现代通信与雷达原理基础教程 课件 第1、2章 通信与雷达导论、模拟调制与解调

通信与雷达系统概论第1章通信与雷达导论1.11.21.31.41.51.71.81.91.111.12信号频谱与信道通频带信息的度量与香农公式通信系统的性能指标及典型系统简介雷达的基本任务雷达的工作频率和技术参数雷达的分类及应用通信-雷达发展与展望主要内容通信及系统简介通信系统的分类与通信方式信号、噪声与干扰通信就是利用信号将包含信息的消息进行空间传递的过程。简单地说，通信就是信息的空间传递。1.1.1通信的基本概念信息是一切事物运动状态或存在方式的不确定性描述，是人们欲知或欲表达的事物运动规律，通常以消息的形式（例如语音、文字、音乐、数据、图片或活动图像等）表现出来。消息是信息的外在表现形式或信息的逻辑载体。信息是消息的内涵。信号是信息的载体，也就是说信息的传输需要借助信号的产生、传输和接收等过程来实现1.1通信及系统简介1.1.1通信的基本概念1.1通信及系统简介由于“交通”与“通信”具有较强的类比性，所以，可用一些交通运输（包括公路和铁路运输等）实例作为比较对象，比如，交通/通信、运输/传输、运载工具/信号、货物/信息、道路/信道等，有助于大家更透彻地理解通信原理中的许多概念和问题。1.1.2通信系统的概念及模型1.1通信及系统简介通信系统：用于进行通信的设备硬件、软件和传输介质的集合。通信系统的作用：就是将信息从信源传送到一个或多个目的地

（1）信息源(简称信源)是消息的发源地,其作用是把各种消息转换成原始电信号(称为消息信号或基带信号)。图中各部分的功能简述如下:根据消息种类的不同,信源可分为模拟信源和数字信源。模拟信源送出的是模拟信号,如麦克风(声音→音频信号)、摄像机(图像→视频信号)；数字信源输出离散的数字信号,如电传机(键盘字符→数字信号)、计算机等各种数字终端。并且,模拟信源送出的信号经数字化处理后也可送出数字信号。

（2）噪声源不是人为加入的设备,而是信道中的噪声以及通信系统其他各处噪声的集中表示。噪声通常是随机的,其形式是多种多样的,它的存在干扰了正常信号的传输。

（3）接收设备的功能是放大和反变换(如滤波、译码、解调等),其目的是从受到干扰和减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。

（4）受信者(信宿)是传送消息的目的地。其功能与信源相反,即将复原的原始电信号还原成相应的消息,如扬声器等。1.2.1通信系统的分类1.2通信系统的分类与通信方式典型模拟通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统。我们知道，信源发出的原始电信号是基带信号，基带的含义是指信号的频谱从零频附近开始，如语音信号为300~3400Hz，图像信号为0~6MHz。

由于这种信号具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输，这就需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的信号，并可在接收端进行反变换。完成这种变换和反变换作用的通常是调制器和解调器。经过调制以后的信号称为已调信号。

已调信号有三个基本特征：一是携带有信息，二是适合在信道中传输，三是信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号又称频带信号。

模拟通信系统模型简介需要指出,消息从发送端到接收端的传递过程中,不仅仅只有连续消息与基带信号、基带信号与频带信号之间的两种变换,实际通信系统中可能还有滤波、放大、天线辐射、控制等过程。

由于以上两种变换对信号的变化起决定性作用,而其他过程对信号不会发生质的变化,因此,本书中关于模拟通信系统的研究重点是:调制与解调原理以及噪声对信号传输的影响。数字通信系统模型简介典型数字通信系统模型

1)信源编码与译码信源编码的作用之一是设法减少码元数目和降低码元速率，即通常所说的数据压缩。码元速率将直接影响传输所占的带宽，而传输带宽又直接反映了通信的有效性。作用之二是模数转换，即当信息源给出的是模拟语音信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输。数字通信系统模型简介

2)信道编码与译码数字信号在信道传输时,由于噪声、衰落以及人为干扰等,将会引起差错。为了减小差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分(监督元)，组成所谓“抗干扰编码”。接收端的信道译码器按一定规则进行解码,从解码过程中发现错误或纠正错误,从而提高通信系统抗干扰能力,实现可靠通信。

3)数字调制与解调

数字通信的主要特点典型模拟和数字通信系统的信号传输过程模拟通信系统可认为是一种信号波形传输系统，而数字通信系统以及数据通信系统则是信号状态传输系统。两种通信系统信号传输示意图:除上述各种通信系统之外，还有根据业务种类和工作波段划分的通信系统，比如：电话通信系统、电报通信系统、广播通信系统、电视通信系统、数据通信系统、长波通信系统、中波通信系统、短波通信系统、微波通信系统和光通信系统等。狭义信道：信号的传输介质；广义信道：传输介质(狭义信道)和信号必须经过的各种通信设备(发送机、接收机、调制器、解调器、放大器等)信道就是信号传输或经过的途径。或者说，信道就是为信号提供的传输通道。这与交通中的“道路、铁道和大气”类似。1.2.2信道和传输介质1.2.2信道和传输介质

调制信道：在具有调制和解调过程的任何一种通信方式中，从调制器的输出到解调器的输入之间的信号传输途径。

编码信道：从编码器的输出到解码器的输入之间的信号传输途径。

1.2.2信道和传输介质调制信道对信号的影响是通过乘性干扰及加性干扰使已调制信号发生模拟性的变化；而编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换，即把一种数字序列变成另一种数字序列(产生误码)。

模拟信道：传输模拟信号的信道(模拟信号经过的途径)。

数字信道：传输数字信号的信道(数字信号经过的途径)。传输介质

可以传播（传输）电信号（光信号）的物质。

分类：有线介质和无线介质。有线介质有线介质通常指双绞线、同轴电缆、架空明线、多芯电缆和光纤。1.2.2信道和传输介质双绞线(TwistedPair)

类型:屏蔽型（STP）和非屏蔽型(UTP)。1.2.2信道和传输介质有线介质同轴电缆(CoaxialCable)分类：基带电缆和宽带电缆。基带同轴电缆：用于直接传输数字数据信号；宽带同轴电缆：用于传输高频信号。基带电缆的传输距离≤几Km;宽带电缆的传输距离≤几十km。1.2.2信道和传输介质有线介质3.

光纤(OpticalFiber)

直径为50～100μm的、柔软的、能传导光波的介质，由玻璃和塑料构成，使用超高纯度石英玻璃制作的光纤具有最低的传输损耗。在折射率较高的单根光纤外面，再用折射率较低的包层包住，就可以构成一条光通道.外面再加一保护套，即构成一单芯光导纤维电缆－单芯光缆。1.2.2信道和传输介质有线介质无线介质主要是指可以传输电磁波（类比飞机），即无线电波和光波的空间或大气。主要由无线电波和光波作为传输载体。1.2.2信道和传输介质无线介质

无线电波的传播方式主要有：

地面波传播：即无线电波沿地球表面传播。

天波传播：利用电离层对电波的一次或多次反射进行的远距离传播。

地-电离层波导传播：电波在从地球表面至低电离层下缘之间的球壳形空间(地-电离层波导)内的传播。

视距传播：直射波传播，大地反射波传播

1.2.2信道和传输介质无线介质直射波传播：由发射天线辐射的电波像光线一样按直线传播，直接传到接收点；大地反射波传播：由发射天线发射、经地面反射到达接收点；散射传播：利用对流层或电离层介质中的不均匀体或流星余迹对无线电波的散射作用而进行的传播。外大气层及行星际空间电波传播：以宇宙飞船，人造地球卫星或星体为对象，在地-空，空-空之间进行的电波传播。1.2.2信道和传输介质无线介质频段名称频率范围波长范围波段名称传输介质用途甚低频VLF3Hz～30kHz108～104m甚长波有线线对长波无线电音频、电话、数据终端、长距离导航、时标低频LF30KHz～300KHz104～103m长波导航、信标、电力线通信中频MF300KHz～3MHz103～102m中波同轴电缆中波无线电调幅广播、移动陆地通信、业余无线电通信高频HF3MHz～30MHz102～10m短波同轴电缆短波无线电移动无线电话、短波广播、军用定点通信、业余无线电通信甚高频VHF30MHz～300MHz10～1m超短波同轴电缆米波无线电电视、调频广播、空中管制、车辆通信、导航特高频UHF300MHz～3GHz1m～10cm微波波导分米波无线电电视、空间遥测、雷达导航、点对点通信、移动通信专用短程通信、微波炉、蓝牙技术超高频SHF3GHz～30GHz10～1cm波导厘米波无线电微波接力、雷达、卫星和空间通信、专用短程通信极高频EHF30GHz～300GHz1cm～1mm波导毫米波无线电微波接力、雷达、射电天文学紫外线、红外线、可见光105～107GHz3×10-4～3×10-6cm光波光纤激光空间传播光通信补充内容：频率资源划分表补充内容：无线电波传播方式按通信对象数量分按信号传输方向与时间分按通信终端连接方式分按数字信号传输顺序分按同步方式分点到点通信点到多点通信多点到多点通信单工通信半双工通信双工通信两点间直通方式两点间交换方式串行通信并行通信同步通信异步通信通信方式：通信双方(或多方)之间的工作形式和信号传输方式。它是通信各方在通信实施之前必须首先确定的问题。根据不同的标准，通信方式也有多种分类法，具体如表1-1。1.2.3通信方式1.2.3通信方式1.3信号、噪声与干扰信号是消息的物理载体，通常以某种客观物理量、客观现象、符号或语言文字等形式表现出来。信号必须具有可观测性、可变化性，而用于通信的信号还必须具有可控制性。对于电通信系统而言，信号可定义为：能够表示消息的电压、电流和无线电波统称为电信号。而能够携带消息的光波称为光信号。1.3.1信号信号可以按信息载体的不同进行分类

电信号：电压信号、电流信号、电荷信号和电磁波(无线电)信号。

光信号：利用光亮度的强弱来携带信息的。信号可以按信息的内容分类

语音信号、图片信号、活动图像(视频)信号、文字信号、数据信号等。信号可以按信号的调制方式分类

基带信号：未经调制的信号；

已调信号：经过某种调制的信号；

1.3.1信号按信号的特征分类

模拟信号：参量(因变量)取值随时间(自变量)的连续变化而连续变化的信号；离散信号：在时间上取离散值的信号；数字信号：用参量的有限个取值携带消息的信号叫做数字信号。1.3.1信号按传输介质的不同分类

有线信号：通过导线(电缆)或光缆进行传输的信号；

无线信号：利用无线电波、激光、红外线等进行传输的信号；按信号变化的特点分类

周期信号：信号的变化按一定规律重复出现的信号。

非周期信号：除周期信号外的所有信号。按信号的变化规律分类确定信号：变化规律是已知的；随机信号：变化规律是未知的。1.3.1信号

噪声：不携带有用信息的信号。1.3.2噪声按来源分按表现形式分按对信号的作用形式分自然噪声人为噪声内部噪声单频噪声脉冲噪声起伏噪声加性噪声乘性噪声表1.3.1常见的噪声分类自然噪声：指存在于自然界的各种电磁波。人为噪声：来源于人类的各种活动。

1.3.2噪声38

内部噪声：通信系统设备内部由元器件本身产生的热噪声、散弹噪声及电源噪声等。

单频噪声是一种以某一固定频率出现的连续波噪声，如50Hz的交流电噪声。脉冲噪声是一种随机出现的无规律噪声，如闪电、车辆通过时产生的噪声。起伏噪声主要是内部噪声，而且是一种随机噪声。

高斯噪声：服从高斯分布的噪声；

白噪声：噪声的功率谱密度在整个频率范围内都是均匀分布的；

带限噪声：不是白色噪声的噪声，也称有色噪声。

高斯白噪声：统计特性服从高斯分布、功率谱密度均匀分布的噪声。1.3.2噪声1.3.2干扰1.4.1信号频谱的概念1.4信号频谱与信道通频带

信号的频谱通常，我们习惯于在时间域(简称时域)考虑问题，研究函数(信号)幅度(因变量)与时间(自变量)的关系。而在通信领域我们常常需要了解信号幅度和相位与频率(自变量)之间的关系。也就是说，要在频率域(简称频域)中研究信号。任意一个满足狄里赫利条件的周期信号f(t)(实际工程中所遇到的周期信号一般都满足)可用三角函数信号的线性组合来表示，即:

1.周期信号的频谱式中1.4.1信号频谱的概念表明任何满足狄里赫利条件的周期函数可分解为直流和各次谐波分量之和。第一项是常数项，是在一周期内的平均值，表示信号所具有的直流分量。第二项称为基波或一次谐波，它的角频率与周期信号的角频率相同。是基波振幅，是基波初相角。称为次谐波是次谐波振幅，是其初相角。1.4.1信号频谱的概念1.4.1信号频谱的概念可见谐波次数取得越高，近似程度越好。由此得出结论，基波决定信号的大体形状，谐波改变信号的“细节”。

若把图1.4.1反过来理解，就是低通滤波的概念。比如对于信号（d），若用低通滤波器将7次谐波滤掉，就会得到信号（c）；若将所有谐波滤掉，就得到基波信号（a）。也就是说，低通滤波可以去除高频纹波或抖动，起到圆滑波形的作用。1.4.1信号频谱的概念根据欧拉公式，有把称为的频谱函数，其实部称为幅频函数，虚部称为相频函数。1.4.1信号频谱的概念周期信号的频谱具有以下几个特点：（1）（谱线只出现在基波频率的整数倍处，即各次谐波点上，具有非周期性、离散性的特点。而谱线的间隔就是基频（2）各次谐波振幅（即谱线的高低）的总变化规律是随着谐波次数的增加而逐渐减小。（3）各次谐波振幅随频率的衰减速度与原始信号的波形有关。即时域波形变化越慢，频谱的高次谐波衰减越快，高频成分越少。反之，时域波形变化越剧烈，频谱中该次谐波分越多，衰减越慢。总之，周期信号的频谱具有离散性、谐波性和收敛性三大特点。因此，周期越大，谱线越密。也就是单位频带中谐波个数越多。1.4.1信号频谱的概念对于一个周期为的周期信号，如果令其周期为无穷大，则该周期信号就变成一个只含一个周期波形的非周期信号。2.非周期信号的频谱1.4.1信号频谱的概念傅里叶变换对1.4.1信号频谱的概念我们知道无论是一个周期信号还是一个非周期信号都可在频域进行研究分析。对于周期信号，借助傅里叶级数可得到与该信号相对应的频谱函数；而对于一个非周期信号，可用傅里叶变换求得该信号的频谱函数F(ω)。与F(ω)虽然都叫频谱函数，但概念不一样。1.4.1信号频谱的概念对于非周期信号，根据频谱宽度我们把信号分为：

频带有限信号(简称带限信号)；

频带无限信号；频带有限信号又包括：

低通型信号：频谱从零开始到某一个频率截止，信号能量集中在从直流到截止频率的频段上，由于频谱从直流开始；带通型信号：频谱存在于从不等于零的某一频率到另一个较高频率的频段。1.4.1信号频谱的概念任何一个信道不管是一个设备、一个电路或是一个传输介质，对信号的传输都有影响，除线路损耗之外，还主要表现在两个方面：对不同频率信号的幅度衰减，通常是传输信号的频率越高，信道对信号的衰减越大；对不同频率信号的延迟；频响特性(频率特性)：当把输入信号的频率从小到大连续改变时，所对应的信道输出信号与频率的关系；

幅频特性：当把输入信号的频率从小到大连续改变时，所对应的信道输出信号与幅值频率的关系；1.4.2信道通频带频率响应曲线：把输出信号的幅值与频率的变化曲线叫做频率响应曲线。通频带：以输出信号幅度的最大值为标准(一般是频响曲线中心频率所对应的值)，定义输出幅值下降到最大值的70%时所对应的两个频率之间的频段。第1章通信与通信系统的基本概念1.4.2信道通频带信息量与事件概率之间的关系式为:式中，P表示某事件发生的概率，I为从该事件发生的信息中得到的信息量。1.5信息的度量与香农公式

信息量：能够衡量信息多少的物理量。通常用I表示。1.5.1信息及其度量1.5.2香农公式

由香农公式可以看出：对于一定的信道容量C来说，信道带宽B、信号噪声功率比S/N及传输时间三者之间可以互相转换。若增加信道带宽，可以换来信号噪声功率比的降低，反之亦然。如果信号噪声功率比不变，那么增加信道带宽可以换取传输时间的减少，等等。如果信道容量C给定，互换前的带宽和信号噪声功率比分别为B1和S1/N1，互换后的带宽和信号噪声功率比分别为B2和S2/N2，则有B1log2(1+S1/N1)=B2log2(1+S2/N2)1.5.3香农公式的应用

由于信道的噪声单边功率谱密度n0往往是给定的，所以上式也可写成例如：设互换前信道带宽B1=3kHz，希望传输的信息速率为104b/s。为了保证这些信息能够无误地通过信道，则要求信道容量至少要104b/s才行。互换前，在3kHz带宽情况下，使得信息传输速率达到104b/s，要求信噪比S1/N1≈9倍。如果将带宽进行互换，设互换后的信道带宽B2=10kHz。这时，信息传输速率仍为104b/s，则所需要的信噪比S2/N2=1倍。可见，信道带宽B的变化可使输出信噪功率比也变化，而保持信息传输速率不变。这种信噪比和带宽的互换性在通信工程中有很大的用处。例如，在宇宙飞船与地面的通信中，飞船上的发射功率不可能做得很大，因此可用增大带宽的方法来换取对信噪比要求的降低。相反，如果信道频带比较紧张，如有线载波电话信道，这时主要考虑频带利用率，可用提高信号功率来增加信噪比，或采用多进制的方法来换取较窄的频带。

前面我们讨论的是带宽和信噪比的互换。此外，带宽或信噪比与传输时间也存在着互换关系。

1.7.1传输速率

码元传输速率RBd简称传码率，又称符号速率等。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特（Baud），记为Bd。例如，若1秒内传2400个码元，则传码率为2400Bd。数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进制数无关，只与传输的码元长度T有关:1.7通信系统的性能指标及典型通信系统简介

通常在给出码元速率时，有必要说明码元的进制。由于M进制的一个码元可以用log2M个二进制码元去表示，因而在保证信息速率不变的情况下，M进制的码元速率RBM与二进制的码元速率RB2之间有以下转换关系：

RBd2=RBdMlog2

M(Bd)

信息传输速率Rb简称传信率，又称比特率等。它表示单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特/秒，可记为bit/s，或b/s，或bps。每个码元或符号通常都含有一定bit数的信息量，因此码元速率和信息速率有确定的关系，即

Rb=RB·H(b/s)

式中，H为信源中每个符号所含的平均信息量（熵）。等概传输时，熵有最大值log2M，信息速率也达到最大，即Rb=RB

log2

M(b/s)

式中，M为符号的进制数。例如码元速率为1200Bd，采用八进制（M=8）时，信息速率为3600b/s；采用二进制（M=2）时，信息速率为1200b/s，可见，二进制的码元速率和信息速率在数量上相等，有时简称它们为数码率。

频带利用率η比较不同通信系统的有效性时，单看它们的传输速率是不够的，还应看在这样的传输速率下所占的信道的频带宽度。所以，真正衡量数字通信系统传输效率的应当是单位频带内的码元传输速率，即

数字信号的传输带宽B取决于码元速率RB，而码元速率和信息速率Rb有着确定的关系。为了比较不同系统的传输效率，又可定义频带利用率为

1.7.2.差错率

误码率（码元差错率）Pe是指发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例，更确切地说，误码率是码元在传输系统中被传错的概率，即

误信率（信息差错率）Pb是指发生差错的比特数在传输总比特数中所占的比例，即

显然，在二进制中有

Pb=Pe

1.7.3典型通信系统简介1）大规模MIMO技术

2）认知无线电网络技术

3）移动基站技术

4）绿色通信技术

6）无线网络技术

5）超密组网技术

1.8雷达的基本任务什么是雷达（radar）？RadioDetectionandRanging无线电探测与测距雷达的作用测量目标的距离、方位和仰角N测量目标的速度提供目标的其他信息形态、表面信息等应用载体：地面、汽车、舰船、飞机、卫星探测目标：飞机、导弹、人造卫星、舰艇、车辆、建筑、山川、云雨工作原理：目标对电磁波的反射（二次散射）现象，以此发现目标并测定其位置发展历史：制造雷达成为可能军事需求促进发展功能要求日益提高应用范围日趋扩大30年代二战期间上世纪50～60年代上世纪70年代以后雷达回波中的可用信息雷达回波中的可用信息距离和空间角度目标位置变化（时间变化规律）目标尺寸和形状（分辨率）目标形状的对称性（极化）表面粗糙度及介电特性雷达坐标系αβ球（极）坐标系斜距R，雷达到目标的直线距离方位角α，目标斜距R在水平面上的投影OB与某起始方向（参考方向）在水平面上的夹角仰角β，目标斜距R与其在水平面上的投影OB在铅垂面上的夹角圆柱坐标系水平距离：D=Rcosβ高度：H=Rsinβ方位角：α=αα1.9雷达的工作频率和技术参数只要是通过辐射电磁能量，利用从目标反射回来的回波对目标探测和定位，都属于雷达系统的工作范畴。常用雷达工作频率范围：220MHz～35GHz天波超视距雷达（OTHR）：4MHz～5MHz地波超视距雷达：2MHz毫米波雷达：94GHz雷达频段划分和对应频率战术参数：与战术使用有关的参数技术参数：分配到雷达各组成部分的技术指标战术参数通常包括：威力范围、威力范围内的多目标探测能力、精度（测量值与真实值之间的最小误差）、分辨能力（所能区分的最小目标空间范数值）、抗干扰能力、体积、重量、功耗、展开时间、无故障工作时间、故障恢复时间等等。技术参数通常包括：雷达天线、发射机、接收机等技术指标。如：天线波束形状、天线增益及扫描方式、工作带宽、频率范围、工作方式、接收机灵敏度、发射功率、发射信号形式等。1.11雷达的分类及应用按应用平台分按作用分军用民用按信号形式分按角度跟踪分按测量目标的参量分按信号处理方式分按天线扫描方法分按雷达的应用分类太空，空中，地面，海上（空基，地基，海基）探测，定位，跟踪预警雷达（超远程雷达）；搜索和警戒雷达；火控雷达；制导雷达；战场监视雷达；无线电测高仪；雷达引信气象雷达，航行管制（空中交通雷达），遥感，测速脉冲，连续波，脉冲压缩（LFM/相位编码）等单脉冲，圆锥扫描雷达，隐蔽锥扫雷达等测高，两坐标，三坐标，测速，目标识别等分集雷达，相参，非相参积累雷达，动目标显示雷达，合成孔径雷达等机械扫描，相控阵，频扫等国际电讯联盟UHF

300~1000MHzL1~2GHzS2~4GHzC4~8GHzX8~12GHzKu12~18GHzK18~27GHzKa27~40GHzmm40~300GHz高频（HF）（短波）3~30MHz甚高频（VHF）（米波）30~300MHz特高频（UHF）（分米波）300M~3GHz超高频（SHF）（厘米波）3~30GHz极高频（EHF）（毫米波）30~300GHz雷达常用频段雷达频段划分和对应频率频率选择因素：体积、分辨力、用途、功能工作波长或频率选择的因素从接收机灵敏度来看，须考虑所选λ下接收机内部噪声和大气噪声大小以及电磁波在大气中的衰减，λ应长一些。从提高距离分辨率、角分辨率、天线增益的角度来看，希望λ要短一些。从目标检测来看，目标的散射特性与λ有关：当目标尺寸>>λ时，目标对电磁波以散射为主，以绕射为辅，RCS大；当目标尺寸<<λ时，目标对电磁波以绕射为主，以散射为辅，RCS小。对隐身目标，波长在两个极端即米波或毫米波为好。从地面或水面的反射影响来看：水平极化的米波雷达，由于地面反射，波瓣分裂；地面反射对厘米波影响较小，故中等作用距离的引导雷达均采用厘米波段。从杂波干扰的影响来看：在目标（飞机）与云、雨相混的情况下，由于飞机的尺寸远大于水滴的尺寸，依目标的反射特性，采用大的λ可以提高输入信杂比。当目标（飞机）以地物为背景时，由于飞机的尺寸远小于地物的尺寸，依目标的反射特性，采用小的λ较好。从多普勒频移来看，多普勒频移不仅与目标和雷达的接近速度成正比，而且与波的频率成正比，频率越高，多普勒频移越显著。某些场合需要限制雷达的工作频率，但在另一些场合，又需要选择相当高的频率，以提高多普勒测速的灵敏度。1.12通信与雷达的发展与展望

1.12.1通信技术的发展

1.12通信与雷达的发展与展望

1.12.1通信技术的发展

1.12.2雷达技术的发展1.12.3通信与雷达技术的融合

1.12.3通信与雷达技术的融合

1.12.3通信与雷达技术的融合

1.12.3通信与雷达技术的融合

第2章模拟调制与解调主要内容2.12.22.32.42.5调频系统的抗噪声性能各种模拟调制系统的性能比较幅度调制与解调的原理线性调制系统的抗噪声性能分析非线性调制（角调制）的原理

通信原理所含的主要知识是：调制、解调、编码和译码。将声音快速远距离地传输，通常有两种方法：1.铺设一条长距离有线传输介质；2.利用无线电通信；调制的基本概念

调制：让载波的某个参数（或几个）随调制信号（原始信号）的变化而变化的过程或方式。

载波通常是一种用来搭载原始信号（信息）的高频信号，它本身不含有任何有用信息。调制也可以理解为一个信号（原始信号）对另一个信号（高频信号）的控制。若一个信号f(t)与一个正弦型信号相乘，从频谱上看，相当于把f(t)的频谱搬移到处。设f(t)的傅里叶变换（也可称为频谱）为F(ω)，则有:100这称为调制定理，是调制技术的理论基础。

2.1幅度调制与解调的原理

幅度调制：用调制信号去控制高频载波的振幅

使其按调制信号的规律而变化的过程幅度调制器的一般模型如图2.1.1所示，由相乘器和滤波器组成设调制信号m(t)的频谱为M(ω)，冲激响应为h(t)的滤波器特性为H(ω),则该模型输出已调信号的时域和频域一般表示式为

sm(t)=［m(t)cosωct］*h(t)

Sm(ω)=［M(ω+ωc)+M(ω-ωc)］H(ω)式中，ωc为载波角频率，H(ω)<=>

h(t)。幅度调制信号：在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；

在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移(精确到常数因子)。搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线性调制。在图2.1.1的调制器一般模型中，适当选择滤波器的特性H(ω)，便可以得到各种幅度调制信号。例如，调幅（AM）、双边带（DSB）、单边带（SSB）及残留边带（VSB）信号等。图2.1.1幅度调制器的一般模型

2.1.1调幅(AM)

在图2.1.1中，假设h(t)=δ(t)，即滤波器（H(ω)=1）为全通网络，调制信号m(t)叠加直流A0后与载波相乘(见2.1.2)，就可形成调幅(AM)信号，其时域和频域表示式分别为

sAM(t)=［A0+m(t)］cosωct=A0cosωct+m(t)cosωct

SAM(ω)=πA0［δ(ω+ωc)+δ(ω-ωc)］+［M(ω+ωc)+M(ω-ωc)］

式中，A0为外加的直流分量；m(t)可以是确知信号，也可以是随机信号(此时，已调信号的频域表示必须用功率谱描述)，但通常认为其平均值m(t)=0。其波形和频谱如图2.1.3所示。图2.1.3AM信号的波形和频谱图2.1.2AM调制器模型

讨论：由图2.1.3所示的时间波形可知，

（1）当|m(t)|max≤A0时，AM信号的包络与调制信号成正比，用包络检波的方法很容易恢复出原始调制信号；（2）当|m(t)|max>A0

时，将会出现过调幅现象而产生包络失真。不能用包络检波器进行解调，为保证无失真解调，可以采用同步检波器。由频谱图可知，AM信号的频谱SAM(ω)由载频分量和上、下两个边带组成：

上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，

下边带是上边带的镜像。因此，AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽是基带信号带宽fH的两倍，即：

BAM=2fH

AM信号在1Ω电阻上的平均功率应等于sAM(t)的均方值。当m(t)为确知信号时，sAM(t)的均方值即为其平方的时间平均，即

式中，PC=/2为载波功率，PS=/2为边带功率。由此可见，AM信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分。只有边带功率才与调制信号有关，即使在“满调幅”（|m(t)|max=A0时，也称100％调制）条件下，包含有用信息的两个边带占有的功率都较小。

因此，AM信号的功率利用率比较低。

2.1.2抑制载波双边带调制（DSB-SC）在AM信号中，如果将载波抑制，只需在图2.1.2中将直流A0去掉，即可输出抑制载波双边带信号，简称双边带信号（DSB）。其时域和频域表示式分别为

sDSB(t)=m(t)cosωct

SDSB(ω)=［M(ω+ωc)+M(ω-ωc)］

其波形和频谱如图2.1.4所示。(2.1.7)图2.1.4DSB信号的波形和频谱

结论：由时间波形可知，DSB信号的包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号，需采用相干解调(同步检波)。在调制信号m(t)的过零点处，高频载波相位有180°的突变。由频谱图可知，DSB信号虽然节省了载波功率，功率利用率提高了，但它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍，与AM信号带宽相同。

由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，它们都携带了调制信号的全部信息，因此仅传输其中一个边带即可，这就是单边带调制能解决的问题。

2.1.3单边带调制(SSB)DSB信号包含的上、下边带都包含相同信息，因而传输一个边带就够了。这种只传输一个边带的通信方式称为单边带通信。单边带信号的产生方法通常有滤波法和相移法。

1.用滤波法形成单边带信号产生SSB信号最直观的方法是让双边带信号通过一个边带滤波器，这只需将图2.1.1中的形成滤波器H(ω)设计成如图2.1.5所示的理想低通特性HLSB(ω)或理想高通特性HUSB(ω)，如图2.1.6所示。图2.1.6SSB信号的频谱图2.1.5形成SSB信号的滤波特性当调制信号有很低的频率成分时，就要求单边带滤波器在fc附近具有陡峭的截止特性，这就使滤波器的设计和制作很困难，有时甚至难以实现。为此，在工程中往往采用多级调制滤波的方法。

2.用相移法形成单边带信号单边带调制相移法的模型如图2.1.7所示。可以从简单的单频调制出发，得到SSB信号的时域表示式。设单频调制信号为m(t)=Amcosωmt，载波为c(t)=cosωct，则上、下边带的图2.1.7相移法形成单边带信号单边带信号时域表示式可以写成式中，“-”表示上边带信号，“+”表示下边带信号。

Amsinωmt可以看成是Amcosωmt相移，而幅度大小保持不变。我们把这一过程称为希尔伯特变换，记为“^”，则

因为任意一个基带波形总可以表示成许多正弦信号之和。因此，把上述表述方法运用到式（2.1.9），就可以得到调制信号为任意信号的SSB信号的时域表示式:

（2.1.9）相移法形成SSB信号的困难在于宽带相移网络的制作，该网络要对调制信号m(t)的所有频率分量严格相移π/2，这一点即使近似达到也是困难的。为解决这个难题，可以采用混合法（也叫维弗法）。

综上所述：SSB调制方式在传输信号时，不但可节省载波发射功率，而且它所占用的频带宽度为BSSB=fH，只有AM、DSB的一半，因此，它目前已成为短波通信中的一种重要调制方式。

SSB信号的解调和DSB一样需采用相干解调。

2.1.4残留边带调制(VSB)

残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种调制方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现上的难题。在VSB中，不是完全抑制一个边带（如同SSB中那样），而是逐渐切割，使其残留一小部分，如图2.1.8所示。用滤波法实现残留边带调制的原理如图2.1.9(a)所示，VSB信号必须采用如图2.1.9(b)所示的相干解调。可以证明：残留边带滤波器传输特性HVSB(ω)在载频处必须具有互补对称（奇对称）的特性。图2.1.8DSB、SSB和VSB信号的频谱图2.1.9VSB调制和解调器模型(a)VSB调制器模型

(b)VSB解调器模型

满足上式的HVSB(ω)的可能形式有两种：图2.1.10（a）所示的低通滤波器形式和图2.1.10（b）所示的带通（或高通）滤波器形式。

结论：只要残留边带滤波器的特性HVSB(ω)在±ωc处具有互补对称（奇对称）特性，那么，采用相干解调法解调残留边带信号就能够准确地恢复所需的基带信号。

图2.1.10残留边带滤波器特性(a)残留部分上边带的滤波器特性;(b)残留部分下边带的滤波器特性

4.1.5相干解调与包络检波

解调是调制的逆过程，其作用是从接收的已调信号中恢复出原基带信号(即调制信号)。解调的方法可分为两类：相干解调和非相干解调（如包络检波）。

1.相干解调

相干解调也叫同步检波。相干解调器的一般模型如图2.1.11所示，它由相乘器和低通滤波器组成。相干解调适用于所有线性调制信号的解调。图2.1.11相干解调器的一般模型

对于式（2.1.7）所示的双边带信号：

将其乘上与调制载波同频同相的载波(称为相干载波)后，得

经低通滤波器滤掉2ωc分量后，得到解调输出为

（2.1.15）

将式（2.1.10）所示的单边带信号

与相干载波相乘后，得

经低通滤波后的解调输出为

相干解调的关键是接收端必须提供一个与已调信号载波同频同相的本地载波。否则相干解调后将会使原始基带信号减弱，甚至带来严重失真，这在传输数字信号时尤为严重。

2.包络检波

包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。包络检波属于非相干解调，广播接收机中多采用此法。二极管峰值包络检波器如图2.1.12所示，它由二极管VD和RC低通滤波器组成。

设输入信号是AM信号：

sAM

(t)=[A0+m(t)]cosωt

在大信号检波时（一般大于0.5V)，二极管处于受控的开关状态。选择RC满足如下关系：fH<<1/RC<<fc

（2.1.17）

式中，fH是调制信号的最高频率；fc是载波的频率。在满足式（2.1.17）的条件下，检波器的输出近似为

（2.1.18）

图2.1.12包络检波器

可见，包络检波器就是从已调波的幅度中提取原基带调制信号，其结构简单，且解调输出是相干解调输出的两倍。因此，AM信号一般都采用包络检波。

顺便指出，DSB、SSB和VSB均是抑制载波的已调信号，其包络不完全载有调制信号的信息，因而不能采用简单的包络检波方法解调。但若插入很强的载波则仍可用包络检波的方法解调。注意，为了保证检波质量，插入的载波振幅应远大于信号的振幅，同时也要求插入的载波与调制载波同频同相。2.1.6AM信号的MATLAB仿真

2.2线性调制系统的抗噪声性能分析

2.2.1分析模型

通信系统把信道加性噪声中的起伏噪声作为研究对象。而起伏噪声又可视为高斯白噪声。因此，本节将要研究的问题是信道存在加性高斯白噪声时，各种线性调制系统的抗噪声性能。由于加性噪声只对已调信号的接收产生影响，因而调制系统的抗噪声性能可以用解调器的抗噪声性能来衡量。分析解调器的抗噪声性能的模型如图2.2.1所示。图中，sm(t)为已调信号，n(t)为传输过程中叠加的高斯白噪声。图2.2.1解调器抗噪声性能分析模型带通滤波器的作用是滤除已调信号频带以外的噪声图2.2.2带通滤波器传输特性对于不同的调制系统，将有不同形式的信号sm(t),但解调器输入端的噪声ni(t)形式是相同的，它是由平稳高斯白噪声经过带通滤波器而得到的。当带通滤波器带宽远小于其中心频率ω0而为ωc时，ni(t)即为平稳高斯窄带噪声，它的表示式为

或者

而窄带噪声ni(t)与其同相分量nc(t)和正交分量ns(t)的均值都为零且具有相同的方差和平均功率，即

式中，Ni为解调器输入噪声ni(t)的平均功率若白噪声的单边功率谱密度为n0，带通滤波器传输特性是高度为1，带宽为B的理想矩形函数(如图2.2.2所示)，则

Ni=n0B

为了使已调信号无失真地进入解调器，同时又最大限度地抑制噪声，带宽B应等于已调信号的频带宽度，当然也是窄带噪声ni(t)的带宽。评价一个模拟通信系统质量的好坏，最终是要看解调器的输出信噪比。输出信噪比定义为输出信噪比与调制方式有关，也与解调方式有关。因此在已调信号平均功率相同，而且信道噪声功率谱密度也相同的情况下，输出信噪比反映了系统的抗噪声性能。为了便于衡量同类调制系统采用不同解调器的性能，还可用输出信噪比和输入信噪比的比值来表示，即

G称为调制制度增益，或信噪比增益，G越大，表明解调器的抗噪声性能越好。式中为输入信噪比，定义为

4.2.2线性调制相干解调的抗噪声性能

在分析DSB、SSB、VSB系统的抗噪声性能时，模型中的解调器为相干解调器，如图2.2.3所示。相干解调属于线性解调，故输入信号及噪声可以分别单独解调。

1.DSB调制系统的性能解调器的输入信噪比为

图2.2.3线性调制相干解调的抗噪声性能分析模型解调器的输出信噪比为

制度增益为

由此可见，DSB调制系统的制度增益为2。这就是说，DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。这是因为采用同步解调，使输入噪声中的一个正交分量ns(t)被消除的缘故。

2.SSB调制系统的性能单边带信号的解调方法与双边带信号相同，其区别仅在于解调器之前的带通滤波器的带宽和中心频率不同。前者的带通滤波器的带宽是后者的一半。

单边带解调器的输入信噪比为输出信噪比为因而制度增益为这是因为在SSB系统中，信号和噪声有相同表示形式，所以，相干解调过程中，信号和噪声的正交分量均被抑制掉，故信噪比没有改善。比较式（4.2-18）与式（4.2-26）可知，GDSB=2GSSB。这是因为在上述讨论中，双边带已调信号的平均功率是单边带信号的2倍，所以两者的输出信噪比是在不同的输入信号功率情况下得到的。如果在相同的输入信号功率Si，相同输入噪声功率谱密度n0，相同基带信号带宽fH条件下，对这两种调制方式进行比较，可以发现它们的输出信噪比是相等的。因此两者的抗噪声性能是相同。3.VSB调制系统的性能

VSB由于采用的残留边带滤波器的频率特性形状不同，所以抗噪声性能的计算是比较复杂的。但是残留边带不是太大的时候，近似认为与SSB调制系统的抗噪声性能相同。

4.2.3AM信号包络检波的抗噪声性能

AM信号可采用相干解调和包络检波。相干解调时AM系统的性能分析方法与前面双边带（或单边带）的相同。实际中，AM信号常用简单的包络检波法解调，此时，图2.2.1模型中的解调器为包络检波器，如图2.2.4所示。输入信噪比解调器输入是信号加噪声的混合波形，即sm(t)+ni(t)=［A0+m(t)+nc(t)］cosωct-ns(t)sinωct=E(t)cos［ωct+Ψ(t)］图2.2.4AM包络检波的抗噪声性能分析模型sm

(t)=[A0+m(t)]cosωct

其中合成包络

E(t)=)

合成相位

Ψ(t)=arctan)

理想包络检波器的输出就是E(t)，由式（2.2.32）可知，检波输出中有用信号与噪声无法完全分开。因此，计算输出信噪比是件困难的事。

1）大信噪比情况下制度增益为

（2.2.32）（2.2.38）显然，AM信号的调制制度增益GAM随A0的减小而增加。但对包络检波器来说,为了不发生过调制现象,应有A0≥|m(t)|max，所以GAM总是小于1。例如：100%的调制(即A0=|m(t)|max)且m(t)又是正弦型信号时，有，代入式（2.2.38）可得

这是AM系统的最大信噪比增益。这说明解调器对输入信噪比没有改善，而是恶化了。

对于AM调制系统，在大信噪比时，采用包络检波器解调时的性能与同步检波器时的性能几乎一样。但同步检波的调制制度增益不受信号与噪声相对幅度假设条件的限制。

2）小信噪比情况小信噪比指的是噪声幅度远大于信号幅度，即［A0+m(t)］<<

这时合成包络为(2.2.41)

这时，E(t)中没有单独的信号项，只有受到cosθ(t)调制的m(t)cosθ(t)项。由于cosθ(t)是一个随机噪声，因而，有用信号m(t)被噪声扰乱，致使m(t)cosθ(t)也只能看作是噪声。因此，输出信噪比急剧下降，这种现象称为解调器的门限效应。开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值。这种门限效应是由包络检波器的非线性解调作用所引起的。

结论：大信噪比情况下，AM信号包络检波器的性能几乎与相干解调法相同;但随着信噪比的减小，包络检波器将在一个特定输入信噪比值上出现门限效应;一旦出现门限效应，解调器的输出信噪比将急剧恶化。2.3非线性调制（角调制）的原理

使高频载波的频率或相位按调制信号的规律变化而振幅保持恒定的调制方式，称为频率调制（FM）和相位调制(PM)，分别简称为调频和调相。因为频率或相位的变化都可看成是载波角度的变化，故调频和调相又统称为角度调制。角度调制与线性调制不同，已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制。由于频率和相位之间存在微分与积分的关系，故调频与调相之间关联密切，调频必调相，调相必调频。鉴于FM用的较多，本节将主要讨论频率调制。

2.3.1角度调制的基本概念

角度调制信号的一般表达式为：

sm(t)=Acos［ωct+φ(t)]

（2.3.1）

式中，A是载波的恒定振幅；［ωct+φ(t)］是信号的瞬时相位θ(t)，而φ(t)称为相对于载波相位ωct的瞬时相位偏移；d［ωct+φ(t)］/dt是信号的瞬时频率，而dφ(t)/dt称为相对于载频ωc的瞬时频偏。相位调制，是指瞬时相位偏移随调制信号m(t)而线性变化，即

φ(t)=Kpm(t)

（2.3.2）

其中Kp是调相灵敏度，单位为rad/V。将式（2.3.2）带入式（2.3.1），可得调相信号为

sPM(t)=Acos［ωct+Kpm(t)］

频率调制，是指瞬时频率偏移随调制信号m(t)而线性变化，即其中Kf是调频灵敏度，单位为rad/(sV)。这时相位偏移为代入式（2.3.1），可得调频信号为

(2.3.6)由式（2.3.3）和（2.3.6）可见，FM和PM非常相似，如果预先不知道调制信号m(t)的具体形式，则无法判断已调信号是调相信号还是调频信号。由式（2.3.3）和（2.3.6）还可看出，如果将调制信号先微分，而后进行调频，则得到的是调相波，这种方式叫间接调相；同样，如果将调制信号先积分，而后进行调相，则得到的是调频波，这种方式叫间接调频。直接和间接调相如图2.3.1所示。直接和间接调频如图2.3.2所示。图2.3.1直接和间接调相

图2.3.2直接和间接调频

窄带调制窄带调制宽带调制宽带调制

4.3.2窄带调频与宽带调频前面已经指出，频率调制属于非线性调制，其频谱结构非常复杂，难于表述。但是，当最大相位偏移及相应的最大频率偏移较小时，即一般认为满足

时，式（2.3.6）可以得到简化，因此可求出它的任意调制信号的频谱表示式。这时，信号占据带宽窄，属于窄带调频（NBFM）。反之，是宽带调频（WBFM）。2.3.7

1.窄带调频（NBFM）调频波的一般表示式为

sFM(t)=Acos［ωct+为方便起见，假设A=1,有

sFM(t)=cos［ωct+=cosωctcos[-sinωctsin[(2.3.8)当式（2.3.7）满足时，式（2.3.8）可简化为

sNBFM(t)≈cosωct-利用傅氏变换公式可得窄带调频信号的频域表达式(2.3.9)(2.3.10)将NBFM信号的频域一般表达式与AM信号的进行比较，可以清楚地看出：

两者都含有一个载波和位于±ωc处的两个边带，所以它们的带宽相同，都是调制信号最高频率的两倍。NBFM的两个边频分别乘了因式1/(ω-ωc)和1/(ω+ωc)，由于因式是频率的函数，所以这种加权是频率加权，加权的结果引起调制信号频谱的失真。NBFM有一边带和AM反相。下面以单音调制为例。设调制信号为m(t)=Amcosωmt

则NBFM信号为(2.3.11)AM信号为

sAM(t)=cosωct+Am/2［cos(ωc+ωm)t+cos(ωc-ωm)t］(2.3.12)

它们的频谱如图2.3.3所示。矢量图如图2.3.4所示。在AM中，两个边频的合成矢量与载波同相，只发生幅度变化；而在NBFM中，由于下边频为负，两个边频的合成矢量与载波是正交相加，因而NBFM存在相位变化Δφ，当最大相位偏移满足式（2.3.7）时，幅度基本不变。这正是两者的本质区别。NBFM信号与AM一样，抗干扰性能不好，因此目前仅用于抗干扰性能要求不高的短距离通信中。在长距离高质量的通信系统中，如微波或卫星通信、调频立体声广播、超短波电台等多采用宽带调频。图2.3.3单音调制的AM与NBFM频谱图2.3.4AM与NBFM的矢量表示

2.宽带调频（WBFM）

当不满足式（2.3.7）的窄带条件时，调频信号的时域表达式不能简化，因而给宽带调频的频谱分析很困难。为使问题简化，只研究单音调制的情况，然后把分析的结论推广到多音情况。设单音调制信号

m(t)=Amcosωmt=Amcos2πfmt经过一系列推导，最终得到调频信号的级数展开式为

sFM(t)=Jn(mf)cos(ωc+nωm)t(2.3.13)式中，Jn(mf)为第一类n阶贝塞尔（Bessel）函数，它是调频指数mf的函数。下面补充给出了Jn(mf)随mf变化的关系曲线，详细数据可参看Bessel函数表。Jn(mf)-mf关系曲线它的傅氏变换即为频谱

(2.3.14)由上式可见，调频波的频谱包含无穷多个分量。当n=0时就是载波分量ωc，其幅度为J0(mf)；当n≠0时在载频两侧对称地分布上下边频分量ωc±nωm，谱线之间的间隔为ωm，幅度为Jn(mf)，且当n为奇数时，上下边频极性相反；当n为偶数时极性相同。图2.3.5示出了某单音宽带调频波的频谱。图2.3.5单音WBFM信号的频谱（mf=5）

由于调频波的频谱包含无穷多个频率分量，因此，理论上调频波的频带宽度为无限宽。然而实际上边频幅度Jn(mf)随着n的增大而逐渐减小，因此只要取适当的n值使边频分量小到可以忽略的程度，调频信号可近似认为具有有限频谱。根据经验认为：当mf≥1以后，取边频数n=mf+1即可。因为n＞mf+1以上的边频幅度Jn(mf)均小于0.1，相应产生的功率均在总功率的2%以下，可以忽略不计。根据这个原则，调频波的带宽为

BFM=2(mf+1)fm=2(Δf+fm)(2.3.15)它说明调频信号的带宽取决于最大频偏和调制信号的频率，该式称为卡森公式。

若mf<<1时，BFM≈2fm

这就是窄带调频的带宽，与前面的分析相一致。若mf≥10时，BFM≈2Δf这是大指数宽带调频情况，说明带宽由最大频偏决定。

对多音或其他任意信号调制的调频波，根据经验把卡森公式推广，得到任意限带信号调制时的调频信号带宽估算公式

BFM=2(D+1)fm

（2.3.16）

这里，fm是调制信号的最高频率，D是最大频偏Δf与fm的比值。实际应用中，当D＞2时，用式

BFM=2(D+2)fm

（2.3.17）

计算调频带宽更符合实际情况。

4.3.3调频信号的产生与解调

1.调频信号的产生

产生调频波的方法通常有两种：直接法和间接法。（1）直接法。直接法就是用调制信号直接控制振荡器的频率，使其按调制信号的规律线性变化。振荡频率由外部电压控制的振荡器叫做压控振荡器（VCO）。每个压控振荡器自身就是一个FM调制器，因为它的振荡频率正比于输入控制电压，即

ωi(t)=ω0+Kfm(t)

若用调制信号作控制信号，就能产生FM波。

控制VCO振荡频率的常用方法是改变振荡器谐振回路的电抗元件L或C。L或C可控的元件有电抗管、变容管。变容管由于电路简单，性能良好，目前在调频器中广泛使用。直接法的主要优点是在实现线性调频的要求下，可以获得较大的频偏。缺点是频率稳定度不高。因此往往需要采用自动频率控制系统来稳定中心频率。应用如图2.3.6所示的锁相环（PLL）调制器，可以获得高质量的FM或PM信号。其载频稳定度很高，可以达到晶体振荡器的频率稳定度。但这种方案的一个显著缺点是，在调制频率很低，进入PLL的误差传递函数He(s)（高通特性）的阻带之后，调制频偏（或相偏）是很小的。图2.3.6PLL调制器

为使PLL调制器具有同样良好的低频调制特性，可用锁相环路构成一种所谓两点调制的宽带FM调制器，可参阅有关资料。

（2）间接法。间接法是先对调制信号积分后对载波进行相位调制，从而产生窄带调频信号(NBFM)。然后，利用倍频器把NBFM变换成宽带调频信号(WBFM)。其原理框图如图2.3.7所示。由式（2.3.