频率调制与解调

,7.0概述,AM,FM,幅度调制,角度调制,调频FM,调相PM,载波信号的受控参量,振幅,频率,相位,解调方式,相干解调或非相干解调,鉴频或频率检波,鉴相或相位检波,解调方式的差别,频谱线性搬移频谱结构无变化,频谱非线性频谱结构发生变化属于非线性频率变换,特点,频带窄频带利用率高,频带宽频带利用不经济、抗干扰性强,用途,广播电视通信遥测,数字通信,调幅AM,概述,广播,第7章频率调制与解调,7.1调频信号分析7.2调频器与调频方法7.3调频电路7.4鉴频器与鉴频方法7.5鉴频电路7.6调频收发信机及特殊电路7.7调频多重广播,重点：,1.调频波的基本特性（数学表达式，波形图，频谱图，频带宽度，）,2变容二极管直接调频电路的典型电路，工作原理及分析,3变容二极管调相间接调频电路。,4鉴频的原理与实现方法。互感耦合相位鉴频器,难点：,1调频与调相的区别。,2变容二极管直接调频电路。3.互感耦合相位鉴频器,概述,高频振荡的振幅不变，而角度随调制信号按一定关系变化。,高频振荡的振幅不变，而其瞬时频率随调制信号线性关系变化，这样的已调波称为调频波，常用FM表示。,高频振荡的振幅不变，而其瞬时相位随调制信号线性关系变化。这样的已调波称为调相波，常用PM表示。,角度调制分为相位调制和频率调制两类，统称为调角。,一、角度调制电路的功能与分类,1.角度调制,2.角度调制的分类,3.相位调制,4.频率调制,二、角度调制的优点与用途,优点:1、抗干扰能力强2、FM广播音质好，但BW宽，波段内容纳的电台数小；主要用于超短波波段。如：调频广播：（88108）MHz，BW=180KHZ。3发射功率小。作用:调频主要用于调频广播、广播电视、通信与遥控遥测等。调相主要用于数字通信。,7.1调频信号分析,7.1.1调频信号的参数与波形1、时域表达式令u(t)=Ucost,uC=UCcosct,调频信号的瞬时角频率为,为了分析方便,不妨设0=0,图71调频波波形,2、波形,图72调频波fm、mf与F的关系,：是比例常数，表示,3、调频信号的基本参数,：载波角频率，它是没有受调时的载波频率。,：调制信号角频率，它反映了受调制的信号的瞬时频率变化的快慢。,：相对于载频的最大角频偏(峰值角频偏),：最大频偏,对最大角频偏的控制能力，它,是单位调制电压产生的频率偏移量，称为调频灵敏度。,：调频波的调制指数。,与,成正比），与,成反比。,7.1.2调频波的频谱1调频波的展开式,（75）,式中Jn(mf)是宗数为mf的n阶第一类贝塞尔函数,它可以用无穷级数进行计算。,（76）,7.1.2调频波的频谱,（77）,图73第一类贝塞尔函数曲线,图74单频调制时FM波的振幅谱（a）为常数;（b）m为常数,2调频波的频谱结构和特点,这些边频对称地分布在载频两边，其幅度决定于调制指数。,调频波是由载波,与无数边频,组成，,调频波的特点：,图75调频信号的矢量表示,7.1.3调频波的信号带宽通常采用的准则是,信号的频带宽度应包括幅度大于未调载波1%以上的边频分量,即|Jn(mf)|0.01当mf很大时,此时带宽为Bs=2nF=2mfF=2fm（79）当mf很小时,如mfp2Z2,p=1/2。分析可得,AB间的电压为,某鉴频器鉴频灵敏度SD=2mV/kHZ，线性鉴频范围2fm50kHZ，输入调频信号调频灵敏度kf=3，试画出鉴频特性曲线，并求出输入调频信号的最大频偏，频带宽度以及鉴频器输出电压,原调制信号。,7.5.2比例鉴频器,比例鉴频器,工作原理,输出电压也可由下式导出：,7.5.2比例鉴频器1、它与互感耦合相位鉴频器电路的区别在于：(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。时间常数(R1+R2)C很大，约0.10.25s，远大于低频信号的周期。(3)接地点和输出点改变。,图746比例鉴频器电路及特性,1、当f=fc时，UD1=UD2,i1=i2,但以相反方向流过负载RL,所以输出电压为零；2、当ffc时，UD1UD2,i1i2,输出电压为负；3、当ffc时，UD1UD2,i1i2，输出电压为正。,3.自限幅原理(1)回路的无载Q0值要足够高，以便当检波器输入电阻Ri随输入电压幅度变化时，能引起回路Qe明显的变化。(2)要保证时常数(R1+R2)C大于寄生调幅干扰的几个周期。比例鉴频器存在着过抑制与阻塞现象。,图747减小过抑制及阻塞的措施,7.5.3正交鉴频器,正交鉴频器,当,时：,移相网络传输函数：,设：,图748集成正交鉴频器,2.集成正交鉴频器,包括限幅中放(V1,V2;V4、V5;V7、8为三级差分对放大器，V3、V6和V9为三个射极跟随器)、内部稳压(VD1VD5、V10)和鉴频电路三部分。,7.5.4其它鉴频电路1.差分峰值斜率鉴频器差分峰值斜率鉴频器是一种在集成电路中常用的振幅鉴频器。图750(a)是一个在电视接收机伴音信号处理电路(如D7176AP,TA7243P)等集成电路中采用的差分峰值斜率鉴频器。,图750差分峰值斜率鉴频器,移相网络接在集成电路的、10脚之间。设从脚向右看的移相电路的谐振频率为f01，从10脚向左看的移相电路的谐振频率为f02，则,(767),(768),2.晶体鉴频器晶体鉴频器的原理电路如图751所示。电容C与晶体串联后接到调频信号源。VD1、R1,C1和VD2、R2、C2为两个二极管包络检波器。为了保证电路平衡，通常VD1与VD2性能相同，R1=R2,C1=C2。,图751晶体鉴频器原理电路,图752电容晶体分压器(a)电抗曲线；(b)电容、晶体两端电压变化曲线,图753晶体鉴频器的鉴频特性,7.5.5限幅电路振幅限幅器的性能可由图754(b)所示的限幅特性曲线表示。图中，Up表示限幅器进入限幅状态的最小输入信号电压，称为门限电压。对限幅器的要求主要是在限幅区内要有平坦的限幅特性，门限电压要尽量小。,图754限幅器及其特性曲线,7.6调频收发信机及特殊电路,一调频发射机（FMtransmitter）的组成。,N1=64,f01=200KHzfm1=25Hz,f03=1.8-2.3MHZfm3=1.6KHZ,fL=11-10.5MHZ,f0=86.4-110.4MHZfm=76.8KHZ,N2=48,f02=12.8MHZfm2=1.6KHZ,调频广播波段：，而（音频）调制信号的频率=50HZ15KHZ，要求输出的FM信号最大频偏=75KHZ，输出FM信号的带宽:BFM=2（mf+1）Fmax=2+2Fmax=180KHZ，于是在调频广播工作波段内，各调频电台的频率间隔取200KHZ，可容纳100个电台。,间接调频器,返回,广播调频接受机的通频带B=200KHZ，中频载波频率fI=10.7MHZ，自动频率微调（AFC）电路的作用是微调本振频率fL，保证中频fI=fL-fs=10.7MHZ稳定，这对提高调频接收机的整机选择性，灵敏度和保真度是极有益处的。,二调频接收机（FMreceiver）的组成,返回,7.6.3特殊电路1.预加重及去加重电路理论证明，对于输入白噪声，调幅制的输出噪声频谱呈矩形，在整个调制频率范围内，所有噪声都一样大。调频制的噪声频谱(电压谱)呈三角形，见图757(b)，随着调制频率的增高，噪声也增大。调制频率范围愈宽，输出的噪声也愈大。,图757调频解调器的输出噪声频谱(a)功率谱；(b)电压谱,由于调频噪声频谱呈三角形，或者说与成线性关系，使我们联想到将信号作相应的处理，即要求预加重网络的特性为H(j)=j,图758预加重网络及其特性(a)预加重网络；(b)频率响应,去加重网络及其频响曲线如图759所示。从图看出，当2时，预加重和去加重网络总的频率传递函数近似为一常数，这正是使信号不失真所需要的条件。,图759去加重网络及其特性,采用预、去加重网络后，对信号不会产生变化，但对信噪比却得到较大的改善，如图760所示。,图760预、去加重网络对信噪比的改善,2.静噪电路由于在调频接收中存在门限效应，因此在系统设计时要尽可能地降低门限值。为了获得较高的输出信噪比，在鉴频器的输入端的输入信噪比要在门限值之上。但在调频通信和调频广播中，经常会遇到无信号或弱信号的情况，这时输入信噪比就低于门限值，输出端的噪声就会急剧增加。,图761静噪电路举例,图762静噪电路接入方式,7.7调频多重广播,7.7.1调频立体声广播1.调频立体声广播方式图763示出了调频立体声广播的系统图。左声道信号(L)和右声道信号(R)经各自的预加重在矩阵电路中形成和信号(L+R)和差信号(L-R)。和信号(L+R)照原样成为主信道信号，差信号(L-R)经平衡调制器对副载波进行抑制载波的调幅，成为副信道信号。,图763调频立体声广播发射机的系统图,2.调频立体声接收机调频立体声接收机的框图如图764所示，在鉴频器之前与单声道调频接收机的组成相同。,图764调频立体声接收机的框图,图765立体声解调器工作方式(a)开关方式；(b)矩阵方式,7.7.2电视伴音的多重广播电视伴音的多重广播就是电视伴音的立体声广播。图766为某电视伴音多重广播的发射机框图。和信号被作为主信道信号发送，差信号经限幅器、IDC电路和低