第八章角度调制与解调课件.ppt
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- 第八 角度 调制 解调 课件
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1、8 角度调制与解调8.2 调角波的性质调角波的性质8.3 调频方法概述调频方法概述8.4 变容二极管调频变容二极管调频8.5 晶体振荡器直接调频晶体振荡器直接调频8 角度调制与解调8.7 可变延时调频可变延时调频8.8 相位鉴频器相位鉴频器8.9 比例鉴频器比例鉴频器8.10 其他形式的鉴频器其他形式的鉴频器8.1 概述tV000cosvtVcosvtV000cosvtVcosv 0D D m 0+D D mAMFM8.1 概述调频波的指标调频波的指标寄生调幅寄生调幅频谱宽度频谱宽度抗干扰能力抗干扰能力鉴频的方法鉴频的方法脉冲计数鉴频法脉冲计数鉴频法波形变换鉴频法波形变换鉴频法符合门鉴频法符合
2、门鉴频法8.1 概述鉴频器的指标鉴频器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寄生调幅抑制能力寄生调幅抑制能力失真和稳定性失真和稳定性8.2 调角波的性质8.2.1 瞬时频率与瞬时相位瞬时频率与瞬时相位8.2.2 调频波和调相波的调频波和调相波的数学表示式数学表示式8.2.3 调频波和调相波的调频波和调相波的频谱和频带宽度频谱和频带宽度8.2.1 瞬时频率与瞬时相位 调频是使高频载波的瞬时频率按调制信号规律变化的一种调频是使高频载波的瞬时频率按调制信号规律变化的一种调制方式;调相是使高频载波的瞬时相位按调制信号规律变调制方式;调相是使高频载波的瞬时相位按调制信号规律变
3、化的一种调制方式。因为这两种调制都表现为高频振荡波的化的一种调制方式。因为这两种调制都表现为高频振荡波的总瞬时相角受到调变,故将它们统称为角度调制总瞬时相角受到调变,故将它们统称为角度调制(简称调角简称调角)。瞬时频率瞬时频率)(t瞬时相位瞬时相位)(t00t0实轴实轴)(ttt)(t00)(tttd)(ttdd8.2.1 瞬时频率与瞬时相位8.2.2 调频波和调相波的数学表示式调频调频(FM):载波的瞬时频率与载波的瞬时频率与调制信号的强度成线性变调制信号的强度成线性变化,幅度不变。化,幅度不变。)()(0tktvf设调制信号为设调制信号为v(t),载波信号载波信号 0 0是未调制时的载波中
4、心频率;是未调制时的载波中心频率;kfv(t)是瞬时频率相对于是瞬时频率相对于0 0的偏移,叫瞬时频率偏移,简称频率偏移或频移。的偏移,叫瞬时频率偏移,简称频率偏移或频移。可表示为可表示为)()(tktDvf最大频移,即频偏,表示为最大频移,即频偏,表示为max)(tkDvf)cos()(000tVtv瞬时频率瞬时频率000)()(ttkttdfv000)(dttkttvf瞬时相位瞬时相位相移相移;ttkttdffD0)()(vmax0)(ttktdffDvfm调制指数调制指数8.2.2 调频波和调相波的数学表示式调相调相(PM):载波的瞬时载波的瞬时相位与调制信号的强相位与调制信号的强度成线
5、性变化,幅度度成线性变化,幅度不变。不变。00)()(tkttvp)()(00tktttvpdd 0 0t t+0 0是未调制时的载波相位;是未调制时的载波相位;kpv(t)是瞬时相位相对于是瞬时相位相对于0 0t+t+0 0的偏移,叫瞬时的偏移,叫瞬时相位相位偏移,简称偏移,简称相位相位偏移或偏移或相相移。移。可表可表示为示为)()(tktDvp最大相移,即相偏,表示为最大相移,即相偏,表示为max)(tkDvp)(0ttkvddp瞬时相位瞬时相位瞬时频率瞬时频率频偏频偏max)()(ttktDvddpppm调制指数调制指数设调制信号为设调制信号为v(t),载波信号载波信号)cos()(00
6、0tVtv8.2.2 调频波和调相波的数学表示式数学表达式数学表达式ttKtVtdf)(cos000v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FM波波PM波波ttkddp)(0vtttKt00)(dfvmax)(ttKddpmDvmax0)(ttKmtdppvmax)(tKmvpp附:上述比较中的调制信号附:上述比较中的调制信号 v(t),载波,载波V0cos 0(t)(cos00tKtVvp)(0tKtvpmax)(tKDvpm)(f0tKtv8.2.2 调频波和调相波的数学表示式成反比!与DVktvkfffmax)(以单音调制波为例以单音调制波为例tVtcos)(v
7、调频调频tVktcos)(0f00sin)(tVkttf瞬时频率瞬时频率瞬时相位瞬时相位已调频信号已调频信号)sincos()(000tVktVtaf)sincos(000tmtVfVkmffDf无关!与(公式8.2.4)(公式8.2.6)公式(8.2.7)8.2.2 调频波和调相波的数学表示式无关!与DVkpp成正比!与调相调相00cos)(tVkttptVktsin)(0p瞬时频率瞬时频率瞬时相位瞬时相位已调相信号已调相信号)coscos()(000tVktVtap)coscos(000tmtVpppVkm DpDm以单音调制波为例以单音调制波为例调制信号调制信号tVtcos)(vppVk
8、m 8.2.2 调频波和调相波的数学表示式以单音调制波为例以单音调制波为例调制信号调制信号tVtcos)(v调频调频调相调相tVktcos)(0f瞬时频率瞬时频率00sin)(tVkttf瞬时相位瞬时相位VkmffDftVktsin)(0p瞬时频率瞬时频率00cos)(tVkttp瞬时相位瞬时相位VkmppDpDm8.2.2 调频波和调相波的数学表示式m pmmm f调频调频调相调相 可以看出调相制的信号带宽随调制信号频率的升高而增可以看出调相制的信号带宽随调制信号频率的升高而增加,而调频波则不变,有时把调频制叫做恒定带宽调制。加,而调频波则不变,有时把调频制叫做恒定带宽调制。VkmffDfV
9、kmppDp8.2.3 调频波和调相波的频谱和频带宽度 由于调频波和调相波的方程式相似,因此只要分析其中一由于调频波和调相波的方程式相似,因此只要分析其中一种的频谱,则对另一种也完全适用。种的频谱,则对另一种也完全适用。已调频信号已调频信号)sincos()(00tmtVtaf已调相信号已调相信号)coscos()(00tmtVtap已调频信号已调频信号)sincos()(00tmtVtaf)sinsin(sin)sincos(cos000tmttmtVff其中其中tnmJmJtmn2cos)(2)()sincos(120fnfftnmJtmn)12sin()(2)sinsin(012fnf)
10、(fnmJ是以是以mf为参数的为参数的n阶第一类贝赛尔函数。阶第一类贝赛尔函数。一、频谱一、频谱调制信号调制信号tVtcos)(v8.2.3 调频波和调相波的频谱和频带宽度一、频谱一、频谱)12sin()(2sin2cos)(2)()(01201200tnmJttnmJmJVtannfnfnfsin)12sin()(2cos2cos)(2cos)(002012000ttnmJttnmJtmJVnnf1nfnf)12(cos)12(cos)()2cos()2cos()(cos)(0001200012000tntnmJVtntnmJtmJVnnfnfnf8.2.3 调频波和调相波的频谱和频带宽度8
11、.2.3 调频波和调相波的频谱和频带宽度一、频谱一、频谱 1)单音调制时,调频波的频谱不是调制信号频谱的简单搬移,单音调制时,调频波的频谱不是调制信号频谱的简单搬移,而是由载波和无数对边带分量所组成,而是由载波和无数对边带分量所组成,它们的振幅由对应的它们的振幅由对应的各阶贝塞尔函数值所确定。其中,奇次的上、下边带分量振各阶贝塞尔函数值所确定。其中,奇次的上、下边带分量振幅相等、极性相反;偶次的振幅相等、极性相同。幅相等、极性相反;偶次的振幅相等、极性相同。2)调制指数调制指数mf越大,具有较大振幅的边频分量就越多。这越大,具有较大振幅的边频分量就越多。这与调幅波不同,在单频信号调幅的情况下,
12、边频数目与调制与调幅波不同,在单频信号调幅的情况下,边频数目与调制指数无关。指数无关。3)载波分量和各边带分量的振幅均随载波分量和各边带分量的振幅均随mf变化而变化。对于某些变化而变化。对于某些mf值,载频或某边频振幅为零。籍此可以测定调制指数值,载频或某边频振幅为零。籍此可以测定调制指数mf。8.2.3 调频波和调相波的频谱和频带宽度 上式表明,当上式表明,当V0一定时,不论一定时,不论mf为何值,调频波的平均为何值,调频波的平均功率恒为定值,并且等于未调制时的载波功率。功率恒为定值,并且等于未调制时的载波功率。换句话说,改换句话说,改变变mf仅会引起载波分量和各边带分量之间功率的重新分配,
13、但仅会引起载波分量和各边带分量之间功率的重新分配,但不会引起总功率的改变。不会引起总功率的改变。4)根据帕塞瓦尔根据帕塞瓦尔(Parseval)定理调频波的平均功率等于各频定理调频波的平均功率等于各频谱分量平均功率之和。因此,在电阻谱分量平均功率之和。因此,在电阻R上,调频波的平均功率上,调频波的平均功率应为应为)(2)(2)(202121222020nnmJmJmJRVPfnfnff fnf)(2)(2122020nmJmJRVRV2208.2.3 调频波和调相波的频谱和频带宽度 虽然调频波的边频分量有无数多个,但是,对于任一给定虽然调频波的边频分量有无数多个,但是,对于任一给定的的mf值,
14、高到一定次数的边频分量其振幅已经小到可以忽略,值,高到一定次数的边频分量其振幅已经小到可以忽略,以致滤除这些边频分量对调频波形不会产生显著的影响。以致滤除这些边频分量对调频波形不会产生显著的影响。二、带宽二、带宽 通常规定:凡是振幅小于未调制载波振幅的通常规定:凡是振幅小于未调制载波振幅的1(或或10,根,根据不同要求而定据不同要求而定)的边频分量均可忽略不计,保留下来的频谱分的边频分量均可忽略不计,保留下来的频谱分量就确定了调频波的频带宽度。量就确定了调频波的频带宽度。如果将小于调制载波振幅如果将小于调制载波振幅l0的边频分量略去不计,则频的边频分量略去不计,则频谱宽度谱宽度BW可由下列近似
15、公式求出:可由下列近似公式求出:FmBW)1(2f8.2.3 调频波和调相波的频谱和频带宽度在实际应用中也常区分为:在实际应用中也常区分为:DD)(22,1)AM(2,1mmfFMfFMf为最大频偏为最大频偏称为宽带调频,称为宽带调频,波频带相同波频带相同与与称为窄带调频,称为窄带调频,ffFmBmFBm 从上面的讨论知道,调频波和调相波的频谱结构以及频带从上面的讨论知道,调频波和调相波的频谱结构以及频带宽度与调制指数有密切的关系。总的规律是:调制指数越大,宽度与调制指数有密切的关系。总的规律是:调制指数越大,应当考虑的边频分量的数目就越多,无论对于调频还是调相均应当考虑的边频分量的数目就越多
16、,无论对于调频还是调相均是如此。这是它们共同的性质。是如此。这是它们共同的性质。但是,由于调频制与调相制和调制频率但是,由于调频制与调相制和调制频率F的关系不同,仅的关系不同,仅当当F变化时,它们的频谱结构和频带宽度的关系就互不相同。变化时,它们的频谱结构和频带宽度的关系就互不相同。8.2.3 调频波和调相波的频谱和频带宽度调频调频调相调相VkmffDfVkmppDp 对于调频制,仅当对于调频制,仅当F变化时,在常用的宽带调频制中,频变化时,在常用的宽带调频制中,频率分量随率分量随mf变化而变化,但同时带宽基本恒定。因此又把调变化而变化,但同时带宽基本恒定。因此又把调频叫做恒定带宽调制。频叫做
17、恒定带宽调制。对于调相制,仅当对于调相制,仅当F变化时,频率分量不变,但带宽变变化时,频率分量不变,但带宽变化。特别是化。特别是F增加时,带宽增加。对于增加时,带宽增加。对于Fmin Fmax而言,而言,Fmax决定总的带宽,低端频率分量的频谱利用率不高决定总的带宽,低端频率分量的频谱利用率不高。因此,。因此,模拟通信系统中调频制要比调相制应用得广泛。模拟通信系统中调频制要比调相制应用得广泛。8.2.3 调频波和调相波的频谱和频带宽度 下面分析一下含多个频率成分信号调制的调频信号的频谱,下面分析一下含多个频率成分信号调制的调频信号的频谱,)sinsin(sin)sincos(cos)(1010
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