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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,角度调制,概 述,频率调制（调频FM）：使高频载波信号的频率按调制信号的规律变化，得到调频波信号。 相位调制（调相PM）：使高频载波信号的相位按调制信号的规律变化，得到调相波信号。 调频信号的解调（鉴频FD）：从调频波信号中恢复出调制信号。 调相信号的解调（鉴相PD）：从调相波信号中恢复出调制信号。,载波信号：,调制信号：,调频波信号：,调相波信号：,波形：,二、角度调制的优点与用途,优点:1、抗干扰能力强2、FM
2、广播音质好，但BW宽，波段内容纳的电台数小；主要用于超短波波段。 如：调频广播：（88108）MHz，BW=180KHz。3发射功率小。作用: 调频主要用于调频广播、广播电视、通信与遥控遥测等。调相主要用于数字通信。,调频与调相的关系： （1）调频必调相，调相必调频 （2）鉴频和鉴相也可以相互利用角度调制的优点： 抗干扰和噪声的能力较强角度调制的缺点： （1）频带利用率不高 （2）原理和电路实现上都要困难一些,瞬时相位：,FM波的表示式：,调频灵敏度,最大角频偏,调频指数调制深度,7.1 调频信号分析,7.1.1 调频信号的参数与波形 1.调频信号分析 调制信号：u(t)=Ucost 载波电压
3、：uC=UCcosct 瞬时角频率：,2. 主要调频参数,调频灵敏度,最大角频偏,最大频偏,调频指数，调制深度,3. 调频波的波形,7.1.2 调频波的频谱,调频波的级数展开式为：,1调频波的展开式,Jn(mf)是宗数为mf的n阶第一类贝塞尔函数:,第一类贝塞尔函数曲线：,特性: Jn(mf)=J-n(mf) ， n为偶数 Jn(mf)=-J-n(mf) ， n为奇数,单频的调频波是由许多频率分量构成，属非线性调制,2调频波的频谱结构和特点,级数展开式进一步写成 uFM(t)=UCJ0(mf)cosct+J1(mf)cos(c+)t -J1(mf)cos(c-)t+J2(mf)cos(c+2)
4、t +J2(mf)cos(c-2)t+J3(mf)cos(c+3)t -J3(mf)cos(c-3)t+,单频调制时FM波的振幅谱：,为常数：,m为常数：,uFM(t)=UCJ0(mf)cosct+J1(mf)cos(c+)t -J1(mf)cos(c-)t+J2(mf)cos(c+2)t+J2(mf)cos(c-2)t+J3(mf)cos(c+3)t -J3(mf)cos(c-3)t+,对于一般情况,带宽为 Bs=2(mf+1)F=2(fm+F),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 |Jn(mf)| 0.01 当mf很大时,此时
5、带宽为 Bs=2nF=2mfF=2fm 当mf很小时,如mf0.5,为窄频带调频,此时 Bs=2F,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,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,（1）概念 调相波是其瞬时相位以未调载波相位c为中心按调制信号规律变化的等幅高频振荡。（2）表达式 u(t)=Ucost， uC(t)=UCcosct 则调相波其瞬时相位为： (t)=ct+(t)=ct+kpu(t) =ct+mcost=ct+mpcost 调相信号为：uPM(t)=UCcos(ct+mpcost),7.1.5 调频波与调相波的比较,1调相波,（3）主要参数,
6、最大频偏,调相指数,调相灵敏度,最大相偏,瞬时频率为：,（3）调相波波形,调频波瞬时相位为：,2. 调频与调相的关系,调相波瞬时频率为：,调频波与调相波的比较,例：角调波u（t）=10cos(2106t + 10cos2000t) （V），试确定：（1）最大频偏；（2）最大相偏；（3）信号带宽；（4）此信号在单位电阻上的功率；（5）能否确定这是FM波还是PM波？,7.2.1 调频器,调频器（调频电路）：实现调频的电路或部件,调频特性曲线：,7.2 调频器与调频方法,调频特性的要求:（1）调制特性线性要好 （2）调制灵敏度要高 （3）载波性能要好（即已调波的中心频率）应具有一定的频率稳定度。,7
7、.2.2 调频方法,两类：直接调频法、间接调频法,1直接调频法,常用方法：变容二极管直接调频特点：调制器与振荡器合二为一 可以获得较大的频偏（优点） 频率稳定度差（缺点）,概念：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 LC振荡器：控制振荡回路的某个元件(L或C) 张弛振荡器：控制电容的充放电速度,2间接调频法(阿姆斯特朗法）,思想：,特点：调制器与振荡器分开 频率稳定度好（优点） 设备复杂（缺点）,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： 矢量合成法、可变移相法、可变延时法,间接调频（矢量合成方式） 对于单音调相信号： u
8、PM=Ucos(ct+mpcost) =Ucosctcos(mpcost)-Usin(mpcost)sinct 当mp/12时，上式近似为 uPMUcosct-Umpcostsinct,（2）可变移相法 利用调制信号控制移相网络的电抗或电阻元件来实现调相。 谐振回路： （3）可变延时法 将载波信号通过一可控延时网络，延时时间受调制信号控制，即 =kdu(t) 输出信号为 u=Ucosc(t-)=Ucosct-kdcu(t),调相信号,式中C0为变容二极管零偏时的电容，u为变容二极管PN结的势垒电位差，为结电容变化指数。,7.3 调频电路,一、直接调频电路 1、变容二极管直接调频电路 (1) 变
9、容二极管调频原理 变容二极管结电容Cj与在其两端所加反偏电压u之间存在着如下关系:,图7-12 变容管的Cju曲线,加的调制信号电压u(t)=Ucost后,电容调制度,静态工作时：,振荡频率为：,=2时：,忽略高次项,上式可近似为,一般情况下， 2，展开成幂级数：,中心频率漂移,最大角频偏,二次最大角频偏,中心频率漂移,2）Cj作为回路部分电容,利用对变容二极管串联或并联电容的方法来调整回路总电容C与电压u之间的特性。,回路的总电容为：,振荡频率为：,在工作点EQ处展开：,式中 ：,最大频偏为：,特点（和Cj为回路总电容时比较）：相对频偏减小（缺点） 中心频率稳定度提高（优点）,7.4.1 鉴
10、频器,鉴频特性：变换器的变换特性,鉴频特性的要求:（1）线性范围要宽，线性度好（2）鉴频跨导（鉴频灵敏度）要大,鉴频器（频率检波器）：调频波解调电路，f / v变换器,鉴频特性曲线：,7.4 鉴频器与鉴频方法,7.4.2 鉴频方法,波形变换法 锁相环解调法调频负反馈解调法正交鉴频法,间接鉴频法：,直接鉴频法：脉冲计数式鉴频法,1. 振幅鉴频法,变换电路特性：,基本思想：,uFM-AM,（1）直接时域微分法,原理：,uFM-AM,对此式直接微分可得,由上式可以看出：电压u的振幅与瞬时相位成正比，故上式为一个FM-AM波。然后利用包络检波器从此FM-AM波提取出原调制信号即可。,原理：设调制信号为
11、u=f(t)，调频波为：,（2）斜率鉴频法,原理：利用调谐回路的失谐状态，即其幅频特性倾斜部分对FM波解调,单回路斜率鉴频器电路：,问题：单调谐回路的谐振曲线的倾斜部分线性度较差。,双离谐平衡鉴频器：,特点： 失真小，灵敏度高于单回路 适于解调大频偏信号 不易调整,2. 相位鉴频法,原理框图：,设输入鉴相器的两个信号分别为：,（1） 乘积型相位鉴频法（积分鉴频法）,线性相移网络：单谐振回路(或耦合回路),乘积型鉴相器,鉴相器输出：,利用乘积型鉴相器实现鉴频的方法,（2) 叠加型相位鉴频法,利用叠加型鉴相器实现鉴频的方法,线性相移网络：单谐振回路(或耦合回路) 包络检波器,加法器输出：,平衡式叠
12、加型相位鉴频器,平衡式叠加型鉴相器,3、直接脉冲计数式鉴频法 调频信号的信息寄托在已调波的频率上。从某种意义上讲，信号频率就是信号电压或电流波形单位时间内过零点(或零交点)的次数。对于脉冲或数字信号，信号频率就是信号脉冲的个数。基于这种原理的鉴频器称为零交点鉴频器或脉冲计数式鉴频器。,某调角波的调制信号电压为 5V ，频率为 1kHz 时，频带宽度为 100kHz ；若调制电压不变，调制频率升至 2kHz 时，其频带宽度变为 102kHz 。 （1）该调制波是调频波还是调相波？ （2）若调制频率仍为 1kHz ，而调制电压减至 2.5V ，该调角波的频带宽度为多少？,已知调角波：u(t)=5sin(2106 t + 3 cos4103 t ) V，根据该表达式能否确定下列参数？若能则求其值，若不能试说明理由： （1）载波频率fC和调制信号频率F； （2）调制信号u(t)的表达式； （3）最大相偏m和最大频偏fm； （4）信号带宽；,
