工学高频电子电路711课件

第2章高频小信号放大器7.1概述7.2角度调制与解调原理7.3调频电路7.4鉴频电路第4章正弦波振荡器第7章

角度调制与解调第8章反馈控制电路第3章高频功率放大器第6章调幅、检波、混频第1章基础知识第5章频率变换电路基础第7章角度调制与解调第0章绪论第2章高频小信号放大器7.1概述第4章正弦波振荡任意正弦波信号：

其中：为总相角，Uom振幅，角频率，为初相角如果利用调制信号去控制三个参量中的某个，可产生调制的作用:AmphitudeModulationAM:FrequencyModulationFM:PhaseModulationPM:角度调制AM调制方式中AMDSB属于频谱线性搬移电路,调制信号寄生于已调信号的振幅变化中FMPM调制方式中：属于频谱的非线性搬移电路,已调波为等幅波,调制信息寄生于已调波的频率和相位变化中SSB7.1概述任意正弦波信号：其中：为总相角，Uom振幅，角频率，FM，PMω从已调波中检取出原调制信号的过程称为解调(AM)振幅解调——检波

(FM)频率解调——鉴频detection(frequencydiscrimination)(PM)相位解调——鉴相(phasedetection)AMωωωωωωωωFM，PMω从已调波中检取出原调制信号的过程称为解调(AM)

1.抗干扰能力强调幅信号的边频功率最大只能等于载波功率的一半(当调幅系数Ma=1时)，而调角信号的边频功率远较调幅信号强。边频功率是运载有用信号的，因此调角制具有更强的抗干扰能力。另外，对于信号传输过程中常见的寄生调幅，调角制可以通过限幅的方法加以克服，而调幅制则不行。和调幅制相比，调角制具有以下优点1.抗干扰能力强调幅信号的边频功率最大只能等于载波功率的一2.设备的功率利用率高因为调角信号为等幅信号，最大功率等于平均功率，所以不论调制度为多少，发射机末级功放管均可工作在最大功率效率状态，功率管得到了充分利用。而调幅制则不然，调幅制的平均功率远低于最大功率，因而功率管的利用率不高。3.调角信号传输的保真度高因为调角信号的频带宽且抗干扰能力强，因而具有较高的保真度。2.设备的功率利用率高因为调角信号为等幅信号，最大功率等于平主要要求：

掌握瞬时角频率与瞬时相位的关系掌握调频和调相信号的概念、异同和关系掌握调频和调相信号的典型表达式、主要参数和波形特点。7.2角度调制与解调原理了解调角信号的频谱，理解其带宽。主要要求：掌握瞬时角频率与瞬时相位的关系掌握调频和调相信号当进行角度调制（FM或PM）后,其已调波的角频率将是时间的函数ω(t)7.2角度调制与解调原理

7.2.1调角信号的时域特性1.瞬时频率和瞬时相位（instantaneousfrequencyandphase）如果设高频载波信号为：当进行角度调制（FM或PM）后,其已调波的角频率将是时间

调制信号：（1）调频FM：由于已调波频率随调制信号线性变化，则有：其中：①:载波角频率，FM波的中心频率.②：调频灵敏度，

单位调制信号振幅引起的频率偏移

.③,瞬时频率偏移（简称频偏）,寄载了调制信息，表示瞬时频率相对于载波频率的偏移.④最大频偏另外，由瞬时频率与所对应的瞬时相位的关系，若设

则有：

其中：⑤：瞬时相位偏移，

2.调频信号与调相信号的数学表示：设：载波：⑥最大相位偏移：一般令

，称为FM波的调频指数，于是一般调频信号的

数学表达式：

所以有：

注意：与AM波不同，mf一般可大于1，且mf

越大，抗干扰性能

越好，但频带越宽。

对于单一频率调制的FM波，由于

调制信号：（1）调频FM：由于已调波频率随调制信号线性变由于已调波的相位随调制信号线形变化，则有：其中：①：为载波的相位角。

②：调相灵敏度，

，单位调制信号振幅引起的相位偏移.③：瞬时相位偏移，即相对于

的偏移量。(2)相位调制：④最大相位移：

（调相指数）另外，由瞬时相位与所对应的瞬时频率之间的关系，可得：式中：⑤

；PM波瞬时频偏⑥最大频偏:PM波的表达式为：

对于单一频率调制信号

的PM波：

由于已调波的相位随调制信号线形变化，则有：其中：①：为载波如果设载波：

，调制信号：

FM波

PM波(1)瞬时频率：

3.调频信号与调相信号的比较(2)瞬时相位：

(3)最大频偏

(4)最大相位：

(5)表达式:

如果设载波：，调制信号：FM波P讨论：（1）一般调角信号的表达式：mpΔωmΔωmΩmfΩ（2）FM波：（3）PM波：可以看出调相制的最大频偏随调制信号频率的升高而增加，而调

频波则不变，有时把调频制叫做恒定带宽调制。（3）调频波的波形讨论：（1）一般调角信号的表达式：mpΔωmΔωmΩmf7.2.2调角信号的频谱与带宽一、调角信号的频谱FM信号和PM信号的数学表达式的差别仅仅在于附加相位的不同，前者的附加相位按正弦规律变化，而后者的按余弦规律变化。按正弦变化还是余弦变化只是在相位上相差π/2而已，所以这两种信号的频谱结构是类似的。分析时可将调制指数mf或mp用m代替，从而把它们写成统一的调角信号表示式

7.2.2调角信号的频谱与带宽一、调角信号的频谱7.2.2调角信号的频谱与带宽一、调角信号的频谱根据贝塞尔函数理论有：

Jn(m)称为以m为宗数的n阶第一类贝塞尔函数7.2.2调角信号的频谱与带宽一、调角信号的频谱根据贝塞上边频下边频可得7.2.2调角信号的频谱与带宽一、调角信号的频谱上边频下边频可得7.2.2调角信号的频谱与带宽一、调角信

可见：调角信号频谱不是调制信号频谱的线性搬移。而是由载频分量和角频率为（ωc±nΩ）的无限对上、下边频分量构成。这些边频分量和载频分量的角频率相差nΩ。当n为奇数时，上、下边频分量的振幅相同但极性相反；当n为偶数时，上、下两边频分量的振幅和极性都相同。而且载频分量和各边频分量的振幅均随Jn(m)而变化。7.2.2调角信号的频谱与带宽一、调角信号的频谱ωo-ΩΩΩωFM/PM的频谱ωo+Ωωoωo+2Ωωo+3Ωωo+4Ωωo-2Ωωo-3Ωωo-4Ω可见：调角信号频谱不是调制信号频谱的线性搬移12345678910111213mJn(m)Jn(m)随m、n变化的规律1.00.80.60.40.20–0.2–0.4n=0n=1n=2n=3n增大时，总趋势使边频分量振幅减小。

m越大，具有较大振幅的边频分量就越多；且有些边频分量振幅超过载频分量振幅。当m为某些值时，载频分量可能为零，m为其它某些值时，某些边频分量振幅可能为零。

1234表7.2.2贝塞尔函数表表7.2.2贝塞尔函数表从理论上说，调频波的边频分量有无数多个，其频带宽度应为无穷大，但是对于任一给定的mf值，高到一定次数的边频分量的振幅已经小到可以忽略，以至忽略这些边频分量对调频波形不会产生显著影响。因此，调频信号的频谱宽度实际上可以认为是有限的。如果将小于载波振幅10%的边频分量略去不计，则频谱的有效带宽BWFM可由下列近似公式求出

BWFM=2(mf+1)F在实际应用中也常区分为：7.2.3调频信号的带宽

对有限频带的调制信号，即F=

F

min~F

max，

调角信号的频带为：从理论上说，调频波的边频分量有无数多个，其频带宽度应为无穷大[例]已知u(t)=5cos(2103t)V，调角信号表达式为uo(t)=10cos[(2106t)+10cos(2103t)]V试判断该调角信号是调频信号还是调相信号，并求调制指数、最大频偏、载波频率和载波振幅。[解]=2106t+10cos(2103t)附加相位正比于调制信号，故为调相信号。调相指数mp=10rad载波频率fc

=106(Hz)fm=mpF最大频偏振幅Um

=10V=10103=10kHz[例]已知u(t)=5cos(2103t)【例7.1】已知音频调制信号的最低频率Fmin=20Hz,最高频率Fmax=15kHz,若要求最大频偏Δfm=45kHz,求出相应调频信号的调频指数Mf、带宽BW和带宽内各频率分量的功率之和(假定调频信号总功率为1W),画出F=15kHz时对应的频谱图,并求出相应调相信号的调相指数Mp、带宽和最大频偏。解：调频信号的调频指数Mf与调制频率成反比,即Mf=Δωm/Ω=Δfm/F,所以【例7.1】已知音频调制信号的最低频率Fmin=20Hz,BW=2×(3+1)×15×103=120kHz

因为F=15kHz对应的Mf=3,从表7.2.2可查出J0(3)=-0.261,J1(3)=0.339,J2(3)=0.486,J3(3)=0.309,J4(3)=0.132,由此可画出对应调频信号带宽内的频谱图,共9条谱线,如图所示。BW=2×(3+1)×15×103=120kHz因

调频信号是等幅波，故单位负载情况下功率Po与振幅Ucm的关系式为Po=U2cm/2。由于调频信号总功率为1W,故

,所以带宽内功率之和

=调频信号是等幅波，故单位负载情况下功率Po与振幅Uc

调相信号的最大频偏是与调制信号频率成正比的,为了保证所有调制频率对应的最大频偏不超过45kHz,故除了最高调制频率外,其余调制频率对应的最大频偏必然小于45kHz。另外,调相信号的调相指数Mp与调制频率无关。

所以

Δfmmin=M

pFmin=3×20=60Hz

BW=2×(3+1)×15×103=120kHz调相信号的最大频偏是与调制信号频率成正比的,为了保[例]一组频率为3003000Hz的余弦调制信号，振幅相同，调频时最大频偏为

75kHz，调相时最大相移为

2rad，试求调制信号频率范围内：(1)调频时mf的变化范围;(2)调相时fm的范围;[解](1)调频时，fm与调制频率无关，恒为75kHz。故[例]一组频率为3003000Hz的余弦调制信号，振幅(2)调相时，mP与调制频率无关，恒为2rad

。故(2)调相时，mP与调制频率无关，恒为2rad。故由相位与频率之间的关系：

在同一调制信号

的控制下，形成的FM波和PM波的表达式为：以上的过程为直接调频或直接调相

仿真7.2.4调角信号的调制原理

由相位与频率之间的关系：在同一调制信号的控制下，形成的F(2)把

先微分后再调频，可以得间接调相（indirectPM）

(1)如果把

先积分后，再经过调相器，也可得到对

而言的调频波，也称为间接调频。（indirectfrequencymodulation）仿真(2)把先微分后再调频，可以得间接调相（indirectuPM=Ucmcos［ωct+Δφ(t)］令Δφ(t)=kpuΩ(t)7.2.5调角信号的解调原理

1.正交乘积鉴相原理uPM=Ucmcos［ωct+Δφ(t)］令Δφ(t)=kp

调频信号的解调是从调频波 中恢复出原调制信号过程，完成调频波解调过程的电路称为频率检波器第一种方法，将调频波通过频率—幅度线性变换网络，将调频波变换成调频—调幅波，再通过包络检波器检测出反映幅度变化的解调电压。把这种鉴频器称为斜率鉴频器，或称振幅鉴频器。

将调频波进行特定的波形变换，根据波形变换特点的不同，可归纳以下几种实现方法：

7.2.5调角信号的解调原理

2.鉴频方法频率—幅度线性变换网络包络检波器uΩtuFMtuFM-AMt调频信号的解调是从调频波 中第二种方法，将调频波通过频率—相位线性变换网络，变换成调频—调相波，再通过鉴相器检测出反映相位变化的解调电压。把这种鉴频器称为相位鉴频器。第三种方法，是随着近年来集成电路的广泛应用，在集成电路调频机中较多采用的移相乘积鉴频器。它是将输入FM信号经移相网络后生成与FM信号电压正交的参考信号电压，它与输入的FM信号电压同时加入相乘器，相乘器输出再经低通滤波器滤波后，便可还原出原调制信号。

频率—相位线性变换网络

相位检波器uFMuFM-PMuΩ

相乘器

低通滤波器uFMuΩ90o移相网络第二种方法，将调频波通过频率—相位线性变换网络，变换成调频—第2章高频小信号放大器7.1概述7.2角度调制与解调原理7.3调频电路7.4鉴频电路第4章正弦波振荡器第7章

角度调制与解调第8章反馈控制电路第3章高频功率放大器第6章调幅、检波、混频第1章基础知识第5章频率变换电路基础第7章角度调制与解调第0章绪论第2章高频小信号放大器7.1概述第4章正弦波振荡任意正弦波信号：

其中：为总相角，Uom振幅，角频率，为初相角如果利用调制信号去控制三个参量中的某个，可产生调制的作用:AmphitudeModulationAM:FrequencyModulationFM:PhaseModulationPM:角度调制AM调制方式中AMDSB属于频谱线性搬移电路,调制信号寄生于已调信号的振幅变化中FMPM调制方式中：属于频谱的非线性搬移电路,已调波为等幅波,调制信息寄生于已调波的频率和相位变化中SSB7.1概述任意正弦波信号：其中：为总相角，Uom振幅，角频率，FM，PMω从已调波中检取出原调制信号的过程称为解调(AM)振幅解调——检波

(FM)频率解调——鉴频detection(frequencydiscrimination)(PM)相位解调——鉴相(phasedetection)AMωωωωωωωωFM，PMω从已调波中检取出原调制信号的过程称为解调(AM)

1.抗干扰能力强调幅信号的边频功率最大只能等于载波功率的一半(当调幅系数Ma=1时)，而调角信号的边频功率远较调幅信号强。边频功率是运载有用信号的，因此调角制具有更强的抗干扰能力。另外，对于信号传输过程中常见的寄生调幅，调角制可以通过限幅的方法加以克服，而调幅制则不行。和调幅制相比，调角制具有以下优点1.抗干扰能力强调幅信号的边频功率最大只能等于载波功率的一2.设备的功率利用率高因为调角信号为等幅信号，最大功率等于平均功率，所以不论调制度为多少，发射机末级功放管均可工作在最大功率效率状态，功率管得到了充分利用。而调幅制则不然，调幅制的平均功率远低于最大功率，因而功率管的利用率不高。3.调角信号传输的保真度高因为调角信号的频带宽且抗干扰能力强，因而具有较高的保真度。2.设备的功率利用率高因为调角信号为等幅信号，最大功率等于平主要要求：

掌握瞬时角频率与瞬时相位的关系掌握调频和调相信号的概念、异同和关系掌握调频和调相信号的典型表达式、主要参数和波形特点。7.2角度调制与解调原理了解调角信号的频谱，理解其带宽。主要要求：掌握瞬时角频率与瞬时相位的关系掌握调频和调相信号当进行角度调制（FM或PM）后,其已调波的角频率将是时间的函数ω(t)7.2角度调制与解调原理

7.2.1调角信号的时域特性1.瞬时频率和瞬时相位（instantaneousfrequencyandphase）如果设高频载波信号为：当进行角度调制（FM或PM）后,其已调波的角频率将是时间

调制信号：（1）调频FM：由于已调波频率随调制信号线性变化，则有：其中：①:载波角频率，FM波的中心频率.②：调频灵敏度，

单位调制信号振幅引起的频率偏移

.③,瞬时频率偏移（简称频偏）,寄载了调制信息，表示瞬时频率相对于载波频率的偏移.④最大频偏另外，由瞬时频率与所对应的瞬时相位的关系，若设

则有：

其中：⑤：瞬时相位偏移，

2.调频信号与调相信号的数学表示：设：载波：⑥最大相位偏移：一般令

，称为FM波的调频指数，于是一般调频信号的

数学表达式：

所以有：

注意：与AM波不同，mf一般可大于1，且mf

越大，抗干扰性能

越好，但频带越宽。

对于单一频率调制的FM波，由于

调制信号：（1）调频FM：由于已调波频率随调制信号线性变由于已调波的相位随调制信号线形变化，则有：其中：①：为载波的相位角。

②：调相灵敏度，

，单位调制信号振幅引起的相位偏移.③：瞬时相位偏移，即相对于

的偏移量。(2)相位调制：④最大相位移：

（调相指数）另外，由瞬时相位与所对应的瞬时频率之间的关系，可得：式中：⑤

；PM波瞬时频偏⑥最大频偏:PM波的表达式为：

对于单一频率调制信号

的PM波：

由于已调波的相位随调制信号线形变化，则有：其中：①：为载波如果设载波：

，调制信号：

FM波

PM波(1)瞬时频率：

3.调频信号与调相信号的比较(2)瞬时相位：

(3)最大频偏

(4)最大相位：

(5)表达式:

如果设载波：，调制信号：FM波P讨论：（1）一般调角信号的表达式：mpΔωmΔωmΩmfΩ（2）FM波：（3）PM波：可以看出调相制的最大频偏随调制信号频率的升高而增加，而调

频波则不变，有时把调频制叫做恒定带宽调制。（3）调频波的波形讨论：（1）一般调角信号的表达式：mpΔωmΔωmΩmf7.2.2调角信号的频谱与带宽一、调角信号的频谱FM信号和PM信号的数学表达式的差别仅仅在于附加相位的不同，前者的附加相位按正弦规律变化，而后者的按余弦规律变化。按正弦变化还是余弦变化只是在相位上相差π/2而已，所以这两种信号的频谱结构是类似的。分析时可将调制指数mf或mp用m代替，从而把它们写成统一的调角信号表示式

7.2.2调角信号的频谱与带宽一、调角信号的频谱7.2.2调角信号的频谱与带宽一、调角信号的频谱根据贝塞尔函数理论有：

Jn(m)称为以m为宗数的n阶第一类贝塞尔函数7.2.2调角信号的频谱与带宽一、调角信号的频谱根据贝塞上边频下边频可得7.2.2调角信号的频谱与带宽一、调角信号的频谱上边频下边频可得7.2.2调角信号的频谱与带宽一、调角信

可见：调角信号频谱不是调制信号频谱的线性搬移。而是由载频分量和角频率为（ωc±nΩ）的无限对上、下边频分量构成。这些边频分量和载频分量的角频率相差nΩ。当n为奇数时，上、下边频分量的振幅相同但极性相反；当n为偶数时，上、下两边频分量的振幅和极性都相同。而且载频分量和各边频分量的振幅均随Jn(m)而变化。7.2.2调角信号的频谱与带宽一、调角信号的频谱ωo-ΩΩΩωFM/PM的频谱ωo+Ωωoωo+2Ωωo+3Ωωo+4Ωωo-2Ωωo-3Ωωo-4Ω可见：调角信号频谱不是调制信号频谱的线性搬移12345678910111213mJn(m)Jn(m)随m、n变化的规律1.00.80.60.40.20–0.2–0.4n=0n=1n=2n=3n增大时，总趋势使边频分量振幅减小。

m越大，具有较大振幅的边频分量就越多；且有些边频分量振幅超过载频分量振幅。当m为某些值时，载频分量可能为零，m为其它某些值时，某些边频分量振幅可能为零。

1234表7.2.2贝塞尔函数表表7.2.2贝塞尔函数表从理论上说，调频波的边频分量有无数多个，其频带宽度应为无穷大，但是对于任一给定的mf值，高到一定次数的边频分量的振幅已经小到可以忽略，以至忽略这些边频分量对调频波形不会产生显著影响。因此，调频信号的频谱宽度实际上可以认为是有限的。如果将小于载波振幅10%的边频分量略去不计，则频谱的有效带宽BWFM可由下列近似公式求出

BWFM=2(mf+1)F在实际应用中也常区分为：7.2.3调频信号的带宽

对有限频带的调制信号，即F=

F

min~F

max，

调角信号的频带为：从理论上说，调频波的边频分量有无数多个，其频带宽度应为无穷大[例]已知u(t)=5cos(2103t)V，调角信号表达式为uo(t)=10cos[(2106t)+10cos(2103t)]V试判断该调角信号是调频信号还是调相信号，并求调制指数、最大频偏、载波频率和载波振幅。[解]=2106t+10cos(2103t)附加相位正比于调制信号，故为调相信号。调相指数mp=10rad载波频率fc

=106(Hz)fm=mpF最大频偏振幅Um

=10V=10103=10kHz[例]已知u(t)=5cos(2103t)【例7.1】已知音频调制信号的最低频率Fmin=20Hz,最高频率Fmax=15kHz,若要求最大频偏Δfm=45kHz,求出相应调频信号的调频指数Mf、带宽BW和带宽内各频率分量的功率之和(假定调频信号总功率为1W),画出F=15kHz时对应的频谱图,并求出相应调相信号的调相指数Mp、带宽和最大频偏。解：调频信号的调频指数Mf与调制频率成反比,即Mf=Δωm/Ω=Δfm/F,所以【例7.1】已知音频调制信号的最低频率Fmin=20Hz,BW=2×(3+1)×15×103=120kHz

因为F=15kHz对应的Mf=3,从表7.2.2可查出J0(3)=-0.261,J1(3)=0.339,J2(3)=0.486,J3(3)=0.309,J4(3)=0.132,由此可画出对应调频信号带宽内的频谱图,共9条谱线,如图所示。BW=2×(3+1)×15×103=120kHz因

调频信号是等幅波，故单位负载情况下功率Po与振幅Ucm的关系式为Po=U2cm/2。由于调频信号总功率为1W,故

,所以带宽内功率之和

=调频信号是等幅波，故单位负载情况下功率Po与振幅Uc

调相信号的最大频偏是与调制信号频率成正比的,为了保证所有调制频率对应的最大频偏不超过45kHz,故除了最高调制频率外,其余调制频率对应的最大频偏必然小于45kHz。另外,调相信号的调相指数Mp与调制频率无关。

所以

Δfmmin=M

pFmin=3×20=60Hz

BW=2×(3+1)×15×103=120kHz调相信号的最大频偏是与调制信号频率成正比的,为了保[例]一组频率为3003000Hz的余弦调制信号，振幅相同，调频时最大