1、第 6 章 角度調(diào)制與解調(diào)電路,解調(diào)：從高頻已調(diào)信號中還原出原調(diào)制信號,角度調(diào)制電路是頻譜的非線性變換電路,頻率調(diào)制和相位調(diào)制都使載波信號的瞬時相位受到調(diào)變，統(tǒng)稱為角度調(diào)制。所不同的是：頻率調(diào)制使載波信號的頻率隨調(diào)制信號線性變化，而相位調(diào)制則使載波信號的相位隨調(diào)制信號線性變化。,第 6 章 角度調(diào)制與解調(diào)電路,主要要求：,掌握瞬時角頻率與瞬時相位的關(guān)系,掌握調(diào)頻和調(diào)相信號的概念、異同和關(guān)系,掌握調(diào)頻和調(diào)相信號的典型表達(dá)式、主要參數(shù) 和波形特點(diǎn)。,6.1 調(diào)角信號的基本特性,了解調(diào)角信號的頻譜，理解其帶寬。,6.1.1 瞬時角頻率與瞬時相位,實(shí)軸,(t), 0,t = 0,Um,瞬時相位,瞬時角

2、頻率,O,矢量初始相位為0，以 (t)的角速度繞O反時針旋轉(zhuǎn)。,t = t,當(dāng) = c 時：,6.1.2 調(diào)頻信號與調(diào)相信號,一、調(diào)頻信號,載波信號：,調(diào)制信號：,調(diào)頻波瞬時角頻率：,(t) = c+ kf u(t),rad / sV,= c + ,瞬時相位：,附加相位,為分析方便，通常令 0 = 0,則FM信號為,角頻偏,設(shè) u(t) = U m cos t,(t) = c+ kf U m cos t,= c+ m cos t,調(diào)頻指數(shù),最大角頻偏,單頻調(diào)制時，,則,二、調(diào)相信號,載波信號：,調(diào)制信號：,故調(diào)相信號為,(t) = ct + kp u(t),= ct + (t),rad / V

3、,瞬時相位：,附加相位,調(diào)相指數(shù)，最大附加相移,圖6.1.3 調(diào)相信號波形 （a）調(diào)制信號 （b）附加相位變化 （c）瞬時角頻率變化 （d）調(diào)相信號,三、調(diào)頻信號與調(diào)相信號的比較,調(diào)制信號u(t) = U m cos t,載波信號 uc(t) = Um cos c t,調(diào) 頻,調(diào)相,瞬時角頻率 (t),c+ kf u(t) = c+ m cos t,= c m sin t,瞬時相位 (t),=ct + kp u(t),= ct + mpcos t,最大角頻偏 m,= kf U m= mf ,=kpU m = mp ,最大附加相位,mp = kpU m,三、調(diào)頻信號與調(diào)相信號的比較,調(diào) 頻,調(diào)相

4、,瞬時角頻率 (t),c+ kf u(t) = c+ m cos t,= c m sin t,瞬時相位 (t),=ct + kp u(t),= ct + mpcos t,最大角頻偏 m,= kf U m= mf ,=kpU m = mp ,最大附加相位,mp = kpU m,可見： 調(diào)制前后載波振幅均保持不變。 將調(diào)制信號先微分，然后再對載波調(diào)頻，則得調(diào)相信號； 將調(diào)制信號先積分，再對載波進(jìn)行調(diào)相，則得調(diào)頻信號。 即調(diào)頻與調(diào)相可互相轉(zhuǎn)換。 ,例,已知,u(t) = 5 cos (2 103 t)V ，,調(diào)角信號表達(dá)式為,uo(t) =10 cos (2 106 t ) +10cos (2 10

5、3 t)V,試判斷該調(diào)角信號是調(diào)頻信號還是調(diào)相信號，并求調(diào)制 指數(shù)、最大頻偏、載波頻率和載波振幅。,解,=2 106 t + 10cos (2 103 t),附加相位正比于調(diào)制信號，故為調(diào)相信號。,調(diào)相指數(shù) mp = 10 rad,載波頻率 fc = 106 (Hz), fm = mpF,最大頻偏,振幅 Um = 10V,= 10 103 = 10 kHz,例,一組頻率為300 3000Hz的余弦調(diào)制信號，振幅相同，調(diào)頻時最大頻偏為 75 kHz，調(diào)相時最大相移為 2 rad，試求調(diào)制信號頻率范圍內(nèi)：(1) 調(diào)頻時mf 的變化范圍; (2) 調(diào)相時 fm的范圍;,解,(1) 調(diào)頻時， fm與調(diào)

6、制頻率無關(guān)，恒為75 kHz 。,故,(2) 調(diào)相時， mP 與調(diào)制頻率無關(guān)，恒為2 rad 。,故,6.1.3 調(diào)角信號的頻譜與帶寬,一、調(diào)角信號的頻譜,FM信號和PM信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式的差別僅僅在于附加相位的不同，前者的附加相位按正弦規(guī)律變化，而后者的按余弦規(guī)律變化。按正弦變化還是余弦變化只是在相位上相差/2 而已，所以這兩種信號的頻譜結(jié)構(gòu)是類似的。 分析時可將調(diào)制指數(shù)mf 或mp用m代替，從而把它們寫成統(tǒng)一的調(diào)角信號表示式,6.1.3 調(diào)角信號的頻譜與帶寬,一、調(diào)角信號的頻譜,根據(jù)貝塞爾函數(shù)理論有：,Jn(m) 稱為以m為宗數(shù)的n階第一類貝塞爾函數(shù),可得,6.1.3 調(diào)角信號的頻譜與帶寬,

7、一、調(diào)角信號的頻譜,可見：調(diào)角信號頻譜不是調(diào)制信號頻譜的線性搬移。 而是由載頻分量和角頻率為（cn）的無限對上、 下邊頻分量構(gòu)成。這些邊頻分量和載頻分量的角頻率相差n。 當(dāng)n為奇數(shù)時，上、下邊頻分量的振幅相同但極性相反； 當(dāng)n為偶數(shù)時，上、下兩邊頻分量的振幅和極性都相同。 而且載頻分量和各邊頻分量的振幅均隨Jn (m) 而變化 。,6.1.3 調(diào)角信號的頻譜與帶寬,一、調(diào)角信號的頻譜,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13,m,Jn(m),Jn(m) 隨m、n 變化的規(guī)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增大時，

8、總趨勢使邊頻分量振幅減小。 m越大，具有較大振幅的邊頻分量就越多；且有些邊頻分量振幅超過載頻分量振幅。當(dāng)m為某些值時，載頻分量可能為零，m為其它某些值時，某些邊頻分量振幅可能為零。,二、調(diào)角信號的功率,調(diào)角波的平均功率等于未調(diào)制的載波功率 即改變m，僅使載波分量和各邊頻分量之間的功率重新分配， 而總功率不會改變。,三、調(diào)角信號的帶寬,由于n增大時，總趨勢使邊頻分量振幅減小。因此離開載頻較遠(yuǎn)的邊頻振幅都很小。在傳送和放大過程中，舍去這些邊頻分量，不會使調(diào)角信號產(chǎn)生明顯的失真，因此，調(diào)角信號實(shí)際所占的有效頻帶寬度是有限的。,通常取,BW = 2 (m + 1) F,若 m 1,則,BW 2 F,稱

9、為窄帶調(diào)角信號,若 m 1,則,BW 2 m F,= 2 fm,稱為寬帶調(diào)角信號,復(fù)雜信號調(diào)制時,四、調(diào)角信號的應(yīng)用,調(diào)角信號比之調(diào)幅信號的優(yōu)缺點(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)和設(shè)備利用率高。 因?yàn)檎{(diào)角信號為等幅信號，其幅度不攜帶信息，故可采用限幅電路消除干擾所引起的寄生調(diào)幅。 調(diào)角信號功率等于未調(diào)制時的載波功率，與調(diào)制指數(shù)m無關(guān)，因此不論m為多大，發(fā)射機(jī)末級均可工作在最大功率狀態(tài)，從而可提高發(fā)送設(shè)備的利用率。,缺點(diǎn)：有效帶寬比調(diào)幅信號大得多，且有效帶寬與m相關(guān)。 故角度調(diào)制不宜在信道擁擠、且頻率范圍不寬的短波波段 使用，而適合在頻率范圍很寬的超高頻或微波波段使用。,注意區(qū)別下列概念,c 載波未調(diào)制時的角頻率，它表示了瞬時角頻率變化 的平均值。c2fc ，fc為載波頻率。, 調(diào)制信號的角頻率，它表示了瞬時角頻率變化的速度。 2F ，F(xiàn)為調(diào)制信號頻率。,最大角頻偏m 和最大頻偏fm m表示瞬時角頻率 偏離c的最大值。m2f