当前位置：文档之家 › 角度调制与解调

角度调制与解调

  • 格式：ppt
  • 大小：1.28 MB
  • 文档页数：15

下载文档原格式

  / 15

合集下载

第七章角度调制与解调要点

第七章角度调制与解调要点
第7章 角度调制与解调
角度调制：载波信号的瞬时相位按调制信号规律变化， 而幅度保持不变。简称调角。 频率调制（FM） 相位调制（PM） 1.调频（FM）：载信号的频率变化量与调制信号成正比。
（振幅保持恒定）
调频信号的解调称为鉴频或频率检波。
2.调相（PM）：载波信号的相位变化量与调制信号成正比。 （振幅保持不变） 调相信号的解调称为鉴相或相位检波。
2.FM波频谱的特点：
1.FM 为非线性调制：单音调制时，产生无数对边频(c n). 各频率分量的幅度随m f 变化，见图7.4。 2.m f 相同时，二者频谱包络的形状相同。 随着m f 的增大，FM 波的边频分量增多， 情况a的频谱要展宽，情况b的频谱不会展宽。 3.n为偶数时，上下边频分量的振幅相同，极性相同； n为奇数时，上下边频分量的振幅相同，极性相反； 4.m f 较小时(<0.5)，由J n曲线（图7.3）可知： J1 ( J 2 、 J 3 、...)， 此时可认为FM 波只由c 和c 构成，其他边频成分幅度相对 可忽略，称为窄带调频（NBFM）。
二、FM波的频谱（频域分析） 1.FM波的级数展开式 jm sin t uFM (t ) U c cos(ct m f sin t ) Re[U c e jct e f ]
其中e
Jn (mf) 1 .0 0 .8 0 .6 0 .4 0 .2 0 －0 .2 －0 .4 0 1 2 3 4 5 6 J0 J1 J2 J3 J4
mf＝ 1
mf＝ 1
c
mf＝ 2


c


mf＝ 2
c
mf＝ 5


c


mf＝ 5
c

高频第5章角度调制与解调

高频第5章角度调制与解调
相位检波型相位鉴频器(三)
第八节：鉴频电路
相位检波器(鉴相器)(一)
由模拟相乘器加低通滤波器构成
根据模拟相乘器输入波形不同，相位检波器的线性(指输出电压大小和两个输入电压之间相位差的关系)范围也不同
设两个输入为：
则乘法器的输出为：
经低通滤波器滤出高频分量后：
故在 附近， 和 有近似线性 关系
采用间接调频时，受到非线性限制的不是相对频偏，也不是绝对频偏，而是最大相移，即调相系数
3
扩展线性频偏的方法：间接调频
频率解调的基本原理和方法
第七节：频率解调的基本原理和方法
调频-调幅变换法
调频-调相变换法
脉冲计数法
利用锁相环电路进行鉴频
本章介绍前三种方法，第四种方法将在下一章介绍
单失谐回路斜率鉴频器：原理(一)
单谐振回路的通用谐振曲线
定义鉴频灵敏度：
则推导可得：
单失谐回路斜率鉴频器：鉴频特性分析(一)
单失谐回路斜率鉴频器：鉴频特性分析(二) 第八节：鉴频电路 故鉴频灵敏度： 随输入调频波的幅度增大而增大 随器件工作点的提高而有所增大 随工作频率的升高而降低 正比于右式中各分子项 将 对 求导数，可得 时，有最大鉴频灵敏度： 因此，如果将调频信号的中心频率选在 处，则在频偏不大时，可以得到较为对称的调频-调幅变换
双失谐回路斜率鉴频器：原理(一)
第八节：鉴频电路 双失谐回路斜率鉴频器由两个单失谐回路斜率鉴频器连接而成 设上下两组谐振回路分别调谐于 并对称处于调频波的载频两边，且：
双失谐回路斜率鉴频器：原理(二)
鉴频电路 注意：只有从A，B两点间取出鉴频电压才是失真较小的对称波形。单独任一点对地的波形都是失真比较大的不对称波形
：调频波的调频系数，其物理意义是调频波的最大附加相移

角度的调制与解调

角度的调制与解调
X
第第
（2）m>1
mF
0.00 0.25 0.50 1.00 1.50 2.00 2.40 2.50 3.00 4.00 5.00 5.45 6.00 7.00 8.00 8.65 9.00 10.0
宽带调制
J2 J3 J4 J5 J6 J7
m=2 m=8
J8 J9 J10 J11
贝曲线-1
J12 J13 J14
n为奇数时,上下边频分量幅度相等, 相位相反; n为偶数时,上下边频分量幅度相等, 相位相同; 2) 当m 越大, 边频数量越多。且各分量的幅度随m 变化而变化。反映了载波能量与各边频能量的转 换。
X
u( t ) U m cos( c t m sin t ) U m J 0 ( m ) cos c t U m J 1 ( m )[cos( c )t cos( c )t ] Um
m m p k pU m
m m p
uPM ( t ) U m cos ( t ) U m cos[ c t k p u ( t ) 0 ]
U m cos[ c t m p cos t 0 ]
X
第第
【例】 单音调制时 PM 波的各参量的波形
20 页页
U m J 2 ( m )[cos( c 2 )t cos( c 2 )t ] ............
n
第第
J

n
( m ) cos[( c n )t ]
调角波的频谱为：
由上式，单音调角时，在载频附近出现了无数对边频：
X
u( t ) U m cos( c t m sin t ) U m J 0 ( m ) cos c t U m J 1 ( m )[cos( c )t cos( c )t ] Um

第10章 角度调制与解调

第10章 角度调制与解调
调频波的瞬时角频率为：
假定未调载波表示为：
f (t ) c k f v (t ) c k f Vm cos t
瞬时角频偏：
(t ) k f Vm cos t m cos t m k f Vm
频移的幅度，称为最大频偏或简称频偏:
调频波的瞬时相位
v (t )
Vm
t
0
p (t )
Mp
t
f (t ) m 0
t
0
p (t ) m
t
f (t )
Mf
0 vFM (t )
t
0 vPM (t )
t
t
t
二、调角信号的频域特性
调制信号为：
v (t ) Vm cos t
cos[ct M f sin t ]
M f 1 M f 1 M f
BW0.1 2f m
上式表明，在调制指数较大的情况下，调频波的带宽等于二倍 频偏。通常，把这种情况的频率调制称为宽带调频。又称为 恒定带宽调频。 第三种情况，M f 介于前两种情况之间。
BW0.1 2(f m 1) F
复杂频率信号的调角信号的频谱
0

t0
0
瞬时相位 (t ) ：某一时刻的 全相角为该时刻的瞬时相位。 t = 0 时的初始相位为 0 。
t
d (t ) (t ) dt
vc (t ) Vcm cos[ (t )dt 0 ]
2、调频信号
在频率调制时，是使余弦信号的瞬时角频率与调制信号成线性 关系变化，而初始相位不变。
调相波：
单音调角信号参数比较
频率调制
瞬时角频率 瞬时角频偏

第10章角度调制与解调

第10章角度调制与解调
功率之和。因此，在电阻R上，调频波的平均功率应为
∑ ∑ P f=A 2 0 R 2[J0 2(m f)+ 2 n ∞ = 1J2 n 2(m f)+ 2 n ∞ = 0J2 n + 1 2(m f)] ∑ =A 20 R2[J02(mf)+2n∞ =1Jn2(mf)]
= A02 2R
上式表明，当A0一定时，不论mf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。换句话说，改变mf仅会 引起载波分量和各边带分量之间功率的重新分配，但不会引起总功 率的改变。
调相
瞬时相位 (t)0tkp v (t)0
ω0t+θ0是未调制时的载波相位；kpvΩ (t)是瞬时相位相对于
ω0t+θ0的偏移，叫瞬时相位偏移，简称相位偏移或相移。可表示为
D(t)kpv(t)
（10.2.9）
最大相移，即相偏，表示为
瞬时频率
Dkpv(t)maxm p 调制指数
(t)d dt[0tkpv(t)0]0 kp ddtv(t)
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，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是如此。这是它们共同的 性质。
但是，由于调频与调相制与调制频率F的关系不同，仅当F变
化时，它们的频谱结构和频带宽度的关系就互不相同。
第三十页，共92页。
调频
mf
kfV
Df
调相
Байду номын сангаас
mp kpV
Dp
对于调频制，仅当F变化时，在常用的宽带调频制中，频率分量 随mf变化而变化，但同时带宽基本恒定。因此又把调频叫做恒定

角度调制及解调

角度调制及解调

软件开发环境选择
选择合适的软件开发环境，如MATLAB、C 等。
软件测试与验证
对软件程序进行测试和验证，确保软件工作 正常。
角度调制系统的优化建议
硬件优化
采用高性能的硬件设备，提高系统的处理能 力和稳定性。
系统集成优化
优化系统集成方案，降低系统复杂度和成本。
软件优化
优化软件算法，提高系统的处理速度和精度。
角度调制的基本原理
01
相位调制
通过改变载波信号的相位角度来传递信息。根据不同的相位偏移，可以
表示不同的信息符号。
02
调相方式
常见的调相方式有绝对调相和相对调相。绝对调相是指信号的相位与一
个参考相位之间的关系，而相对调相是指两个信号相位之间的差异。
03
解调方式
解调时需要将相位信息还原为原始的信息符号。常见的解调方式有鉴相
角度调制的应用场景
01
02
03
卫星通信
在卫星通信中，由于传输 距离远，信号衰减严重， 角度调制可以提高信号的 抗干扰能力和传输质量。
移动通信
在移动通信中，由于用户 数量多、环境复杂，角度 调制可以更好地满足用户 高速数据传输的需求。
军事通信
在军事通信中，由于通信 环境恶劣，抗干扰能力要 求高，角度调制是一种重 要的通信方式。
性能指标
衡量抗干扰性能的主要指标包括干扰抑制比（ISR）和共信道抑制能力。干扰抑制比表示系统抑制干扰信号的能 力，共信道抑制能力则表示系统在不同干扰环境下仍能保持正常工作的能力。提高抗干扰性能需要采取有效的抗 干扰措施和技术，如扩频技术、频域滤波等。
05 角度调制系统的实现
硬件实现方案
硬件设备选择
性能指标

第7章-角度调制与解调

式中Δωm=mpΩ=kpUΩΩ，为调相波的最大角频偏。 带宽：
BS 2(mP 1) Fmax 2(Fm Fmax ) mP与F无关，所以带宽正比于F
第7章 角度调制与解调
2. 单音调频，调相比较
调相波波形
第7章 角度调制与解调
调频波波形
第7章 角度调制与解调
FM和PM已调信号瞬时角频率和瞬时相位都随着调制 信号变化，都属于频谱的非线性搬移。属于何种调制取决 于哪个参量与调制信号成比例。
质量，采用宽带调频，mf值选得大。对于一般通信，要考虑接收 微弱信号，带宽窄些，噪声影响小，常选用mf较小的调频方式。 (3) 与AM调制相比，角调方式的设备利用率高，因其平均功 率与最大功率一样。调频制抗干扰性能好，因为它可以利用限幅 器去掉寄生调幅。
第7章 角度调制Байду номын сангаас解调
作业：
7-1 7-3 7-5 7-2 7-4
C m cos t
m k f U 最大角频偏
第7章 角度调制与解调
可见，瞬时角频率是在ωc的基础上，增加了与uΩ(t)成正 比的频率偏移。式中kf为调频灵敏度，表示单位调制电压产生
的频率偏移量。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
(t ) ( )d 0
第7章 角度调制与解调
例：通常调频广播中最高调制频率F为 15 kHz， mf=5，
求FM波的最大频偏和有效带宽。
解：Δfm=F*mf=75 kHz， BS=2(mf+1)F= 180 kHz。 综上所述，除了窄带调频外，当调制频率F相同时，调 频信号的带宽比振幅调制(AM、 DSB、 SSB)要大得多。由
此边频的合成矢量与载波垂直，这种调制也称为正交调

10角度调制与解调


基本要求： 基本要求：
1.已调波的瞬时频率增量与调制信号成正比例地变化。 1.已调波的瞬时频率增量与调制信号成正比例地变化。 已调波的瞬时频率增量与调制信号成正比例地变化 2.最大频偏与调制信号的频率无关。 2.最大频偏与调制信号的频率无关。 最大频偏与调制信号的频率无关 3.已调波的中心频率（即未调制时的载波频率）具有一定的稳定度。 3.已调波的中心频率（即未调制时的载波频率）具有一定的稳定度。 已调波的中心频率
νFM (t) =Vo ⋅{J0 (mf )cosω0t
+J1(mf ) ⋅[cos(ω0 +Ω)t − cos(ω0 −Ω)t] +J2 (mf ) ⋅[cos(ω0 + 2Ω)t + cos(ω0 − 2Ω)t] +J3 (mf ) ⋅[cos(ω0 + 3Ω)t − cos(ω0 −3Ω)t] +⋅⋅⋅
θ(t) = ∫ [ωo+k f vΩ(t )]dt
t 0
瞬时相位： 瞬时相位：
= ωot + k f ∫ vΩ(t )dt
t 0
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质 二、调频波和调相波的数学表达式
调频波： 调频波：
ω t + k t v (t )dt vFM (t) = Vo cos o f ∫ Ω 0
第十章
角度调制与解调
§10.1 §10.2 §10.3 §10.4 §10.5 §10.6 §10.8 §10.9
概述 调角波的性质 调频方法概述 变容二极管调频 晶体振荡器直接调频 间接调频 相位鉴频器 比例鉴频器
第十章 角度调制与解调
§10.1 概述
角度调制就是用调制信号去控制载波相角（频率或相位）的变化， 角度调制就是用调制信号去控制载波相角（频率或相位）的变化，使 其频率或相位随调制信号的规律而线性变化；而载波的振幅保持不变。 其频率或相位随调制信号的规律而线性变化；而载波的振幅保持不变。 用调制信号控制载波频率，称为频率调制，简称调频 用调制信号控制载波频率，称为频率调制，简称调频(FM)；用调制信 ； 号去控制载波相位，则称为相位调制，简称调相(PM)。无论是 号去控制载波相位，则称为相位调制，简称调相 。无论是FM或PM， 或 ， 都会使载波的相位角发生变化，因此二者可统称为角度调制，简称调角。 都会使载波的相位角发生变化，因此二者可统称为角度调制，简称调角。 FM、PM波在波形、数学表达式、频谱结构、功率特性方面，均很相 、 波在波形、数学表达式、频谱结构、功率特性方面， 波在波形 似。但PM制缺点多，主要用于数字通信中；在模拟系统中，FM优点突出， 制缺点多，主要用于数字通信中；在模拟系统中， 优点突出， 制缺点多 优点突出 应用较多，故本章主要介绍调频技术。 应用较多，故本章主要介绍调频技术。

第6章角度调制与解调1概要

40
3.电抗管调频电路的特点 优点：能获得较大的频偏；便于做成集成电路。 缺点：载频不能很高，频率稳定度较低。
41
U
cos[
m
ko tp
| dmu (pt dt
c) os t |max k
pU
o
]
m
kmf fUm kF |
t
0
u
(t )dt
|
max
m
mkppU m
k p | u (t ) |max
mf
k fU
kF
U
mp
k pU
k pU
16
三、调频与调相的关系——总结
1. 调制指数（即：最大相移）
间接调频: 利用调相来实现调频
indirect FM
载波 振荡器
缓冲器
调相器
调频波 输出
积分器
调制信号
27
六、调角波的功率
计算方法：(设调角波电压加于负载电阻R上）
1. 将调幅（电压）信号的数学表达式展开成余 弦（或正弦）项之和的形式，即
Ami cos(it i )
i
2.
P总
i
Pi
i
Am2 i 2R
二、电抗管调频电路
三、晶体振荡器调频电路
间接调频电路 获得大频偏的方法：倍频器
32
直接调频方法
(t) c k f u (t)
u (t )
调频器
uFM (t) direct FM
直接调频：调制信号直接控制载波振荡器的 频率
uFM (t) Ucm cos(ct k f u (t)dt)
33
一、变容二极管调频电路
FM
mf

第六章-角度调制与解调


(1 U EQ u
c ost )
CQ (1 m cost)
m U /(EQ u ) U / EQ ，称为电容调制度，它表示 结电容受调制信号调变的程度。
3. 变容二极管全接入调频电路
Cc
Rb1 C0
Cc
VD
Rb2
L
Re
Ec
Lc
+
u
-
Cb
L
Cj
EQ
Cc
(a)
(b)
变容管作为回路总电容全部接入回路
频率变化的快慢。
m ：相对于载频的最大角频偏(峰值角频偏)
fm m 2 ：最大频偏
m k f U ：k f 是比例常数，表示U 对最大角频偏的控制 能力，单位调制电压产生的频率偏移量，称为调频灵敏度。
mf m fm F ：调频波的调制指数 。m f 与U成正比, 与 成反比。
调频波的频谱 1.调频波的展开式
鉴频器
1.定义：调频波的解调称为频率检波或鉴频（FD）， 调相波的解调称为相位检波或鉴相（PD）。
鉴频器是一个将输入调频波的瞬时频率 （f 或频偏 f ）
变换为相应的解调输出电压 uo的变换器。
2.鉴频器的主要性能指标：
uo
（1）鉴频器中心频率 f 0
uom ax
（2）鉴频带宽 Bm
f
uo
变换器
fB
m mc / 2 2m ( / 2 1)m2c / 8
二次谐波失真系数：
Kf2
2 m m
1 ( 1)m
42
Cj
Cj
CQ
o
uo
t
EQ
t
(a)
变
f
f
容
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

调频信号的表达式与波形
u (t) U cos t 调制信号
0
t
uc Uc cosct 载波电压
u
(t) c (t) c k f u (t) c m cos t
调频信号的瞬时角频率 0
0
(t)
0
t
( )d
0
t
IFM (t)
(t)
ct设
m
s
( )d
0
0
0
in，则t 调频信号的瞬时相位
• 调频信号的频域分析
uFM (t) Uc cos(ct mf sin t) Re[Uce jcte jmf sint ]
=Uc cos mf sin t cosct Uc sin mf sin t sinct
cos mf sin t =J0 mf 2 J2n mf cos 2nt n1
Jn mf cos c n t
n
第一节 ： 当 m f 1 时，Bs 2nF 2m f F 2fm
窄带调频（NBFM）： 当 m f 很小时，只包括两个边频分量， Bs 2F
广泛应用的调频波的带宽公式，又称卡森（Carson）公式：
Bs 2(m f 1)F 2(fm F )
调频信号的功率
PFM
1 2RL
U
2 c
Pc
第一节 角度调制信号分析
调频波与调相波的比较
项目
调频波
载波
uc =Uc cosct
调制信号
u U cos t
偏移的物理量
频率
调相波
uc =Uc cosct
u U cos t
相位
调制指数 （最大相偏）
最大频偏
瞬时角频率
瞬时相位
已调波电压
信号带宽
mf
m
例3：已知调制信增大号一倍的，两种表调制达信号式的带宽为如何？u若 U cos 2 103（t V），
mf mp 10, 求此时FM和PM波的带宽。
若 U 不变，F增大一倍，两种调制信号的带宽如何？
若F不变， U 增大若 一倍，两种调制信号的带宽如何？
U 和F都增大一倍，两种调制信号的带宽如何？
说明：调频波的频谱是 由载频和无数边频分量
sin mf sin t =2 J2n1 mf cos 2n 1 t n0
e jmf sin t
J n m f e jnt
组成的，其振幅由mf决 定。理论带宽应为无穷
大，但实际应用总做一
定限制。
n
所以：
uFM (t) Re[Uce e jct jmf sint ] Uc
间接调频法
间接调频时，调制器与振荡器是分开的。这种方法先将调制信号
积分，然后对载波进行调相，即可实现调频。 （1）矢量合成法 （2）可变移相法 （3）可变延时法
第三节 调频电路
变容二极管直接调频电路
变容二极管
变容二极管可以看作一压控电容，在调频振荡器中起着可变
u 电容的作用。其结电容 C j 与在其两端所加反偏电压 之间
k f U
m
mp
m
k pU
m
m =k f U
t=c kf u t
m =k pU •
t
c
du t
dt
t ct k f u t dt
t ct kpu t
uFM t Uc cos ct mf sin t uPM t Uc cos ct mp cost
Bs 2 mf 1 Fmax（恒定带宽） Bs 2 mp 1 Fm（ax 非恒定带宽）
用 v ( t ) ( t ) ct kpv ( t ) 称为调相 (PM)
第七章 角度调制与解调
频率调制又称调频（FM），是使高频振荡信号 的频率按调制信号的规律变化，而振幅保持恒定 的一种调制方式。调频信号的解调称为鉴频或频 率检波。
相位调制又称调相（PM），是相位按调制信号 的规律变化，振幅保持不变。调相信号的解调称 为鉴相或相位检波。
ct m f sin t c (t)
(t )
m
mf
为调频指数，可得FM波的表示式为：
0
uFM (t) Uc cos(ct mf sin t) Re[Uce jcte jmf ] sint
t
t c (t )
t
第一节 角度调制信号分析
调频信号的基本参数
c ：载波角频率，它是没有受调时的载波频率。 ：调制信号角频率，它反映了受调制的信号的瞬时频率变化的快慢。
调频和调相统称为角度调制，属于频谱的非线性 变换，其抗干扰和噪声的能力较强。
用 v ( t ) vm ( t ) Vm kav ( t ) 称为调幅 (AM) 用 v ( t ) ( t ) c k f v ( t ) 称为调频 (FM)
第一节 角度调制信号分析
调频信号的时域分析
存在着如下关系：
Cj
C0 (1 u
)
u
或
静态工作点为 EQ 时，变容二极管结电容为
Cj
CQ
C0 (1 EQ )
u
第三节 调频电路
变容二极管调频原理
设在变容二极管上加的调制信号电压为 u (t) U cos t ，则
第二节 调频器与调频方法
调频器
实现调频的电路或部件称为调频器（频率调制器）或调频电路。
对调频器的主要要求：
（1）调制特性线性度要好
（2）最大频偏 f m 要满足要求，线性范围大
（3）调制灵敏度 k f 要高
f
（4）载波性能要好
0
U
第二节 调频器与调频方法
调频方法
直接调频法
在直接调频法中，振荡器与调制器合二为一。这种方法是用调制 信号（电压或电流）直接控制振荡器的振荡频率。
例1： 角调波u(t)=10cos(2π×106 t+10cos2000πt)(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波或是PM波？
例2： 某调频信号的调制信号 u 2 cos 2 10 3 t 3cos3 10 3 t(V ) ，其载波为 uc 5 cos 2 10 7 t(V ) ，调频灵敏度kf=3KHz/V ，试写出此FM信号表达式。
m ：相对于载频的最大角频偏(峰值角频偏)
fm m 2 ：最大频偏 m k f U ：k f 是比例常数，表示U 对最大角频偏的控制能力，它
是单位调制电压产生的频率偏移量，称为调频灵敏度。
m f m fm F ：调频波的调制指数 。m f 与 U 成正比，与
成反比。
第一节 角度调制信号分析