模擬調(diào)制系統(tǒng)

線性調(diào)制

非線性調(diào)制23.1概述正弦波三要素

c(t)=Acos(

0t+

0)幅度A角頻率

0，載波頻率相位

0三種基本調(diào)制方法幅度調(diào)制頻率調(diào)制相位調(diào)制調(diào)制器調(diào)制信號m(t)載波c(t)已調(diào)信號s(t)33.1概述兩類調(diào)制線性調(diào)制：已調(diào)信號頻譜與調(diào)制信號頻譜呈線性關(guān)系。非線性調(diào)制：已調(diào)信號與調(diào)制信號頻譜呈非線性關(guān)系。調(diào)制的兩個目的實現(xiàn)信號的頻譜搬移。提高信號的抗干擾性能。43.2線性調(diào)制線性調(diào)制器的原理H

(

f

)調(diào)制信號m(t)載波Acos(

0t)已調(diào)信號s(t)53.2線性調(diào)制乘法器輸出信號的頻譜密度下邊帶上邊帶下邊帶上邊帶OO63.2.1幅度調(diào)制(AM)調(diào)幅信號的時域表達(dá)式

若調(diào)制信號中無直流分量，須疊加一個

m<1，正常調(diào)幅m=1，滿調(diào)幅，也稱臨界調(diào)幅m>1，過調(diào)幅H

(

f

)為全通函數(shù)73.2.1幅度調(diào)制(AM)調(diào)幅信號的波形m<1m=1m>183.2.1幅度調(diào)制(AM)調(diào)幅信號的頻域表達(dá)式對sAM(t)求傅里葉變換，得93.2.1幅度調(diào)制(AM)調(diào)幅信號的頻譜下邊帶上邊帶下邊帶上邊帶OO103.2.1幅度調(diào)制(AM)調(diào)幅信號的帶寬設(shè)調(diào)制信號的帶寬為Bm，則調(diào)幅信號的帶寬為調(diào)制信號帶寬的兩倍，即

BAM=2Bm

載波頻率與調(diào)制信號帶寬的關(guān)系為了能從已調(diào)信號中恢復(fù)調(diào)制信號，載波頻率應(yīng)至少為調(diào)制信號帶寬的兩倍，即

f0=2Bm

113.2.1幅度調(diào)制(AM)調(diào)幅信號的功率載波功率邊帶功率123.2.1幅度調(diào)制(AM)調(diào)幅信號的調(diào)制器調(diào)幅信號的解調(diào)器——包絡(luò)檢波器Acos(

0t)1整流器低通濾波器隔直133.2.1幅度調(diào)制(AM)調(diào)幅信號的包絡(luò)檢波整流器低通濾波器隔直143.2.1幅度調(diào)制(AM)包絡(luò)檢波器性能分析檢波器的輸入（假設(shè)n(t)為零均值高斯過程）檢波器的輸入信號功率檢波器輸入噪聲功率檢波器輸入信噪比153.2.1幅度調(diào)制(AM)包絡(luò)檢波器性能分析y(t)的包絡(luò)在大信噪比條件下可近似為對上式用冪級數(shù)展開得經(jīng)隔直后得163.2.1幅度調(diào)制(AM)包絡(luò)檢波器性能分析檢波器的輸出信號功率檢波器輸出噪聲功率檢波器輸出信噪比檢波前后信噪比之比173.2.2雙邊帶調(diào)幅(DSB)雙邊帶調(diào)幅的原理沒有載波，全稱“雙邊帶抑制載波調(diào)制”雙邊帶調(diào)幅信號的時域表達(dá)式雙邊帶調(diào)幅信號的波形183.2.2雙邊帶調(diào)幅(DSB)雙邊帶調(diào)幅信號的頻域表達(dá)式及頻譜下邊帶上邊帶下邊帶上邊帶OO193.2.2雙邊帶調(diào)幅(DSB)雙邊帶調(diào)幅信號的調(diào)制器雙邊帶調(diào)幅信號的解調(diào)器——相干解調(diào)器Acos(

0t)本地載波cos(

0t)低通濾波器203.2.2雙邊帶調(diào)幅(DSB)相干解調(diào)器的時域分析這部分高頻分量被一低通濾波器濾除213.2.2雙邊帶調(diào)幅(DSB)相干解調(diào)器的頻域分析223.2.2雙邊帶調(diào)幅(DSB)相干解調(diào)器的頻譜分析OOOO233.2.2雙邊帶調(diào)幅(DSB)本地載波頻差和相差對相干解調(diào)的影響設(shè)收發(fā)兩端的頻差和相差分別為Δω和

，于是本地載波為

cl(t)=cos(ωct+Δωt+

)接收到的DSB信號與本地載波相乘后為經(jīng)低通濾波后得243.2.3單邊帶調(diào)制(SSB)單邊帶調(diào)制的原理SDSB(

f

)的上下兩個邊帶對稱，這意味著一個邊帶就包含了調(diào)制信號m(t)的全部信息。單邊帶調(diào)制只發(fā)送其中一個邊帶，濾掉另一個邊帶，從而提高通信的有效性。單邊帶調(diào)制器Acos(

0t)單邊帶濾波器253.2.3單邊帶調(diào)制(SSB)上邊帶調(diào)制的頻譜分析OOO263.2.3單邊帶調(diào)制(SSB)下邊帶調(diào)制的頻譜分析OOO273.2.3單邊帶調(diào)制(SSB)單邊帶解調(diào)器本地載波cos(

0t)低通濾波器283.2.3單邊帶調(diào)制(SSB)單邊帶信號解調(diào)的頻譜分析OOOO293.2.4殘留邊帶調(diào)制(VSB)殘留邊帶調(diào)制的原理有直流分量的信號無法用單邊帶調(diào)制。殘留邊帶調(diào)制是一種SSB和DSB之間的折衷方法。殘留邊帶調(diào)制器Acos(

0t)殘留邊帶濾波器O303.2.4殘留邊帶調(diào)制(VSB)殘留邊帶調(diào)制的頻譜分析OOO313.2.4殘留邊帶調(diào)制(VSB)殘留邊帶解調(diào)器本地載波cos(

0t)低通濾波器323.2.4殘留邊帶調(diào)制(VSB)殘留邊帶信號解調(diào)的頻譜分析OOOO333.2.4殘留邊帶調(diào)制(VSB)殘留邊帶信號解調(diào)的頻域分析343.2.4殘留邊帶調(diào)制(VSB)殘留邊帶濾波器系統(tǒng)函數(shù)的約束條件殘留邊帶濾波器在載頻處互補對稱，即：

HVSB(

f–f0)+HVSB(

f+f0)=1,

|f|≤fmax式中fmax為調(diào)制信號的最高頻率。OOHVSB(

f+f0)+HVSB(

f

f0)=1,|f|≤fmax353.3非線性調(diào)制角調(diào)制的基本概念瞬時頻率瞬時相角角調(diào)制信號瞬時相位363.3.1角調(diào)制的基本原理相位調(diào)制（PM）定義:A

和ω0

保持不變，φ(t)與m(t)呈線性關(guān)系。

時域表達(dá)式

sPM(t)=Acos[ω0t+φ0+kPMm(t)]相移常數(shù)：kPM，

（rad/V），最大相位偏移瞬時相角：φ(t)=ω0t+φ0+kPMm(t)瞬時頻率：373.3.1角調(diào)制的基本原理頻率調(diào)制（FM）定義:A

保持不變，ωi(t)與m(t)呈線性關(guān)系。

瞬時頻率：ωi(t)=ω0+kFMm(t)瞬時相角：時域表達(dá)式

頻偏常數(shù)：kFM，（rad/s/V），最大頻率偏移383.3.1角調(diào)制的基本原理PM與FM的波形m(t)ωi(t)ω0tttOsPM(t)OOm(t)tOωi(t)ω0ttsFM(t)OO393.3.1角調(diào)制的基本原理PM和FM的關(guān)系PMm(t)sFM(t)間接調(diào)頻法FMm(t)sPM(t)間接調(diào)相法40設(shè)調(diào)制信號為單頻正弦信號：對載波信號進行頻率調(diào)制，調(diào)頻信號為式中，βFM稱為調(diào)頻指數(shù)其中，Δωmax＝KFMAm為最大角頻率偏移，Δfmax為最大頻率偏移。KFM取決于調(diào)制電路的參數(shù)，與f(t)無關(guān)。βPM取決于調(diào)制電路參數(shù)和f(t)。3.3.2角調(diào)制信號41頻偏常數(shù)KFM調(diào)制信號是f(t)時被調(diào)信號頻率被調(diào)制的靈敏度調(diào)制信號為單頻正弦信號時被調(diào)信號的最大頻率偏移量調(diào)頻指數(shù)βFM調(diào)頻指數(shù)βFM與頻偏常數(shù)KFM3.3.2角調(diào)制信號42解

原調(diào)頻波：調(diào)頻指數(shù)βFM＝Δfmax/fm=1000/500=2

頻偏常數(shù)KFM=βFMωm/Am=2×1000π/1=2000πSFM(t)=3cos[(2×106π)t+2.0sin(1×103π)t]

例：幅度為3V的1MHz載波受幅度為1V、頻率為500Hz的正弦信號調(diào)制，最大頻偏為1KHz。當(dāng)調(diào)制信號幅度增加為5V，且頻率增至2KHz時，寫出新調(diào)頻波的表達(dá)式。

現(xiàn)調(diào)頻波：調(diào)制信號的fm＝2000Hz，Am=5V

其中頻偏常數(shù)KFM與調(diào)制器參數(shù)有關(guān)，與調(diào)制信號無關(guān)

βFM=KFMAm/ωm=2000π×5/4000π＝2.5SFM(t)=3cos[(2×106π)t+2.5sin(4×103π)t]3.3.2角調(diào)制信號43

窄調(diào)制的條件：調(diào)相或調(diào)頻所引起最大的相位偏移遠(yuǎn)小于300調(diào)相：調(diào)頻：一、窄帶調(diào)頻調(diào)頻的時域表達(dá)式滿足窄帶調(diào)制條件該項為13.3.2角調(diào)制信號44設(shè)調(diào)制信號為單頻正弦信號：窄帶調(diào)頻的頻域表示(上式的傅氏變換)

窄帶調(diào)頻信號的頻帶是調(diào)制信號頻帶的2倍，即BNBFM＝2W。3.3.2角調(diào)制信號45與常規(guī)調(diào)幅信號對比窄帶調(diào)頻和常規(guī)調(diào)幅由三個正弦信號合成3.3.2角調(diào)制信號46ωm-ωmF(ω)ωωc-ωcωc+ωmωc-ωm-ωc+ωm-ωc-ωmωSNBFM(ω)ωc-ωcωc+ωmωc-ωm-ωc+ωm-ωc-ωmωSAM(ω)ωmωm載頻上邊頻下邊頻常規(guī)調(diào)幅矢量表示ωm上邊頻載頻下邊頻ωm窄帶調(diào)頻矢量表示常規(guī)調(diào)幅和窄帶調(diào)頻的頻譜473.3.2角調(diào)制信號的頻譜和帶寬單頻調(diào)制FM信號的傅里葉級數(shù)展開第一類n

階貝塞爾函數(shù)定義性質(zhì)48式中Jn(βFM)稱為第一類n階貝塞爾函數(shù)經(jīng)數(shù)學(xué)處理，可得到寬帶調(diào)頻信號的時域和頻域的表達(dá)式為3.3.2角調(diào)制信號的頻譜和帶寬49

1、調(diào)頻信號雖然是單頻，但寬帶調(diào)頻信號的頻譜中含有無窮多個頻率分量。

2、當(dāng)n＝0，只有載波分量ωc

，其幅度為AJ0(βFM)；

當(dāng)n≠0，在載頻兩邊分布著n次上下邊頻ωc±nωm，邊頻的幅度為AJn(βFM)。

3、n為奇數(shù)時，上下邊頻極性相反；n為偶數(shù)時，上下邊頻極性相同。[n為奇數(shù)，J－n(βFM)＝－Jn(βFM)；n為偶數(shù)，J－n(βFM)＝Jn(βFM)]

4、當(dāng)βFM

＜＜1，，只有J0(βFM)、J1(βFM)有值，其它項Jn(βFM)≈0，則成為只有ωc±ωm的窄帶調(diào)頻信號。3.3.2角調(diào)制信號的頻譜和帶寬503.3.2角調(diào)制信號的頻譜和帶寬貝塞爾函數(shù)曲線0123456789101.00.80.60.400.2

0.2

0.4x513.3.2角調(diào)制信號的頻譜和帶寬貝塞爾函數(shù)數(shù)值表nJn(0.2)Jn(0.5)Jn(1.0)Jn(2.0)Jn(3.0)Jn(4.0)Jn(5.0)Jn(6.0)00.990.940.770.22

0.26

0.40

0.180.1510.100.240.440.580.34

0.07

0.33

0.2820.000.030.110.350.490.360.050.2430.020.130.310.430.360.1140.030.130.280.390.3650.040.130.260.3660.050.130.2570.060.1380.06523.3.2角調(diào)制信號的頻譜和帶寬窄帶調(diào)頻及其帶寬時間表達(dá)式帶寬：B

2

fm(Hz)頻譜0.99000.09950mFM=0.2533.3.2角調(diào)制信號的頻譜和帶寬寬帶調(diào)頻信號的帶寬從理論上講，調(diào)頻信號的帶寬為無窮大；從實際上看，頻譜的分布主要集中在載頻周圍；調(diào)頻信號的近似帶寬

B

2

nmax

fm

nmax

為最高邊頻次數(shù)，取決于質(zhì)量要求；最常用標(biāo)準(zhǔn)為1%和10%；將邊頻次數(shù)取到(1+mFM)次，這意味著大于未調(diào)載波幅度10%的邊頻分量均被保留。于是有卡森公式（有效帶寬）

B

2

(1+mFM)fm=2fm+2Δf543.3.2角調(diào)制信號的頻譜和帶寬調(diào)頻信號的頻譜mFM=1.0mFM=2.0mFM=5.0mFM=10553.3.2角調(diào)制信號的頻譜和帶寬窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻的帶寬當(dāng)mFM<<1時，卡森公式可簡化為

B

2fm當(dāng)mFM>>1時，

卡森公式可簡化為

B

2Δf當(dāng)調(diào)制信號不是單頻時

fm

為調(diào)制信號的最高頻率分量563.3.2角調(diào)制信號的頻譜和帶寬實例：FM廣播最大頻率偏移

Δf=75kHz調(diào)制信號頻率

fm=30Hz~15kHz調(diào)頻指數(shù)

mFM=75kHz/15kHz=5調(diào)頻信號的帶寬

B

2

(1+mFM)fm=2fm+2Δf

=2

(1+5)15=180kHz573.3.3角調(diào)制信號的接收干擾分析信道噪聲信道衰落對信號幅度的影響會使使信號發(fā)生起伏對頻率和相位也有影響，但程度甚微抗干擾對策在信號接收前加帶通濾波器在信號解調(diào)之前加限幅器58調(diào)頻信號的產(chǎn)生和解調(diào)1、直接調(diào)頻法(參數(shù)變值法)

使用調(diào)制信號f(t)直接改變振蕩器中的電路參數(shù)，改變調(diào)頻信號的頻率。典型應(yīng)用為壓控振蕩器VCO。

優(yōu)點，容易實現(xiàn)，可得到較大的偏頻。缺點，頻率穩(wěn)定性較差。

2、倍頻法

調(diào)制信號f(t)窄帶調(diào)頻信號寬帶調(diào)頻信號倍頻/混頻59窄帶調(diào)頻信號的產(chǎn)生積分器－900移相載波信號Acosωct調(diào)制信號f(t)－＋窄帶調(diào)頻信號SNBFM(t)提高βFM可增大頻偏，βFM的提高可采用倍頻法60

倍頻原理(平方律器件)設(shè)輸入信號Si(t)，輸出信號So(t)=aSi2(t)濾去直流分量，可得到倍頻效果：

其中載頻和相位偏移均增為２倍，由于相位偏移增為２倍，因而調(diào)頻指數(shù)也必然增為２倍。寬帶調(diào)頻信號的產(chǎn)生61NBFM調(diào)制晶振f1n倍頻nf1、nΔf1nβ１β１f1、Δf1f(t)SWBFM若則調(diào)制信號形成的相位移：倍頻后總相位移增加n倍

倍頻的結(jié)果，使載波頻率也增加n倍。怎樣控制載波頻率？用混頻器。調(diào)頻指數(shù)增加n倍。寬帶調(diào)頻信號的產(chǎn)生62帶通濾波器Si(t)So(t)cos2πfrt

混頻器由乘法器和帶通濾波器組成。fc和fr

二個正弦信號相乘,使頻譜搬遷至fc±fr

，即一個和頻、一個差頻。用帶通濾波器濾去其中一個，從而實現(xiàn)載波頻率的搬遷，但不改變其頻譜結(jié)構(gòu)。例：先產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號，再用倍頻產(chǎn)生寬帶調(diào)頻信號。調(diào)制信號頻率為15KHz單頻，窄帶載波頻率

f1=200KHz，最大頻偏Δf1=25Hz若要求寬帶調(diào)頻信號的載波頻率fc=90MHz，最大頻偏Δfc=75KHz。寬帶調(diào)頻信號的產(chǎn)生63解：窄帶調(diào)頻后