第3版-07调制解调与通信系统课件.ppt

1、第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统通信电子线路通信电子线路(第三版第三版)顾宝良 编著第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7 71 1 引言引言7 72 2 振幅调制电路振幅调制电路7 73 3 振幅解调电路振幅解调电路7 74 4 FMFM波和波和PMPM波信号波信号7 75 5 频率调制与解调电路频率调制与解调电路7 76 6 数字调制与解调技术数字调制与解调技术7 77 7 通信系统通信系统第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五71 引言引言通信系统通信系统是指可以对各种已调波

2、进行发送与接收传是指可以对各种已调波进行发送与接收传输的通信设备，发射有零中频发射和间接调制发射，接收输的通信设备，发射有零中频发射和间接调制发射，接收有超外差接收和双重变频外差接收等。有超外差接收和双重变频外差接收等。调制调制解调解调模拟模拟调制调制解调解调数字数字调制调制解调解调模拟模拟调制调制振幅调制振幅调制AM频率调制频率调制FM相位调制相位调制PM模拟模拟解调解调AM解调的包络检波和同步检波解调的包络检波和同步检波FM解调的斜率鉴频和乘积鉴频解调的斜率鉴频和乘积鉴频PSK调制解调调制解调FSK调制解调调制解调QAM调制解调调制解调第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统202

3、2年年7月月29日星期五日星期五7.2 振幅调制电路振幅调制电路 7.2.1 振幅调制电路的组成模型振幅调制电路的组成模型 调幅波调幅波 载波信号：载波信号：uc(t)=UCmcosCt=UCmcos2fCt 调制信号：调制信号：u(t)=Umcost=Umcos2Ft 且且FfC 调幅波表达式：调幅波表达式：ttUkUttUtuCmaCmCmocos)cos(cos)()(ttUUkUCCmmaCm coscos1 ttMUCaCm cos)cos1(CmmaaUUkM 调幅度调幅度:第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.2 振幅调制电路振

4、幅调制电路 7.2.1 振幅调制电路的组成模型振幅调制电路的组成模型7.2.1 调幅信号的波形调幅信号的波形调制信号调制信号uo(t)，载波信号，载波信号uc(t)，调幅波信号，调幅波信号uo(t),uo(t)振幅受控于振幅受控于uo(t)变化而变化变化而变化第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.2 振幅调制电路振幅调制电路 7.2.1 振幅调制电路的组成模型振幅调制电路的组成模型 调幅电路的组成模型可以由一个相乘器和一个相加器组成图图7.2.2 调幅电路的组成模型调幅电路的组成模型调幅电路比例常数调幅电路比例常数ka=AMAUCm，AM为相

5、乘器为相乘器的相乘增益，的相乘增益，A为相加器的加法增益。为相加器的加法增益。第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.2 振幅调制电路振幅调制电路 7.2.1 振幅调制电路的组成模型振幅调制电路的组成模型 单音调制的调幅信号频谱 ttUMtUtuCCmaCCmocoscoscos)(tUMtUMtUCCmaCCmaCCm)cos(21)cos(21cos 图图7.2.3 单音调制时的调幅信号的频谱单音调制时的调幅信号的频谱 单音调制的调幅信号频单音调制的调幅信号频谱由三个频率分量组成。分谱由三个频率分量组成。分别为别为C的载频分量和角频率的载频

6、分量和角频率分别为分别为(C+)、(C-)的的上、下边频分量。上、下边频分量。第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.2 振幅调制电路振幅调制电路 7.2.1 振幅调制电路的组成模型振幅调制电路的组成模型 max1cos)(nnmntnUtuttnUMtUtuCnnCmanCCmo coscoscos)(max1 tnUMtUCnnCmanCCm)(cos21cosmax1 tnUMCnnCman)(cos21max1 非余弦周期信号付氏级数展开非余弦周期信号付氏级数展开调幅波信号调幅波信号:第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统20

7、22年年7月月29日星期五日星期五7.2 振幅调制电路振幅调制电路 7.2.1 振幅调制电路的组成模型振幅调制电路的组成模型7.2.4 非余弦周期信号调幅波及其频谱（普通调幅非余弦周期信号调幅波及其频谱（普通调幅AM）实践中将输出调幅信号频谱包含有载频实践中将输出调幅信号频谱包含有载频C和上、下和上、下边带边带(Cn)的调幅称之为普通调幅，用的调幅称之为普通调幅，用AM表示表示.第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.2 振幅调制电路振幅调制电路 7.2.1 振幅调制电路的组成模型振幅调制电路的组成模型ttdtnMUtPCaCm 222cos)

8、cos1(21)(2)cos1(tMPao 2/2CmoUP tdtnMPtdtPPaoav 2)cos1(21)(21SBoaoPPMP )211(2功率分析功率分析调幅信号在载频信号一个周期内平均功率调幅信号在载频信号一个周期内平均功率载频电压在载频电压在1欧姆负载上的平均功率欧姆负载上的平均功率调幅信号在一个调制周期内平均功率调幅信号在一个调制周期内平均功率:第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.2 振幅调制电路振幅调制电路 7.2.1 振幅调制电路的组成模型振幅调制电路的组成模型tdtnMPtdtPPaoav 2)cos1(21)(2

9、1SBoaoPPMP )211(2oaSBSSBPMPP24121 调幅信号在一个调制周期内平均功率调幅信号在一个调制周期内平均功率:Pav是调幅信号中载频功率和边频分量的功率之和，是调幅信号中载频功率和边频分量的功率之和，边频功率边频功率PSB仅占仅占Pav中的一小部分中的一小部分。oaSBPMP221 上、下边频分量电压产生的功率上、下边频分量电压产生的功率每个边频分量的功率为每个边频分量的功率为 第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.2 振幅调制电路振幅调制电路 7.2.1 振幅调制电路的组成模型振幅调制电路的组成模型tUtuAtuCc

10、mMo cos)()(ttukCa cos)(ttUkCma coscos )cos()cos(21ttUMCCcma 优点：优点：在传送前抑制掉载频频率，在不影响传送信息的在传送前抑制掉载频频率，在不影响传送信息的条件下，节省发射功率条件下，节省发射功率。上、下边频分量上、下边频分量反映调制信号的反映调制信号的频谱结构频谱结构，载频分量仅，载频分量仅起着通过相乘器将调制信号频谱搬移到起着通过相乘器将调制信号频谱搬移到C两边的作用，本身两边的作用，本身并不反映调制信号的变化。传输前抑制掉载频，不影响发送并不反映调制信号的变化。传输前抑制掉载频，不影响发送信息，节省发射功率信息，节省发射功率抑制

11、载频双边带调制抑制载频双边带调制DSB。第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.2 振幅调制电路振幅调制电路 7.2.1 振幅调制电路的组成模型振幅调制电路的组成模型图图7.2.5 DSB调制波形、频谱和组成模型调制波形、频谱和组成模型第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.2 振幅调制电路振幅调制电路 7.2.2 SSB调制模型和电路调制模型和电路 SSB通信优点：通信优点：节省发射功率节省发射功率 带宽只占带宽只占AM已调信号的频宽带宽的一半已调信号的频宽带宽的一半 提高短波波段的利用率提高

12、短波波段的利用率 SSB波的选择性衰落现象小波的选择性衰落现象小 缺点：缺点：接收端需恢复被抑制的载波频率，对收、发通信机的本振频接收端需恢复被抑制的载波频率，对收、发通信机的本振频率稳定度要求高。率稳定度要求高。SSB调制电路实现模型调制电路实现模型 相乘滤波法相乘滤波法 移相合成法移相合成法max21FBBAMSSB 第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.2 振幅调制电路振幅调制电路 7.2.2 SSB调制模型和电路调制模型和电路图图7.2.6 相乘滤波法相乘滤波法SSB调制模型调制模型相乘滤波法相乘滤波法:难点：难点：滤波问题。调制信号

13、通常为音频基带信号，调制后两边滤波问题。调制信号通常为音频基带信号，调制后两边带相距很近，对边带滤波器的要求较高带相距很近，对边带滤波器的要求较高.解决方法：解决方法：多次相乘滤波多次相乘滤波移相合成法移相合成法第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.2 振幅调制电路振幅调制电路 7.2.2 SSB调制模型和电路调制模型和电路 图图7.2.7 SSB调制的二次相乘滤波法框图调制的二次相乘滤波法框图二次相乘滤波法二次相乘滤波法:经过两次相乘调制后，两个边带相对距离为降低经过两次相乘调制后，两个边带相对距离为降低了对边带滤波器的要求了对边带滤波器的

14、要求.第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.2 振幅调制电路振幅调制电路 7.2.2 SSB调制模型和电路调制模型和电路图图7.2.8 移相合成法移相合成法SSB调制电路模型调制电路模型第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.2 振幅调制电路振幅调制电路 7.2.2 SSB调制模型和电路调制模型和电路图图7.2.8 移相合成法移相合成法SSB调制电路模型调制电路模型移相合成法相乘器输出移相合成法相乘器输出:ttUUAtuCcmmMo coscos)(1 )cos()cos(21ttUUACCc

15、mmM ttUUAtuCcmmMo sinsin)(2 )cos()cos(21ttUUACCcmmM 第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.2 振幅调制电路振幅调制电路 7.2.2 SSB调制模型和电路调制模型和电路tUUAtututuCcmmMooo)cos()()()(21 合成器采用减法电路，抵消下边带，取出上边合成器采用减法电路，抵消下边带，取出上边带；采用加法电路，抵消上边带，取出下边带。带；采用加法电路，抵消上边带，取出下边带。图图7.2.8 移相合成法移相合成法SSB调制电路模型调制电路模型合成器输出：合成器输出：第第7章章

16、调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.2 振幅调制电路振幅调制电路 7.2.2 SSB调制模型和电路调制模型和电路图图7.2.9 移相滤波合成法移相滤波合成法SSB调制电路模型调制电路模型第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.2 振幅调制电路振幅调制电路 7.2.2 SSB调制模型和电路调制模型和电路图图7.2.9 移相滤波合成法移相滤波合成法SSB调制电路模型调制电路模型tttuC1coscos)()cos()cos(21ttCC tttuC2sincos)()sin()sin(21ttCC 移相滤波

17、合成法：移相滤波合成法：二次相乘滤波二次相乘滤波+移相合成法移相合成法第一相乘的两个相乘器输出第一相乘的两个相乘器输出第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.2 振幅调制电路振幅调制电路 7.2.2 SSB调制模型和电路调制模型和电路图图7.2.9 移相滤波合成法移相滤波合成法SSB调制电路模型调制电路模型ttuC)cos()(3 ttuC)sin()(4 低通滤波器滤除上低通滤波器滤除上边带边带,输出下边带输出下边带:第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.2 振幅调制电路振幅调制电路 7.2

18、.2 SSB调制模型和电路调制模型和电路第二次相乘两个相乘器第二次相乘两个相乘器的输出的输出:图图7.2.9 移相滤波合成法移相滤波合成法SSB调制电路模型调制电路模型tttuCC5cos)cos()()cos()cos(21ttCCCC tttuCC6sin)sin()()cos()cos(21ttCCCC 最后由合成电路减法器抵消最后由合成电路减法器抵消下边带下边带,取出上边带实现取出上边带实现SSBSSB调制。调制。第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.3 振幅解调电路振幅解调电路 7.3.1 包络包络检波检波电路电路 AMAM波的振幅

19、包络变化反映了调制信号的变化规律，从波的振幅包络变化反映了调制信号的变化规律，从AMAM波波中还原出原调制信号相当于把中还原出原调制信号相当于把AMAM波的包络检出来，称之为波的包络检出来，称之为包络检波包络检波。二极管包络检波电路二极管包络检波电路图图7.3.1 包络检波电路和波形包络检波电路和波形第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.3 振幅解调电路振幅解调电路 7.3.1 包络包络检波检波电路电路max21 aaMMRC检波效率检波效率d d：电压传输系数：电压传输系数 d=Um/MaUimUm:检波解调音频输出电压幅值检波解调音频输出

20、电压幅值MaUim:AMAM调幅包络振幅调幅包络振幅二极管包络检波电路设计要求二极管包络检波电路设计要求二极管：二极管：导通电阻导通电阻RD和导通电压和导通电压UD(on)尽可能小，最好接近零尽可能小，最好接近零RC值选定标准：值选定标准：第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.3 振幅解调电路振幅解调电路 7.3.1 包络包络检波检波电路电路图图7.3.2 三极管包络检波电路三极管包络检波电路三极管包络检波电路三极管包络检波电路第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五7.3 振幅解调电路振幅解调电

21、路 7.3.2 同步检波相乘解调电路同步检波相乘解调电路 SSBSSB波的振幅包络不反映调制信号的规律，不能用包络检波的振幅包络不反映调制信号的规律，不能用包络检波技术来解调。波技术来解调。SSBSSB解调也是频谱搬移问题，可以用信号相乘滤波的方法解调也是频谱搬移问题，可以用信号相乘滤波的方法实现解调。实现解调。SSBSSB同步解调电路模型与频谱同步解调电路模型与频谱图图7.3.3 SSB同步解调（检波）电路模型与频谱同步解调（检波）电路模型与频谱第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五 SCSmStUtu )(cos)()cos()(LLLmLt

22、Utu )cos()(cos)(SCSCLmSmMdttUUAtu SCLmSmMttUUA 2)2(coscos21 7.3 振幅解调电路振幅解调电路 7.3.2 同步检波相乘解调电路同步检波相乘解调电路单音频调制单音频调制SSB信号信号:接收机本振信号接收机本振信号:同步解调要求：同步解调要求：L=C、L=s相乘器输出相乘器输出:第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五 tUUAAtuLmSmMF cos21 tUm cos 7.3 振幅解调电路振幅解调电路 7.3.2 同步检波相乘解调电路同步检波相乘解调电路低通滤波器输出低通滤波器输出A A

23、F F：低通滤波器的传输系数低通滤波器的传输系数A AM M：相乘器的相乘增益相乘器的相乘增益第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五tUtuLCLSm)cos()cos()(LS LC tUm)cos(cos 7.3 振幅解调电路振幅解调电路 7.3.2 同步检波相乘解调电路同步检波相乘解调电路若接收机的本振信号与发射载频不同步若接收机的本振信号与发射载频不同步相位差：相位差：角频率差：角频率差：分析分析:若若L LC C，L LC C则解调输出为：则解调输出为：第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期

24、五结论：结论：本振信号的不同步将造成解调输出在相位上和频谱本振信号的不同步将造成解调输出在相位上和频谱上的失真上的失真7.3 振幅解调电路振幅解调电路 7.3.2 同步检波相乘解调电路同步检波相乘解调电路解决方法：解决方法：相位不同步相位不同步提高接收机的灵敏度提高接收机的灵敏度频率不同步频率不同步导频导频SSBSSB技术和频率合成技术技术和频率合成技术第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五74 FM波和波和PM波信号波信号 741 FM波和波和PM波信号分析波信号分析 1FM和和PM波形波形 FM和和PM都能实现对载波瞬时角度的调制，因此都能实

25、现对载波瞬时角度的调制，因此FM波波和和PM波波可以统称为可以统称为调角波信号调角波信号。FM波是基带调制信号去调变载波的角频率。载波的波是基带调制信号去调变载波的角频率。载波的瞬时瞬时角频率角频率可表示为可表示为)()(tuktfC 与调频电路有关的比例常数与调频电路有关的比例常数,单位为单位为rad/V)()()(00otfCtdttuktdttt 已调的已调的瞬时相角瞬时相角为为第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五 74 FM波和波和PM波信号波信号 741 FM波和波和PM波信号分析波信号分析 1FM和和PM波形波形 FM已调波表达式已

26、调波表达式:)(cos)(0otfComodttuktUtu PM波是基带调制信号去调变载波的相角，载波的波是基带调制信号去调变载波的相角，载波的瞬时相角瞬时相角为为)()(opCtuktt PM已调波已调波表达式表达式为为)(cos)(opComotuktUtu 式中，式中，kp为与调相电路有关的比例常数，单位为为与调相电路有关的比例常数，单位为rad/V。第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五 74 FM波和波和PM波信号波信号 741 FM波和波和PM波信号分析波信号分析 1FM和和PM波形波形 对于对于单音频单音频调制调制:tUtum c

27、os)(FM波波的表达式的表达式)sincos()(ofComotMtUtu PM波波的表达式的表达式)coscos()(opComotMtUtu 第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五 74 FM波和波和PM波信号波信号 741 FM波和波和PM波信号分析波信号分析 1FM和和PM波形波形图图741正弦信号对正弦载波的调频和调相正弦信号对正弦载波的调频和调相 用用单音频单音频调制信号对正弦载波进行调制时的调制信号对正弦载波进行调制时的FM和和PM波形波形.可以可以看出看出,除了它们的时间关系除了它们的时间关系(相位相位)外外,FM和和PM波形是

28、一样的波形是一样的.调频波调频波调相波调相波第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五 7 74 4 FMFM波和波和PMPM波信号波信号 7 74 41 FM1 FM波和波和PMPM波信号分析波信号分析 2调制指数和最大频偏调制指数和最大频偏Mf 为为调频指数调频指数。Mf 和和Um、及及fm的关系为：的关系为：FfUkMmmmff Mp为为调相指数调相指数，其值与调制信号的幅度，其值与调制信号的幅度Um成正比，即成正比，即mppUkM )sincos()(ofComotMtUtu )coscos()(opComotMtUtu FM波波PM波波第第

29、7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五 74 FM波和波和PM波信号波信号 741 FM波和波和PM波信号分析波信号分析 2调制指数和最大频偏调制指数和最大频偏 两种调角波的最大角频偏两种调角波的最大角频偏m和最大频偏和最大频偏fm可分别表示可分别表示:PM m=2fm=kpUm=MpFMm=2fm=kfUm=MfFM和和PM波虽然都是基带调制信号调变了瞬时相角，但两波虽然都是基带调制信号调变了瞬时相角，但两种调制形成的种调制形成的已调波已调波的最大频偏的最大频偏fm是是不同不同的。的。FM的的fm仅与调制信号的幅度仅与调制信号的幅度Um成正比成正比

30、，而与调制，而与调制信号的频率无关。信号的频率无关。PM的的fm则与则与Um和和的乘积的乘积成正比，即成正比，即fm还与调制还与调制信号的频率成正比。信号的频率成正比。第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五 74 FM波和波和PM波信号波信号 742 FM波的功率分布和有效带宽波的功率分布和有效带宽 1FM波的频谱结构就功率分布波的频谱结构就功率分布单音调制的调频信号单音调制的调频信号用指数函数表示用指数函数表示 Re )sincos()()(sinoCftjtjMomofComoeeUtMtUtu 式中，式中，Rex(t)表示函数表示函数x(t

31、)的实部的实部.tjMfe sin它的付里叶级数展开式为它的付里叶级数展开式为 是是的周期性函数，的周期性函数，)(sintjnnfntjMeMJef )sincos()(ofComotMtUtu 第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五 74 FM波和波和PM波信号波信号 742 FM波的功率分布和有效带宽波的功率分布和有效带宽 1FM波的频谱结构就功率分布波的频谱结构就功率分布式中的式中的Jn(Mf)是系数为是系数为Mf的的n阶第一类贝塞尔函数阶第一类贝塞尔函数(Bessl Function of The First Kind)，Jn(Mf)的

32、表达式为的表达式为 tdeeMJtjntjMfnf21)(sin 为为奇奇数数时时为为偶偶数数时时nn)()(fnfnMJMJ)(sintjnnfntjMeMJef Jn(Mf)=J-n(Mf),频谱频谱的载频为两边对称的载频为两边对称.Jn(Mf)=J-n(Mf),以频谱为以频谱为中心频谱成两边负对称中心频谱成两边负对称.第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五 74 FM波和波和PM波信号波信号 742 FM波的功率分布和有效带宽波的功率分布和有效带宽 1FM波的频谱结构就功率分布波的频谱结构就功率分布Jn(Mf)随随Mf变化曲线如图变化曲线如

33、图742(a)所所示，图示，图742(b)为为Mf=0.5、1、5时时的的FM信号频谱。信号频谱。图图742 Jn(Mf)随随Mf变化的曲线及相应的调频信号频谱图变化的曲线及相应的调频信号频谱图 n为奇数为奇数的上、的上、下边频分量的振下边频分量的振幅相等幅相等,但极性但极性相反相反,即两边成即两边成负对称负对称;n为偶数为偶数的上、下边频分的上、下边频分量的振幅相等量的振幅相等,而极性则相同而极性则相同,即即两边对称两边对称。而。而且且,载频和各边载频和各边频分量的振幅频分量的振幅均均随随Mf而变化。而变化。第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期

34、五 74 FM波和波和PM波信号波信号 742 FM波的功率分布和有效带宽波的功率分布和有效带宽调制调制指数指数载波载波边频对边频对Mf J0 J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 J8 J9 J10 J11 J12 J13 J140.00 1.00 0.25 0.98 0.12 0.5 0.94 0.24 0.03 1.0 0.77 0.44 0.11 0.02 1.5 0.51 0.56 0.23 0.06 0.01 2.0 0.22 0.58 0.35 0.13 0.03 2.4 0 0.52 0.43 0.20 0.06 0.02 2.5 -0.05 0.50 0.45 0.22

35、0.07 0.02 0.01 3.0 -0.26 0.34 0.9 0.31 0.13 0.04 0.01 4.0 -0.40 -0.07 0.36 0.43 0.28 0.13 0.05 0.02 5.0 -0.18 -0.33 0.5 0.36 0.39 0.26 0.13 0.05 0.02 5.45 0 -0.34 -0.12 0.26 0.40 0.32 0.19 0.09 0.03 0.01 6.0 0.15 -0.28 -0.24 0.11 0.36 0.36 0.25 0.13 0.06 0.02 7.0 0.30 0.00 -0.30 -0.17 0.16 0.35 0.34

36、 0.23 0.13 0.06 0.02 8.0 0.17 0.23 -0.11 -0.29 -0.10 0.19 0.34 0.32 0.22 0.13 0.06 0.03 8.65 0 0.27 0.06 -0.24 -0.23 0.03 0.26 0.34 0.28 0.18 0.10 0.05 0.02 9.0 -0.09 0.25 0.14 -0.18 -0.27 -0.06 0.20 0.33 0.31 0.21 0.12 0.06 0.03 0.01 10.0 -0.25 0.05 0.25 0.06 -0.22 -0.23 -0.01 0.22 0.32 0.29 0.21 0

37、.12 0.06 0.03 0.01 表821第一类贝塞尔函数Jn(Mf)Mf=0时不产生边时不产生边频频,Mf增大增大,边频数就边频数就增多增多.Jn表示值是相对表示值是相对载频振幅而言载频振幅而言.Mf Mf以以后后,Jn(Mf)下降得很快下降得很快.这时估算这时估算FM波的带波的带宽很有利宽很有利.由由FM波的波的频谱也可知频谱也可知FM调制调制不再是频谱搬移不再是频谱搬移,而是而是一种一种非线性调制非线性调制.第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五 74 FM波和波和PM波信号波信号 742 FM波的功率分布和有效带宽波的功率分布和有效带

38、宽 2FM波的有效带宽波的有效带宽 FM波的波的带宽带宽是是调制信号频率和调制信号频率和Mf的函数，在频谱中产生的函数，在频谱中产生了很多组边频，因此当调制信号相同时，了很多组边频，因此当调制信号相同时，FM波的带宽明显宽波的带宽明显宽于调幅波。于调幅波。对对Mf 1的的FM中，大多数信号的信息都在第中，大多数信号的信息都在第1对边带上，对边带上，需要的需要的最小带宽大约是调制信号最高频率的两倍最小带宽大约是调制信号最高频率的两倍，即，即(Hz)2maxFB 这种这种Mf 1的的FM类似于类似于AM，通常称之，通常称之窄带窄带FM。(Hz)2mfB 第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信

39、系统2022年年7月月29日星期五日星期五 74 FM波和波和PM波信号波信号 742 FM波的功率分布和有效带宽波的功率分布和有效带宽 2FM波的有效带宽波的有效带宽 根据贝赛尔函数，让根据贝赛尔函数，让FM波的所有明显边带都通过的实际波的所有明显边带都通过的实际带宽等于调制信号最高频率和明显边频的乘积的两倍带宽等于调制信号最高频率和明显边频的乘积的两倍:(Hz)2maxnFB Carson规则认为，规则认为，FM波所需的带宽大约是最大频率偏移与调波所需的带宽大约是最大频率偏移与调制信号最高频率之和的两倍制信号最高频率之和的两倍:)(2maxFfBm n为明显边频数目为明显边频数目(Hz)1

40、(2maxFMf 当当Mf 1时，时，B2fm,是是宽带宽带FM。第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五 75 频率调制与解调电路频率调制与解调电路 751 直接调频与间接调频直接调频与间接调频 本节变容二极管直接调频和锁相直接调频，然后介绍本节变容二极管直接调频和锁相直接调频，然后介绍可变移相法间接调频和矢量合成法间接调频。可变移相法间接调频和矢量合成法间接调频。调频波产生的方法调频波产生的方法直接调频法直接调频法直接调频是将调制信号直接调频是将调制信号去直接调变载频振荡器的振荡频率，使去直接调变载频振荡器的振荡频率，使其不失真地反映调制信号的

41、变化规律。其不失真地反映调制信号的变化规律。间接调频法间接调频法不直接调变载频频率不直接调变载频频率,而通而通过调相方法或调幅的方法来实现调频波。过调相方法或调幅的方法来实现调频波。第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五 75 频率调制与解调电路频率调制与解调电路 751 直接调频与间接调频直接调频与间接调频1直接调频直接调频 在振荡回路中影响振荡频率的回路元件参数，只要用调在振荡回路中影响振荡频率的回路元件参数，只要用调制信号制信号u(t)去控制其参数值，使载频去控制其参数值，使载频振荡频率按振荡频率按u(t)规律变规律变化化，就可以实现，就可

42、以实现直接调频直接调频。常用的载频振荡常用的载频振荡器为器为LC振荡器振荡器.如果如果将将变容二极管变容二极管的可控的可控电容参与回路电容电容参与回路电容,并用调制信号并用调制信号u(t)去去控制变容二极管的电控制变容二极管的电容量容量,就可就可直接调变直接调变LC振荡器的振荡频振荡器的振荡频率率,构成构成变容管直接变容管直接调频电路调频电路.图图751 变容管直接调频电路变容管直接调频电路(1)变容管直接调频电路变容管直接调频电路第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五 75 频率调制与解调电路频率调制与解调电路 751 直接调频与间接调频直接调

43、频与间接调频 图所示的变容管图所示的变容管直接调频电路是用直接调频电路是用在在VHF波段的波段的220MHz调频振荡器调频振荡器,12joCL 当变容二极管上加上调制当变容二极管上加上调制信号信号u(t)控制以后控制以后,变容二变容二极管的极管的受控电容受控电容可表示为可表示为:njQjuCuC)1()(构成振荡器构成振荡器的振荡回路的振荡回路振荡角频率为：振荡角频率为：对载频视短路对载频视短路 150pF150pF1直接调频直接调频(1)变容管直接调频电路变容管直接调频电路第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五 75 频率调制与解调电路频率调制

44、与解调电路 751 直接调频与间接调频直接调频与间接调频nBQjjQUUCC)1()0(变容管在静工变容管在静工作点上的结电容作点上的结电容Cj(0),是是u=0时的时的零偏置结电容零偏置结电容.UQ是加在变容管上是加在变容管上的的反偏电压值反偏电压值,UB为变容管为变容管PN结的结的内建电位差内建电位差,通常通常UB0.7V.)(BQUUtuu 变容二极管的受控电容：变容二极管的受控电容：njQjuCuC)1()(u是加在变容管的等效控制电压是加在变容管的等效控制电压:1直接调频直接调频(1)变容管直接调频电路变容管直接调频电路第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月

45、月29日星期五日星期五 75 频率调制与解调电路频率调制与解调电路 751 直接调频与间接调频直接调频与间接调频该调频振荡器振荡该调频振荡器振荡角频率的角频率的受控特性受控特性:)1()1(1)(222 nC njQouuCLu 单音频调制单音频调制u(t)=Umcost时时,变容管变容管等效控制电压等效控制电压u:t cost cos mUUUuBQm 振荡角频率振荡角频率受控特性受控特性：)t cos(1)(2nC muo njQjuCuC)1()(12joCL 代入代入1直接调频直接调频(1)变容管直接调频电路变容管直接调频电路第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年

46、7月月29日星期五日星期五 75 频率调制与解调电路频率调制与解调电路 751 直接调频与间接调频直接调频与间接调频将上式用将上式用傅里叶级数傅里叶级数展开分析得展开分析得,单音调频时的单音调频时的最大角频偏最大角频偏：C2 mnm 中心角频率中心角频率C的的偏离值偏离值:C21281 mnnC 二次谐波失真二次谐波失真分量的最大角频偏分量的最大角频偏:C221281 mnnm 振荡振荡角频率受控特性角频率受控特性：)t cos(1)(2nC muo 1直接调频直接调频(1)变容管直接调频电路变容管直接调频电路第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期

47、五 75 频率调制与解调电路频率调制与解调电路 751 直接调频与间接调频直接调频与间接调频 晶体振荡器调频电路是将晶体振荡器调频电路是将变容二极管变容二极管和和石英谐振晶体石英谐振晶体串联串联或或并并联联后，接入振荡回路构成的调频振荡器。后，接入振荡回路构成的调频振荡器。图图752 晶体振荡晶体振荡器调频电路器调频电路该调频振荡器的输出中心频率该调频振荡器的输出中心频率(即载频即载频)为为60MHz,可获频偏可获频偏大于大于37kHz的线性调频的线性调频.1直接调频直接调频(2)晶体振荡器调频电路晶体振荡器调频电路第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五

48、日星期五 75 频率调制与解调电路频率调制与解调电路 751 直接调频与间接调频直接调频与间接调频锁相调频是锁相调频是能稳定中心频率能稳定中心频率的的宽频偏宽频偏直接调频电路直接调频电路。图图753 直接锁相调频框图直接锁相调频框图 1直接调频直接调频(3)锁相调频电路与锁相调频频率合成器锁相调频电路与锁相调频频率合成器第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五 75 频率调制与解调电路频率调制与解调电路 751 直接调频与间接调频直接调频与间接调频 图图754 锁相调频环线性化相位模型框图锁相调频环线性化相位模型框图环路对调制信号环路对调制信号u(

49、s)的的传递函数传递函数为为)()()(sFKKsKsusdooo 环路鉴相器的鉴相增益环路鉴相器的鉴相增益VCO的压控灵敏度的压控灵敏度环路滤波器传递函数环路滤波器传递函数1直接调频直接调频(3)锁相调频电路与锁相调频频率合成器锁相调频电路与锁相调频频率合成器第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五 75 频率调制与解调电路频率调制与解调电路 751 直接调频与间接调频直接调频与间接调频输出调频波的频偏输出调频波的频偏(t)=do(t)/dt)()(ssso 调频环路的调频环路的调频传递函数调频传递函数:)()()(sFKKssKsusdoo 要

50、实现锁相直接调频，就要求环路的要实现锁相直接调频，就要求环路的三分贝截止频率三分贝截止频率设设计在计在低于调制信号频带的下限频率低于调制信号频带的下限频率。这种调频往往也称它为这种调频往往也称它为环内带外直接调频环内带外直接调频。)()()(sFKKsKsusdooo 高通函数高通函数1直接调频直接调频(3)锁相调频电路与锁相调频频率合成器锁相调频电路与锁相调频频率合成器第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统2022年年7月月29日星期五日星期五 75 频率调制与解调电路频率调制与解调电路 751 直接调频与间接调频直接调频与间接调频图图755 直接锁相调频频率合成器框图直接锁相调频