无线电通信-81-调脚波的性质课件.pptx

1、 掌握掌握调频调频波和调相波的基本性质和功率关系；波和调相波的基本性质和功率关系；掌握掌握调频、掌握掌握调频、调相两者异同点及实现调相两者异同点及实现调频的方法调频的方法和和基本原理；基本原理；掌握直接调频的变容二极管调频的分析；掌握直接调频的变容二极管调频的分析；了解晶体振荡器直接调频；了解晶体振荡器直接调频；了解间接调频的方法；了解间接调频的方法；掌握掌握调角调角信号解调的信号解调的方法及典型电路。方法及典型电路。变化的大小与瞬时信号的强度成线性关系；变化的大小与瞬时信号的强度成线性关系；变化的周期由调制信号的频率决定变化的周期由调制信号的频率决定但已调波的振幅保持不变，不受调制信号的影响

2、。但已调波的振幅保持不变，不受调制信号的影响。调相调相（PM）：）：如果高频振荡如果高频振荡器的相位变化量和调制信号成器的相位变化量和调制信号成正比，则称调相。正比，则称调相。在通信系统中，使用低频信号去调制高频信号的频率或相在通信系统中，使用低频信号去调制高频信号的频率或相角，利用高频信号的频率或相角的变化来携带信息，称为角，利用高频信号的频率或相角的变化来携带信息，称为调频调频或或调相。调相。调频调频（FM）：如果高频振荡器的频率变化量如果高频振荡器的频率变化量和调制信号成正比，则称调频。和调制信号成正比，则称调频。原信号波形原信号波形载波波形载波波形调频调频/调相波形调相波形 调频和调相

3、合称为调频和调相合称为角度调制角度调制(简称调角简称调角)。因为相位是频率的积分因为相位是频率的积分,故频率的变化必将引起相位故频率的变化必将引起相位的变化的变化,反之亦然反之亦然,所以调频信号与调相信号在时域所以调频信号与调相信号在时域特性、特性、频谱宽度、频谱宽度、调制与解调的原理和实现方法等调制与解调的原理和实现方法等方面都有密切的联系。因此，调频可以用调相电路方面都有密切的联系。因此，调频可以用调相电路间接实现间接实现,鉴频也可以用鉴相鉴频也可以用鉴相(相位解调相位解调,也称相位检也称相位检波波)电路间接实现。电路间接实现。调频信号占用带宽窄调频信号占用带宽窄调相信号占用带宽宽调相信号

4、占用带宽宽应用广泛：广播、通信应用广泛：广播、通信应用少应用少调幅与调角的比较调幅与调角的比较幅度调制与解调幅度调制与解调调幅信号在原理和电路实现上要简单调幅信号在原理和电路实现上要简单线性频谱搬移线性频谱搬移角度调制与解调角度调制与解调调角信号在抗干扰方面要强调角信号在抗干扰方面要强非线性频谱搬移非线性频谱搬移tVv000cos tVv costVv0 00 00 0 costVv coso+DmAMFM调幅与调频的波形图调幅与调频的波形图o-DmttttttFMAMffff调幅与调频的频谱调幅与调频的频谱 f0f0f0f0任意正弦波信号：任意正弦波信号：调幅（调幅（AM）:调频（调频（FM

5、）:调相（调相（PM）:AM AM DSB-SC 属于频谱线性搬移电路属于频谱线性搬移电路,调制信号寄生调制信号寄生于已调信号的振幅变化中。于已调信号的振幅变化中。FMPM 属于频谱的非线性搬移电路属于频谱的非线性搬移电路,已调波为等幅波已调波为等幅波,调制信息寄生于已调波的频率和相位变化中。调制信息寄生于已调波的频率和相位变化中。SSB 调角调角调频波的指标调频波的指标幅度调制幅度调制角度调制角度调制调频FM调相PM载波信号载波信号的受控参量的受控参量振幅振幅频率频率相位相位解调方式解调方式包络或包络或同步检波同步检波鉴频或鉴频或频率检波频率检波鉴相或鉴相或相位检波相位检波调制方式调制方式的

6、差别的差别频谱频谱线性搬移线性搬移频谱非线性频谱非线性搬移搬移特点特点频带窄频带窄频带利频带利用率高用率高频带宽频带宽频带利频带利用不经用不经济、抗济、抗干扰性干扰性强强用途用途广播广播电视电视通信通信遥测遥测数字数字通信通信调幅AM广播广播鉴频器（鉴相器）鉴频器（鉴相器）鉴频器（鉴相器）要求输出信号幅度与输入调频（调相）鉴频器（鉴相器）要求输出信号幅度与输入调频（调相）信号的瞬时频率（瞬时相位）的变化成正比。信号的瞬时频率（瞬时相位）的变化成正比。鉴频器实现方法鉴频器实现方法 1.波形变换法波形变换法 调频波调频波-调幅调频波调幅调频波-振幅检波振幅检波-输出信输出信号。号。2.脉冲计数鉴频

7、法脉冲计数鉴频法 通过对调频波过零点的数目计数实现频通过对调频波过零点的数目计数实现频率幅度转换。率幅度转换。3.符合门鉴频器符合门鉴频器 利用移相器与符合门配合实现，移相大小利用移相器与符合门配合实现，移相大小与频率偏移有关。与频率偏移有关。End鉴频器鉴频器的指标的指标鉴频灵敏度鉴频灵敏度鉴频跨导鉴频跨导鉴频频带宽度鉴频频带宽度失真和稳定性失真和稳定性寄生调幅抑制能力寄生调幅抑制能力8.2 8.2 调角波的性质调角波的性质8.2.1 8.2.1 瞬时相位和瞬时频率瞬时相位和瞬时频率t=00t=t11t=t223t=t3则瞬时相位则瞬时相位即瞬时频率是瞬时相位函数的导函数即瞬时频率是瞬时相位

8、函数的导函数（8.2.1）（8.2.2）t=00t=t11t=t223t=t3t典型例题典型例题：解：瞬时相位解：瞬时相位瞬时频率瞬时频率注意这是一个加速转动的矢量，波形示意为：注意这是一个加速转动的矢量，波形示意为：8.2.2 8.2.2 调频波和调相波的数学表示式调频波和调相波的数学表示式（8.2.4）调频波的通用表达式调频波的通用表达式瞬时频率：瞬时频率：瞬时频率和瞬时相位的关系：瞬时频率和瞬时相位的关系：调频波的表达式为：调频波的表达式为：（8.2.7）（8.2.4）（8.2.1）（8.2.7）（8.2.4）调频波的波形调频波的波形)(tvtt)()(tvktft)()(tt 0 0t

9、t方波的调频波方波的调频波瞬时相位：瞬时相位：调相波的表达式为：调相波的表达式为：（8.2.10）调相波的瞬时角频率表达式为：调相波的瞬时角频率表达式为：（8.2.11）调相波的通用表达式调相波的通用表达式对一个调制信号对一个调制信号先求导再调频先求导再调频,等等价于直接对这个价于直接对这个信号进行调相信号进行调相u 调频与调相的关系调频与调相的关系（8.2.7）（8.2.10）即：即：)(tvttt42680812-210)()(tvktpt016016对三角波调相等价于对方波对三角波调相等价于对方波(三角波导函数三角波导函数)的调频的调频与方波的调频波一样与方波的调频波一样对下图的三角波（

10、导函数为方波）进行调相对下图的三角波（导函数为方波）进行调相载波载波三角波的调相波三角波的调相波调频波和调相波比较表调频波和调相波比较表FM波波PM波波数学表达式数学表达式瞬时频率瞬时频率瞬时相位瞬时相位最大频偏最大频偏调制指数调制指数u 调制信号为调制信号为单一余弦信号单一余弦信号时的调频波表达式时的调频波表达式（8.2.7）（8.2.14）u 调制信号为调制信号为单一余弦信号单一余弦信号时的调相波表达式时的调相波表达式（8.2.10）（8.2.15）u 调制指数（即最大相移）、最大频偏及二者的关系调制指数（即最大相移）、最大频偏及二者的关系（8.2.14）（8.2.15）无论调频还是调相，

11、最大相移总是等于调制指数无论调频还是调相，最大相移总是等于调制指数u 调频波的最大频偏调频波的最大频偏频偏：频偏：最大频偏：最大频偏：最大频偏与调制指数的关系是：最大频偏与调制指数的关系是：u 调相波的最大频偏调相波的最大频偏瞬时频率瞬时频率调制信号为单一余弦信号时调频信号与调相信号比较调制信号为单一余弦信号时调频信号与调相信号比较FM波波PM波波1)瞬时频率：瞬时频率：2)瞬时相位：瞬时相位：4)最大频偏：最大频偏：FM波波PM波波3)最大相移（调制指数）：最大相移（调制指数）：5)表达式：表达式：根本区别根本区别典型例题典型例题：解：对比调频波标准表达式可知：解：对比调频波标准表达式可知：

12、则最大频偏：则最大频偏：调频信号与调相信号的相同点调频信号与调相信号的相同点:都是等幅信号。都是等幅信号。频率和相位都随调制信号而变化，均产生频频率和相位都随调制信号而变化，均产生频偏与相偏，成为疏密波形。正频偏最大处，偏与相偏，成为疏密波形。正频偏最大处，即瞬时频率最高处，波形最密；负频偏最大即瞬时频率最高处，波形最密；负频偏最大处，即瞬时频率最低处，波形最疏。处，即瞬时频率最低处，波形最疏。调频信号与调相信号的区别点调频信号与调相信号的区别点:频率和相位随调制信号变化的规律不一样频率和相位随调制信号变化的规律不一样,但由但由于频率与相位是微积分关系于频率与相位是微积分关系,故二者是有密切联

13、故二者是有密切联系的。系的。例如：对于调频信号来说，例如：对于调频信号来说，调制信号电调制信号电平最高处对应的瞬时正频偏最大平最高处对应的瞬时正频偏最大，波形最密；，波形最密；对于调相信号来说，对于调相信号来说，调制信号电平变化率（斜调制信号电平变化率（斜率）最大处对应的瞬时正频偏最大率）最大处对应的瞬时正频偏最大，波形最密。，波形最密。o o (a)(b)频偏和调制指数与调制频率的关系频偏和调制指数与调制频率的关系(当当V 恒定时恒定时)(a)调频波；调频波；(b)调相波调相波 8.2.3 8.2.3 调频波和调相波的频谱和频带宽度调频波和调相波的频谱和频带宽度（8.2.14）（8.2.15

14、）由上两式可以看出由上两式可以看出,在单频调制时在单频调制时,调频信号与调相信号调频信号与调相信号的时域表达式是相似的的时域表达式是相似的,仅瞬时相偏分别随正弦函数或余仅瞬时相偏分别随正弦函数或余弦函数变化弦函数变化,无本质区别无本质区别,故可写成统一的调角信号表达故可写成统一的调角信号表达式，即：式，即：这两个函数不是初等函数，要用贝塞尔函数将其展开这两个函数不是初等函数，要用贝塞尔函数将其展开贝塞尔函数理论中的两个公式贝塞尔函数理论中的两个公式:（8.2.228.2.22）（8.2.238.2.23）贝塞尔函数是利用柱坐标求解涉及在圆、球与圆柱内的贝塞尔函数是利用柱坐标求解涉及在圆、球与圆

15、柱内的势场的物理问题时出现的一类特殊函数。最早出现在涉势场的物理问题时出现的一类特殊函数。最早出现在涉及如悬链振荡，长圆柱体冷却以及紧张膜振动的问题中，及如悬链振荡，长圆柱体冷却以及紧张膜振动的问题中，后来成为一个工具函数，可以用来展开嵌套的三角函数。后来成为一个工具函数，可以用来展开嵌套的三角函数。m m为参数的为参数的n n阶第一类贝塞尔函数曲线图阶第一类贝塞尔函数曲线图 n7n6Jn(M)1.00.80.60.40.200.20.401234567891011Mn0载波部分n1n2n3n4n52.4055.5208.68311.79贝塞尔函数表贝塞尔函数表 o-FM/PM的频谱的频谱o+

16、oo+2o+3o+4o-2o-3o-4o调制信号调制信号v载波载波vo调角调角波的波的频谱频谱成分成分（8.2.24）载波载波第一对边频第一对边频第二对边频第二对边频第三对边频第三对边频从上式看出单频调角信号频谱具有以下几个特点从上式看出单频调角信号频谱具有以下几个特点:2）当）当m确定后确定后,各边频分量振幅值不是随各边频分量振幅值不是随n单调变化单调变化,且且有时候为零。因为各阶贝塞尔函数随有时候为零。因为各阶贝塞尔函数随m增大变化的规律增大变化的规律均是衰减振荡均是衰减振荡,而各边频分量振幅值与对应阶贝塞尔函而各边频分量振幅值与对应阶贝塞尔函数成正比。数成正比。3）随着）随着m值的增大，

17、具有较大振幅的边频分量数目增加值的增大，具有较大振幅的边频分量数目增加,载频载频分量振幅呈衰减振荡趋势，在个别地方分量振幅呈衰减振荡趋势，在个别地方(如如m=2.405,5.520时时)，载频分量为零（可测定调制指数）。载频分量为零（可测定调制指数）。4）功率）功率:上述特点充分说明调角是完全不同于调幅的一种非线性频上述特点充分说明调角是完全不同于调幅的一种非线性频率变换过程。显然，作为调角的逆过程，角度解调也是一率变换过程。显然，作为调角的逆过程，角度解调也是一种非线性频率变换过程。种非线性频率变换过程。若调角信号振幅不变，若调角信号振幅不变，m值变化，则总功率不变值变化，则总功率不变,但载

18、频但载频与各边频分量的功率将重新分配。与各边频分量的功率将重新分配。对于任何对于任何m值，均有值，均有:5）根据调角信号的频谱特点可以看到）根据调角信号的频谱特点可以看到,理理论上它的频带无限宽论上它的频带无限宽,对于给定的对于给定的m值，具值，具有较大振幅的频率分量还是集中在载频附有较大振幅的频率分量还是集中在载频附近近,且上下边频在振幅上是对称的，高到一且上下边频在振幅上是对称的，高到一定次数的边频分量其振幅已经小到可以忽定次数的边频分量其振幅已经小到可以忽略。因此认为其频带宽度是略。因此认为其频带宽度是有限的有限的。通常。通常规定：凡是振幅小于载波振幅规定：凡是振幅小于载波振幅1（或（或

19、10）的边频分量均可以忽略，保留下来的）的边频分量均可以忽略，保留下来的频谱分量就确定了调角波的频段宽度。频谱分量就确定了调角波的频段宽度。频谱带宽频谱带宽BW为：为：（8.2.26）（8.2.28）主要用于高保真度的调频电台主要用于高保真度的调频电台主要用于警察、政府、消防专用通信主要用于警察、政府、消防专用通信（8.2.29）（8.2.27）调频波调频波：例题例题8.2.1调相波调相波：根据前述分析可知，当调制信号频率根据前述分析可知，当调制信号频率F发生变化时，调频发生变化时，调频波的调制指数波的调制指数mf与与F成反比变化，其频宽宽度基本不变，成反比变化，其频宽宽度基本不变，故称故称恒

20、带调制恒带调制。而当调制信号频率。而当调制信号频率F变化时，调相波的调变化时，调相波的调制指数制指数mp与与F无关，其频带宽度随调制频率无关，其频带宽度随调制频率F变化。变化。调频波调频波：调频波频谱调频波频谱调相波频谱调相波频谱可见如果调制信号频率高，由于调制指数不变，可见如果调制信号频率高，由于调制指数不变，使得总带宽随着调制信号最高频率使得总带宽随着调制信号最高频率F的增大线性的增大线性增大。由于调制信号的带宽有时是随机的，所以增大。由于调制信号的带宽有时是随机的，所以调相波带宽也变得随机，这不利于频率资源的合调相波带宽也变得随机，这不利于频率资源的合理利用，因此模拟信号很少用调相制。理

21、利用，因此模拟信号很少用调相制。为什么模拟信号很少使用调相方式的原因为什么模拟信号很少使用调相方式的原因典型例题典型例题：载波载波第一对边频第一对边频第二对边频第二对边频第三对边频第三对边频调频信号时等幅波：调频信号时等幅波：带宽内功率之和带宽内功率之和带宽是指调角信号频谱分量的有效宽度。带宽内频率分带宽是指调角信号频谱分量的有效宽度。带宽内频率分量的功率之和占总功率的量的功率之和占总功率的90%以上以上,如如15 kHz分量是分量是99.6%，其带宽为，其带宽为120 kHz。带宽内各频率分量的功率之和带宽内各频率分量的功率之和(假定调频信号总功率为假定调频信号总功率为1W，负载为，负载为1）