“调制”与“解调”.ppt

1,第6章角度调制与解调,2,本章知识点及结构,角度调制与解调,调角波的性质（数学表达式、频谱特征、功率）6.2,调频波的解调（电路，评价指标）6.5,调频波的产生（原理，电路，评价指标）6.3，6.4,3,第6章角度调制与解调,6.1概述6.2调角波的性质（重点）6.3调频信号的产生6.4调频电路（重点）6.5调频波的解调（重点）6.6限幅器6.7调制方式的比较,4,6.1概述,回顾问题：（第5章调幅系统概念）,2.“调制”与“解调”的方式有哪些？,1.“调制”与“解调”的过程如何实现？,3.“调制”对应的波形特征？,4.调制器、解调器在无线电收发系统中的位置？,5,1.“调制”与“解调”的过程:,人,飞机的参数（如重量、速度等）,控制,飞机（载体）,载有人的飞机,调制,人,解调,低频信号,高频信号（载波）,载波的参数（如幅度、频率、相位）,已调波,还原,低频信号,装载,卸载,6,2.调制的方式:,控制,调制,低频信号,高频信号（载波）,载波的参数,已调波,幅度调制（简称“调幅”，AM）,频率调制（简称“调频”，FM）,相位调制（简称“调相”，PM）,幅度,频率,相位,角度调制,相角,7,2.解调的方式：,控制,调制,低频信号,高频信号（载波）,载波的参数,调幅波,幅度,频率,相位,调频波,调相波,检波,低频信号,解调,鉴频,鉴相,调幅波,调频波,调相波,8,信号,载波信号（高频信号）：（等幅）高频正弦波振荡信号,调制信号（低频信号）：需要传输的电信号,已调(波)信号（高频信号）：经过调制后的高频信号,3.总结：,（原始信号）,9,4、调制器在发射机中位置,10,4、解调器在接收机中的位置,11,5.调频与鉴频的典型电路：,12,6.2调角波的性质(重点),调角波的性质：调频波（FM）的性质（重点）调相波（PM）的性质（类比的方法学习）调频波与调相波的比较,13,一、调频（相）波数学表达式及波形特征如何？,二、调频（相）波的频谱有什么特征？如何根据频谱计算频带宽度？,三、如何计算调频（相）波的功率？,问题：,14,一、调频波数学表达式,调制信号,载波信号的频率,控制,载波信号,调频波的频率,已调信号即：调频波,调频波的相位,1、调频的过程,15,2.调频过程的数学表达:,16,角频率偏移程度由调制信号幅度决定,又称作调频波的调制指数mf，它可以大于1.,(1).瞬时频率偏移:,(2).最大频率偏移(也简称频偏):,(3).最大相移,几个关键参量：,17,根据调相过程，写出调相波数学表达式,调制信号,载波信号的相位,控制,载波信号,调相波的相位,已调信号即：调相波,在理解调频过程与调相波数学表达式之间的关后，,二、调相波数学表达式类比法,18,又称作调相指数,它与调制信号的幅度成正比，而与调制频率无关。,最大相移,关键参量：,19,讨论：调频信号与调相信号的比较,(1)瞬时频率：,(2)瞬时相位：,(3)最大频偏：,(4)最大相位：,(5)表达式:,20,三、调频与调相的关系总结,载波信号：,1.调制指数,调频时,调相时,2.最大频率偏移频偏,与调制信号振幅成正比，频率成反比。,与调制信号频率无关。,与调制信号的幅度成正比，与其频率无关,FM,PM,21,3.FM与PM的共同点,频偏（即最大频率偏移）与调制指数m之间都满足：,=m,22,已知载波频率为100MHz，载波电压幅度为5V，调制信号试写出调频波的数学表示式（设两个调制信号的最大频偏均为20kHz）,应用例1：,23,频谱分析的方法：,2.以每一余弦（或正弦）项的频率或为横坐标上的点，其幅度为纵坐标上的点，画出频谱分布图。,将调角波（电压）信号的数学表达式展开成余弦（或正弦）项之和的形式，即,四、调角波的频谱,24,利用贝塞尔函数理论中的两个公式：,调频波的频谱,25,结论：,一个FM波，除有载频分量外，还有无穷多个边频分量，边频之间的间隔仍为。,调频波的频谱,2.边频幅度的大小为，由Bessell函数决定。,26,可见，mf值越大，贝塞尔函数的阶数将增多。这意味着，mf值越大，调频波频谱中的边频数目增多，从而使频带加宽。,27,mf相同时，随着贝塞尔函数阶数升高，其值变化不一定越小。这意味着，调频波的频谱幅度不是线性递减的。,28,五、调频波的频带宽度,或,由Bessell函数的特点，当阶数时,则认为，边频总数为,（1）mf1,当mf1时，即,称为：宽带调频,29,（2）对于窄带调频mf1时,则：,边频分量很少，只有1到3项,30,例：已知调制信号求FM和PM波的带宽（2）若不变，F增大一倍，两种已调信号的带宽如何（1）若F不变，增大一倍，两种已调信号的带宽如何（3）若F与都增大一倍，两种已调信号的带宽如何,说明：PM波的频带利用率不如FM波好。因而，调相PM一般只作为产生调频波的一种间接手段来应用，没有调频FM应用得广。,（3）调角信号频谱与调制信号的关系,31,（3）调角信号频谱与调制信号的关系续,说明：在调制频率F的高端和低端，PM波的频带宽度变化极大，所以其频带的利用是不经济的。即：PM波的频带利用率不如FM波好。这正是模拟通信系统中调频FM制比调相PM制应用得广泛的主要原因。一般PM只作为产生调频FM波的一种间接手段来应用。,32,六、调角波的功率,计算方法：(设调角波电压加于负载电阻R上）,将调幅（电压）信号的数学表达式展开成余弦（或正弦）项之和的形式，即,2.,33,结论：,调角波在调制前后总的功率不变，只是将原来载波功率中的一部分转入边频中去。,六、调角波的功率,因此，调制过程不需要外界供给边频功率。,34,6.3调频信号的产生,35,一、调频方法,36,二、调频电路的性能指标,调制特性调制灵敏度3.最大频偏4.载波频率稳定度,在正常调制电压作用下，所能达到的最大频率偏移值。,调制电压变化单位数值，所产生的频率偏移。,相对频率偏移与调制电压之间的关系,37,6.4调频电路,一、变容二极管调频电路（重点）,二、电抗管调频电路,三、晶体振荡器调频电路,38,一、变容二极管调频电路,1.变容二极管的特性,2.变容二极管实际调频电路分析,3.变容二极管调频原理调频过程分析,4.调频电路的性能分析性能指标,39,等效电路,符号,40,2.变容二极管实际调频电路分析,分析思路：,41,3.变容二极管调频原理,a.定性分析b.定量分析,当时,42,4、调频电路的性能指标,调制特性调制灵敏度3.最大频偏4.载波频率稳定度,在正常调制电压作用下，所能达到的最大频率偏移值。,调制电压变化单位数值，所产生的频率偏移。,相对频率偏移与调制电压之间的关系,43,二、电抗管调频电路,电抗管：由一只晶体管或场效应管加上由电抗和电阻元件构成的移相网络组成。它等效为一个电抗元件（电感或电容）且其参数可以随调制信号而变化。,44,2.等效电抗的推导,45,3.电抗管调频电路的特点,优点：能获得较大的频偏；便于做成集成电路。缺点：载频不能很高，频率稳定度较低。,46,三、晶体振荡器调频电路,1.石英晶体振荡器变容管调频电路,较之前两种直接调频电路，提高了载波频率的稳定度，但频偏不太大,2.用型网络变换获得较大频偏,47,四、间接调频电路,1、积分电路RC电路2、调相电路失谐法,48,已知FM波：,即FM波相角偏移的最大值需满足：,则，间接调频的实现过程：,3、间接调频电路原理,49,（1）积分电路RC电路,其中,（2）调相电路失谐法实现,实现：,50,4.间接调频电路特点,改善：可以通过倍频法，提高频偏和载频。,51,6.5调频波的解调,从FM波中得到原来的调制信号频率检波或鉴频。完成鉴频功能的电路鉴频器,52,一、鉴频电路,斜率鉴频器相位鉴频器（重点）比例鉴频器脉冲计数式鉴频器,53,斜率鉴频器(slopediscriminator)振幅鉴频器,电路与工作原理,斜率鉴频器由失谐单谐振回路和二极管包络检波器组成,fc,优点：电路简单缺点：灵敏度与线性范围矛盾Q大，灵敏度高，但线性范围窄；Q小，灵敏度低，但线性范围宽。,（一般用于质量要求不高的简易接收机中）,54,2、相位鉴频器,利用回路的频率-相位特性来实现将调频波变换为调幅调频波。,常用的相位鉴频器：,电容耦合相位鉴频器,电感耦合相位鉴频器（重点）,55,a.电路与工作原理线性变换电路部分（频相转换网络）幅度检波部分L3高频扼流圈：把原边电压引入副边回路提供直流及低频电路通路,(1)电感耦合相位鉴频器,56,原理：（1）变，对的相位随变，的大小随变，正是利用这种相位变化的特点，将频率的变化转换为幅度的变化。（2）幅度检波：每一个检波器的输出电压也随变，所以总输出也随变。,57,58,鉴频器的性能指标：,鉴频跨导（利用S曲线定义）2.鉴频频带宽度B（大于等于2倍的FM波频偏）3.非线性失真4.抑制寄生调幅,59,优点：S曲线线性度好，检波失真小S曲线斜率大，鉴频灵敏度高S曲线线性范围大缺点：线路复杂；调整较困难。,电感耦合相位鉴频器,60,（2）电容耦合相位鉴频器,a.与电感耦合相位鉴频器的不同点,b.优点：结构简单，调整方便,61,3、比例鉴频器,比例鉴频器是一种类似于相位鉴频器，而又具有自限幅能力的鉴频器。,(1)两个二极管顺接；(2)在电阻(R1+R2)两端并接一个大电容C，容量约在10F数量级。(3)接地点和输出点改变。,是相位鉴频器的一半,62,相位鉴频,鉴频特性比较,63,6.6限幅器,限幅器的作用限幅特性曲线限幅电路,1、二极管限幅器2、三极管限幅器,64,抗干扰性能2.频带宽度3.发射功率和耗电量4.强信号堵塞现象,问题：为什么目前广播电视采用宽带调频，而一般移动通信设备采用窄带调频？,问题：若广播要提高声音质量