1 / 93

笫6章 角度 调制与解调

笫6章 角度 调制与解调. 超外差式接收机. 高频小信号调谐放大器的 主要功能 : 从接收的众多电信号中， 选出有用信号并加以放大 ；同时对无用信号、干扰信号、噪声信号进行抑制，以提高接收信号的质量和抗干扰能力。. 主要教学内容. 掌握调频 、 调相的原理；调角波信号的基本性质及特点；三类调制方式的比较。 研究分析各类调频电路的工作原理。 变容二极管调频电路 电抗管调频电路 晶体振荡器调频电路 研究分析各类鉴频电路的工作原理。 掌握鉴频的概念，掌握相位、比例鉴频器； 斜率鉴频器 相位鉴频器 比例鉴频器. 教学重点.

simone-crosby
Download Presentation

笫6章 角度 调制与解调

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 笫6章 角度调制与解调

  2. 超外差式接收机 • 高频小信号调谐放大器的主要功能: • 从接收的众多电信号中，选出有用信号并加以放大；同时对无用信号、干扰信号、噪声信号进行抑制，以提高接收信号的质量和抗干扰能力。

  3. 主要教学内容 • 掌握调频、调相的原理；调角波信号的基本性质及特点；三类调制方式的比较。 • 研究分析各类调频电路的工作原理。 • 变容二极管调频电路 • 电抗管调频电路 • 晶体振荡器调频电路 • 研究分析各类鉴频电路的工作原理。 • 掌握鉴频的概念，掌握相位、比例鉴频器； • 斜率鉴频器 • 相位鉴频器 • 比例鉴频器

  4. 教学重点 • 调频的概念、调频信号的基本性质及特点、调制方式的比较(着重调幅与调频) • 变容二极管调频电路 • 电抗管调频电路 • 晶体振荡器调频电路 • 鉴频的概念 • 相位鉴频器 • 比例鉴频器

  5. 教学难点 • 调频信号的基本性质及特点、调制方式的比较(着重调幅与调频) • 变容二极管调频电路 • 电抗管调频电路 • 晶体振荡器调频电路 • 相位鉴频器 • 比例鉴频器

  6. 课时分配 总计9学时，其中： • 调频、调相的原理及调角波的性质——2学时 • 调频电路的结构及工作原理——4学时 • 鉴频电路的结构及工作原理——3学时

  7. 6.1 概述 • 一、基本概念 • 角度调制或调角 • 频率调制或调频：FM(Frequency Modulation) • 振幅不变，瞬时频率随调制信号的振幅线性变化 • 相位调制或调相：PM(Phase Modulation) • 振幅不变，相位随调制信号的振幅线性变化

  8. 特点： • 角度调制具有抗干扰能力强和较高的载波功率利用系数等优点，但占有更宽的传送频带。 • 解调 • 鉴频 • 鉴相 • 应用： • 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

  9. 频率高 频率低 与载波相似 随调制信号的振幅大小聚拢或扩展 调制波增大，调相波聚拢 调制波减小，调相波扩展 二、波形图

  10. ω(t) 三、频率变化与相位变化的关系 用旋转矢量在横轴上的投影表示一个余弦信号 瞬时相角 瞬时角频率

  11. 一、调频波的数学表达式 6.2 调角波的性质 瞬时角频度按调制信号的振幅线性变化 频偏——瞬时角频率偏移的最大值 瞬时相角 调制指数——瞬时相角偏移的最大值 调频波的表达式

  12. 调制信号 载波信号 频偏或频移 调频波的调制指数 单频调频波的数学表达式 瞬时角频度 瞬时相角 调频波的表达式

  13. 调频波波形示意图 Δω

  14. 二、调相波的数学表达式 瞬时相角按调制信号的振幅线性变化 调制指数 瞬时角频率 频偏 调相波的表达式

  15. 调制信号 载波信号 调相波的调制指数 频偏 单频调相波的数学表达式 瞬时相角 瞬时角频率 调相波的表达式

  16. 调相波波形示意图

  17. 三、调频与调相的比较

  18. 调制信号为单频余弦信号时调频与调相的比较

  19. 信号波形比较

  20. 联系：调频波可看成调制信号为∫uΩ(t)dt的调相波；联系：调频波可看成调制信号为∫uΩ(t)dt的调相波； • 调相波可看成调制信号为duΩ(t)/dt的调频波。 • 区别： 两者的联系和区别 • 调制指数 • FM：与调制信号的振幅成正比，与调制角频率成反比 • PM：与调制信号的振幅成正比，与调制角频率无关 • 最大频率偏移 • FM：与调制信号的振幅成正比，与调制角频率无关 • PM：与调制信号的振幅成正比，与调制角频率成正比

  21. 1、频谱分析 四、调角波的频谱 根据贝塞尔函数的性质 可以得到

  22. 载频 第一对边频 第二对边频 第三对边频

  23. 0.77 0.44 0.44 0.11 0.11 0.02 0.02 A、频谱结构 2、频谱特点 • 包含载波频率分量（但是幅度小于1，与mf 有关）及无穷多个边频分量； • 各边频分量之间的频率间隔为Ω； • 各频率分量的幅度由贝塞尔函数Jn(mf )决定，载频分量并不总是最大，有时为零; • 奇次边频分量的相位相反。

  24. B、频谱结构与调制指数的关系

  25. B、频谱结构与调制指数的关系 • mf愈大，则具有一定幅度的边频数目愈多，频带愈宽。这是调频波频谱的主要特点。 • 当mf值小(mf <1)时，可认为调频波的频谱与调幅波相同。 • 与标准调幅情况不同，调频波的调制指数可大于1，而且通常应用于大于1的情况。 • 对于某些mf值，载频分量或某次旁频分量的幅度是零。例 ： mf=2.40, 5.52, 8.65, 11.79, 14.93, 18.07, …, 载频 分量的幅度是零。

  26. C、其它特点 • 频率调制不是将信号的频谱在频率轴上平移，而是将信号各频率分量进行非线性变换。因此，频率调制是一种非线性过程，又称为非线性调制。 • 各频率分量间的功率分配： • 因为调频波是一个等幅波，所以它的总功率为常数，不随调制指数的变化而变化，并且等于未调载波的功率。 • 调制后，已调波出现许多频率分量，这个总功率就分配到各分量。随mf的不同，各频率分量之间功率分配的数值不同。 • 因此调制过程不需要外界供给边频功率，只是高频信号本身载频功率与边频功率的重新分配而已。 调频器==功率分配器

  27. 窄带调频 宽带调频 恒定宽带调频 • 调频波所占的带宽，理论上说是无穷宽的，因为它包含有无穷多个频率分量。 • 但实际上，在调制指数一定时，超过某阶数（n>mf+1）时，贝塞尔函数Jn(mf)的数值随着n的增加而迅速减小。这时（n≈mf+1）则可认为调频波所具有的频带宽度是近似有限的。 • 频带宽度为： 五、调角波的频带宽度 • 频带宽度比调幅波宽得多。只适用于频率较高的甚高频和超高频段中。

  28. 调制信号频率不同时，调频、调相信号的频谱分布调制信号频率不同时，调频、调相信号的频谱分布 ***对于调相波：频带宽度在调制信号频率的高端和低端相差 很大，对频带的利用很不经济。

  29. 0.49 0.49 0.31 0.34 0.34 0.31 0.26 0.13 0.13 0.04 0.04 查表得 (MHZ) 0.1 由图得 例 调频波的幅度1V, 频谱结构如图；调制信号uΩ(t)=UΩmcosΩt。 求： 1、调频波表示式uf(t)=cos(ωct+mfsinΩt)中的mf、ωc、Ω ； 2、调频波的频带宽度Bf、调频波的最大频偏Δωf。 解：

  30. 直接调频 • 间接调频 一、调频方法 6.3 调频信号的产生 • 用调制电压直接去控制载频振荡器的频率（通过改变回路元件参数），以产生调频信号，振荡器的频率随调制信号线性变化。 • 类型： • 变容二极管直接调频（最常用） • 电抗管直接调频 • 晶体振荡器直接调频 • 特点：易于得到比较大的频偏；但中心频率的 稳定度不易做得很高 • 调频信号的产生通常采用直接调频法。 • 保持振荡器的频率不变，用调制电压去改变载波输出的相位（调相），再由调相实现调频 • 先对调制信号进行积分再进行调相 • 特点：载波中心频率稳定度较好；但不能直接 获得较大的频偏。 • 广泛运用在数字信号调制中。

  31. 直接调频电路原理

  32. 二、性能指标 • 调制特性——被调振荡器的频率偏移与调制电压的关系， 表示为Δf/fc=f(uΩ) • 调制灵敏度S——调制电压变化单位数值所产生的振荡 频率偏移，表示为S=Δf/Δu • 最大频偏Δfm——在调制电压作用下所能达到的最大频偏 • 载波频率稳定度Δf/fc╱时间间隔 • 调频信号的瞬时频率以稳定的中心频率（载频）为基准变化。若中心频率不稳定，就有可能使调频信号的频谱落到接收机通带范围之外，以致不能保证正常通信。 • 因此，对于调频电路，不仅要满足频偏的要求，而且要使中心频率保持足够高的稳定度。

  33. 三、技术要求 • 频偏与调制信号保持良好的线性关系 • 调制灵敏度尽量高 • 频偏尽量大 • 中心频率稳定度尽量高 • 寄生调幅尽量小

  34. 6.4 调频电路 • 一、变容二极管调频电路 • 1、变容二极管 • 2、变容二极管调频原理 • 3、小频偏变容二极管调频器的分析 • 4、变容二极管调频电路优缺点 • 二、电抗管直接调频电路 • 三、晶体振荡器调频电路 • 四、调相和间接调频电路

  35. 1、变容二极管 ——电压控制可变电抗元件，利用半导体PN结的结电容随外加反向电压变化的特性制成。 A为与变容二极管所用半导体的性质相关的常数； n为电容变化系数，是变容二极管的主要参数之一，取决于PN结的类型。n越大，电容变化量随偏压变化越显著。

  36. 变容二极管符号表示

  37. 2、变容二极管调频原理

  38. 3、小频偏变容二极管调频器

  39. 调制指数 未加调制信号时的结电容 （1）变压二极管电容变化与调制电压的关系 原理分析 未加调制电压时，变容二极管两端电压为U0。加单频余弦调制电压uΩ后，两端电压为 当U>>U’时，可得变容二极管结电容（用Ct表示）

  40. 可得变容二极管结电容（用Ct表示）

  41. （2）振荡回路总电容变化与调制电压的关系 未加调制电压时，回路总电容为 加调制电压后，回路总电容为 回路总电容变化量为

  42. （3）总电容变化与频率变化的关系 设未加调制信号时振荡电路的总电容为C0，加调制电压后为C= C0+ΔC0 ，则，可得载频振荡角频率 小频偏时，ωc>>Δω，可得

  43. （4）振荡回路频偏变化与调制电压的关系

  44. 中心频率相对于未调制时的载波频率的偏移——引起中心频率不稳定中心频率相对于未调制时的载波频率的偏移——引起中心频率不稳定 与调制信号成线性关系的偏移部分 ——所需的部分 与调制信号的谐波成线性关系的偏移部分——非线性失真

  45. 4、变容二极管直接调频器的优缺点 • 优点： • 电路简单，变容管本身体积小； • 工作频率高； • 易于获得较大的频偏。 • 缺点： • 产生中心频率的偏移。由于偏置电压漂移、温度变化等会改变变容管呈现的电容，从而影响中心频率的稳定度等； • 在频偏较大时，非线性失真较大。 • 解决措施： • 为了减小非线性失真，在小频偏变容管调频电路中，设法使变容管工作在n=1的区域；在大频偏变容管调频电路中，设法使变容管工作在n=2的区域; • m值多取在0.5或0.5以下。

  46. 6.4 调频电路 • 一、变容二极管调频电路 • 二、电抗管直接调频电路 • 1、电抗管及其调频原理 • 2、晶体管等效电抗的推导 • 3、四种电路形式及相对应的等效电抗 • 三、晶体振荡器调频电路 • 四、调相和间接调频电路

  47. 1、电抗管及其调频原理 i ic i1 • 晶体管(或场效应管)+由电抗和电阻元件构成的移相网络 • 当满足条件: |Z1|>>|Z2|; Icm>>I1m时，加在该网络的高频电压和流入该网络的高频电流间的电位差为90°，等效为一电抗，其大小与晶体管输入阻抗有关。 • 电抗管↔一参量随调制信号变化的电抗元件（电感或电容）。

  48. 2、晶体管电抗管的等效电抗——(1)等效电抗为一电容2、晶体管电抗管的等效电抗——(1)等效电抗为一电容

  49. (2)等效电抗为一电感

More Related