通信电子电路第6章PPT学习教案

1、会计学1通信电子电路第通信电子电路第6章章第1页/共65页第六章 角度调制与解调第2页/共65页tt0)(第一节第一节 调角波的性质调角波的性质 未调制时未调制时=常数；调角后常数；调角后 常数常数,其其dttdt)()( tdttt00)()( 显见，不论是显见，不论是FM还是还是PM，都会引起，都会引起( (t t) )的变化，的变化，所以统称为调角。所以统称为调角。 瞬时相位：瞬时相位：其中，其中，( (t t) ) =t+ o或或瞬时频率：瞬时频率：第3页/共65页第一节 调角波的性质一、调角波的表示式一、调角波的表示式（一）调频（一）调频（FM）波表示式）波表示式设设u(t)=Uco

2、st,载波载波uc(t)=Uccos(ct+ o)，据调频定义：，据调频定义：FM波的瞬时频率：波的瞬时频率： (t)=C+kfu= =C+kfUcost =cost =C+fcostcost第4页/共65页000sinsin)()(tmtttdtttfCtfC其中其中: mf称称调频指数调频指数，是载波，是载波 相位上附加的最大相移，相位上附加的最大相移， 它表明调制深度。它表明调制深度。FM波的瞬时相位：波的瞬时相位：调频引起的附加相移调频引起的附加相移特点：特点：频率变化与频率变化与u成正比，成正比， 附加相移与附加相移与u相差相差90。具体波形如图具体波形如图uttt tu(t)(t)

3、(t)(t)mffc第5页/共65页其中：其中：mp=kpU：称：称调相指数调相指数，代表调相波的最大相偏，代表调相波的最大相偏，kp的的物理意义是单位调制信号强度引起的相位变化。物理意义是单位调制信号强度引起的相位变化。ttmdttdtpCpCsinsin)()(第一节 调角波的性质据调相定义，据调相定义，PM波的瞬时相位随波的瞬时相位随u线性变化，即线性变化，即 PM波的瞬时相位波的瞬时相位:(t) =ct+ o +KpU cost=ct+ o +mpcost（二）调相波的表示式（二）调相波的表示式p=mp调相中瞬时频率偏移的最大值调相中瞬时频率偏移的最大值PM波也存在波也存在变化。变化。

4、其中其中：第6页/共65页第一节 调角波的性质PMPM波表示式：波表示式： U(t)=UU(t)=Uc ccos(cos(ct+ + o + +mpcost) )波形分析见图波形分析见图瞬时相位变化与瞬时相位变化与u成正比，成正比，瞬时频率瞬时频率p的变化与的变化与u u的的微分成正比。微分成正比。特点：特点：uttt tu(t)(t)(t)(t)mppc第7页/共65页第一节 调角波的性质FM、PM波的比较FMPM数学表达式)0)(cos(0tdttuktUfCC)(cos(0tuktUpCC瞬时频率C+kfu(t)dttdukpC)(瞬时相位tfCdttukt00)(0)(tuktpC最大

5、频偏maxukffmax)(dttdukpp最大相偏max0)(tdttukmffmaxukmpp第8页/共65页第一节 调角波的性质mffmf= f mpp=mp用曲线表示：用曲线表示：fmpp第9页/共65页第一节 调角波的性质 2 2、调相、调相 f fp p=m=mp p(F(FminminF Fmaxmax)=1.5 )=1.5 (300(300 3400)=4503400)=450 5100H5100HZ Z可见调相时可见调相时m mp p=k=kp pU U是不变的是不变的, ,但但f fp pF F第10页/共65页第一节 调角波的性质归并成通式：归并成通式：u(t)=Uu(t

6、)=UC Ccos(cos(ct+msint+t+0 0) ) 利用和角公式利用和角公式 u(t) =Uu(t) =UC Ccos(cos(msint)cos(t)cos(ct+0 0)-sin()-sin(msint)sin(t)sin(ct+0 0)在贝塞尔函数理论中有以下关系：在贝塞尔函数理论中有以下关系：cos(cos(msint)=Jt)=J0 0(m)+2J(m)+2J2 2(m)cos2t+2J(m)cos2t+2J4 4(m)cos4t+(m)cos4t+sin(msint)=2Jsin(msint)=2J1 1(m)sint +2J(m)sint +2J3 3(m)sin3t

7、 +(m)sin3t +第11页/共65页图73 第一类贝塞尔函数曲线 01234567891011120.40.200.20.40.60.81.0Jn(mf)J0J1J2J3J4J5J6J7J8J9J10mf第12页/共65页第一节 调角波的性质所以所以 ,u(t)=UCJo(m）Cos(ct+o) +UCJ1(m)Cos(c+)t+o - Cos(c-)t+o +UCJ2(m)Cos(c+2)t+o + Cos(c-2)t+o +UCJ3(m)Cos(c+3)t+o - Cos(c-3)t+o + +其中其中:J0(m)以以m为宗量的载频分量的振幅系数为宗量的载频分量的振幅系数Jn(m)以

8、以m为宗量的边频分量为宗量的边频分量 nc的振幅系数的振幅系数由式可以看出由式可以看出调角波频谱特点调角波频谱特点：（1 1）频率成分：）频率成分：c、cnn，n=1,2,n=1,2,（2 2）边频分量的幅度：）边频分量的幅度：U Un n=U=Uc cJ Jn n（m m） (3 (3）相位：当）相位：当n=n=奇数时，上、下边频相位相反；奇数时，上、下边频相位相反； 当当n=n=偶数时，上下边频相位相同；偶数时，上下边频相位相同；第13页/共65页图74 单频调制时FM波的振幅谱（a）为常数;（b）m为常数 cmf 1cmf 1mf 2ccmf 2cmf 5cmf 10Qcmf 15mf

9、5cmf 10mf 20cc(a)(b)第14页/共65页第一节 调角波的性质横坐标为横坐标为m,m,纵坐标为纵坐标为n,Jn,Jn n(m)%(m)%表示振幅系数值表示振幅系数值, ,显然其正负、大小无规律。查表可知，当显然其正负、大小无规律。查表可知，当m m变量相同时，查的结果与查曲线所得结果相同变量相同时，查的结果与查曲线所得结果相同。查表的方法查表的方法: : 由表由表6-26-2可以看出：可以看出：当调制指数当调制指数时，有较大振幅的边频分量也增多，而它的功率增加正是由于载频分量功率下降的结果。时，有较大振幅的边频分量也增多，而它的功率增加正是由于载频分量功率下降的结果。只要载频振

10、幅不变，则调角波的平均功率就不变。只要载频振幅不变，则调角波的平均功率就不变。m的变化只是使各频率分量间的功率重新分配。的变化只是使各频率分量间的功率重新分配。即：即：niimJmJP1220%100)(2)(第15页/共65页第一节 调角波的性质窄带调制（窄带调制（m1m1m1）。）。1 1窄带调制（窄带调制（m1m1，信噪比大；(2)解调前可用限幅消除寄生干扰(3)工作在超短波（30300MHZ） ，天电干扰能量小较差原因：(1)ma1 所以信噪比低；2、有寄生调幅；3 、 工 作 于 中 短 波330MHZ 有天电干扰第18页/共65页第一节 调角波的性质收听效果好因为 FM 可将高音频

11、率扩至15KHZ,所以音域宽,画面音丰富。差 音域受限功率利用率高Pmax=Pav 幅度不变表明:要求最大功率储备=实际提供的平均功率低 ma=1Pmax=(1+ma)2Po=4Po而平均功率Pav=(1+0.5ma2)Po=1.5Po实际 ma=0.3所以 Pav=1.05PoPo要求最大功率储备=4Pav频带宽度宽BHZ=2(m+1)Fmax，而 m1，所以只能工作在超短波，否则电台挤不下。我国 FM 频率范围为88108MHZ较窄 B=2Fmax第19页/共65页传播距离近因为超短波遇电离层时穿透不反射,所以只能用地面直射传播远因为反射传播技术设备及造价复杂、成本高除比例鉴频器检波外,还

12、需高放,去加重电路,收立体声还需解码电路简单,经济第一节 调角波的性质第20页/共65页指标FM 指标PM 指标抗干扰性较强，因为 mf时， B不多，所以 mf可取大较差， 因为 mP时， B 激增，所以 mp不可太大第一节 调角波的性质带宽接近于恒带宽变带宽若mf1=12 Fmin=1KHZBHZ=2(12+1)1=26KHZ当Fmax=4kHZ， mf2=12/4=3BHZ=2(3+1)4=32KHZFmax=4KHZ，mp=12BHZ=2(12+1)4=104KHZ综合说：综合说：调角优于调幅，而调频又优于调相。调角优于调幅，而调频又优于调相。第21页/共65页第二节第二节 调频方法及电

13、路调频方法及电路（3）载频稳定度载频稳定度：越高越好。载频稳定是保证正常通信的必要条件。：越高越好。载频稳定是保证正常通信的必要条件。（4）最大频偏最大频偏ff：在正常调制电压作用下能获得的最大频偏。要求：在正常调制电压作用下能获得的最大频偏。要求ff与与F无关。无关。(在整个波段内保持不变在整个波段内保持不变)。相对频偏相对频偏10-2时称大频偏时称大频偏 用于卫星通信、微波中继用于卫星通信、微波中继第22页/共65页第二节第二节 调频方法及电路调频方法及电路（2）间接调频）间接调频:首先首先u (t)dt 再调相再调相得调频波得调频波 特点特点：fc稳定，但稳定，但ff小。小。第23页/共

14、65页LCT等效回路等效回路第二节第二节 调频方法及电路调频方法及电路图中图中C1为隔直电容为隔直电容 C2高频旁路电容高频旁路电容 RFC高频扼流圈通直隔交高频扼流圈通直隔交nTTUUCC)/1 (0变容管电容当外加电压变容管电容当外加电压U=0，CT=CT0Lc1RFC-UBUC2CT原理电路原理电路第24页/共65页第二节第二节 调频方法及电路调频方法及电路nTTQTtmCC)cos1 (其中：其中：BDmTUUUm变容管的电容调制度变容管的电容调制度nDBTTQUUCC)/1/(0u =0时的结电容时的结电容将其代入将其代入U=UB+u =UB+Umcost由图变容管两端电压由图变容管

15、两端电压第25页/共65页2/)cos1 (11nTTQTtmLCLC2/)cos1(nTCtm第二节第二节 调频方法及电路调频方法及电路若令电容指数若令电容指数n=2，则有，则有 =C(1-mTcost) =C-mTC cost =C-mcost 其中：其中：m=mTC为为 FM波最大角频偏。波最大角频偏。c=mcost 即即cU (t)当电容指数当电容指数n2时，令时，令x=mTcost,将将展成麦格劳林级数展成麦格劳林级数 第26页/共65页=c) 12(2! 2121 2xnnxn(当x1时)c) 12(2! 2121 2xnnxnc2cos)12(8)12(8cos21 22tmnn

16、mnntmnTTT 第二节第二节 调频方法及电路调频方法及电路)12(2!2121 )1 (22xnnxnxn由第27页/共65页第二节第二节 调频方法及电路调频方法及电路结论：结论：若若n一定，一定，mT m (频偏增大频偏增大)Sm 但但 mT co，2m ， 因此必须合理的选择因此必须合理的选择mT。第28页/共65页c1RFCc2RFCUBuRFCCTCTL对对u ,UB来说，两变容管并联；来说，两变容管并联；对高频振荡电压，两变容管串联，相互抵消。对高频振荡电压，两变容管串联，相互抵消。第二节第二节 调频方法及电路调频方法及电路第29页/共65页u调频波调相器晶体振荡器CRu间接调频

17、原理框图第二节第二节 调频方法及电路调频方法及电路若设若设: U = Umcost第30页/共65页第二节第二节 调频方法及电路调频方法及电路则则u 积分后积分后,tURCtdtCOSURCdttuRCummsin11)(1第31页/共65页第二节第二节 调频方法及电路调频方法及电路uCR1C1C2R2FM波LC4CTR4R3C3uI2)间接调频电路间接调频电路电路如图电路如图第32页/共65页BmTnTTQTUUUmtmCC)sin1 (，其中2/2/)sin1 ()sin1 (11nTcnTTQTotmtmLCLC第二节第二节 调频方法及电路调频方法及电路第33页/共65页sin)12(2

18、! 21sin21 220 tmnntmnTTC 因为mT2fmax，fmax为为FM波的最大频偏波的最大频偏BUff0第40页/共65页峰包检波变换器一、斜率鉴频器一、斜率鉴频器1单端斜率鉴频器单端斜率鉴频器电路如图：电路如图：第四节第四节 鉴频器鉴频器0DCCLRLLupuLttttupupupuLu 优点优点：简单缺点缺点：线性范围窄大时失真严重。为克服此缺点引出平衡斜率鉴频器。UL原理原理：Up曲线如图0c输入FM波的C0，使之处于失谐状态。第41页/共65页第四节 鉴频器要求：要求：D1=D2 C3=C4 R1=R2, 200时，U2导前U1小于900（+或20） 0时，U2导前U1

19、大于900（-或20时时R3、R4，其分流作用忽略，所以，其分流作用忽略，所以UABUR3+UR4可见，在参数相同时，比例鉴频器的灵敏度低了一半。可见，在参数相同时，比例鉴频器的灵敏度低了一半。212134343411(22DDDDABCCCCCCUUUUUUUUUUU)(21)(211234DDdccUUKUUU)第55页/共65页21DDUU结论：结论：（1）UAB=常数,由于C5大，对突变信号起限幅作用。 它的大小取决于FM的振幅。 （3）灵敏度不高，相当于相位鉴频器的1/2。 第四节 鉴频器（4）调节麻烦，对FM幅度缓慢的寄生调幅，C5不起限幅 作用。有关，寄生调幅使UD1、UD2同时

20、变化，21DDUU不变，所以抑制寄生调幅无需限幅器。 但第56页/共65页最大优点：最大优点：适合于集成化适合于集成化，因而有发展前景。(一）工作原理一）工作原理 框图：框图：常用的移相器如图：常用的移相器如图：C1LCU1U2R限幅器限幅器移相器移相器相位相位检波器检波器低通低通滤波器滤波器uiu1u2u四、符合鉴频器四、符合鉴频器第57页/共65页，)1(11112LCCjRCjRUUk代入上式令01202,)(1ffQLRQCCLejKjLCjQjQLCjQKo1) 1(1122212，012122221ffQtgLCQk变换变换可见f第58页/共65页显然显然U 与与 （U1U2的相位

21、差）成线性关系的相位差）成线性关系第四节 鉴频器u2u1U1U2tt2342222121UUUUKUm2121UUKm红阴影面积红阴影面积蓝阴影面积蓝阴影面积将将 代入上式，得到：代入上式，得到：022ffQ相乘后得到幅为相乘后得到幅为U0=KmU1U2，u0仍近似为脉冲波形。仍近似为脉冲波形。u0KmU1U2t第59页/共65页02102144ffQUKKffQUUKUmm当当f较小时，较小时，较小，较小，fUK常数第四节 鉴频器U大信号小信号Q02ff 由此可得出符合鉴频器由此可得出符合鉴频器的鉴频特性曲线如图：的鉴频特性曲线如图：2 .小信号鉴频时，小信号鉴频时，B较窄，所以引入噪声小，信噪比高，但鉴频灵敏度较低，线