频谱的非线性搬移.ppt

全相角可以用旋转矢量在横轴上的投影表示 一 调角信号的时域特性 8 1调角波的基本特性 1 瞬时频率和瞬时相位 余弦信号 全相角 角频率是常数 初始相位 瞬时角频率 瞬时相位 2 调频信号 在频率调制时 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 调频信号 c为中心角频率 即载波角频率 kf为比例常数 单位是rad s v 瞬时角频率为 瞬时相位为 3 调相信号 相位调制时 保持余弦信号的中心角频率不变 而使其瞬时相位与调制信号成线性关系变化 调相信号 瞬时相位为 kp为比例常数 单位是rad v 瞬时角频率为 4 单音调角波的数学表示式 频移和相移 假定未调载波表示为 调制信号为 调频波的瞬时角频率为 频移的幅度 称为最大频偏或简称频偏 瞬时角频偏 调频波的瞬时相位 附加相移部分 调频波的最大附加相移为调频指数Mf Mf可以小于1 也可大于1 调频波的数学表示式 以单频余弦波作调制信号的调频波 其主要性质有 频偏决定于调制信号的振幅 瞬时频率的变化规律决定于调制信号的变化规律 调频波的幅度为常数 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 调制指数与频偏成正比 与调制频率成反比 调相波的数学表示式 调相波的瞬时相位为 调相波的最大附加相移Mp称为调相指数 调相波的瞬时角频率为 调相波 瞬时角频偏为 单音调角信号参数比较 单音调制波形 二 调角信号的频域特性 调制信号为 调频波的表示式为 下面分析单频余弦信号调制下 调频波的频谱 式中 出现了两个特殊函数 利用三角函数公式 展开可得 1 第一类贝塞尔函数的性质 2 调频波的频谱结构 包含载波频率分量 但是幅度小于1 与Mf有关 还包含无穷多个边频分量 各边频分量之间的距离是调制信号角频率 各频率分量的幅度由贝塞尔函数决定 奇次旁频分量的相位相反 调频波的频谱结构与调制指数Mf关系密切 Mf愈大 则具有一定幅度的边频数目愈多 对于某些Mf值 载频分量或某次边频分量的幅度是零 频率调制不是将信号的频谱在频率轴上直接平移 而是将信号各频率分量进行非线性变换 因此 频率调制又称为非线性调制 各频率分量间的功率分配 调频波的功率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 频谱结构特点 3 调频波的频带宽度 调频波的频带宽度有两种近似 忽略小于0 01的分量 集中99 以上的功率 忽略小于0 1的分量 集中98 99 的功率 卡森 Carson 公式 理论上 调频波包含有无穷多个频率分量 其带宽是无穷宽的 但实际上 在调制指数一定时 超过某一阶数的贝塞尔函数的值已经相当小 其影响可以忽略 这时则可认为调频波所具有的频带宽度是近似有限的 不同Mf时的调频波带宽 上式表明 在调制指数较小的情况下 调频波只有角频率分别为和的三个分量 它与用同样调制信号进行标准调幅所得调幅波的频带宽度相同 通常 把这种情况的频率调制称为窄带调频 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 介于前两种情况之间 恒定带宽调频槪念 调制指数较大时 调频波的带宽等于二倍频偏 对于调相波 调相波频带宽度在调制信号频率的高端和低端相差很大 所以对频带的利用是不经济的 最大频偏 复杂频率信号的调角信号的频谱 当两个频率不同的信号同时对一个载波进行频率调制时 所得调频波的频谱中 除有载波角频率分量及和分量外 还有分量 它们是两个调制信号频率之间的组合频率分量 复杂调角信号频带宽度 调频波的功率 使振荡器的频率随调制信号成线性关系变化 如 变容二极管直接调频电路 8 2调频电路 一 调制原理概述 1 直接调频 优点 易于得到比较大的频偏 缺点 中心频率的稳定度不易做得很高 2 间接调频 优点 载波中心频率稳定度较好 二 调频电路的技术指标 1 调制特性 定义 振荡器的频率偏移与调制电压的关系称为调制特性 表示为 在一定电压范围内 调制特性应近似为直线特性 2 调制灵敏度 单位调制电压变化产生的频偏 在调制电压作用下 所能达到的最大频率偏移 3 最大频偏 4 中心频率稳定度 调频信号的瞬时频率是以稳定的中心频率 载波频率 为基准变化的 如果中心频率不稳定 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 三 变容二极管直接调频电路 1 变容二极管的特性 PN结反向偏置时 势垒电容随反偏电压改变 C0为V 0时变容管的等效电容 为变容指数 大小取决于PN结的结构和杂质分布情况 缓变结变容管 其 1 3 突变结变容管 其 1 2 超突变结变容管 其 1 4 VB为内建电位差 硅管约为0 7V 锗管约为0 2V 因 故 2 变容管做回路总电容 可展开为 可得调制特性为 利用展开式 变容管调频电路中 变容管工作在 2的区域 3 变容管部分接入的直接调频电路 电容C1C2对频率的影响 变容管部分接入的直接调频电路 90MHz 高频通路 晶体振荡器直接调频电路 100MHz无线话筒中的发射机 四 间接调频 先将调制信号进行积分处理 再进行调相而得到调频波 其方框如下图所示 优点 载波中心频率稳定度较好 调相器 矢量合成法 可变相移法 可变时延法 1 矢量合成法调相电路 产生窄带调相信号 2 可变相移法调相电路 回路对载波失谐较小 则并联回路失谐产生相移 3 可变时延法调相电路 教材P280脉冲调相电路 四 间接调频与直接调频电路比较 直接调频电路可产生较大频偏但最大相对频偏受调制非线性限制 间接调频电路最大线性相移小 即Mp Mf 小且最大频偏受调制非线性限制 五 扩展最大频偏的办法 倍频器 混频器 直接调频电路 相对频偏受限制 可采用高频率调制 再降低载波 间接调频电路 最大频偏受限制 可采用低频率调制 提高相对频偏 再提高载波 5 3调频波解调电路 作用 从已调波中捡出反映在频率或相位上的调制信号 调频波的解调称为频率检波 简称鉴频调相波的解调称为相位检波 简称鉴相 一 鉴频电路的主要性能指标 1 鉴频线性性 3 鉴频灵敏度 2 鉴频线性范围 鉴频特性 鉴频电路输出低频解调电压与输入调频信号瞬时频偏的关系 理想鉴频特性应该为线性 单位频偏产生的输出电压的大小 鉴频跨导 二 调角信号的解调原理 1 鉴频原理 方法二 限幅鉴频 方法一 锁相鉴频 包络检波型鉴频器 据线性变换网络不同 分为 斜率鉴频 叠加型相位鉴频 调频信号的信息寄托在已调波的频率上 从某种意义上讲 信号频率就是信号电压或电流波形单位时间内过零点 或零交点 的次数 对于脉冲或数字信号 信号频率就是信号脉冲的个数 基于这种原理的鉴频器称为零交点鉴频器或脉冲计数式鉴频器 2 鉴相原理 三 LC回路的频幅和频相转换特性 四 鉴频器电路 1 斜率鉴频电路 LC构成单失谐回路CRL构成低通滤波器 双失谐回路斜率鉴频器 由于单谐回路的线性范围很小 为扩展鉴频特性的线性范围 实际电路常采用两个单失谐回路构成的平衡电路 2 叠加型相位鉴频器 耦合回路叠加型相位鉴频电路 3 比例鉴频器 两个二极管顺接 C6为大电容 使调制信号周期内电压值保持不变 输出信号很接地位置与叠加型相位鉴频电路不同 自动限幅作用 4 乘积