通信原理 第四章 模拟角调制课件.ppt

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1、4.1角调制基本概念一个正弦载波有幅度、频率和相位三个参量：角度调制：使高频载波的频率或相位按调制信号的规律变化而振幅保持恒定的调制方式：频率或相位的变化都可以看成是载波角度的变化频率调制（FM：FrequencyModulation）相位调制(PM：PhaseModulation)。非线性调制：角度调制是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分。调频必调相，调相必调频：频率和相位之间存在微分与积分的关系，故调频与调相之间存在密切的关系。鉴于FM用的较多，主要讨论频率调制。第四章模拟角调制频偏

2、式中为比例常数，于是调频波可表示为返回1.角调波的一般表达式式中是信号的瞬时相位，称为相对于的瞬时相位偏移；是信号的瞬时频率，称为相对于载频的瞬时频偏。2．调相波相偏式中式中为比例常数，于是调相波可表示为3．调频波思考：为何种调制信号？第四章模拟角调制瞬时相位瞬时相位偏移第四章模拟角调制图4-16直接和间接调相图4-17直接和间接调频对于单频余弦函数第四章模拟角调制调相信号调频信号实际相位调制器的调制范围不大，所以直接调相和间接调频适用于相位偏移和频率偏移不大的窄带调制情况，而直接调频和间接调相常用于宽

3、带调制情况。调频与调相并无本质区别，两者之间可相互转换。鉴于在实际应用中多采用FM波，下面将集中讨论频率调制。4.2窄带角调制频率调制属于非线性调制，其频谱结构非常复杂，难于表述。但是，当最大相位偏移及相应的最大频率偏移较小时，即一般认为满足时，信号占据带宽窄，属于窄带调频（NBFM）。反之，是宽带调频（WBFM）。调频调相4-17第四章模拟角调制1.窄带调频（NBFM）调频波的一般表示式为sFM(t)=Acos［ωct+为方便起见，假设A=1,有sFM(t)=cos［ωct+=cos

4、ωctcos[-sinwctsin[当式（4.17）满足时，有近似式cos［sin［第四章模拟角调制式（4.3-10）可简化为sNBFM(t)≈cosωct-利用傅氏变换公式，且假设信号f(t)均值为0，即F(0)=0f(t)F(ω)cosωctπ［δ(ω+ωc)+δ(ω-ωc)］sinωctjπ［δ(ω+ωc)-δ(ω-ωc)］可得窄带调频信号的频域表达式SNBFM(ω)=πA[δ(ω+ωc)+δ(ω-ωc)]+第四章模拟角调制将它与AM信号的频谱相比SAM(ω)=π［δ(

5、ω+ωc)+δ(ω-ωc)]+[F(ω+ωc)+F(ω-ωc)］两种调制的相似性和不同处：都含有一个载波和位于±ωc处的两个边带它们的带宽相同，都是调制信号最高频率的两倍不同的是，NBFM的两个边频分别乘了因式1/(ω-ωc)和1/(ω+ωc)，加权的结果引起FM调制信号频谱的失真。FM有一个边频和AM反相。第四章模拟角调制下面以单音调制为例。设调制信号:则NBFM信号为sNBFM(t)≈cosωct-[cos(ωc+ωm)t-cos(ωc-ωm)t］AM信号为SAM=(1+Amcosωmt)cos

6、ωct=cosωct-Amcosωmcosωct=cosωct+Am/2［cos(ωc+ωm)t+cos(ωc-ωm)t］第四章模拟角调制图4–4单音调制的AM与NBFM频谱第四章模拟角调制4.3.宽带调频（WBFM）当不满足式（4-17）的窄带条件时，调频信号的时域表达式不能简化，因而给宽带调频的频谱分析带来了困难。为使问题简化，我们只研究单音调制的情况，然后把分析的结论推广到多音情况。设单音调制信号f(t)=Amcosωmt=Amcos2πfmt第四章模拟角调制瞬时相偏：式中，为最大角频偏

7、，记为，称为调频指数：可得单音宽带调频的时域表达式sFM(t)=Acos［ωct+sinωmt］（4-27）调频指数对调频波的性能有举足轻重的作用令A=1，推倒得到调频信号的级数展开式sFM(t)=Jn()cos(ωc+nωm)t(4-34)式中，Jn(mf)为第一类n阶贝塞尔（Bessel）函数，它是调频指数mf的函数。第四章模拟角调制SFM(ω)=πJn()［δ(ω-ωc-nωm)+δ(ω+ωc+nωm)］调频波的频谱包含无穷多个分量：n=0时就是载波分量ωc，其幅度为J0(mf)；n≠0时

8、在载频两侧对称地分布上下边频分量ωc±nωm，谱线之间的间隔为ωm，幅度为Jn(mf)当n为奇数时，上下边频极性相反当n为偶数时极性相同。第四章模拟角调制单音调频信号的频谱（mf=5）第四章模拟角调制由于调频波的频谱包含无穷多个频率分量，因此，理论上调频波的频带宽度为无限宽。然而实际上边频幅度Jn(mf)随着n的增大而逐渐减小，因此只要取适当的n值使边频分量小到可以忽略的程度，调频信号可近似认为具有有限频谱。mf不同，调频波频