高频电路第7章 频率调制与解调ppt课件.ppt

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1、第7章频率调制与解调7.1调频信号分析7.2调频器与调频方法7.3调频电路7.4鉴频器与鉴频方法7.5鉴频电路7.6调频收发信机及特殊电路7.7调频多重广播7.1调频信号分析7.1.1调频信号的参数与波形设调制信号为单一频率信号uΩ(t)=UΩcosΩt,未调载波电压为uC=UCcosωct,则根据频率调制的定义,调频信号的瞬时角频率为(7―1)它是在ωc的基础上,增加了与uΩ(t)成正比的频率偏移。式中kf为比例常数。调频信号的瞬时相位φ(t)是瞬时角频率ω(t)对时间的积分,即式中,φ0为信号的起始角频率

2、。为了分析方便,不妨设φ0=0,则式（7―2）变为（7―2）（7―3）式中，为调频指数。FM波的表示式为(7―4)图7―1调频波波形图7―2调频波Δfm、mf与F的关系7.1.2调频波的频谱1．调频波的展开式因为式（7―4）中的是周期为2π/Ω的周期性时间函数,可以将它展开为傅氏级数,其基波角频率为Ω,即（7―5）式中Jn(mf)是宗数为mf的n阶第一类贝塞尔函数,它可以用无穷级数进行计算:（7―6）它随mf变化的曲线如图7―3所示,并具有以下特性:Jn(mf)=J-n(mf),n为偶数Jn(mf)=-J-

3、n(mf),n为奇数因而,调频波的级数展开式为（7―7）图7―3第一类贝塞尔函数曲线2．调频波的频谱结构和特点将上式进一步展开,有uFM(t)=UC［J0(mf)cosωct+J1(mf)cos(ωc+Ω)t-J1(mf)cos(ωc-Ω)t+J2(mf)cos(ωc+2Ω)t+J2(mf)cos(ωc-2Ω)t+J3(mf)cos(ωc+3Ω)t-J3(mf)cos(ωc-3Ω)t+…］（7―8）图7―4单频调制时FM波的振幅谱（a）Ω为常数;（b）Δωm为常数图7―5调频信号的矢量表示图7―6

4、Ｊ

5、n(mf)

6、≥0.01时的n/mf曲线7.1.3调频波的信号带宽通常采用的准则是,信号的频带宽度应包括幅度大于未调载波1%以上的边频分量,即

7、Jn(mf)

8、≥0.01由图可见,当mf很大时,n/mf趋近于1。因此当mf1时,应将n=mf的边频包括在频带内,此时带宽为Bs=2nF=2mfF=2Δfm（7―9）当mf很小时,如mf<0.5,为窄频带调频,此时Bs=2F（7―10）对于一般情况,带宽为Bs=2(mf+1)F=2(Δfm+F)（7―11）更准确的调频波带宽计算公式为（7―12）当调制信号不是单一频率时

9、,由于调频是非线性过程,其频谱要复杂得多。比如有F1、F2两个调制频率,则根据式(7-7)可写出7.1.4调频波的功率调频信号uFM(t)在电阻RL上消耗的平均功率为由于余弦项的正交性,总和的均方值等于各项均方值的总和,由式（7―7）可得（7―13）（7―14）（7―15）7.1.5调频波与调相波的比较1．调相波调相波是其瞬时相位以未调载波相位φc为中心按调制信号规律变化的等幅高频振荡。如uΩ(t)=UΩcosΩt,并令φ0=0,则其瞬时相位为φ(t)=ωct+Δφ(t)=ωct+kpuΩ(t)=ωct+Δ

10、φmcosΩt=ωct+mpcosΩt（7―16）从而得到调相信号为uPM(t)=UCcos(ωct+mpcosΩt)（7―17）调相波的瞬时频率为（7―18）图7―8调相波Δfm、mp与F的关系图7―7调相波波形至于PM波的频谱及带宽,其分析方法与FM相同。调相信号带宽为Bs=2(mp+1)F(7―19)图7―9调频与调相的关系2．调频波与调相波的比较调频波与调相波的比较见表7―1。在本节结束前,要强调几点:（1）角度调制是非线性调制,在单频调制时会出现（ωc±nΩ）分量,在多频调制时还会出现交叉调制（ωc

11、±nΩ1±kΩ2+…）分量。（2）调频的频谱结构与mf密切相关。mf大,频带宽。（3）与AM制相比,角调方式的设备利用率高,因其平均功率与最大功率一样。表7―1调频波与调相波的比较表7.2调频器与调频方法7.2.1调频器对于图7―10的调频特性的要求如下:（1）调制特性线性要好。（2）调制灵敏度要高。（3）载波性能要好。图7―10调频特性曲线7.2.2调频方法1．直接调频法这种方法一般是用调制电压直接控制振荡器的振荡频率,使振荡频率f(t)按调制电压的规律变化。若被控制的是LC振荡器,则只需控制振荡回路的某个

12、元件(L或C),使其参数随调制电压变化,就可达到直接调频的目的。2．间接调频法实现间接调频的关键是如何进行相位调制。通常,实现相位调制的方法有如下三种:(1）矢量合成法。这种方法主要针对的是窄带的调频或调相信号。对于单音调相信号uPM=Ucos(ωct+mpcosΩt)=Ucosωctcos(mpcosΩt)-Usin(mpcosΩt)sinωct当mp≤π/12时,上式近似为uPM≈Ucosωc