻率特性任何信號都具有一定的頻率或波長。這里，頻率特性是指無線電信號的頻率或波長。電磁波輻射的波譜很寬,如圖所示。

無線電波是一種波長比較長的電磁波,頻率范圍很廣。在自由空間中,波長與頻率的關(guān)系:c=fλ無線電波段可以按頻率劃分，也可以按波長劃分。表中列出按波長劃分的波段名稱、相應(yīng)的波長范圍及相應(yīng)的頻段名稱。各波段之間并沒有明顯的分界線，所以在各波段之間的銜接處，無線電波的特性也無明顯差異。3.頻率特性c=fλ無線電波段可以按頻率劃25電磁波波譜

電磁波波譜26無線電廣播發(fā)送與接收ppt課件27無線電波也可以認(rèn)為是一種頻率相對較低的電磁波。對頻率或波長進行分段,分別稱為頻段或波段。不同頻段信號的產(chǎn)生、放大和接收的方法不同,傳播的能力和方式也不同,分析方法和應(yīng)用范圍也不同。

對于米波以上的信號通常用集總（中）參數(shù)的方法來分析與實現(xiàn),而對于米波以下的信號一般應(yīng)用分布參數(shù)的方法來分析與實現(xiàn)。問題：無線電波是高頻？低頻？無線電波也可以認(rèn)為是一種頻率相對較低的電磁波。對頻率或波長28

4.傳播特性

傳播特性是指無線電信號的傳播方式、傳播距離、傳播特點等。根據(jù)其所處的頻段或波段來區(qū)分。在無線模擬通信系統(tǒng)中，傳輸媒介是自由空間。電磁波在自由空間的傳播方式不同，信號傳輸?shù)挠行院涂煽啃砸膊煌?，由此使得通信系統(tǒng)的構(gòu)成及其工作機理也有很大的不同。電波的傳播方式主要有：直射（視距）傳播；繞射（地波）傳播；折射和反射（天波）傳播；散射傳播等?！P(guān)鍵因素是無線電信號的頻率。4.傳播特性29無線電波波長與傳播方式有關(guān)，無線電波的傳播，是無線通信系統(tǒng)中的一個重要的環(huán)節(jié)，其傳播方式主要有三種：沿地面?zhèn)鞑サ牡夭ǎ心芰康膿p耗且損耗隨頻率的升高而增加，因此，通常只有中、長波適合地面?zhèn)鞑?。傳播較穩(wěn)定，傳送距離較遠?？侩婋x層折射和反射傳播的天波，在1．5MHz～30MHz范圍的短波是靠大氣層上部的電離層的折射和反射進行傳播的，可以傳播得很遠。沿空間直線傳播的空間波。頻率超過30MHz以上的超短波主要沿空間直線傳播。鑒于地球表面是彎曲的，所以這種傳播只限于視線范圍，而衛(wèi)星通信使空間傳播的距離大大增加。無線電波到達電離層后，一部分能量被吸收掉，一部分能量被反射和折射到地面。其中，頻率較低的無線電波被反射到地面，頻率較高的無線屯波則穿過電離層，不會反射到地面，這就是30MHz的超短波主要沿空間直線播的原因。無線電波波長與傳播方式有關(guān)，無線電波的傳播，是無線通信系統(tǒng)中30

圖1—5無線電波的主要傳播方式（a）直射傳播;（b）地波傳播;（c）天波傳播;（d）散射傳播圖1—5無線31

5.調(diào)制特性無線電傳播采用高頻（射頻）的原因，其一是高頻適于天線輻射和無線傳播。其二是為了接收機能有效的區(qū)分各個不同的電臺。用調(diào)制技術(shù)可以實現(xiàn)以上功能，還可以實現(xiàn)信道的復(fù)用，提高其利用率。調(diào)制——用調(diào)制信號去控制高頻載波的參數(shù),使載波信號的某一個或幾個參數(shù)（振幅、頻率或相位）按照調(diào)制信號的規(guī)律變化。三種基本方式：振幅調(diào)制（調(diào)幅AM）、頻率調(diào)制（調(diào)頻FM）、相位調(diào)制（調(diào)相PM）,還可以有組合調(diào)制方式。5.調(diào)制特性322.3模擬調(diào)制與解調(diào)技術(shù)無線電廣播、電視廣播都包含有低頻部分和高頻部分“低頻”、“高頻”是相對的低頻——信息高頻——運載工具低頻信息不能直接遠距離傳送，須進行調(diào)制（調(diào)幅、或調(diào)頻、或調(diào)相）處理后再發(fā)送2.3模擬調(diào)制與解調(diào)技術(shù)33在無線電廣播發(fā)送系統(tǒng)中,待發(fā)送的語言、音樂或圖象信號通過對高頻等幅波進行調(diào)制而獲得高頻已調(diào)波。接收系統(tǒng)將接收到的高頻已調(diào)波經(jīng)過變換（解調(diào)）處理而還原為語言、音樂或圖象信號。

在無線電廣播發(fā)送系統(tǒng)中,待發(fā)送的語言、音樂或圖象信號通過對高343.3.1調(diào)幅（振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻）調(diào)幅、檢波與變頻均為對信號進行頻率變換，所對應(yīng)的電路稱為頻率變換電路或頻率搬移電路，具有將信號在頻譜上實現(xiàn)從某一頻域搬移到另一頻域的特性。3.3.1調(diào)幅（振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻）35基本電路：頻譜搬移電路頻譜的線性搬移電路：搬移過程中，輸入信號的頻譜結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，只在頻域上簡單的搬移。頻譜的非線性搬移電路：線性搬移的方法：非線性電路線性時變電路基本電路：頻譜搬移電路36非線性器件具有非線性特性，有多個信號輸入時，輸出產(chǎn)生了新的頻率分量：輸入信號分量及各次諧波分量、輸入信號頻率的組合分量。用濾波器選出能完成頻譜搬移功能所需要的項。大多數(shù)頻譜搬移電路所需要的是非線性函數(shù)展開式中的平方項，或兩個輸入信號的乘積項。非線性器件具有非線性特性，有多個信號輸入時，輸出產(chǎn)生了新的頻37非線性電路完成頻譜的搬移非線性電路完成頻譜的搬移38由二極管、差分對、晶體管、場效應(yīng)管組成的線性頻譜搬移電路都可以完成調(diào)幅、解調(diào)、混頻功能。因為都具有相乘的功能。如：單二極管調(diào)制電路、差分對組成的模擬乘法器等，產(chǎn)生AM信號二極管平衡調(diào)制電路、雙平衡調(diào)制電路（二極管環(huán)形調(diào)制器）、雙差分調(diào)制器等，產(chǎn)生DSB信號由二極管、差分對、晶體管、場效應(yīng)管組成的線性頻譜搬移電路都可39振幅調(diào)制由調(diào)制信號去控制載波的振幅，使之按調(diào)制信號的規(guī)律變化。分類：普通調(diào)幅AM——調(diào)幅波抑制載波的雙邊帶調(diào)制DSB-SC——雙邊帶信號抑制載波的單邊帶調(diào)制SSB-SC——單邊帶信號振幅調(diào)制401.調(diào)幅波的分析1)表示式及波形

設(shè)載波電壓為調(diào)制電壓為

一般ωc>>Ω。調(diào)制電壓為一般ωc>>Ω。41

調(diào)制信號振幅Um（t）為Um(t)=UC+ΔUC（t）=UC+kaUΩcosΩt=UC(1+mcosΩt)式中,ΔUC（t）與調(diào)制電壓uΩ成正比,其振幅ΔUC=kaUΩ與載波振幅之比稱為調(diào)幅度mka為比例系數(shù),一般由調(diào)制電路確定,故又稱為調(diào)制靈敏度。

42可得調(diào)幅信號的表達式

uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct

m≤1不失真調(diào)制若調(diào)制信號為一連續(xù)頻譜信號f（t）,可用下式來描述調(diào)幅波:無線電廣播發(fā)送與接收ppt課件43

f（t）是均值為零的歸一化調(diào)制信號,

|f（t）|max=1。若將調(diào)制信號分解為則調(diào)幅波表示式為f（t）是均值為零的歸一化調(diào)制信號,則調(diào)幅波表示式為44AM調(diào)制過程中的信號波形AM調(diào)制過程中的信號波形45圖6―2實際調(diào)制信號的調(diào)幅波形圖6―2實際調(diào)制信號的調(diào)幅波形46圖6―3AM信號的產(chǎn)生原理圖圖6―3AM信號的產(chǎn)生原理圖47利用模擬乘法器產(chǎn)生普通調(diào)幅波：將調(diào)制信號疊加上直流成分，即可得AM信號，調(diào)節(jié)直流分量大小，即可調(diào)節(jié)m值。利用模擬乘法器產(chǎn)生普通調(diào)幅波：將調(diào)制信號疊加上直流成分，即48無線電廣播發(fā)送與接收ppt課件492)調(diào)幅波的頻譜調(diào)幅波不是一個簡單的正弦波形。在單一頻率的正弦信號的調(diào)制情況下,調(diào)幅波為uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct。用三角公式展開,得2)調(diào)幅波的頻譜50圖6―4單音調(diào)制時已調(diào)波的頻譜（a）調(diào)制信號頻譜（b）載波信號頻譜（c）AM信號頻譜圖6―4單音調(diào)制時已調(diào)波的頻譜51圖6―5語音信號及已調(diào)信號頻譜（a）語音頻譜（b）已調(diào)信號頻譜圖6―5語音信號及已調(diào)信號頻譜52帶寬（窄）帶寬（窄）533）調(diào)幅波的功率在負(fù)載電阻RL上消耗的載波功率為在負(fù)載電阻RL上,一個載波周期內(nèi)調(diào)幅波消耗的功率為P是調(diào)制信號的函數(shù),是隨時間變化的。3）調(diào)幅波的功率在負(fù)載電阻RL上,一個載波周期內(nèi)調(diào)幅波消耗54上、下邊頻的平均功率均為AM信號的平均功率邊頻

AM波的平均功率為載波功率與兩個邊帶功率之和。而兩個邊頻功率與載波功率的比值為邊頻功率載波功率上、下邊頻的平均功率均為AM信號的平均功率邊頻55同時可以得到調(diào)幅波的最大功率和最小功率,它們分別對應(yīng)調(diào)制信號的最大值和最小值為特點及應(yīng)用同時可以得到調(diào)幅波的最大功率和最小功率,它們分別對應(yīng)調(diào)制信號56例某調(diào)幅波廣播電臺的發(fā)射機,輸出載波功率為1000W。試求它可能輸出的最大邊帶功率和最大輸出總功率,以及平均調(diào)幅系數(shù)為0.3時的輸出總功率。解：調(diào)幅系數(shù)ma=1時

例某調(diào)幅波廣播電臺的發(fā)射機,輸出載波功率為1000W。試求它57在實際應(yīng)用中,調(diào)幅波的調(diào)制系數(shù)是變化的,其平均值通常只有0.3左右,此時發(fā)射機輸出的調(diào)幅波的平均總功率為在實際應(yīng)用中,調(diào)幅波的調(diào)制系數(shù)是變化的,其平均值通常只有0.58功率利用率低解調(diào)電路簡單載頻功率調(diào)制前后不變，調(diào)制后增加了上下邊頻的功率，總功率增加了功率利用率低59

2.雙邊帶信號在調(diào)制過程中,將載波抑制就形成了抑制載波雙邊帶信號。它可用載波與調(diào)制信號相乘得到,其表示式為在單一正弦信號uΩ=UΩcosΩt調(diào)制時,2.雙邊帶信號在單一正弦信號uΩ=UΩcosΩt調(diào)制時60DSB信號波形DSB信號波形61特點：（1）包絡(luò)與AM波不同，DSB波的包絡(luò)正比于（2）DSB信號的高頻載波相位在調(diào)制電壓零交點處突變180o（3）功率利用率高問題：雙邊帶信號頻譜？

特點：62

3.單邊帶信號單邊帶（SSB）信號是由DSB信號經(jīng)邊帶濾波器濾除一個邊帶或在調(diào)制過程中,直接將一個邊帶抵消而成。單頻調(diào)制時,uDSB（t）=kuΩuC。當(dāng)取上邊帶時取下邊帶時3.單邊帶信號取下邊帶時63圖6―7單音調(diào)制的SSB信號波形圖6―7單音調(diào)制的SSB信號波形64圖6―8單邊帶調(diào)制時的頻譜搬移圖6―8單邊帶調(diào)制時的頻譜搬移65調(diào)幅信號的解調(diào)振幅解調(diào)方法可分為包絡(luò)檢波和同步檢波兩大類。包絡(luò)檢波是指解調(diào)器輸出電壓與輸入已調(diào)波的包絡(luò)成正比的檢波方法。由于AM信號的包絡(luò)與調(diào)制信號成線性關(guān)系,因此包絡(luò)檢波只適用于AM波。其原理框圖如圖所示：調(diào)幅信號的解調(diào)66包絡(luò)檢波的原理框圖包絡(luò)檢波的原理框圖67同步解調(diào)器的框圖同步解調(diào)器的框圖68同步檢波又可以分為乘積型和疊加型兩類。它們都需要用恢復(fù)的載波信號ur進行解調(diào)。同步檢波器乘積型疊加型同步檢波又可以分為乘積型和疊加型兩類。它們都需要用恢復(fù)的載波69混頻1．混頻器的功能混頻器是頻譜線性搬移電路,是一個六端網(wǎng)絡(luò)。它有兩個輸入電壓:輸入信號us和本地振蕩信號uL,其工作頻率分別為fc和fL輸出信號為uI,稱為中頻信號,其頻率是fc和fL的差頻或和頻,稱為中頻fI,fI=fL±fc(可采用諧波的差頻或和頻)?；祛l70圖6―51混頻器的功能示意圖圖6―51混頻器的功能示意圖71三種頻譜線性搬移功能(a)調(diào)制(b)解調(diào)(c)混頻三種頻譜線性搬移功能722．混頻器的工作原理設(shè)輸入到混頻器中的輸入已調(diào)信號us和本振電壓uL分別為

us=UscosΩtcosωct

uL=ULcosωLt這兩個信號的乘積為2．混頻器的工作原理73混頻器的組成框圖混頻器的組成框圖74

本振為單一頻率信號,其頻譜為FL(ω)=π［δ(ω-ωc)+δ(ω+ωc)］輸入信號為己調(diào)波,其頻譜為Fs(ω),則本振為單一頻率信號,其頻譜為75混頻過程中的頻譜變換(a)本振頻譜(b)信號頻譜(c)輸出頻譜混頻過程中的頻譜變換76收音機用典型變頻器線路(a)中波AM收音機的變頻電路收音機用典型變頻器線路77收音機用典型變頻器線路(b)FM收音機變頻電路收音機用典型變頻器線路78角度調(diào)制與解調(diào)角度調(diào)制是通過調(diào)制信號對載波的頻率或相位進行控制,使其頻率或相位的變化反映調(diào)制信號的變化規(guī)律的一種調(diào)制方式。這種已調(diào)波稱為調(diào)角波。根據(jù)調(diào)制信號對載波頻率或相位的不同控制,調(diào)角波分調(diào)頻波和調(diào)相波。從調(diào)角波中恢復(fù)調(diào)制信號的過程稱為解調(diào),對調(diào)頻波和調(diào)相波的解調(diào)分別稱為頻率解調(diào)和相位解調(diào),或鑒頻和鑒相。角度調(diào)制與解調(diào)角度調(diào)制是通過調(diào)制信號對載波的頻率或相位進行控79基本概念調(diào)制的目的是把含有信息的低頻調(diào)制信號的變化規(guī)律附加到載波信號上去。在振幅調(diào)制系統(tǒng)中,調(diào)制的結(jié)果實現(xiàn)了頻譜的線性搬移,已調(diào)高頻信號的頻譜結(jié)構(gòu)完全保持了原來低頻調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)形式,所以常把振幅調(diào)制稱為線性調(diào)制?；靖拍钫{(diào)制的目的是把含有信息的低頻調(diào)制信號的變化規(guī)律附加到80在角度調(diào)制系統(tǒng)中,調(diào)制的結(jié)果產(chǎn)生了頻譜的非線性變換,已調(diào)高頻信號的頻譜結(jié)構(gòu)已不再保持低頻調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)形式,因此,常又把角度調(diào)制稱為非線性調(diào)制。需要強調(diào):調(diào)制本身是實現(xiàn)頻譜變換,頻譜變換是典型的非線性過程。不管是線性調(diào)制或非線性調(diào)制,它們皆是典型非線性過程。

在角度調(diào)制系統(tǒng)中,調(diào)制的結(jié)果產(chǎn)生了頻譜的非線性變換,已調(diào)高頻813.3.2頻率調(diào)制與解調(diào)1調(diào)頻信號的參數(shù)與波形設(shè)調(diào)制信號為單一頻率信號uΩ(t)=UΩcosΩt,載波電壓為uC=UCcosωct,則調(diào)頻信號的瞬時角頻率為3.3.2頻率調(diào)制與解調(diào)82它是在ωc的基礎(chǔ)上,增加了與uΩ(t)成正比的頻率偏移。式中kf為比例常數(shù)。調(diào)頻信號的瞬時相位φ(t)是瞬時角頻率ω(t)對時間的積分,即式中,φ0為信號的起始相位。為了分析方便,設(shè)φ0=0,則變?yōu)樗窃讦豤的基礎(chǔ)上,增加了與uΩ(t)成正比的頻率偏移。式中83

式中，為調(diào)頻指數(shù)。FM波的表示式為:式中，為調(diào)頻指數(shù)。84調(diào)頻波波形調(diào)頻波波形85圖7―2調(diào)頻波Δfm、mf與F的關(guān)系圖7―2調(diào)頻波Δfm、mf與F的關(guān)系862調(diào)頻波的頻譜1）調(diào)頻波的展開式因為調(diào)頻波的表達式中的是周期為2π/Ω的周期性時間函數(shù),可以將它展開為傅氏級數(shù),其基波角頻率為Ω,即式中Jn(mf)是宗數(shù)為mf的n階第一類貝塞爾函數(shù),它可以用無窮級數(shù)進行計算:2調(diào)頻波的頻譜式中Jn(mf)是宗數(shù)為mf87

它隨mf變化的曲線如圖7―3所示,并具有以下特性:Jn(mf)=J-n(mf),n為偶數(shù)Jn(mf)=-J-n(mf),n為奇數(shù)

因而,調(diào)頻波的級數(shù)展開式為它隨mf變化的曲線如圖7―3所示,并具有以下特性:88圖7―3第一類貝塞爾函數(shù)曲線圖7―3第一類貝塞爾函數(shù)曲線892）調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)和特點

將上式進一步展開,有uFM(t)=UC［J0(mf)cosωct+J1(mf)cos(ωc+Ω)t-J1(mf)cos(ωc-Ω)t+J2(mf)cos(ωc+2Ω)t+J2(mf)cos(ωc-2Ω)t+J3(mf)cos(ωc+3Ω)t-J3(mf)cos(ωc-3Ω)t+…］2）調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)和特點90單頻調(diào)制時FM波的振幅譜（a）Ω為常數(shù);（b）Δωm為常數(shù)單頻調(diào)制時FM波的振幅譜913調(diào)頻波的信號帶寬通常采用的準(zhǔn)則是,信號的頻帶寬度應(yīng)包括幅度大于未調(diào)載波1%以上的邊頻分量,即|Jn(mf)|≥0.01由圖可見,當(dāng)mf很大時,n/mf趨近于1。因此當(dāng)mf1時,應(yīng)將n=mf的邊頻包括在頻帶內(nèi),此時帶寬為

Bs=2nF=2mfF=2Δfm當(dāng)mf很小時,如mf<0.5,為窄頻帶調(diào)頻,此時

Bs=2F3調(diào)頻波的信號帶寬92

對于一般情況,帶寬為

Bs=2(mf+1)F=2(Δfm+F)更準(zhǔn)確的調(diào)頻波帶寬計算公式為當(dāng)調(diào)制信號不是單一頻率時,由于調(diào)頻是非線性過程,其頻譜要復(fù)雜得多。比如有F1、F2兩個調(diào)制頻率,則對于一般情況,帶寬為當(dāng)調(diào)制信號不是單一頻率時,由于調(diào)頻是非934調(diào)頻波的功率調(diào)頻信號uFM(t)在電阻RL上消耗的平均功率為

由于余弦項的正交性,總和的均方值等于各項均方值的總和,可得

4調(diào)頻波的功率由于余弦項的正交性,總和的均方值等945調(diào)頻波與調(diào)相波的比較1）調(diào)相波調(diào)相波是其瞬時相位以未調(diào)載波相位φc為中心按調(diào)制信號規(guī)律變化的等幅高頻振蕩。如uΩ(t)=UΩcosΩt,并令φ0=0,則其瞬時相位為

φ(t)=ωct+Δφ(t)=ωct+kpuΩ(t)=ωct+ΔφmcosΩt=ωct+mpcosΩt

從而得到調(diào)相信號為

uPM(t)=UCcos(ωct+mpcosΩt)5調(diào)頻波與調(diào)相波的比較95調(diào)相波的瞬時頻率為調(diào)相波Δfm、mp與F的關(guān)系調(diào)相波的瞬時頻率為調(diào)相波Δfm、mp與F的關(guān)系96調(diào)相波波形調(diào)相波波形97至于PM波的頻譜及帶寬,其分析方法與FM相同。調(diào)相信號帶寬為Bs=2(mp+1)F調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系至于PM波的頻譜及帶寬,其分析方法與FM相同。調(diào)相信982）調(diào)頻波與調(diào)相波的比較調(diào)頻波與調(diào)相波的比較見表7―1。強調(diào)幾點:（1）角度調(diào)制是非線性調(diào)制,在單頻調(diào)制時會出現(xiàn)（ωc±nΩ）分量,在多頻調(diào)制時還會出現(xiàn)交叉調(diào)制（ωc±nΩ1±kΩ2+…）分量。（2）調(diào)頻的頻譜結(jié)構(gòu)與mf密切相關(guān)。mf大,頻帶寬。mf大,抗干擾能力也強。（3）與AM制相比,角調(diào)方式的設(shè)備利用率高,因其平均功率與最大功率一樣。2）調(diào)頻波與調(diào)相波的比較99表7―1調(diào)頻波與調(diào)相波的比較表表7―1調(diào)頻波與調(diào)相波的比較表100調(diào)頻器與調(diào)頻方法1調(diào)頻器對于圖7―10的調(diào)頻特性的要求如下:（1）調(diào)制特性線性要好。（2）調(diào)制靈敏度要高。（3）載波性能要好。調(diào)頻器與調(diào)頻方法1調(diào)頻器101圖7―10調(diào)頻特性曲線圖7―10調(diào)頻特性曲線1022調(diào)頻方法1．直接調(diào)頻法這種方法一般是用調(diào)制電壓直接控制振蕩器的振蕩頻率,使振蕩頻率f(t)按調(diào)制電壓的規(guī)律變化。若被控制的是LC振蕩器,則只需控制振蕩回路的某個元件(L或C),使其參數(shù)隨調(diào)制電壓變化,就可達到直接調(diào)頻的目的。2調(diào)頻方法1032．間接調(diào)頻法實現(xiàn)間接調(diào)頻的關(guān)鍵是如何進行相位調(diào)制。通常,實現(xiàn)相位調(diào)制的方法有如下三種:(1）矢量合成法。這種方法主要針對的是窄帶的調(diào)頻或調(diào)相信號。對于單音調(diào)相信號

uPM=Ucos(ωct+mpcosΩt)=Ucosωctcos(mpcosΩt)-Usin(mpcosΩt)sinωct當(dāng)mp≤π/12時,上式近似為uPM≈Ucosωct-UmpcosΩtsinωct（7―20）2．間接調(diào)頻法104無線電廣播發(fā)送與接收ppt課件105(2）可變移相法?？勺円葡喾ň褪抢谜{(diào)制信號控制移相網(wǎng)絡(luò)或諧振回路的電抗或電阻元件來實現(xiàn)調(diào)相。(3）可變延時法。將載波信號通過一可控延時網(wǎng)絡(luò),延時時間τ受調(diào)制信號控制,即τ=kduΩ(t)則輸出信號為

u=Ucosωc(t-τ)=Ucos［ωct-kdωcuΩ(t)］由此可知,輸出信號已變成調(diào)相信號了。(2）可變移相法。1063.擴大調(diào)頻器線性頻偏的方法對于直接調(diào)頻電路,調(diào)制特性的非線性隨最大相對頻偏Δfm/fc的增大而增大。當(dāng)最大相對頻偏Δfm/fc限定時,對于特定的fc,Δfm也就被限定了,其值與調(diào)制頻率的大小無關(guān)。

3.擴大調(diào)頻器線性頻偏的方法107鑒頻器與鑒頻方法1鑒頻器角調(diào)波的解調(diào)就是從角調(diào)波中恢復(fù)出原調(diào)制信號的過程。調(diào)頻波的解調(diào)電路稱為頻率檢波器或鑒頻器（FD）；調(diào)相波的解調(diào)電路稱為相位檢波器或鑒相器（PD）。鑒頻器與鑒頻方法1鑒頻器108圖7―26鑒頻器及鑒頻特性圖7―26鑒頻器及鑒頻特性1092鑒頻方法對調(diào)頻波進行頻率解調(diào)也稱為鑒頻,它是調(diào)頻的逆變換過程。實現(xiàn)的方法很多,歸納為以下四種類型:一、調(diào)頻-調(diào)幅變換式二、調(diào)頻-調(diào)相變換式三、脈沖計數(shù)式四、鎖相環(huán)式2鑒頻方法110調(diào)頻-調(diào)幅變換式它是將等幅的調(diào)頻波送入一個頻-幅變換網(wǎng)絡(luò),使其變成調(diào)頻調(diào)幅波,然后用振幅檢波器對其進行振幅檢波,便可得到調(diào)頻波的解調(diào)信號,其原理框圖如圖6-18所示。調(diào)頻-調(diào)幅變換式111調(diào)頻-調(diào)相變換式它是利用移相網(wǎng)絡(luò)的相位隨頻率變化的變換關(guān)系,將調(diào)頻波變換成調(diào)相波,再利用相位檢波器即鑒相器直接得到解調(diào)信號,其原理框圖如圖6-19所示。調(diào)頻-調(diào)相變換式112脈沖計數(shù)式它是利用波形變換器將調(diào)頻波變換成數(shù)目與頻率成正比,幅度與寬度相同的脈沖信號,然后將其送入低通濾波器,該輸出信號便是電壓幅度與脈沖數(shù)目成正比,也即與瞬時頻率變化成正比的解調(diào)信號,其原理框圖如圖6-20所示。脈沖計數(shù)式113無線電廣播發(fā)送與接收ppt課件114振幅鑒頻法調(diào)頻波振幅恒定,故無法直接用包絡(luò)檢波器解調(diào)。鑒于二極管峰值包絡(luò)檢波器線路簡單、性能好,能否把包絡(luò)檢波器用于調(diào)頻解調(diào)器中呢？若能將等幅的調(diào)頻信號變換成振幅也隨瞬時頻率變化、既調(diào)頻又調(diào)幅的FM―AM波,就可以通過包絡(luò)檢波器解調(diào)此調(diào)頻信號。用此原理構(gòu)成的鑒頻器稱為振幅鑒頻器。振幅鑒頻法115單回