高频电子课件第5章

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1、第五章角度调制与解调-频率的非线性变换5.1概述通信、广播电视、导航、雷达、遥测遥控等都是利用电磁波来传送信息的。与振幅调制一样，角度调制也是无线电传送信息的重要方式。一、角度调制电路的分类与功能角度调制是高频振荡的振幅，保持不变，而角度却以一定的关系随调制信号变化。如果振荡的瞬时角频率随调制信号作线性变化，则已调波称为调频波。这种调制称频率调制，常用FM表示；如果振荡的瞬时相位随调制信号作线性变化，则已调波称为调相波。这种调制称相位调制，常用PM表示。这两种调制都表现为高频振荡波的总瞬时相角受到调制，故将FM和P

2、M统称为角度调制。二、角度调制的优点与用途优点：抗干扰能力强、较高的载波功率利用系数缺点：占有更宽的传送频带。调频主要应用于调频广播、广播电视、通信及遥测遥控等；调相主要用于数字通信系统中的移相键控。调频波的指标主要有以下几个：1)频谱宽度2)寄生调幅3)抗干扰能力三、调角信号的解调电路的功能调角信号的解调电路的功能是从调角波中取出原调制信号。对于调相波的解调电路来说，是从调相波中取出原调制信号，又称为鉴相器。对于调频波的解调电路来说，是从调频波中取出原调制信号，又称为鉴频器。鉴频的方法很多，但主要可归纳为如下几类

3、：第一类首先进行波形变换，将等幅调频波变换成幅度随瞬时频率变化的调幅波(即调幅—调频波)，然后用振幅检波器将振幅的变化检测出来。第二类对调频波通过零点的数目进行计数，因为其单位时间内的数目正比于调频波的瞬时频率。这种鉴频器叫做脉冲计数式鉴频器。第三类利用移相器与符合门电路相配合来实现的。四、调角信号的解调电路的主要技术指标鉴相器的主要指标是：(1)鉴相特性曲线，即鉴相器输出电压与输入信号的瞬时相位偏移的关系。通常要求是线性关系。(2)鉴相跨导，鉴相器输出电压与输入信号的瞬时相位偏移的关系的比例系数。(3)鉴相线性范

4、围，通常应大于调相波最大相移的二倍，并留有一定余量。(4)对寄生调幅有一定抑制能力。(5)非线性失真，应尽可能小。图5.1-1鉴频特性曲线5.2调角波的基本特性5.2.1调角波的基本概念无论是调相波还是调频波，它们的总瞬时相角和瞬时角频率都同时受调制信号调变。调相波与调频波的差别是调相波的瞬时相位的变化与调制信号成线性关系，调频波的瞬时角频率与调制信号成线性关系。调角波调制指数的定义是调角波的最大相移称为调制指数。1．调相波的调制指数与调制信号频率Ω无关，最大频移与调制信号频率成正比；2．调频波的调制指数与调制信号

5、频率Ω成反比，最大频移与调制信号频率无关。3．调相波和调频波的最大频移均等于调制指数m与调制频率Ω的乘积。这里必须注意的是，单频调制时，调频波和调相波均包含有截然不同的三个频率参数。●载波角频率：它表示调制信号为零时的载波角频率，即调角波的中心角频率；●最大角频移：它表示调制信号变化时，瞬时角频率偏离中心角频率的最大值；●调制信号角频率Ω：它表示调角波的瞬时角频率从最大值到最小值之间往返变化的角频率。8/17/202112第五章角度调制与解调5.2.2调角波的数学表达式高频振荡信号的一般表示式可用下式表示=cosθ

6、(t)调频波的一般表示式为8/17/202113第五章角度调制与解调5.2.3调角波的频谱与带宽为了决定调角信号传输系统的带宽，必须对调角波的频谱进行分析。单频调制时，调频波和调相波的表达式是相似的，因此，它们具有相同的频谱，下面仅讨论调频波的频谱。设调制信号载波信号则调频波的表示式为14第五章角度调制与解调将上式进行三角变换式中，得和均可直接展开成傅里叶级数。得载频第一对边频第二对边频第三对边频第四对边频+……图5.2-1贝塞尔函数曲线由单音频调制的调频波，其按频谱具有以下特点：1、调频波的频谱不是调制信号的频谱

7、的简单搬移，而是由载波分量和无数对边频分量所组成；2、奇数项的上、下边频分量振幅相等，极性相反；偶数项的上、下边频分量振幅相等，极性相同；3、载波分量和各边频分量的振幅均与有关。越大，有效边频分量越多，这与调幅波是不同的，单频调制下，调幅波的边频数目与调制指数无关。4、对于某些值，载波或某边频振幅为零。在高质量通信系统中，常以忽略小于1％末调制载波振幅的边频分量来决定频谱宽度。在中等质量通信系统中，以忽略小于10％未调制载波振幅的边频分量来决定频谱宽度。调频波的频谱宽度变化不大的原因是，在最大频移一定的条件下，调频

8、波的调制指数与调制频率F成反比，调制频率越高,越小，而振幅小于10％的边频对数减少，故频谱宽度变化不大。这是调频波的一个重要特点。图5.2-2调频波的频谱图5.2-3调相波的频谱调相波的频带宽度没有得到充分利用。这是调相制的弱点，也是调相制在模拟通信系统中不能直接应用的原因。但在数字通信系统中得到了广泛的应用。而在模拟通信系统中调频制得到了广泛的应用。5.3