模拟电子线路课件：11调制及解调.ppt

1、第第1111章章 调制及解调调制及解调信息技术信息技术信息技术信息技术包括：信息传输和信息处理。包括：信息传输和信息处理。信息传输信息传输的要求主要是提高可靠性和有效性。的要求主要是提高可靠性和有效性。信息处理信息处理的目的就是为了更有效、更可靠地传递信息。的目的就是为了更有效、更可靠地传递信息。高频电子线路高频电子线路所涉及的正是信息传输和信息处理方面的所涉及的正是信息传输和信息处理方面的基本电路。基本电路。 所谓所谓“高频高频”，广义上讲就是，广义上讲就是适于无线电传播的适于无线电传播的无线电频率，无线电频率，通常通常又称又称“射频射频”。为什么无线电传播。为什么无线电传播要用高频？要用高

2、频？第第1111章章 调制及解调调制及解调通信系统通信系统将信息从发送者传到接收者的过程称将信息从发送者传到接收者的过程称通信通信。实现传送过程的系统称实现传送过程的系统称通信系统通信系统。通信系统基本组成框图通信系统基本组成框图第第1111章章 调制及解调调制及解调通信过程通信过程 信息源信息源是指需要传送的原始信息，如语言、音乐、图像、是指需要传送的原始信息，如语言、音乐、图像、文字等，一般是非电物理量。文字等，一般是非电物理量。 换能器换能器:原始信息经换能器转换成电信号（称为基带信号）原始信息经换能器转换成电信号（称为基带信号）后，送入发送设备，将其变成适合于信道传输的信号，然后后，送

3、入发送设备，将其变成适合于信道传输的信号，然后送入信道。送入信道。 信道信道是信号传输的通道，也就是传输媒介。是信号传输的通道，也就是传输媒介。 接收设备接收设备把有用信号从众多信号和噪声中选取出来，经换把有用信号从众多信号和噪声中选取出来，经换能器恢复出原始信息。能器恢复出原始信息。第第1111章章 调制及解调调制及解调通信系统的分类（通信系统的分类（P2P2） 按按传输的信息的物理特征传输的信息的物理特征，可以分为电话、传真通信，可以分为电话、传真通信系统，广播电视通信系统，数据通信系统等；系统，广播电视通信系统，数据通信系统等； 按信道传输的按信道传输的信号传送类型信号传送类型，可以分为

4、模拟和数字通，可以分为模拟和数字通信系统；信系统； 按按传输媒介（信道）传输媒介（信道）的物理特征，可以分为有线通信的物理特征，可以分为有线通信系统和无线通信系统。在无线模拟通信系统中，信道便系统和无线通信系统。在无线模拟通信系统中，信道便是指自由空间。是指自由空间。第第1111章章 调制及解调调制及解调为什么无线电传播要用高频？为什么无线电传播要用高频？由天线理论可知，要将无线电信号有效地发射，天线由天线理论可知，要将无线电信号有效地发射，天线的尺寸必须和电信号的波长为同一数量级。的尺寸必须和电信号的波长为同一数量级。由原始非电量信息经转换而成的原始电信号一般是低由原始非电量信息经转换而成的

5、原始电信号一般是低频信号，波长很长。例如音频信号仅在频信号，波长很长。例如音频信号仅在l5kHz以内，对应波以内，对应波长为长为20km以上，要制造出相应的巨大天线是不现实的。以上，要制造出相应的巨大天线是不现实的。另外，若各发射台发射的均为同一频段的低频信号，另外，若各发射台发射的均为同一频段的低频信号，信道中会互相重叠、干扰，接收设备也无法接收信号。信道中会互相重叠、干扰，接收设备也无法接收信号。第第1111章章 调制及解调调制及解调为什么无线电传播要用高频？为什么无线电传播要用高频？ 因此，为了有效地进行传输，必须采用几百因此，为了有效地进行传输，必须采用几百kHz以上以上的高频振荡信号

6、作为载体，将携带信息的低频电信号的高频振荡信号作为载体，将携带信息的低频电信号“装装载载”到高频振荡信号上到高频振荡信号上(这一过程称为调制这一过程称为调制)，然后经天线发，然后经天线发送出去。到了接收端后，再把低频电信号从高频振荡信号送出去。到了接收端后，再把低频电信号从高频振荡信号上上“卸取卸取”下来下来(这一过程称为解调这一过程称为解调)。第第1111章章 调制及解调调制及解调为什么无线电传播要用高频？为什么无线电传播要用高频？ 采用调制方式以后，由于传送的是高频振荡信号，所采用调制方式以后，由于传送的是高频振荡信号，所需天线尺寸便可大大下降。同时，不同的发射台可以采用需天线尺寸便可大大

7、下降。同时，不同的发射台可以采用不同频率的高频振荡信号作为载波，这样在频谱上就可以不同频率的高频振荡信号作为载波，这样在频谱上就可以互相区分开了。互相区分开了。第第1111章章 调制及解调调制及解调几个名词几个名词 未经调制的高频振荡信号称为未经调制的高频振荡信号称为载波信号载波信号，低频电信号称，低频电信号称为为调制信号调制信号（又称基带信号），经过调制的高频振荡信号称（又称基带信号），经过调制的高频振荡信号称为为已调波信号已调波信号。 基带信号基带信号是宽带信号，即该信号频谱范围的上限频率和是宽带信号，即该信号频谱范围的上限频率和下限频率的差与下限频率的比远大于下限频率的差与下限频率的比远

8、大于1；已调信号已调信号是窄带信号。是窄带信号。宽带信号与窄带信号是相对而言的。宽带信号与窄带信号是相对而言的。第第1111章章 调制及解调调制及解调1、无线电广播发送系统、无线电广播发送系统框图框图高频部分高频部分低频部分低频部分倍频器倍频器将载波频率提高到需要的频率值将载波频率提高到需要的频率值高频放大器高频放大器高频放大以提高输出功率高频放大以提高输出功率调制放大器调制放大器使高频载波信号按低频信号大小变化的幅度使高频载波信号按低频信号大小变化的幅度 调制，再经发射天线以电磁波形式向远方辐射调制，再经发射天线以电磁波形式向远方辐射缓冲极缓冲极是一种吸收功率小、工作稳定的放大级是一种吸收功

9、率小、工作稳定的放大级 用于减弱后级对前级的影响用于减弱后级对前级的影响主振极主振极由石英晶体振荡器产生频率稳定度高的载波由石英晶体振荡器产生频率稳定度高的载波第第1111章章 调制及解调调制及解调2、超外差式接收机、超外差式接收机框图框图混频电路混频电路起频率变换作用；超外差式接收机的起频率变换作用；超外差式接收机的核心核心。 把接收到的不同载频的各发射台高频已调信把接收到的不同载频的各发射台高频已调信 号与本机振荡器产生的等幅高频信号进行混频，号与本机振荡器产生的等幅高频信号进行混频， 将其变换成波形包络形状相同的固定中频调幅将其变换成波形包络形状相同的固定中频调幅 信号（习惯称信号（习惯

10、称中频信号中频信号），然后送入中频放大器），然后送入中频放大器变频器变频器第第1111章章 调制及解调调制及解调第十一章第十一章 调制及解调调制及解调 第第1111章章 调制及解调调制及解调用所用所要传送的原始电信号要传送的原始电信号（调制信号（调制信号u(t)）去控制）去控制几几百千赫以上的高频振荡信号百千赫以上的高频振荡信号（载波信号（载波信号uC(t)）的某一参数）的某一参数（幅度、频率或相位），使之随传送的对象信号的变化规（幅度、频率或相位），使之随传送的对象信号的变化规律而变化。调制后形成的律而变化。调制后形成的带有低频信息的高频振荡信号带有低频信息的高频振荡信号称称“已调信号已调信

11、号u(t)”种类种类调幅（振幅调制）调幅（振幅调制）11.1 调制的概念调制的概念第第1111章章 调制及解调调制及解调用所用所要传送的原始电信号要传送的原始电信号（调制信号（调制信号u(t)）去控制）去控制几几百千赫以上的高频振荡信号百千赫以上的高频振荡信号（载波信号（载波信号uC(t)）的某一参数）的某一参数（幅度、频率或相位），使之随传送的对象信号的变化规（幅度、频率或相位），使之随传送的对象信号的变化规律而变化。调制后形成的律而变化。调制后形成的带有低频信息的高频振荡信号带有低频信息的高频振荡信号称称“已调信号已调信号u(t)” 调频调频 调相调相（角度调制）（角度调制）种类种类调幅（

12、振幅调制）调幅（振幅调制）11.1 调制的概念调制的概念第第1111章章 调制及解调调制及解调2、解调、解调 在接收端，从收到的已调信号中恢复原来的在接收端，从收到的已调信号中恢复原来的调制信号调制信号种类种类调幅波的解调调幅波的解调检波检波调频波的解调调频波的解调鉴频鉴频调相波的解调调相波的解调鉴相鉴相第第1111章章 调制及解调调制及解调调制调制模拟调制：调制信号为模拟信号。模拟调制：调制信号为模拟信号。数字调制：调制信号为数字信号。数字调制：调制信号为数字信号。（调制波形式不同）（调制波形式不同）调制调制连续波调制：载波为正弦波信号。连续波调制：载波为正弦波信号。脉冲调制：载波为脉冲信号

13、。脉冲调制：载波为脉冲信号。（载波形式不同）（载波形式不同）调制的分类调制的分类第第1111章章 调制及解调调制及解调幅度调制（调幅幅度调制（调幅AM）:用信息信号控制载波信号的振幅。用信息信号控制载波信号的振幅。频率调制（调频频率调制（调频FM）:用信息信号控制载波信号的频率。用信息信号控制载波信号的频率。相位调制（调相相位调制（调相PM）:用信息信号控制载波信号的相位。用信息信号控制载波信号的相位。 连续波调制的分类：连续波调制的分类：第第1111章章 调制及解调调制及解调11.2 连续波幅度调制连续波幅度调制幅度调制有四种幅度调制有四种：标准幅度调制（标准幅度调制（Standard AM

14、）；）；双边带幅度调制（双边带幅度调制（DSB AM）；）；单边带幅度调制（单边带幅度调制（SSB AM）；）；残留边带幅度调制（残留边带幅度调制（VSB AM）。）。 第第1111章章 调制及解调调制及解调 11.2.1 标准调幅标准调幅 图图11.1 AM调制调制 (a)载波；载波；(b)调制信号；调制信号；(c)已调波已调波 特点：特点：载波的幅度随调制信载波的幅度随调制信号变化而变化。号变化而变化。包络：最大幅度点的连线。包络：最大幅度点的连线。uCtut(b)(c)tuAM(a)第第1111章章 调制及解调调制及解调 11.2.1 标准调幅标准调幅 图图11.1 AM调制调制 (a)

15、载波；载波；(b)调制信号；调制信号；(c)已调波已调波 uCtut(b)(c)tuAM(a)设调制信号为：设调制信号为： tcosUtum 载波信号为：载波信号为： tcosUtuccmc 标准调幅波数学表达式：标准调幅波数学表达式： tcostcosUkUtcostukUtucmacmcacmAM 已调波表达式为：已调波表达式为：第第1111章章 调制及解调调制及解调 tcostcosUkUtcostukUtucmacmcacmAM tcostcosmUtcostcosUUkUcacmccmmacm 11 11.2.1 标准调幅标准调幅 图图11.1 AM调制调制 (a)载波；载波；(b)

16、调制信号；调制信号；(c)已调波已调波 uCtut(b)(c)tuAM(a)已调波表达式为：已调波表达式为：称称“调幅指数调幅指数”或或“调幅度调幅度”。 第第1111章章 调制及解调调制及解调称称“调幅指数调幅指数”或或“调幅度调幅度”。 cmmaUUm 调幅指数调幅指数ma越大，幅度变化越剧烈。越大，幅度变化越剧烈。ma=0时，时，没有调幅没有调幅，为原载波。，为原载波。ma=1时，时，Um=Ucm,幅度在幅度在02Ucm之间变化，之间变化，为为100%的调幅的调幅。ma1时，时，UmUcm,过调幅过调幅，包络信号失真。，包络信号失真。为了保证已调波的包络反映调制信号的变化，必须为了保证已

17、调波的包络反映调制信号的变化，必须使：使： 0ma1 第第1111章章 调制及解调调制及解调示波器测量示波器测量ma的方法的方法uCtut(b)(c)tuAM(a)UmmaxUmminUmmax=UCm(1+ma)Ummin=UCm(1-ma)minmmaxmminmmaxmaUUUUm 第第1111章章 调制及解调调制及解调标准调幅波的频谱标准调幅波的频谱 tcosUmtcosUmtcosUtcostcosmUtuccmaccmaccmcacmAM 221三个频率成三个频率成 分：分：载频：载频：C; 上边频上边频:C+; 下边频：下边频：CU()Um0UC()0UCmCUAM()0CCCU

18、m0maUm012maUm012UCmUCmUCm带宽：带宽：BW=2第第1111章章 调制及解调调制及解调图图5.6 AM调制的频谱关系调制的频谱关系U()Um0UC()0UCmC带宽：带宽：BW=2UAM()0CCCUm0maUm012maUm012UCmUCmUCm 上下边频包含调制信号频率，表明携带调制信上下边频包含调制信号频率，表明携带调制信号特性，而载波分量与调制信号无关号特性，而载波分量与调制信号无关第第1111章章 调制及解调调制及解调 上面分析的调制信号上面分析的调制信号u是单一频率的信号，实际是单一频率的信号，实际上调制信号都是由多频率成分组成的。如语音信号的频上调制信号都

19、是由多频率成分组成的。如语音信号的频率主要集中在率主要集中在3003400Hz范围。范围。多频率信号的标准调幅多频率信号的标准调幅图图11.4 多频调制多频调制M信号频谱信号频谱BWAM=2max 根据此原理根据此原理:AM广播的广播的已调波的带宽等于已调波的带宽等于6800Hz，相邻两个电台载波频率的间相邻两个电台载波频率的间隔必须大于隔必须大于6800Hz，通常取，通常取为为10kHz。 AM广播广播相邻两个电台载相邻两个电台载波频率的间隔是多少？波频率的间隔是多少？第第1111章章 调制及解调调制及解调调幅过程调幅过程实质上实质上是一种频谱线性搬移。经过是一种频谱线性搬移。经过调制后，已

20、调信号的频谱由低频处搬移到载频附近，调制后，已调信号的频谱由低频处搬移到载频附近，形成上下边带。形成上下边带。总总 结结第第1111章章 调制及解调调制及解调帕塞瓦尔公式：已调波帕塞瓦尔公式：已调波UAM在单位电阻上在单位电阻上消耗的平均功率消耗的平均功率Pav应当等于各个频率成分所消应当等于各个频率成分所消耗的平均功率耗的平均功率之和，即等于载波功率之和，即等于载波功率PC和边频和边频功率功率PSB之和之和 221CmCUP AM波各频率功率的分布波各频率功率的分布SBCAMPPP UAM()0CCCUm0maUm012maUm012UCmUCmUCm 22412212cmacmaSBUmU

21、mP 第第1111章章 调制及解调调制及解调221CmCUP AM波各频率功率的分布波各频率功率的分布UAM()0CCCUm0maUm012maUm012UCmUCmUCm 22412212cmacmaSBUmUmP 所以，已调波在单位电阻上消耗的平均功率为所以，已调波在单位电阻上消耗的平均功率为 2211aCAMmPP 边频功率与总功率之比：边频功率与总功率之比：222aaAMSBmmPP 当当ma=1时，比值达到最大值时，比值达到最大值0.33。AM调制很不经济。调制很不经济。第第1111章章 调制及解调调制及解调普通调幅波形成框图普通调幅波形成框图uAM = KMUcm cos ct U

22、m cost+ Ucm cos ct=Ucm(1+macost) cos ctma= KM Um实现实现AM的方案的方案u(t)KMuC(t)uAM(t)+第第1111章章 调制及解调调制及解调普通调幅波形成框图普通调幅波形成框图u(t)UCmuAM(t)+CosCt tcostcosUUtcostuUtucmcmccmAM uC(t) uAM(t) KMRp R R R UD u 第第1111章章 调制及解调调制及解调 tcos)tcosm(Utcos)tcosUU(UUKucamcDmcmDMAM 110uC(t) uAM(t) KMRp R R R UD u 第第1111章章 调制及解调

23、调制及解调 11.2.2 双边带调幅双边带调幅(DSB) 双边带调制是传送上、下边带而抑制载波的一种调制方式。双边带调制是传送上、下边带而抑制载波的一种调制方式。图图11.6 DSB调制实现框图调制实现框图uKuCuDSBuDSB=KuuC= KUmUCmCostCosCt tcostcosUmtcosUtcostcosmUtuccmaccmcacmAM 1UAM()0CCCUm0maUm012maUm012UCmUCmUCm第第1111章章 调制及解调调制及解调u t uDSB 0 0 180度相位突变度相位突变 t图图11.8 DSB已调波时域波形已调波时域波形 uDSB=KuuC= KU

24、mUCmCostCosCt第第1111章章 调制及解调调制及解调)b.(t )cos(UKUt )cos(UKUtcostcosUKUuccmmccmmccmmDSB82112121 DSB调幅波的频谱调幅波的频谱0 Um 0 C+CCcmmUKU 21cmmUKU 21BW=2第第1111章章 调制及解调调制及解调 多频调制信号多频调制信号DSB波形图波形图 ut0uDSB0t180度相位突变度相位突变U()0maxUDSB()0CmaxCCmaxmax多频调制信号多频调制信号DSB的频谱的频谱第第1111章章 调制及解调调制及解调 11.2.3 单边带调幅单边带调幅(SSB)单边带调制是仅

25、传送一个单边带调制是仅传送一个边带的调制方法。边带的调制方法。滤波法滤波法 0 C+CCcmmUKU 21cmmUKU 21图图11.10 单频调制单频调制SSB信号的频谱信号的频谱第第1111章章 调制及解调调制及解调上边带调制上边带调制：只传送上边带信号：只传送上边带信号时域数学表达式时域数学表达式 ：)92 .11()cos(0atUucmSSB 上上时域数学表达式时域数学表达式 ：)92 .11()cos(0btUucmSSB 下下下边带调制下边带调制：只传送下边带信号：只传送下边带信号20mcmmUKUU BFuuCuSSB上边带CmaxCH()第第1111章章 调制及解调调制及解调

26、图图11.11 单频调制单频调制SSB信号波形图信号波形图 U0tuSSB0tCC或20mcmmUKUUUm)a.(t )cos(UucmSSB92110 上上)b.(t )cos(UucmSSB92110 下下第第1111章章 调制及解调调制及解调ttUttUcmcm sinsincoscos00 相移法相移法 上述滤波法要求滤波器过渡带很陡，当调上述滤波法要求滤波器过渡带很陡，当调制信号中的低频分量越丰富时，滤波器的过渡制信号中的低频分量越丰富时，滤波器的过渡带要求越窄，实现起来就越困难。另一种方法带要求越窄，实现起来就越困难。另一种方法叫相移法。叫相移法。)92 .11()cos(0bt

27、UucmSSB 下下第第1111章章 调制及解调调制及解调图图11.12 相移法实现相移法实现SSB框图框图uuCuSSB22ttUttUUcmcmSSB sinsincoscos00 第第1111章章 调制及解调调制及解调残留边带调制的频谱残留边带调制的频谱 maxCUAM()U000UVSB()C第第1111章章 调制及解调调制及解调11.3 角度调制的基本概念角度调制的基本概念 无论是调频或调相，都使得载波的总相角无论是调频或调相，都使得载波的总相角发生变化，因此两者统称为角度调制。发生变化，因此两者统称为角度调制。 载波信号的频率和相位随调制信号变化的载波信号的频率和相位随调制信号变化

28、的调制分别称为频率调制调制分别称为频率调制(FM)和相位调制和相位调制(PM)，简称调频和调相。简称调频和调相。 第第1111章章 调制及解调调制及解调预备知识预备知识: :瞬时频率和瞬时相位瞬时频率和瞬时相位瞬时频率瞬时频率 称某一时刻的角频率为瞬时频率称某一时刻的角频率为瞬时频率 0 tcosUtcosUtuCcmcmC 0 ttc dttdt 余弦信号余弦信号全相角全相角瞬时相位瞬时相位-称某一时刻的全相角为瞬时相位称某一时刻的全相角为瞬时相位如果是纯余弦信号，瞬时频率为如果是纯余弦信号，瞬时频率为 c第第1111章章 调制及解调调制及解调n频率调制频率调制是使余弦信号的是使余弦信号的瞬

29、时角频率瞬时角频率与调制信与调制信号成线性关系变化，而初始相位不变号成线性关系变化，而初始相位不变n相位调制相位调制，保持余弦信号的中心角频率不变，而，保持余弦信号的中心角频率不变，而使其使其瞬时相位瞬时相位与调制信号成线性关系变化与调制信号成线性关系变化 调频：电报通信、调频广播、无线电视、模拟调频：电报通信、调频广播、无线电视、模拟通信系统通信系统 调相：数字通信的相移键控。调相：数字通信的相移键控。 第第1111章章 调制及解调调制及解调调制信号：调制信号：u(t) 载波：载波： uC(t)=UCmcosCt调频信号调频信号uFM(t)的瞬时角频率的瞬时角频率(t)不再是不再是常数常数C

30、 ,而是随调制信号的变化而变化：而是随调制信号的变化而变化：调频波的数学表达式调频波的数学表达式(t)=C+kfu(t)C：中心频率：中心频率Kf ：调频比例常数：调频比例常数kfu(t)=：频率偏移：频率偏移第第1111章章 调制及解调调制及解调调频信号调频信号uFM(t)的瞬时的瞬时相位相位(t)时域调频信号的一般表达式：时域调频信号的一般表达式： 000000 dttuKtdttuKdttttfCtfCt 00 dttuKtcosUtutfCCmFM第第1111章章 调制及解调调制及解调设调制信号：设调制信号：u(t)=Umcost瞬时角频率：瞬时角频率：(t)=C+kfu(t)= C+

31、kfumcost 最大频偏：最大频偏： m=kfum 00000 tsinUKtcosUdttcosUKtcosUdttuKtcosUtumfCCmtmfCCmtfCCmFM第第1111章章 调制及解调调制及解调 mmffUKm 调频指数调频指数 00 tsinmtcosUtsinUKtcosUtufCCmmfCCmFM调频波的调频指数有如下特点调频波的调频指数有如下特点 mf 表示相位偏移的最大值表示相位偏移的最大值 mf可以小于可以小于1，可以大于，可以大于1 mf正比于最大频偏正比于最大频偏 m mf反比于调制信号频率反比于调制信号频率 第第1111章章 调制及解调调制及解调调相波的数学

32、表达式：调相波的数学表达式：调制信号：调制信号：u(t) 载波：载波： uC(t)=UCmcosCt调相信号调相信号uPM(t)的瞬时相位的瞬时相位(t)不再是不再是C t,而是随调制信号的变化而变化：而是随调制信号的变化而变化：(t)=Ct+kpu(t)kp：调相比例常数：调相比例常数kfu(t)=(t)：相位偏移：相位偏移第第1111章章 调制及解调调制及解调时域调相信号的一般表达式：时域调相信号的一般表达式： 0tuKtcosUtupCCmPM设调制信号：设调制信号：u(t)=Umcost瞬时相位：瞬时相位：(t)=Ct+kpu(t)= Ct+kpumcost (t)调相指数：调相指数：

33、 mP = kpum = m (最大相偏最大相偏) 00tcosmtcosUtcosUKtcosUtupCCmmpCCmPM第第1111章章 调制及解调调制及解调瞬时角频率瞬时角频率 mppmmCpCUkmtsintsinmdt)t (d)t ( 称为最大频偏称为最大频偏第第1111章章 调制及解调调制及解调图图11.13 调频和调相信号波形调频和调相信号波形 0uPM0ttttCuC00u调相信号的频率随调制信号的调相信号的频率随调制信号的导数变化而变化。导数变化而变化。0uFM0ttmttC(t)uC00u0uFM0ttmttC(t)uC00u0uFM0ttmttC(t)uC00u第第11

34、11章章 调制及解调调制及解调 tcostucc ：载波载波 tcosUtum ：调制信号调制信号 tcosUKtcosutsinUKtcosumpcPMmfcFM ：已调波已调波 tcosmtcosutsinmtcosupcPMfcFM ：已调波已调波tcosUKttcosUKmpcmfc ：瞬瞬时时相相位位：瞬瞬时时频频率率 tsinUKtsinUKtmpcmfc ：瞬时频率瞬时频率 ：瞬时相位瞬时相位 pmPmfmfmmUKmUK ：频偏频偏最大最大FMPMtcosUKttcosUKmPcmFc ：瞬瞬时时相相位位：瞬瞬时时频频率率 tsinUKtsinUKtmPcmFc ：瞬时频率瞬时

35、频率 ：瞬时相位瞬时相位 第第1111章章 调制及解调调制及解调调频波的频谱调频波的频谱20( 1) ()2()!()!fmnmnfmmJmm nm tsinmsintsintsinmcostcostsinmtcostufcfcfcFM ncfnFMtncosmJtu 其中，其中，cos(mfsint)和和sin(mfsint)可以进一步展开成可以进一步展开成以贝塞尔函数为系数的三角函数级数以贝塞尔函数为系数的三角函数级数第第1111章章 调制及解调调制及解调贝塞尔函数的性质贝塞尔函数的性质峰峰值值下下降降 性性变变化化，的的增增加加，呈呈现现近近似似周周期期随随m . 1 fnnfnmJmJ

36、.1 2 1 32 nfnmJ. 1 10 4 ffnmn.mJ.20( 1) ()2()!()!fmnmnfmmJmm nm第第1111章章 调制及解调调制及解调 mf=3调频信号的频谱调频信号的频谱fC7 F0.0025fC5 FfC6 F0.011fC4 FfC3 F0.1320.0430.3090.486fC2 FfC F0.3390.26fCfC F0.339fC2 F0.486fC3 F0.309fC4 F0.132fC5 F0.043fC6 F0.0110.0025fC7 Ff ncfnFMtncosmJtu 理论上包含无穷多个旁频分量理论上包含无穷多个旁频分量 各旁频分量之间的

37、距离是调制信号频率：各旁频分量之间的距离是调制信号频率： ，F 各频率分量的幅度由贝塞尔函数决定：各频率分量的幅度由贝塞尔函数决定：Jn(MF)第第1111章章 调制及解调调制及解调fC7 F0.0025fC5 FfC6 F0.011fC4 FfC3 F0.1320.0430.3090.486fC2 FfC F0.3390.26fCfC F0.339fC2 F0.486fC3 F0.309fC4 F0.132fC5 F0.043fC6 F0.0110.0025fC7 Ff 9811 10的已调波的总功率的已调波的总功率包含了包含了，的频率分量的频率分量若只考虑若只考虑%mnmn.mJfffn

38、调频波的有效带宽估算调频波的有效带宽估算卡森公式卡森公式2(1)2()2CRfmBmL 当当mf1时，时，BW=2m宽带调频宽带调频第第1111章章 调制及解调调制及解调1、调频波的频谱结构与调制指数、调频波的频谱结构与调制指数mf关系密切。关系密切。 mf 愈大，愈大，则具有一定幅度的旁频数目愈多。则具有一定幅度的旁频数目愈多。2、与标准调幅情况不同，调频波的调制指数可大于、与标准调幅情况不同，调频波的调制指数可大于1，而，而且通常应用于大于且通常应用于大于1的情况的情况3、频率调制不是将信号的频谱在频率轴上平移、频率调制不是将信号的频谱在频率轴上平移,而是将信号而是将信号各频率分量进行非线

39、性变换，因此频率调制是一种各频率分量进行非线性变换，因此频率调制是一种非线非线性过程性过程，又称为，又称为非线性调制。非线性调制。fC7 F0.0025fC5 FfC6 F0.011fC4 FfC3 F0.1320.0430.3090.486fC2 FfC F0.3390.26fCfC F0.339fC2 F0.486fC3 F0.309fC4 F0.132fC5 F0.043fC6 F0.0110.0025fC7 Ff第第1111章章 调制及解调调制及解调调相波的有效带宽估算调相波的有效带宽估算当当mp1时，时，BW=2m宽带调宽带调相相采用调频信号的分析方法，同样可以得到调采用调频信号的分

40、析方法，同样可以得到调相信号的频谱，它与调频信号频谱的差异仅仅是各相信号的频谱，它与调频信号频谱的差异仅仅是各边频分量的相移不同。带宽的计算边频分量的相移不同。带宽的计算仍可采用卡森公仍可采用卡森公式式： mpmBW 212第第1111章章 调制及解调调制及解调调频和调幅的对比调频和调幅的对比1、调幅系统：有用信息蕴藏在幅度之中，易受外、调幅系统：有用信息蕴藏在幅度之中，易受外界干扰，信噪比低。界干扰，信噪比低。调频系统：有用信息蕴藏在频率之中（波形的疏密调频系统：有用信息蕴藏在频率之中（波形的疏密变化），不易受外界干扰，信噪比高。变化），不易受外界干扰，信噪比高。2、调幅系统：窄带系统，、调

41、幅系统：窄带系统，BW2。调频系统：宽带系统，调频系统：宽带系统，BW较大。较大。3、调幅系统：、调幅系统：ma0时，二极管导通，信源时，二极管导通，信源us通过二极管对电通过二极管对电容容C充电，充电的时常数约等于充电，充电的时常数约等于RDC。由于二极管导。由于二极管导通电阻通电阻RD很小，因此电容上的电压迅速达到信源电压很小，因此电容上的电压迅速达到信源电压us的的幅值。幅值。当当uDus或 u1us或u1us或 u1us或 u1us或 u1us或 u1usLuM因为：因为：) 1(211xxx运用近似公式运用近似公式 ： eLmmLmpLmmLmmsinUUUtcosmsinUUUU

42、00116e如果：如果： tcosmUUUUpLmmLmm01则则:+第第1111章章 调制及解调调制及解调tmUkUkukupmdemdmdocos00AM波的幅度表达式，所以后接包络检波器对波的幅度表达式，所以后接包络检波器对该和信号进行幅度检波并滤去直流得到解调信号该和信号进行幅度检波并滤去直流得到解调信号 第第1111章章 调制及解调调制及解调 二、鉴频原理二、鉴频原理 调频信号解调称为鉴频。它是把调频信号的频率调频信号解调称为鉴频。它是把调频信号的频率(t)=C+(t)与载波频率与载波频率C比较，得到频差比较，得到频差(t)=mf(t)，从而实现频率检波。，从而实现频率检波。频率检波

43、框图频率检波框图 1k2uo=k=12第第1111章章 调制及解调调制及解调 利用线性网络变换方法可实现频率检波利用线性网络变换方法可实现频率检波,有两种形有两种形式：式： (1)将调频信号通过一个幅频特性为线性的线性将调频信号通过一个幅频特性为线性的线性网络，使它变成调频网络，使它变成调频/调幅信号，其振幅的变化正比于调幅信号，其振幅的变化正比于频率的变化；之后再用包络检波的方法取出调制信号。频率的变化；之后再用包络检波的方法取出调制信号。线 性 幅 频 特 性 网络 H()ej()uFMu1kd包 络 检 波uo(a)A0A0CC(t)H()kmtCtA0 k(t)()0(b)框图框图第第

44、1111章章 调制及解调调制及解调图图11.25 斜率鉴频框图及频率振幅转换斜率鉴频框图及频率振幅转换 (a)框图；框图；(b)频率振幅转换频率振幅转换线 性 幅 频 特 性 网络 H()ej()uFMu1kd包 络 检 波uo(a)A0A0CC(t)H()kmtCtA0 k(t)()0(b)第第1111章章 调制及解调调制及解调 由此可见，通过频幅变换网络将调频信号的频率的由此可见，通过频幅变换网络将调频信号的频率的变化转换到振幅变化上来，变化转换到振幅变化上来，微分网络uFMuFM/AM包络检波uo频幅变频幅变换网络换网络包络检波包络检波图图11.16 用频幅变换网络构成的频率检波框图用频

45、幅变换网络构成的频率检波框图第第1111章章 调制及解调调制及解调Ct00(t)kmA(t)| Z |CLRZ图图11.27 用用LC并联回路做线性幅频特性网络并联回路做线性幅频特性网络 第第1111章章 调制及解调调制及解调 (2)把调频信号通过线性相频特性网络，使其变换成把调频信号通过线性相频特性网络，使其变换成调频调频/调相信号；附加的相位变化正比于频率变化，之后调相信号；附加的相位变化正比于频率变化，之后通过相位检波方法实现频率检波，把这种方法叫做相位通过相位检波方法实现频率检波，把这种方法叫做相位鉴频法。鉴频法。100( )cos( )( )2tmCCu tAUtf t dtkt 若

46、相位检波电路具有线性鉴相特性时，输出电压若相位检波电路具有线性鉴相特性时，输出电压( )( )opu tS kt第第1111章章 调制及解调调制及解调相位鉴频框图及频率相位转换相位鉴频框图及频率相位转换(a)原理框图；原理框图；(b)相频特性和幅频特性相频特性和幅频特性 线性相频特性网络uFMuFM/PM相位检波uo(a)A0CC(t)H()kmtCt(t) = k(t)()(b)H( )ej()222t第第1111章章 调制及解调调制及解调 描述各种鉴频方法质量好坏的指标主要有：描述各种鉴频方法质量好坏的指标主要有： 鉴频特性、鉴频范围、鉴频灵敏度鉴频特性、鉴频范围、鉴频灵敏度(或鉴频跨导或鉴频跨导)。鉴频特性是输出电压鉴频特性是输出电压uo与输入信号频差与输入信号频差之间的关系曲之间的关系曲线。鉴频范围同样可分成线性鉴频范围和最大鉴频范围。线。鉴频范围同样可分成线性鉴频范围和最大鉴频范围。鉴频特性线性越好，线性鉴频范围越宽，这种鉴频方法鉴频特性线性越好，线性鉴频范围越宽，这种鉴频方法越好。越好。 鉴频灵敏度鉴频灵敏度Sf是描述输出电压是描述输出电压uo对频差对频差的灵敏程的灵敏程度。它的定义是度。它的定义是0ofuS(8.812)