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1、,7.0概述,AM,FM,幅度調(diào)制,角度調(diào)制,調(diào)頻FM,調(diào)相PM,載波信號(hào)的受控參量,振幅,頻率,相位,解調(diào)方式,相干解調(diào)或非相干解調(diào),鑒頻或頻率檢波,鑒相或相位檢波,解調(diào)方式的差別,頻譜線性搬移頻譜結(jié)構(gòu)無(wú)變化,頻譜非線性頻譜結(jié)構(gòu)發(fā)生變化屬于非線性頻率變換,特點(diǎn),頻帶窄頻帶利用率高,頻帶寬頻帶利用不經(jīng)濟(jì)、抗干擾性強(qiáng),用途,廣播電視通信遙測(cè),數(shù)字通信,調(diào)幅AM,概述,廣播,第7章 頻率調(diào)制與解調(diào),7.1 調(diào)頻信號(hào)分析 7.2 調(diào)頻器與調(diào)頻方法7.3 調(diào)頻電路7.4 鑒頻器與鑒頻方法 7.5 鑒頻電路 7.6 調(diào)頻收發(fā)信機(jī)及特殊電路7.7 調(diào)頻多重廣播,重點(diǎn)：,1. 調(diào)頻波的基本特性（數(shù)學(xué)表達(dá)式，

2、波形圖，頻譜圖，頻帶寬度， ）,2變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的典型電路，工作原理及分析,3變?nèi)荻O管調(diào)相間接調(diào)頻電路。,4鑒頻的原理與實(shí)現(xiàn)方法?；ジ旭詈舷辔昏b頻器,難點(diǎn)：,1調(diào)頻與調(diào)相的區(qū)別。,2變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路。 3. 互感耦合相位鑒頻器,概述,高頻振蕩的振幅不變，而角度隨調(diào)制信號(hào) 按一定關(guān)系變化。,高頻振蕩的振幅不變，而其瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào) 線性關(guān)系變化，這樣的已調(diào)波稱為調(diào)頻波，常用FM表示。,高頻振蕩的振幅不變，而其瞬時(shí)相位隨調(diào)制信號(hào) 線性關(guān)系變化。這樣的已調(diào)波稱為調(diào)相波，常用PM表示。,角度調(diào)制分為相位調(diào)制和頻率調(diào)制兩類(lèi)，統(tǒng)稱為調(diào)角。,一、角度調(diào)制電路的功能與分類(lèi),1.角度調(diào)制,2.

3、角度調(diào)制的分類(lèi),3.相位調(diào)制,4.頻率調(diào)制,二、角度調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)與用途,優(yōu)點(diǎn):1、抗干擾能力強(qiáng)2、FM廣播音質(zhì)好，但BW寬，波段內(nèi)容納的電臺(tái)數(shù)小；主要用于超短波波段。 如：調(diào)頻廣播：（88108）MHz，BW=180KHZ。3發(fā)射功率小。作用:調(diào)頻主要用于調(diào)頻廣播、廣播電視、通信與遙控遙測(cè)等。調(diào)相主要用于數(shù)字通信。,7.1 調(diào)頻信號(hào)分析,7.1.1 調(diào)頻信號(hào)的參數(shù)與波形1、時(shí)域表達(dá)式令u(t)=Ucost, uC=UCcosct, 調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)角頻率為,為了分析方便,不妨設(shè)0=0,圖71 調(diào)頻波波形,2、波形,圖72 調(diào)頻波fm、mf與F的關(guān)系,： 是比例常數(shù)，表示,3、調(diào)頻信號(hào)的基本參數(shù),：

4、載波角頻率，它是沒(méi)有受調(diào)時(shí)的載波頻率。,：調(diào)制信號(hào)角頻率，它反映了受調(diào)制的信號(hào)的瞬時(shí)頻率變化的快慢。,：相對(duì)于載頻的最大角頻偏(峰值角頻偏),：最大頻偏,對(duì)最大角頻偏的控制能力，它,是單位調(diào)制電壓產(chǎn)生的頻率偏移量，稱為調(diào)頻靈敏度。,：調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù) 。,與,成正比），與,成反比。,7.1.2 調(diào)頻波的頻譜 1調(diào)頻波的展開(kāi)式,（75）,式中Jn(mf)是宗數(shù)為mf的n階第一類(lèi)貝塞爾函數(shù),它可以用無(wú)窮級(jí)數(shù)進(jìn)行計(jì)算。,（76）,7.1.2 調(diào)頻波的頻譜,（77）,圖73 第一類(lèi)貝塞爾函數(shù)曲線,圖74 單頻調(diào)制時(shí)FM波的振幅譜（a）為常數(shù);（b）m為常數(shù),2調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)和特點(diǎn),這些邊頻對(duì)稱地分布

5、在載頻兩邊，其幅度決定于調(diào)制指數(shù) 。,調(diào)頻波是由載波,與無(wú)數(shù)邊頻,組成，,調(diào)頻波的特點(diǎn)：,圖75 調(diào)頻信號(hào)的矢量表示,7.1.3 調(diào)頻波的信號(hào)帶寬 通常采用的準(zhǔn)則是,信號(hào)的頻帶寬度應(yīng)包括幅度大于未調(diào)載波1%以上的邊頻分量,即 |Jn(mf)| 0.01 當(dāng)mf很大時(shí),此時(shí)帶寬為 Bs=2nF=2mfF=2fm （79） 當(dāng)mf很小時(shí),如mf0.5,為窄頻帶調(diào)頻,此時(shí) Bs=2F （710）,對(duì)于一般情況,帶寬為 Bs=2(mf+1)F=2(fm+F) （711）,7.1.4 調(diào)頻波的功率 調(diào)頻信號(hào)uFM(t)在電阻RL上消耗的平均功率為,由于余弦項(xiàng)的正交性,總和的均方值等于各項(xiàng)均方值的總和,由

6、式（77）可得,（713）,（714）,（715）,7.1.5 調(diào)頻波與調(diào)相波的比較 1調(diào)相波 調(diào)相波是其瞬時(shí)相位以未調(diào)載波相位c為中心按調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化的等幅高頻振蕩。如u(t)=Ucost, uC=UCcosct 并令0=0, 則其瞬時(shí)相位為 (t)=ct+(t)=ct+kpu(t) =ct+mcost=ct+mpcost （716） 從而得到調(diào)相信號(hào)為 uPM(t)=UCcos(ct+mpcost) （717）,圖77 調(diào)相波波形,2、波形,3、參數(shù),（718）,圖78 調(diào)相波fm、mp與F的關(guān)系,(t)=ct+(t)=ct+kpu(t),調(diào)相波的瞬時(shí)頻率為,調(diào)相波的瞬時(shí)相位為,調(diào)制度,

7、最大頻偏,4、頻譜 至于PM波的頻譜及帶寬,其分析方法與FM相同。調(diào)相信號(hào)帶寬為 Bs=2(mp+1)F (719),圖79 調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系,2調(diào)頻波與調(diào)相波的比較,調(diào)頻波與調(diào)相波的比較,在本節(jié)結(jié)束前,要強(qiáng)調(diào)幾點(diǎn): （1）角度調(diào)制是非線性調(diào)制,在單頻調(diào)制時(shí)會(huì)出現(xiàn)（cn）分量,在多頻調(diào)制時(shí)還會(huì)出現(xiàn)交叉調(diào)制（cn1k2+）分量。 （2）調(diào)頻的頻譜結(jié)構(gòu)與mf密切相關(guān)。mf大,頻帶寬。 （3）與AM制相比,角調(diào)方式的設(shè)備利用率高,因其平均功率與最大功率一樣。,例1已知某調(diào)頻電路單位調(diào)制電壓產(chǎn)生頻偏為1 kHz，電路的輸出載波電壓,，調(diào)制信號(hào)電壓,。試求：(1)調(diào)頻指數(shù),(2)最大頻偏,(3)有效頻帶

8、寬度,(4)調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式,解(1)調(diào)頻指數(shù),(2)最大頻偏,(3)有效頻帶寬度,(4)調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式,例2、給定調(diào)頻信號(hào)中心頻率 ，最大頻偏 。調(diào)制信號(hào)頻率為 。 求調(diào)頻指數(shù)，頻帶寬度，若調(diào)制信號(hào)頻率增大一倍，則調(diào)頻指數(shù)和頻帶寬度又為多大？,7.2 調(diào)頻器與調(diào)頻方法,二、調(diào)頻方法分類(lèi) 調(diào)頻方法可分為直接調(diào)頻和間接調(diào)頻兩大類(lèi)。三、直接調(diào)頻原理 1、利用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其不失真地反映調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律。 2、實(shí)際應(yīng)用中，是用調(diào)制信號(hào)去控制決定振蕩器振蕩頻率的振蕩回路的可變電抗值。 從而使振蕩器的瞬時(shí)頻率按調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律線性改變。,1、具有線性的調(diào)制特性。即 。,4、未

9、調(diào)制的載波頻率（即已調(diào)波的中心頻率）應(yīng)具有一定的頻率穩(wěn)定度。5、無(wú)寄生調(diào)幅或寄生調(diào)幅盡可能小。,3、最大頻率偏移 與調(diào)制信號(hào)頻率無(wú)關(guān)。,2、具有較高的調(diào)制靈敏度。即 要大，單位調(diào)制電壓產(chǎn)生的振蕩頻率偏移要大。,一、對(duì)調(diào)頻電路的要求,調(diào)頻特性曲線,間接調(diào)頻原理方框圖,1、由調(diào)頻波的一般表示式,2、將調(diào)制信號(hào) 先通過(guò)積分電路得到 ，然后進(jìn)行相位調(diào)制，輸出電壓 對(duì) 是調(diào)頻波,稱其為間接調(diào)頻。,3、間接調(diào)頻電路的載波振蕩器可采用頻率穩(wěn)定度很高的晶體振蕩器，其載波頻率穩(wěn)定變高。,四、間接調(diào)頻原理,2間接調(diào)頻法 實(shí)現(xiàn)間接調(diào)頻的關(guān)鍵是如何進(jìn)行相位調(diào)制。通常,實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制的方法有如下三種: (1）矢量合成法。

10、這種方法主要針對(duì)的是窄帶的調(diào)頻或調(diào)相信號(hào)。對(duì)于單音調(diào)相信號(hào) uPM=Ucos(ct+mpcost) =Ucosctcos(mpcost)-Usin(mpcost)sinct 當(dāng)mp/12時(shí),上式近似為 uPMUcosct-Umpcostsinct （720）,圖711 矢量合成法調(diào)頻,(2）可變移相法?？勺円葡喾ň褪抢谜{(diào)制信號(hào)控制移相網(wǎng)絡(luò)或諧振回路的電抗或電阻元件來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)相。 (3）可變延時(shí)法。將載波信號(hào)通過(guò)一可控延時(shí)網(wǎng)絡(luò),延時(shí)時(shí)間受調(diào)制信號(hào)控制,即 =kdu(t) 則輸出信號(hào)為 u=Ucosc(t-)=Ucosct-kdcu(t) 由此可知,輸出信號(hào)已變成調(diào)相信號(hào)了。,3.擴(kuò)大調(diào)頻器線性頻

11、偏的方法 對(duì)于直接調(diào)頻電路,調(diào)制特性的非線性隨最大相對(duì)頻偏fm/fc的增大而增大。當(dāng)最大相對(duì)頻偏fm/fc限定時(shí),對(duì)于特定的fc,fm也就被限定了,其值與調(diào)制頻率的大小無(wú)關(guān)。,一、變?nèi)荻O管的特性1、變?nèi)荻O管是根據(jù)PN結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓變化而變化的原理設(shè) 計(jì)的一種特殊二 極管。它的極間結(jié)構(gòu)、伏安特性與一般檢波二極 管沒(méi)有多大差別。2、變?nèi)荻O管應(yīng)用時(shí)，只能加反向電壓。反向電壓的變化能使變?nèi)?二極管結(jié)電容隨其變化。3、變?nèi)荻O管的反向電壓與其結(jié)電容的關(guān)系為,式中， 為PN結(jié)的勢(shì)壘電壓；u 為反向電壓； C0 為 u=0 時(shí)的結(jié)電容； 為電容變化系數(shù)。,7.3.1變?nèi)荻O管直接調(diào)頻,二、變?nèi)荻?/p>

12、極管直接調(diào)頻電路的基本原理,2、變?nèi)荻O管是振蕩回路的一個(gè)組成部分。加在變?nèi)荻O管的反向電壓為,式中，EQ 是加在變?nèi)荻O管的直流偏置電壓； 為調(diào)制信號(hào)電壓,結(jié)電容隨調(diào)制電壓變化關(guān)系,3、，調(diào)制信號(hào) 反向電壓為變?nèi)荻O管結(jié)電容 將在 u 的控制下隨時(shí)間變化。則振蕩器的振蕩頻率要隨 變化。只要電路參數(shù)選取合適,是能夠?qū)崿F(xiàn)線性調(diào)頻。,三、電路分析,1、在反向電壓 作用下，變?nèi)荻O管的電容值,變?nèi)荻O管的結(jié)電容表示式,載波狀態(tài)時(shí)變?nèi)荻O管的結(jié)電容,載波狀態(tài)時(shí)，,，則,調(diào)制狀態(tài)時(shí)變?nèi)荻O管的結(jié)電容,式中， 為電容調(diào)制度。,振蕩回路的等效電路,當(dāng)振蕩回路中的 未接入， 較大時(shí)，即回路的總電容僅是變?nèi)荻O

13、管的結(jié)電容，等效回路如圖所示。調(diào)變?nèi)荻O管上的高頻電壓很小，忽略其對(duì)變?nèi)荻O管電容量變化的影響。,瞬時(shí)振蕩頻率為,式中：,為,時(shí)的載波頻率。,2、變?nèi)荻O管作為回路總電容實(shí)現(xiàn)調(diào)頻,實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的條件,結(jié)論:當(dāng) 時(shí)，能實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻。,當(dāng) 時(shí)，會(huì)產(chǎn)生什么影響？,通常 ，可以忽略三次方以上各項(xiàng)，則,由于 可以在 處展開(kāi)成泰勒級(jí)數(shù)，得,結(jié)論:當(dāng)變?nèi)荻O管作為回路總電容時(shí)， 調(diào)頻波會(huì)產(chǎn)生中心頻率偏離和非線性失真.會(huì)產(chǎn)生如下影響：,調(diào)頻波的中心頻率會(huì)產(chǎn)生偏移。其偏移量為,當(dāng)調(diào)頻電路要求的相對(duì)頻偏較小時(shí)，m值很小，電路對(duì) 的要求不嚴(yán)格。,例如，調(diào)頻廣播 ，要求最大頻偏 。,很小。對(duì)應(yīng)中心頻率偏移量和非線性失

14、真量很小，故對(duì) 的要求不嚴(yán)格。顯然，當(dāng)調(diào)頻電路的相對(duì)頻偏較大時(shí)，對(duì) 的要求就應(yīng)嚴(yán)格些。,調(diào)頻波的最大頻偏,調(diào)頻波會(huì)產(chǎn)生非線性失真。其二次諧波失真最大頻偏,變?nèi)荻O管全部接入時(shí)( , 作為回路總電容)調(diào)頻電路的特點(diǎn):,優(yōu)點(diǎn):調(diào)頻靈敏度高, 頻偏很大,缺點(diǎn):中心頻率穩(wěn)定度不好,變?nèi)荻O管作為回路總電容實(shí)現(xiàn)調(diào)頻時(shí)，由于變?nèi)荻O管的結(jié)電容隨溫度、偏置電壓的不穩(wěn)會(huì)引起結(jié)電容變化。因此其中心頻率穩(wěn)定度差。,3、變?nèi)荻O管部分接入調(diào)頻電路,在工作點(diǎn),處展開(kāi)，可得,四、應(yīng)用舉例1、8MHz變?nèi)荻O管調(diào)頻振蕩電路,8MHz變?nèi)荻O管調(diào)頻振蕩電路,上圖是一個(gè)8MHz變?nèi)荻O管調(diào)頻振蕩電路和高頻等效電路。變?nèi)荻O管

15、的直流偏壓由 和電位器W組成分壓電路供給。,偏置電壓為-4V時(shí)， 。而偏置電壓由（0-8）V變化時(shí)， 為（23060）PF。,調(diào)制信號(hào)通過(guò) 和高頻扼流圖ZL加到變?nèi)荻O管上。加在變?nèi)荻O管上電壓為直流偏置電壓與調(diào)制信號(hào)電壓之和。,電路為電容三點(diǎn)式振蕩電路，振蕩頻率為,電路中心頻率為8MHz，最大線性頻偏為200kHz。,其中,2、某通信機(jī)中的變?nèi)荻O管調(diào)頻電路,變?nèi)荻O管調(diào)頻振蕩電路,高頻扼流圖 對(duì)直流和調(diào)制信號(hào)短路，而對(duì)載頻開(kāi)路。因而加在兩個(gè)變?nèi)荻O管上的反向電壓是相同的。,3、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，工作頻率高，易于獲得大的頻偏。在頻偏小時(shí)，非線性失真很小。所需調(diào)制信

16、號(hào)功率很小。缺點(diǎn)：中心頻率穩(wěn)定度不高。頻偏較大時(shí)，非線性失真較大。,上圖所示是電容三點(diǎn)式振蕩電路，通過(guò)變?nèi)荻O管的電容變化實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。,本電路的特殊點(diǎn)是采用了兩個(gè)變?nèi)荻O管，并且同極性相對(duì)接的方式接入振蕩回路。由于回路中兩個(gè)二極管代替一個(gè)二極管，使得每個(gè)變?nèi)荻O管兩端的高頻電壓減小。這樣就減小了高頻電壓對(duì)變?nèi)荻O管總電容的影響。,晶體振蕩器直接調(diào)頻電路,一、穩(wěn)定調(diào)頻振蕩器中心頻率的辦法 1、對(duì)石英晶體振蕩器進(jìn)行直接調(diào)頻； 2、采用自動(dòng)頻率微調(diào)電路； 3、利用鎖相環(huán)路穩(wěn)頻。 二、晶體振蕩器直接調(diào)頻的主要形式,晶體振蕩器采用變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的形式有兩種,1、變?nèi)荻O管與并聯(lián)型晶 體振蕩器的晶體相串聯(lián),2、變?nèi)荻O管與并聯(lián)型晶 體振蕩器的晶體相并聯(lián),圖720 晶體振蕩器直接調(diào)頻電路（a）實(shí)際電路;（b）交流等效電路,圖721 三角波調(diào)頻方框圖,3. 張弛振蕩器直接調(diào)頻電路,圖722 電壓比較器的遲滯特性和輸入、輸出波形,圖723 三角波變?yōu)檎也ㄗ儞Q特性,7.3.2 間接調(diào)頻電路 圖724是一個(gè)變?nèi)荻O管調(diào)相電路。它將受調(diào)制信號(hào)控制的變?nèi)莨茏鳛檎袷幓芈返囊粋€(gè)元件。Lc1、Lc2為高頻扼流圈,