第4章_调制、解调与变频电路15-04-20

1、第四章：调制、解调与变频电路第四章：调制、解调与变频电路 邓邓 钢钢GG综述与内容提要综述与内容提要基带信号与基带传输基带信号与基带传输调制解调的定义调制解调的定义调制解调的作用：调制解调的作用：提高频率以便于辐射提高频率以便于辐射实现信道复用：频分、时分、码分复用实现信道复用：频分、时分、码分复用改善系统性能改善系统性能调制解调的分类及本章的讨论内容调制解调的分类及本章的讨论内容变频变频必须牢记载波、调必须牢记载波、调制信号的定义制信号的定义调幅原理调幅原理( (一一) )00( )cos()cos(2)ccmcmv tVtVf t高频载高频载波为：波为：调幅波的表达式及波形图调幅波的表达式

2、及波形图( (一一) )设初始相位为零设初始相位为零调幅的定义调幅的定义调制信号为：调制信号为：( )coscos2mmvtVtfVt 已调波：已调波：0co)(coss()cAmMmVkvtVtt调幅原理调幅原理( (二二) )调幅波的表达式及波形图调幅波的表达式及波形图( (二二) )调幅度调幅度( (调幅系数调幅系数) )：/amcmmkVV000( )(cos)cos1coscos1coscosmAMcmmcmcmcmakVvtVkVttVttVVmttmaxmin(1),(1)AMcmaAMcmaVVmVVmmaxmin100%2AMAMacmVVmV(0,1am 调幅原理调幅原理(

3、 (三三) )调幅波的频谱及频谱宽度调幅波的频谱及频谱宽度调幅过程实际上是调幅过程实际上是一种频率搬移过程一种频率搬移过程调幅波的频谱宽度调幅波的频谱宽度BWBW是调制信号最高频是调制信号最高频率的两倍率的两倍实际上调制信号常实际上调制信号常常不是简单的单频信常不是简单的单频信号，而是由许多频率号，而是由许多频率分量组成的分量组成的0000( )1coscos11coscos()cos()22AMcmacmacmacmvtVmttVtm Vtm Vt调幅原理调幅原理( (四四) )调幅波的功率调幅波的功率LR设负载为设负载为 ，则：，则：212cmCLVPR214SSBacPm P2122DS

4、BSSBacPPm P212aAMCDSBCmPPPP已调波的输出功率大于载波功率，增加已调波的输出功率大于载波功率，增加的部分就是上、下边频功率之和，也是用的部分就是上、下边频功率之和，也是用于传送信息的有用功率于传送信息的有用功率所增加的功率与所增加的功率与 的关系的关系am调幅波中包含有用信息的边带功率很小调幅波中包含有用信息的边带功率很小0000( )1coscos11coscos()cos()22AMcmacmacmacmvtVmttVtm Vtm Vt调幅原理调幅原理( (例例) )设某发射机所输出调幅波中的载波功设某发射机所输出调幅波中的载波功率为率为1 1000000W W。试

5、求其可能输出的最大。试求其可能输出的最大边带功率和最大总功率。当调幅系数边带功率和最大总功率。当调幅系数为为0.30.3时的边带功率和总功率是多少？时的边带功率和总功率是多少？max15002DSBcPPW解：最大输出功率在解：最大输出功率在m ma a=1=1时取得，故：时取得，故：maxmax1.5AMcDSBPPPkW当当m ma a= =0.30.3时，有：时，有：210.3452DSBcPPW1045AMcDSBPPPW调幅原理调幅原理( (五五) )双边带调制和单边带调制方式双边带调制和单边带调制方式( (一一) )若在传输前将载频抑若在传输前将载频抑制掉，就可以在不影制掉，就可以

6、在不影响信息传输的条件下响信息传输的条件下大大节省发射机的发大大节省发射机的发射功率射功率只传输两个边带的调只传输两个边带的调制方式即为抑制载频制方式即为抑制载频的双边带调制，简称的双边带调制，简称为双边带调制，为双边带调制，DSBDSB00( )cos()cos() 2acmDSBm Vvttt0000( )1coscos11coscos()cos()22AMcmacmacmacmvtVmttVtm Vtm Vt调幅原理调幅原理( (六六) )双边带调制和单边带调制方式双边带调制和单边带调制方式( (二二) )双边带调制双边带调制的时域波形的时域波形双边带调制双边带调制的带宽的带宽单边带调制

7、，单边带调制，SSBSSB单边带调制单边带调制的带宽及优的带宽及优点点单边带调制单边带调制要求收、发要求收、发两端的载波两端的载波严格同步严格同步调幅原理调幅原理( (七七) )残留边带调制方式残留边带调制方式请自行学习请自行学习低电平调幅电路简介低电平调幅电路简介低电平调幅电路是在发射机的末前级产生低电平调幅电路是在发射机的末前级产生已调波，再经过线性高频功率放大器放大已调波，再经过线性高频功率放大器放大后达到所需要的发射功率后达到所需要的发射功率由于起调制作用的非线性器件工作在中、由于起调制作用的非线性器件工作在中、小信号状态，因此较易获得高度线性的调小信号状态，因此较易获得高度线性的调幅

8、波，可用来产生普通调幅、单双边带波幅波，可用来产生普通调幅、单双边带波质量较好、采用较多的是用质量较好、采用较多的是用乘法器构成的乘法器构成的调幅电路调幅电路乘法器乘法器调幅电路调幅电路综述综述注意滤注意滤波器的波器的符号符号普通振幅调制电路普通振幅调制电路载波电压加载波电压加在在4 4端端输入馈通电输入馈通电压调零电路压调零电路接在接在8 8端端调制电压加调制电压加在在9 9端端外加可调直外加可调直流电压加在流电压加在1212端端0( )cos(1cos)( )( )cosymaxccmv tVVtVmtv tv tVt 00000( )(1cos)coscoscos()cos() 2acm

9、acmcmv tkVmtVtm kVVkVVttt /ammVV故可通过调整偏压改变调幅系数故可通过调整偏压改变调幅系数的大小的大小双边带调幅双边带调幅( (平衡调幅器平衡调幅器) )电路电路0( )cos( )cosxmycmv tVtv tVt0000( )coscoscos()cos() mcmmcmv tkVt VtkV Vtt 乘法器的乘法器的8 8端端和和1212端必须加端必须加入馈通电压调入馈通电压调零电路以便进零电路以便进行精确调零，行精确调零，否则在输出端否则在输出端会出现很大的会出现很大的载漏电压载漏电压单边带调幅电路单边带调幅电路( (一一) )可在左图所示可在左图所示电

10、路后面使用电路后面使用适当的滤波器适当的滤波器以得到单边带以得到单边带调幅信号，即调幅信号，即滤波法滤波法滤波法要求带滤波法要求带通滤波器具有通滤波器具有极为陡峭的、极为陡峭的、接近于矩形的接近于矩形的衰减特性衰减特性解决方法之一为采用移相法解决方法之一为采用移相法单边带调幅电路单边带调幅电路( (二二) )单音调制的上边带信号可以表示为：单音调制的上边带信号可以表示为：移相法不再需要移相法不再需要制作衰减特性极制作衰减特性极其陡峭的滤波器其陡峭的滤波器000( )cos()coscossinsincmmcmmcmmv tKV VtKV VttKV Vtt 移相法的缺点：移相法的缺点：要求移相

11、网络在要求移相网络在整个频带范围内整个频带范围内都要准确地移相都要准确地移相9090二极管调幅电路二极管调幅电路单二极管调幅电路单二极管调幅电路二极管平衡调幅电路二极管平衡调幅电路二极管环形调幅电路二极管环形调幅电路其原理均利用了二极管器件的其原理均利用了二极管器件的非线性非线性可自学或参照可自学或参照4.4(4.4(变频原理与变频原理与电路电路) )中的相关内容中的相关内容高电平调幅电路高电平调幅电路( (一一) )高电平调幅电路高电平调幅电路是由发射机最后是由发射机最后一级直接产生满一级直接产生满足发射功率要求足发射功率要求的已调波的已调波为获得大的输出功率和高效率，用调制信为获得大的输出

12、功率和高效率，用调制信号控制谐振放大电路的输出功率来实现调号控制谐振放大电路的输出功率来实现调幅，即直接利用功放级晶体管工作在幅，即直接利用功放级晶体管工作在乙类乙类或丙类的非线性状态或丙类的非线性状态实现频谱的搬移作用实现频谱的搬移作用主要用来产生普通调幅波。其突出优点是主要用来产生普通调幅波。其突出优点是整机效率高，适用于大型通信或广播设备整机效率高，适用于大型通信或广播设备的普通调幅发射机的普通调幅发射机主要有集电极调幅、基极调幅以及集电极主要有集电极调幅、基极调幅以及集电极- -基极基极( (或发射极或发射极) )组合调幅组合调幅高电平调幅电路高电平调幅电路( (二二) )集电极调幅电

13、路集电极调幅电路即用调制信号改即用调制信号改变高频谐振功率变高频谐振功率放大器的集电极放大器的集电极电源电压，以实电源电压，以实现调幅现调幅( )cosCCCmvtVVt基极调幅电路即基极调幅电路即用调制信号改变用调制信号改变高频谐振功率放高频谐振功率放大器的基极电源大器的基极电源电压，以实现调电压，以实现调幅幅( )cosBBBmv tVVt过压过压欠压欠压检波器综述检波器综述调幅波的解调又称作振幅检波，把高调幅波的解调又称作振幅检波，把高频已调波还原为低频信号的装置叫做频已调波还原为低频信号的装置叫做幅度检波器，简称为检波器幅度检波器，简称为检波器检波方式的分类及其适用场合：峰值检波方式的

14、分类及其适用场合：峰值包络检波适用于解调普通的调幅波；包络检波适用于解调普通的调幅波；乘积检波还可以解调双边带及单边带乘积检波还可以解调双边带及单边带调幅信号调幅信号检波器必须利用非线性元件来完成检波器必须利用非线性元件来完成检波器的技术指标：检波器的技术指标：检波效率检波效率 要高要高dK检波器的输入电阻检波器的输入电阻 要大要大iR检波失真要小检波失真要小检波器的滤波器的滤波性能要好检波器的滤波器的滤波性能要好大信号峰值包络检波的工作原理大信号峰值包络检波的工作原理( (一一) )线性检波的含义线性检波的含义大信号二极管检波的物理过程大信号二极管检波的物理过程大信号峰值包络检波的工作原理大

15、信号峰值包络检波的工作原理( (二二) )由于电容上的波动电压略小于载波电由于电容上的波动电压略小于载波电压的峰值，只要设法把波动的高频部压的峰值，只要设法把波动的高频部分滤除掉，就可以得到有用的检波输分滤除掉，就可以得到有用的检波输出信号电压，如选择较大的时间常数出信号电压，如选择较大的时间常数输出电压既包含低频分量、直流分量，输出电压既包含低频分量、直流分量，也包含锯齿型电压也包含锯齿型电压大信号峰值包络检波的性能指标大信号峰值包络检波的性能指标( (一一) )电压传输系数电压传输系数dK峰值包络检波时，输出电压的大小接近于峰值包络检波时，输出电压的大小接近于输入电压的振幅。一般地说，这种

16、检波方输入电压的振幅。一般地说，这种检波方式电压传输系数较大，可达式电压传输系数较大，可达0.90.9以上以上输入电阻输入电阻iR决定电压传输系数的因素为决定电压传输系数的因素为 和和drLR(),2LLdiRif RrR大信号峰值包络检波的性能指标大信号峰值包络检波的性能指标( (二二) )惰性失真惰性失真( (对角切割失真对角切割失真) )产生原因产生原因防止方法：防止方法：必须在任何一个高必须在任何一个高频信号周期内输入频信号周期内输入信号包络下降最快信号包络下降最快的时刻，保证电容的时刻，保证电容器器 通过负载通过负载 的的放电速度大于包络放电速度大于包络下降速度下降速度CLR2max

17、1aLamR Cm510LcR C2max1510aLcamR Cm大信号峰值包络检波的性能指标大信号峰值包络检波的性能指标( (三三) )负峰切割失真负峰切割失真电路结构说明电路结构说明22L iLLiR rRRRr负峰切割失真的产生负峰切割失真的产生原理原理避免负峰切割失避免负峰切割失真的条件和方法真的条件和方法1222122LLLLiLLiRRRRrRRRr22iaLiLrRmRrR大信号峰值包络检波的性能指标大信号峰值包络检波的性能指标( (四四) )还需要考虑电容还需要考虑电容 对调制信号上限频对调制信号上限频率率 以及电容以及电容 对下限频率对下限频率 的的影响，必须保证影响，必须

18、保证 和和 ，才能避免检波器的频率，才能避免检波器的频率失真失真CCCmaxminmax1/()LRC2max1/()iCrC乘积型同步检波器乘积型同步检波器( (一一) )可用于解调抑制载波的双边带及单边可用于解调抑制载波的双边带及单边带信号带信号rv其特点为在接收端提供一个与载波同其特点为在接收端提供一个与载波同步的本地振荡信号步的本地振荡信号 ，又称，又称相干相干信号信号可使用由模拟乘法器构成的乘积检波可使用由模拟乘法器构成的乘积检波或由二极管构成的平衡同步检波电路或由二极管构成的平衡同步检波电路普通调幅普通调幅波的解调波的解调电路电路0 时：时：相干解调相干解调的原理的原理00001(

19、 )cos22211cos(2)cos(2)1s44co2cmrmcmrcmrmmcmrmamracmkV VkV Vv tkV VtkV V mtttkVmV00( )(1cos)cos,( )cos()AMcmarrmvtVmtt v tVt乘积型同步检波器乘积型同步检波器( (二二) )001( )cosco1os2s22cacmramcmrmkm V Vtv tkm V Vtt模拟乘法器检波的优点：检波线性好；模拟乘法器检波的优点：检波线性好；对同步信号的幅度大小无严格要求对同步信号的幅度大小无严格要求为何不为何不做限幅？做限幅？00( )coscos,( )cosDSBacmrrmv

20、tm Vtt v tVt 正交振幅调制与解调正交振幅调制与解调( (一一) )使用两个独立的基带信号对两个频使用两个独立的基带信号对两个频率相同，但相位相差率相同，但相位相差9090的正弦载的正弦载波分别进行抑制载波的双边带调制。波分别进行抑制载波的双边带调制。Quadrature Amplitude Quadrature Amplitude Modulation, QAMModulation, QAMQAMQAM由两路振幅调制构成，这两路由两路振幅调制构成，这两路振幅调制的载波同频正交，调制信振幅调制的载波同频正交，调制信号相互独立，在同一带宽内利用频号相互独立，在同一带宽内利用频谱的正交性

21、质实现两路并行的数字谱的正交性质实现两路并行的数字信息传输信息传输正交振幅调制与解调正交振幅调制与解调( (二二) )0( )coscv tt000( )( )cos( )sinIQv tv ttvtt已调波所占频带仅为两路信号中的较已调波所占频带仅为两路信号中的较宽者，而非两路频带之和，从而可以宽者，而非两路频带之和，从而可以节省传输带宽，提高传输效率节省传输带宽，提高传输效率正交振幅调制与解调正交振幅调制与解调( (三三) )20000000( )cos( )cos( )sincos11( )( )cos2( )sin222IQIIQv ttv ttvtttv tv ttvtt200000

22、00( )sin( )cossin( )sin11( )( )sin2( )cos222IQQIQv ttv tttvttvtv ttvtt正交振幅调制与解调正交振幅调制与解调( (四四) )只要两路载波严格正交，两路信号只要两路载波严格正交，两路信号之间就不会有干扰之间就不会有干扰可以实现两路信号并行传输，而不可以实现两路信号并行传输，而不用额外的带宽用额外的带宽与数字调制结合后，可采用多进制与数字调制结合后，可采用多进制方式，传输效率高，抗干扰能力强方式，传输效率高，抗干扰能力强调角波综述调角波综述用调制信号调制高频载波的角频率或用调制信号调制高频载波的角频率或相位，使其随调制信号规律变化

23、，可相位，使其随调制信号规律变化，可以称为以称为调角波调角波。其表现为载波的总瞬。其表现为载波的总瞬时相角的变化时相角的变化调角波的特点是载波的调角波的特点是载波的角度角度随基带调随基带调制信号的幅度变化，而载波的幅度保制信号的幅度变化，而载波的幅度保持不变持不变调角波是频率的非线性搬移，增加了调角波是频率的非线性搬移，增加了许多组合频率，因而属于许多组合频率，因而属于非线性调制非线性调制鉴频即将调制信号从调频信号中解调鉴频即将调制信号从调频信号中解调出来的过程；鉴相即将调制信号从调出来的过程；鉴相即将调制信号从调相信号中解调出来的过程相信号中解调出来的过程调角波的基本概念调角波的基本概念在没

24、有进行调制时：在没有进行调制时：即不论是调频还是调相都要引起相角即不论是调频还是调相都要引起相角的变化，故可把调频与调相统称为的变化，故可把调频与调相统称为角角度调制度调制0( )cos()cos ( )cmcmv tVtVt00( )( ),tttt 在角度调制时：在角度调制时：00( )( ),( )( )tdttortddt 调频波调频波(FM)(FM)的表示式及波形的表示式及波形频率调制是使载波信号的振荡频率按频率调制是使载波信号的振荡频率按照调制信号振幅的瞬时值变化的过程照调制信号振幅的瞬时值变化的过程( )cos)mif vtVt000( )( )coscosfffmftk vtk

25、 Vtt：最大角频偏：最大角频偏f00( )sinffttmt ：调制指数说明：调制指数说明了调制深度，了调制深度，可可取任意值取任意值fmfffk Vfmf00( )cos( )cos(sin)FMcmfcmfvtVtVtmt 例例332cos3103cos410 ( )vtt V4/fkkHz V75cos210 ( )cvt V设调制信号为设调制信号为 ，载波信号为载波信号为 ，调频灵敏度，调频灵敏度为为 ，试写出此，试写出此FMFM信号表达式信号表达式7( )2102( )ftk vt解：解：0733( )5cos( )165cos(210sin(310 )6sin(410 )3tFM

26、vtt dtttt调相波调相波(PM)(PM)的表示式及波形的表示式及波形调相波是使载波信号的相角按照调制调相波是使载波信号的相角按照调制信号的变化规律而发生偏移的过程信号的变化规律而发生偏移的过程( )cos)mif vtVt000000( )( )coscospppmpttk vttk Vttmt：调相指数：调相指数pppmmk V 0( )sinpptt 为最大角频偏为最大角频偏p00( )cos(cos)PMcmpvtVtmt 调相波的时域波形调相波的时域波形调角波的进一步分析调角波的进一步分析调角波是载波振幅始终保持不变的疏调角波是载波振幅始终保持不变的疏密波密波单音调制的调频波和调

27、相波的表示式，单音调制的调频波和调相波的表示式，均可用均可用 ( (或或 ) )以及定义截然不同的以及定义截然不同的三个参数三个参数 、 和和 ( (或或 ) )来描述来描述fmpm0fp在调频波中，在调频波中， 与与 成正比，而成正比，而与与 无关；无关； 与与 成正比，而成正比，而与与 成反比成反比ffmk VmV/ffmmk VmV在调相波中，在调相波中， 与与 成正比，而成正比，而与与 无关；无关； 与与 和和 的乘积的乘积成正比成正比ppmmk VmVppmk VmV例例设一组正弦调制信号的频率为设一组正弦调制信号的频率为3003400Hz3003400Hz，用该调制信号进行调频时，

28、最大频偏为用该调制信号进行调频时，最大频偏为75kHz75kHz；调相时，最大相偏为；调相时，最大相偏为1.5rad1.5rad。试。试求调频时调制指数的变化范围；调相时最求调频时调制指数的变化范围；调相时最大频偏的变化范围大频偏的变化范围调频时：调频时：3maxmin3minmax75 1025030075 10223400fmfffffffk Vfmffmffmf故在调频电路中，最大角频偏不变，但调故在调频电路中，最大角频偏不变，但调频指数有很大变化频指数有很大变化调相时：调相时：maxmaxminmin1.5 34005.11.5 300450pppmppppfm fk Vffm fkH

29、zfm fHz故在调相电路中，调相指数不变，但最大故在调相电路中，调相指数不变，但最大角频偏有很大变化角频偏有很大变化调角波的频谱调角波的频谱0000( )cos(sin)( )cos(cos)FMcmfPMcmpvtVtmtvtVtmt 00( )cos(sin)cmv tVtmt 000100002000030000( )( )cos()( )cos()cos()( )cos(2 )cos(2 )( )cos(3 )cos(3 )cmcmcmcmv tV JmtV J mttV JmttV J mtt 调角波信号的频谱由载波频率和无穷多个调角波信号的频谱由载波频率和无穷多个边频组成，相邻两

30、边频之间的频差均为边频组成，相邻两边频之间的频差均为随着随着m m值的增大，具有较大振幅的边频分值的增大，具有较大振幅的边频分量数目增加，载频分量振幅呈衰减趋势量数目增加，载频分量振幅呈衰减趋势调角波的总功率为常数，不随调制指数的调角波的总功率为常数，不随调制指数的变化而改变。变化而改变。调角波的频谱宽度调角波的频谱宽度理论上为无限宽，但有效带宽有限理论上为无限宽，但有效带宽有限窄带调制窄带调制(1)m 此时调角信号的频谱由载频此时调角信号的频谱由载频 和一对和一对振幅相同、相位相反的上下边频组成。振幅相同、相位相反的上下边频组成。带宽带宽c2BW 宽带调制宽带调制忽略掉那些振幅小于载频幅度忽

31、略掉那些振幅小于载频幅度10%10%的边的边频分量后，调角信号的有效频谱宽度频分量后，调角信号的有效频谱宽度为为2(1)2()BWm m m较大时，较大时， 。此时调角波的有。此时调角波的有效频谱宽度基本上与调制频率效频谱宽度基本上与调制频率 无关无关2BW 多频时？多频时？考虑最高频率考虑最高频率例例已知载波信号为已知载波信号为 ，调制，调制信号为信号为 ，试分别写出以，试分别写出以下两种情况下已调波的表达式及带宽下两种情况下已调波的表达式及带宽1.1.调频，且调频，且2.2.调相，且调相，且60( )4cos250 10 ( )v tt V3( )3cos25 10 ( )vtt V 2/

32、fkkHz V3/pkrad V解：解：6330( )( )250 1026 10 cos25 10ftk vtt 1.2fm 630( )4cos(250 101.2sin25 10)( )FMvtttV 2(1)22fBWmfkHz63000( )( )250 109cos25 10pttk vttt 9pm 630( )4cos(250 109cos25 10 )( )PMvttt V 2(1)100pBWmfkHz近似使用公式近似使用公式例例解：解：频率为频率为100MHz100MHz的载波被频率为的载波被频率为10kHz10kHz的正弦的正弦信号进行频率调制，最大频偏为信号进行频率调

33、制，最大频偏为100kHz100kHz。求：求：1.1.求此时调频波的带宽。求此时调频波的带宽。2.2.若若 加倍，加倍， 不变，带宽是多少不变，带宽是多少? ?3.3.若若 和和 都增大一倍，带宽又如何变化都增大一倍，带宽又如何变化? ?4.4.若在第二问的基础上将调制信号频率加若在第二问的基础上将调制信号频率加倍，带宽又如何变化倍，带宽又如何变化? ?mvfkmvfk100/1010fmkHzkHz2(101) 10220BWkHzkHz200ffmfk VkHz2(200 10)420BWkHzkHz400ffmfk VkHz2(40010)820BWkHzkHz200ffmfk VkH

34、z2(20020)440BWkHzkHz三种基本调制方式的比较三种基本调制方式的比较( (一一) )抗干扰性抗干扰性在单频干扰情况下，在单频干扰情况下，AMAM、FMFM与与PMPM调调制的已调波信号的电压信噪比的比制的已调波信号的电压信噪比的比值大约等于各自调制指数值大约等于各自调制指数 、 与与 的比值。的比值。注意：调幅与调角中调制注意：调幅与调角中调制系数的定义与主要因素有所不同系数的定义与主要因素有所不同fmpmam调角波的缺点：占据较宽的传送频带调角波的缺点：占据较宽的传送频带三种基本调制方式的比较三种基本调制方式的比较( (二二) )信号频谱宽度信号频谱宽度易知随着调制信号频率高

35、易知随着调制信号频率高低的变化，调相波的频谱低的变化，调相波的频谱有效宽度是变化的有效宽度是变化的故在右图所示情况中，调故在右图所示情况中，调频信号具有更好的带宽利频信号具有更好的带宽利用率及抗干扰能力用率及抗干扰能力因此在模拟通信系统中广因此在模拟通信系统中广泛采用调频制而很少采用泛采用调频制而很少采用调相制，调相只作为实现调相制，调相只作为实现间接调频的中间过程间接调频的中间过程调制信号的角频率调制信号的角频率 改变时，改变时， 与调制频率与调制频率 成反比；而成反比；而 则与则与 无关，因此两者的谱宽有很大的区别无关，因此两者的谱宽有很大的区别/ffmmk Vppmmk V三种基本调制方

36、式的比较三种基本调制方式的比较( (三三) )调幅信号调幅信号000sinftmt 00( )ptk vt调频信号调频信号调相信号调相信号频频率率相相角角( )cmaVk vt0sinpmt0( )fk vt窄带时：窄带时：2BW 宽带时：宽带时：2(1)2()mcmVcmV2BW /fmfmmkVkVppmppmk Vm/amcmmkVV0( )cos()ccmv tVt载波：载波：调制信号：调制信号：( )cosmvtVt00t其其它它参参数数振振幅幅调频电路的工作原理综述调频电路的工作原理综述频率调制是对于调制信号频谱进行非频率调制是对于调制信号频谱进行非线性变换，不是线性搬移，不能简单

37、线性变换，不是线性搬移，不能简单地用乘法器和滤波器来实现地用乘法器和滤波器来实现直接调频法直接调频法利用调制信号直接控制振利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，从而获得调频信号荡器的振荡频率，从而获得调频信号间接调频法间接调频法通过调相实现调频，其频通过调相实现调频，其频偏较小，不易获得较深调制，线路也偏较小，不易获得较深调制，线路也比较复杂比较复杂产生调频信号时的主要技术要求：产生调频信号时的主要技术要求：调频失真要小调频失真要小中心频率要具有一定的频率稳定度中心频率要具有一定的频率稳定度调制灵敏度调制灵敏度 要尽可能高一要尽可能高一些些/mSf V 直接调频电路直接调频电路变容二极管直接调

38、频电路变容二极管直接调频电路/200(1cos)12jQffmtfLC(1cos)jQjCCmt0(2)(1cos)ifffmt优点：电路简单、工作频率较高，容易获优点：电路简单、工作频率较高，容易获得较大频偏，频偏不大时非线性失真较小得较大频偏，频偏不大时非线性失真较小缺点：一致性较差、中心频率漂移缺点：一致性较差、中心频率漂移间接调频电路：可变移相法调相电路间接调频电路：可变移相法调相电路( (一一) )直接调频电路的优点：容易取得大的直接调频电路的优点：容易取得大的频偏；缺点：频率稳定度低频偏；缺点：频率稳定度低调相与调频有调相与调频有9090的相位差的相位差设积分电路中设积分电路中有有

39、1/RC ,fmpfpmfk Vkmk VkRC可与式可与式4.2.64.2.6对照对照( )sinmVvttRC0( )cos(sin)FMCmfvtVtmt000( )cos ( )cos(cos)( )cos ( )cos(cos)FMcmcmfmPMcmcmpmvtVtVk Vt dtvtVtVtk Vt 间接调频电路：可变移相法调相电路间接调频电路：可变移相法调相电路( (二二) )积分积分- -调相式间接调频电路中，在回路调相式间接调频电路中，在回路端电压的相位随调制信号改变的同时，端电压的相位随调制信号改变的同时，回路等效阻抗的模值也随之变化，从回路等效阻抗的模值也随之变化，从而

40、导致了调相波振幅的变化，产生了而导致了调相波振幅的变化，产生了不必要的不必要的寄生调幅寄生调幅，而且相位偏移越，而且相位偏移越大，这种寄生调幅也越大。同时，大，这种寄生调幅也越大。同时，调调相的非线性失真相的非线性失真也会随相位的偏移而也会随相位的偏移而明显增大。为了防止明显的寄生调幅明显增大。为了防止明显的寄生调幅和过大的非线性失真，必须对相移的和过大的非线性失真，必须对相移的大小加以限制。因此，这种间接调频大小加以限制。因此，这种间接调频电路一般不能够直接取得频偏过大的电路一般不能够直接取得频偏过大的信号信号间接调频电路：可变延时法调相电路间接调频电路：可变延时法调相电路请自行学习请自行学

41、习扩展线性频偏的方法扩展线性频偏的方法注意相对频偏的定义注意相对频偏的定义及各点的相对频偏：及各点的相对频偏：0mmfm另外一种方案为先在低频实现调频，另外一种方案为先在低频实现调频，然后再倍频然后再倍频鉴频器、鉴相器的主要参数鉴频器、鉴相器的主要参数鉴频器的主要任务是把调频已调波鉴频器的主要任务是把调频已调波中心频率的变化变换为电压的变化中心频率的变化变换为电压的变化斜率鉴频斜率鉴频相位鉴频相位鉴频脉冲计数式鉴频脉冲计数式鉴频利用门电路或锁相环路进行鉴频利用门电路或锁相环路进行鉴频鉴频鉴频( (相相) )器特性器特性的若干主要指标：的若干主要指标：灵敏度灵敏度线性范围线性范围非线性失真非线性

42、失真鉴相器的主要任务是把检出两个输入鉴相器的主要任务是把检出两个输入信号间的相位差变换为电压信号间的相位差变换为电压鉴相器的工作原理鉴相器的工作原理( (一一) )在模拟电子线路中，通常采用乘法器作相在模拟电子线路中，通常采用乘法器作相位检波。鉴相器由乘法器和低通滤波器构位检波。鉴相器由乘法器和低通滤波器构成成当加到乘法器两个输入信号的频率相同但当加到乘法器两个输入信号的频率相同但相位不同时，其输出电压将与输入信号的相位不同时，其输出电压将与输入信号的相位差成比例。利用这个特性，可用乘法相位差成比例。利用这个特性，可用乘法器构成鉴相器电路，使之能够将两个同频器构成鉴相器电路，使之能够将两个同频

43、率信号之间的相位差转换成输出电压率信号之间的相位差转换成输出电压鉴相器的工作原理鉴相器的工作原理( (二二) )0(cos )/2pxmymvkk V V鉴相特性呈余弦性质鉴相特性呈余弦性质相位应该选择在相位应该选择在 附近附近2两个输入均为小信号两个输入均为小信号( (频率相同，相位差频率相同，相位差为为 ) )( )cos,( )cos()xxmyymv tVt v tVt0( )( )( )coscos(2)/ 2xyxmymv tkv t v tkV Vt鉴相器的工作原理鉴相器的工作原理( (三三) )02cosxmymvkV V设输入信号设输入信号 为开为开关信号，将其用傅立关信号，

44、将其用傅立叶级数展开并将相乘叶级数展开并将相乘结果经过低通滤波器，结果经过低通滤波器，可得：可得：( )xv t 为大信号，为大信号， 为小信号正弦波为小信号正弦波( )xv t( )yv t鉴相器的工作原理鉴相器的工作原理( (四四) )将输入用傅立叶级数将输入用傅立叶级数展开后并将相乘结果展开后并将相乘结果经过低通滤波器，可经过低通滤波器，可得：得：0(1 2 /),0(2 /3),2xmymxmymkV VvkV V 线性鉴相器线性鉴相器工作波形略工作波形略设设 与与 均为大信号均为大信号( (开关信号开关信号) )( )xv t( )yv t乘积型相位鉴频器乘积型相位鉴频器的的工作原理

45、工作原理移相网络可采用并联谐振回路或耦合回路移相网络可采用并联谐振回路或耦合回路用于大信号鉴相的用于大信号鉴相的乘法器，其输出直乘法器，其输出直流的电压与相移流的电压与相移 成正比成正比00( )( )( )( )FMvtv tvvtvt变频器概述变频器概述变频：把已调信号的变频：把已调信号的载频变换载频变换成某一成某一固定的频率固定的频率( (一般称为一般称为中频中频) )，且在频，且在频率变换过程中，调制类型率变换过程中，调制类型( (如调幅、如调幅、调频等调频等) )和调制参数和调制参数( (如调制频率、调如调制频率、调制指数等制指数等) )都不改变都不改变实现变频作用的电路就称为变频器

46、实现变频作用的电路就称为变频器例如调幅广播中的中频为例如调幅广播中的中频为465kHz465kHz，调频，调频广播中的中频为广播中的中频为10.7MHz10.7MHz0f变频是一种频谱搬移过程，将已调波变频是一种频谱搬移过程，将已调波的载波频率从原来的高频的载波频率从原来的高频 变为中变为中频频 ，而调制信号的频谱和振幅的变，而调制信号的频谱和振幅的变化规律保持不变，故化规律保持不变，故可用振幅调制或可用振幅调制或解调的类似方法来实现解调的类似方法来实现变频变频lf超外差式接收机的一般框图超外差式接收机的一般框图直接放大式接收机的缺点：直接放大式接收机的缺点：灵敏度低灵敏度低由于天线接收到的高

47、频信号根据需要由于天线接收到的高频信号根据需要的不同而具有不同的频率，这就需要接的不同而具有不同的频率，这就需要接收机中的高频小信号放大器是一个频率收机中的高频小信号放大器是一个频率可变高增益的高频放大器，从而技术难可变高增益的高频放大器，从而技术难度和造价都很高度和造价都很高超外差式接收机的优点：超外差式接收机的优点：降低了中频放大器的技术难度和制造成降低了中频放大器的技术难度和制造成本本可以通过多级放大器提高中频放大器的可以通过多级放大器提高中频放大器的增益，以提高接收机的灵敏度增益，以提高接收机的灵敏度CDMA2000 1XCDMA2000 1X射频接收机模块示意图射频接收机模块示意图变

48、频器变频器的组成的组成若输入信号为调频波若输入信号为调频波0cos(sin)FMcmfvVtmt0cos()sincos(sin)llmrflmlfvVtmtVtmt若输入信号为调幅波若输入信号为调幅波0(1cos)cosAMcmavVmtt0(1cos)cos()(1cos)cosllmarlmalvVmttVmtt混频器与变频器的混频器与变频器的定义及区别定义及区别变频电路的性能指标变频电路的性能指标变频增益：指输出中频电压振幅与输入变频增益：指输出中频电压振幅与输入高频电压振幅之比高频电压振幅之比/vClmcmAVV噪声系数：输入端信噪比与输出端信噪噪声系数：输入端信噪比与输出端信噪比之

49、比比之比/iillSNFSN选择性：要求中频回路的矩形系数接近选择性：要求中频回路的矩形系数接近于于1 1失真与干扰：变频器的失真有频率失真失真与干扰：变频器的失真有频率失真和非线性失真，此外还有各种非线性干扰。和非线性失真，此外还有各种非线性干扰。因此要求变频器件最好工作在其特性曲线因此要求变频器件最好工作在其特性曲线的的平方项区域平方项区域，使之既能完成频率变换，使之既能完成频率变换，又能防止失真，抑制各种干扰又能防止失真，抑制各种干扰乘积型混频器乘积型混频器乘积型混频器的优点：乘法器输出端无用乘积型混频器的优点：乘法器输出端无用的频率分量较少，对滤波器要求不很高的频率分量较少，对滤波器要

50、求不很高0( )(1cos)cosAMcmavtVmtt( )(1cos)cosllmalv tVmtt二极管大信号变频二极管大信号变频( (一一) )使用二段直折线代替二极管特性使用二段直折线代替二极管特性,(0.5)( ),(0.5)rmrrrrmrrVif nTtnTv tVifnTtnT ( )( )( )icrv tv tv t00(),( )sin2rrmcmrmif vVv tVf tV 0(),( )0rrmif vVv t 二极管大信号变频二极管大信号变频( (二二) )00(),( )sin2rrmcmrmif vVv tVf tV 0( )( )( )crmv tv tV

51、H t开关开关函数函数1,(0.5)( )0,(0.5)(1)rrrrnTtnTH tnTtnT 可使用傅立叶级数展开开关函数，并代入可使用傅立叶级数展开开关函数，并代入至至 中，得：中，得：0( )v t00011102002( 1)cos(21)11sin2(21)1( 1)sin(21)1(21)sin(sin()sin(2) 1)2cmrnrmrrnncmrnrcmrmVntnVntnVtntVtv tVt实现变频功能，非线性特性是根本，实现变频功能，非线性特性是根本，频率搬移是目的频率搬移是目的本电路优点：高频产物少，且输出中的无本电路优点：高频产物少，且输出中的无用高频分量频率均远

52、离有用信号频率用高频分量频率均远离有用信号频率采用滤波器选出其采用滤波器选出其中一个边频即可中一个边频即可二极管环型混频器二极管环型混频器( (一一) )1,cos0( )0,cos0rrtH tt( )H t可使用傅氏级数展开可使用傅氏级数展开假设：高频有用信号很小，本振电压很大；假设：高频有用信号很小，本振电压很大；二极管为理想，在本振信号下相当于一个二极管为理想，在本振信号下相当于一个开关开关二极管环型混频器二极管环型混频器( (二二) )当本振电压当本振电压为正半周时：为正半周时：11212( )( )Lciiiav t H t1121()( )()( )crcria vv H tiavv H t二极管环型混频器二极管环型混频器( (三三) )当本振电压当本振电压为负半周时：为负半周时：3242()( )()( )crcria vv H tiavv H t24322( )( )Lciiiav t H t 21( )()2rTH tH t二极管环型混频器二极管环型混频器( (四四) )243