6.1调角信号基本特性.ppt

第6章角度调制与解调电路 解调 从高频已调信号中还原出原调制信号 角度调制电路是频谱的非线性变换电路 频率调制和相位调制都使载波信号的瞬时相位受到调变 统称为角度调制 所不同的是 频率调制使载波信号的频率随调制信号线性变化 而相位调制则使载波信号的相位随调制信号线性变化 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 6 1调角信号的基本特性 了解调角信号的频谱 理解其带宽 6 1 1瞬时角频率与瞬时相位 实轴 t 0 t 0 Um 瞬时相位 瞬时角频率 O 矢量初始相位为 0 以 t 的角速度绕O反时针旋转 t t 当 c时 6 1 2调频信号与调相信号 一 调频信号 载波信号 调制信号 调频波瞬时角频率 t c kfu t rad s V c 瞬时相位 附加相位 为分析方便 通常令 0 0 则FM信号为 角频偏 设u t U mcos t t c kfU mcos t c mcos t 调频指数 最大角频偏 单频调制时 则 二 调相信号 载波信号 调制信号 故调相信号为 t ct kpu t ct t rad V 瞬时相位 附加相位 调相指数 最大附加相移 三 调频信号与调相信号的比较 调制信号u t U mcos t 载波信号uc t Umcos ct 调频 调相 瞬时角频率 t c kfu t c mcos t c msin t 瞬时相位 t ct kpu t ct mpcos t 最大角频偏 m kfU m mf kpU m mp 最大附加相位 mp kpU m 三 调频信号与调相信号的比较 调频 调相 瞬时角频率 t c kfu t c mcos t c msin t 瞬时相位 t ct kpu t ct mpcos t 最大角频偏 m kfU m mf kpU m mp 最大附加相位 mp kpU m 可见 调制前后载波振幅均保持不变 将调制信号先微分 然后再对载波调频 则得调相信号 将调制信号先积分 再对载波进行调相 则得调频信号 即调频与调相可互相转换 例 已知 u t 5cos 2 103t V 调角信号表达式为 uo t 10cos 2 106t 10cos 2 103t 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 2 106t 10cos 2 103t 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 10 103 10kHz 例 一组频率为300 3000Hz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 2 调相时 mP与调制频率无关 恒为2rad 故 6 1 3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 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 6 1 3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 可得 6 1 3调角信号的频谱与带宽 一 调角信号的频谱 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 c n 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n 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 6 1 3调角信号的频谱与带宽 一 调角信号的频谱 12345678910111213 m Jn m Jn m 随m n变化的规律 1 00 80 60 40 20 0 2 0 4 n 0 n 1 n 2 n 3 n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 二 调角信号的功率 调角波的平均功率等于未调制的载波功率即改变m 仅使载波分量和各边频分量之间的功率重新分配 而总功率不会改变 三 调角信号的带宽 由于n增大时 总趋势使边频分量振幅减小 因此离开载频较远的边频振幅都很小 在传送和放大过程中 舍去这些边频分量 不会使调角信号产生明显的失真 因此 调角信号实际所占的有效频带宽度是有限的 通常取 BW 2 m 1 F 若m 1 则 BW 2F 称为窄带调角信号 若m 1 则 BW 2mF 2 fm 称为宽带调角信号 复杂信号调制时 四 调角信号的应用 调角信号比之调幅信号的优缺点 优点 抗干扰能力强和设备利用率高 因为调角信号为等幅信号 其幅度不携带信息 故可采用限幅电路消除干扰所引起的寄生调幅 调角信号功率等于未调制时的载波功率 与调制指数m无关 因此不论m为多大 发射机末级均可工作在最大功率状态 从而可提高发送设备的利用率 缺点 有效带宽比调幅信号大得多 且有效带宽与m相关 故角度调制不宜在信道拥挤 且频率范围不宽的短波波段使用 而适合在频率范围很宽的超高频或微波波段使用 注意区别下列概念 c 载波未调制时的角频率 它表示了瞬时角频率变化的平均值 c 2 fc fc为载波频率 调制信号的角频率 它表示了瞬时角频率变化的速度 2 F F为调制信号频率 最大角频偏 m和最大频偏 fm m表示瞬时角频率偏离 c的最大值 m 2 fm fm表示瞬时频率偏离fc的最大值 即频率摆