第5章 角度调制与解调
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高频第5章_角度调制与解调
使时延 受经积 分处理后的调制 电压 u 控制，当 时延与 u 之间呈 线性关系时，便 可得到线性调频
uo Um cos[0 (t )] 第
五 节 ： 间 接 调 频 电 路
可变时延法调相电路(二)
第 五 节 ： mp 0.8n 间 其中 为谐 接 调 波次数 频 电 该方法的相移大， 路
第 四 节 ： 直 接 调 频 电 路
晶体振荡器调频器：实例
第 四 节 ： 直 接 调 频 电 路
VT1 为语音放大器
VT2 为调频振荡器
振荡电路为电容三点式
综述
间接调频是将调制信号先做积分处理，第 五 再用处理后的调制信号对载波进行调 节 ： 相，方框图如下所示： 间
接 调 频 电 路
本节其余内容限于介绍调相电路
第 五 节 ： 间 接 调 频 电 路
变容二极管容量变化时，回路总等效电 容变化量应与调制电压 u 呈线性关系
30
C C0
可变延时法调相电路(一)
首先将输入载波信号 变换为窄脉冲序列 锯齿波发生器为他激 式，产生相应锯齿波 将锯齿波电压和可控 电压叠加后加到门限 检测电路上 当叠加后的电压瞬时 值等于门限电压时， 门限检测电路产生电 压跳变去触发脉冲发 生器，产生相应脉冲
第 四 节 ： 直 接 调 频 电 路
变容二极管调频器(三)
变容二极管调频器获得线性调制的条 件 以变容二极管组成谐振回路 f 1 的LC振荡器的振荡频率为： 2 LC 但在实际电路中，还应考虑到与变容 二极管串联或并联的其它电容以及由 此而得的谐振回路总电容 推导可得，为了获得线性调制，谐振 回路总电容随控制电压而变化的参 数—变容指数应等于2，而变容二极 管的变容指数必须大于2
uo Um cos[0 (t )] 第
五 节 ： 间 接 调 频 电 路
可变时延法调相电路(二)
第 五 节 ： mp 0.8n 间 其中 为谐 接 调 波次数 频 电 该方法的相移大， 路
第 四 节 ： 直 接 调 频 电 路
晶体振荡器调频器：实例
第 四 节 ： 直 接 调 频 电 路
VT1 为语音放大器
VT2 为调频振荡器
振荡电路为电容三点式
综述
间接调频是将调制信号先做积分处理，第 五 再用处理后的调制信号对载波进行调 节 ： 相，方框图如下所示： 间
接 调 频 电 路
本节其余内容限于介绍调相电路
第 五 节 ： 间 接 调 频 电 路
变容二极管容量变化时，回路总等效电 容变化量应与调制电压 u 呈线性关系
30
C C0
可变延时法调相电路(一)
首先将输入载波信号 变换为窄脉冲序列 锯齿波发生器为他激 式，产生相应锯齿波 将锯齿波电压和可控 电压叠加后加到门限 检测电路上 当叠加后的电压瞬时 值等于门限电压时， 门限检测电路产生电 压跳变去触发脉冲发 生器，产生相应脉冲
第 四 节 ： 直 接 调 频 电 路
变容二极管调频器(三)
变容二极管调频器获得线性调制的条 件 以变容二极管组成谐振回路 f 1 的LC振荡器的振荡频率为： 2 LC 但在实际电路中，还应考虑到与变容 二极管串联或并联的其它电容以及由 此而得的谐振回路总电容 推导可得，为了获得线性调制，谐振 回路总电容随控制电压而变化的参 数—变容指数应等于2，而变容二极 管的变容指数必须大于2
第5章_角度调制与解调(1)
：
双失谐回路斜率鉴频器：原理(二) 第 双失谐回路斜率鉴频器：原理(
八 节 ： 鉴 频 电 路
： 失
鉴频 失
集成电路中应用的斜率鉴频器
第 八 节 ： 鉴 频 电 路
VT5C11 ,C21的 成 的 VTC L1 ,3 ,L, 6 4 L1的 , C2的 成 3 , C4 , C1 用 C 器 VT1 ,VT2 电
Qω LC1 | Kϕ |= 1+ ξ 2 π ϕ = 2 − arctan ξ
频器
频 相 ϕ = 90° 频 频 相 90° 相位
相位检波型相位鉴频器(三) 相位检波型相位鉴频器(
相位检波器(鉴相器)( 相位检波器(鉴相器)(
波器 相 器 相 器 ( 相位 ) 波器 波
)
ω f (t ) = ω0 + S f uΩ (t )
频
瞬时频率和附加相位( 瞬时频率和附加相位(二)
相 相 瞬时 相位
相
uC (t ) = U cm cos(ω0t + ϕ0 ) ϕ (t ) = ω0t + ϕ0
第 一 节 ： 角 度 调 制 的 基 本 概 念
ϕ p (t ) = ω0t + S p uΩ (t ) + ϕ0
延时法形成脉冲式电路( 延时法形成脉冲式电路(二)
延时时 时 鉴频
第 八 ： 鉴 频 电 路 节
鉴频器
f < f m = 1/ 2τ d
时频
频
脉冲计数式鉴频器( 脉冲计数式鉴频器(三)
器 脉冲式
第 八 ： 鉴 频 电 路 节
uω
τk
u1
u2
u3
uΩ u4
鉴频 频 频
角度调制及解调
软件开发环境选择
选择合适的软件开发环境，如MATLAB、C 等。
软件测试与验证
对软件程序进行测试和验证，确保软件工作 正常。
角度调制系统的优化建议
硬件优化
采用高性能的硬件设备，提高系统的处理能 力和稳定性。
系统集成优化
优化系统集成方案，降低系统复杂度和成本。
软件优化
优化软件算法，提高系统的处理速度和精度。
角度调制的基本原理
01
相位调制
通过改变载波信号的相位角度来传递信息。根据不同的相位偏移，可以
表示不同的信息符号。
02
调相方式
常见的调相方式有绝对调相和相对调相。绝对调相是指信号的相位与一
个参考相位之间的关系，而相对调相是指两个信号相位之间的差异。
03
解调方式
解调时需要将相位信息还原为原始的信息符号。常见的解调方式有鉴相
角度调制的应用场景
01
02
03
卫星通信
在卫星通信中，由于传输 距离远，信号衰减严重， 角度调制可以提高信号的 抗干扰能力和传输质量。
移动通信
在移动通信中，由于用户 数量多、环境复杂，角度 调制可以更好地满足用户 高速数据传输的需求。
军事通信
在军事通信中，由于通信 环境恶劣，抗干扰能力要 求高，角度调制是一种重 要的通信方式。
性能指标
衡量抗干扰性能的主要指标包括干扰抑制比（ISR）和共信道抑制能力。干扰抑制比表示系统抑制干扰信号的能 力，共信道抑制能力则表示系统在不同干扰环境下仍能保持正常工作的能力。提高抗干扰性能需要采取有效的抗 干扰措施和技术，如扩频技术、频域滤波等。
05 角度调制系统的实现
硬件实现方案
硬件设备选择
性能指标
5角度调制
傅里叶变换
第一类 n 阶贝塞尔函数 是调频指数 mf 的函数
SFM ( ) A J n (m f ) ( c nm ) ( c nm )
讨论
—— FM频谱和传输带宽：
m f 1时：BFM 2 f m ——窄带调频(NBFM)
相对于c的瞬时角频偏
调角信号： s (t ) A cos[ t (t )] m c PM：
(t ) K p m(t )
Kp=rad/V
FM：
d (t ) K f m(t ) dt
Kf =rad/(s•V)
2 PM与 FM的关系
若预先不知m(t)形式，能否判断已调信号是PM还是FM信号?
通信电子线路
第5讲 角度调制
非线性调制（角度调制）概念
概述
角度调制的基本概念
1 调角信号一般表达式
载波的恒定振幅
sm (t ) A cos[ct (t )]
[ct +(t)] –已调信号的瞬时相位
相对于ct的瞬时相位偏移
[ c +d(t)/dt ] –已调信号的瞬时角频率
参考 信号
鉴相器
环路 滤波器
压控
振荡器
输出 信号
锁相环系统框图
基本锁相环的构成:
锁相环的基本组成 鉴相器(PD-Phase Detector) 环路滤波器(LF-Loop Filter) 压控振荡器(VOC: Voltage Controlled Oscillater)
鉴相器是相位比较装置，用来比较 输入信号ui(t)与压控振荡器输出信号 uo(t) 的相位，它的输出电压ud(t)是对 应于这两个信号相位差的函数。
第五章角度调制与解调电路
第五章角度调制与解调电路教学要求：1. 掌握调频、调相信号的特点（时域、频域和功率）及它们之间的区别；2. 掌握变容管直接调频电路的组成原理及其性能特点；3. 掌握间接调频电路的工作原理，了解变容管间接调频电路的组成原理；4. 掌握斜率鉴频器，相位鉴频器、脉冲计数式鉴频器的工作原理，熟悉相位鉴频器的性能特点；5. 本章 5.4 节根据教学需要作为扩充内容。
精品文档教学内容:角度调制及解调电路属于频谱非线性变换电路，它们的实现方法与上一章讨论的频谱搬移电路有所不同。
§ 5.1角度调制信号的基本特性5.1.1调频信号和调相信号频率调制和相位调制是广泛应用的两种基本调制方式。
其中，频率调制简称调频( FM)，它是使载波信号按调制信号规律变化的一种调制方式；相位调制简称调相(PM)，它是使载波信号的相位按调制信号规律变化的一种调制方式。
两种调制方式都表现为载波信号的瞬时相位受到调变，故统称为角度调制，简称调角。
载波信号V =V m COS © ( t)在矢量式中，V m是矢量的长度，© (t)是矢量转动的瞬时角度作为调幅信号，相应的矢量长度是在V mO上叠加按调制信号规律变化，而矢量的转动角速度(角t频率)为恒值CDc，即卩V m=V mO+k a V Q (t)、申(t) = J。
⑷Cd +化却成+申。
式中，k a为比例常数，©0为起始相角，V Q (t、为调制信号电压；因而相应的调幅信号表示式为V(t)二V m o k a V「(t)】CO SQ °)作为调相信号，相应的矢量长度为恒值Vm,而矢量的瞬时相角在参考值Ctct上叠加按调制信号规律变化的附加相角二(t)二k p V,. ](t)，即卩「(t)二・c t ：(t) •「0 二ct ■ k p V, ](t) 「0式中，k p为比例常数；因而相应的调相信号表示式为V(t)二V m cos[ c t • k p V^tp o]而它的瞬时角频率即© (t、的时间导数值为「(t) = d©二c k p d Vi」(t) =(t)dt dt可见，在调相信号中，叠加在W c t(角度)上的附加值相角按调制信号规律变化，而叠加在W c (频率)上的瞬时角频率厶W (t)则按调制信号的时间导数值规律变化。
角度调制与解调
相角和频率的关系：
( t ) f( v )
两种方式
d(t) (t) dt
( t) ( t) dt
5.5.1 调频信号和调相信号 一. 信号表示方式 1. 相位调制（Phase Modulation） 简称：调相（PM）
t k v ( t ) ( t ) t ( t ) c p 0 c 0
t
v ( t ) V cos[ t k v ( t ) dt ] 调频信号表示式： m c f 0
t 0
t ( t ) c 0
0
0
c
f
0
0
瞬时角频率随调制信号线性变化； 瞬时相角随调制信号的积分线性变化。
表5－1－1
类 型 物理量
调幅信号
调频信号
k
p
：比例常数，单位为 rad /V
( t ) V cos[ t k v ( t ) ] 调相信号表示式： v m c p 0
瞬时角频率： dv t) d(t) ( ( t) (t) c c kp dt dt 瞬时相角随调制信号线性变化；
瞬时角频率随调制信号的时间导数线性变化。
c p c m
m c p 0
M V p k p m
调相指数
k V M 最大角频偏 m p m p
3. FM与PM比较
fm m M F
FM
PM
表现在波形上，都是瞬时频率以载频为中心变化。
V FM： m m
1 Mf
PM： 与Ω 无关
二. 振幅调制与角度调制的信号特点
v V cos ( t ) m
振幅调制： V V k v ( t ) m m 0 a
( t ) f( v )
两种方式
d(t) (t) dt
( t) ( t) dt
5.5.1 调频信号和调相信号 一. 信号表示方式 1. 相位调制（Phase Modulation） 简称：调相（PM）
t k v ( t ) ( t ) t ( t ) c p 0 c 0
t
v ( t ) V cos[ t k v ( t ) dt ] 调频信号表示式： m c f 0
t 0
t ( t ) c 0
0
0
c
f
0
0
瞬时角频率随调制信号线性变化； 瞬时相角随调制信号的积分线性变化。
表5－1－1
类 型 物理量
调幅信号
调频信号
k
p
：比例常数，单位为 rad /V
( t ) V cos[ t k v ( t ) ] 调相信号表示式： v m c p 0
瞬时角频率： dv t) d(t) ( ( t) (t) c c kp dt dt 瞬时相角随调制信号线性变化；
瞬时角频率随调制信号的时间导数线性变化。
c p c m
m c p 0
M V p k p m
调相指数
k V M 最大角频偏 m p m p
3. FM与PM比较
fm m M F
FM
PM
表现在波形上，都是瞬时频率以载频为中心变化。
V FM： m m
1 Mf
PM： 与Ω 无关
二. 振幅调制与角度调制的信号特点
v V cos ( t ) m
振幅调制： V V k v ( t ) m m 0 a
5-角度调制与解调
(3)调频信号 矢量长度：恒值 Vm 转动角速度：在载波角频率 c 上叠加按调制信号规律 变化的瞬时角频率 (t) = kfv(t) 。调频信号的一般表达 t 式 v ( t ) V cos[ t k v ( t )dt 0]
m c f
0
Ω
kf ：比例常数，单位为 rad/sV。
① 频谱不再是调 制信号频谱的简单 搬移，而是由载波 分量和无数对边频 分量所组成，每一 边频之间相隔 Ω。
② n 为奇数的上、下边频分量振幅相等，极性相反； 而 n 为偶数的上、下边频分量振幅相等，极性相同。
③ n 次边频分量的振幅与贝塞尔函 数值 Jn(Mf) 成比例。
④ 载波与各边频分量的振幅均与调 频指数 Mf 有关。Mf 越大，有效边频 分量越多。 ⑤ 对于某些 Mf 值，载波或某边频 振幅为零。
调相信号表达式 v(t) = Vmcos[ct + kpv(t) +0] kp ： 比例常数，单位: rad/V 瞬时角频率：即 (t) 的时间导数值为
(t )
d ( t ) dt c kp dv Ω ( t ) dt c Δ ( t )
按调制信号的时间导数值规律变化。
在中等质量通信系统中，取 = 0.1，即Vm 的十分之一， 相应的 BW 用 BW0.1 表示。
根据图 5-1-4 画出 的 = 0.01， = 0.1 时 L 随 M 变化曲线 如图所示。
图 5-1-5 L 随 M 的变化特性
2．卡森公式 若 L 不是正整数， 则应用大于并最靠近 该值的正整数取代。
k f V Ωm Ω
m Ω
sin t + 0 = ct + Mfsin t + 0
m c f
0
Ω
kf ：比例常数，单位为 rad/sV。
① 频谱不再是调 制信号频谱的简单 搬移，而是由载波 分量和无数对边频 分量所组成，每一 边频之间相隔 Ω。
② n 为奇数的上、下边频分量振幅相等，极性相反； 而 n 为偶数的上、下边频分量振幅相等，极性相同。
③ n 次边频分量的振幅与贝塞尔函 数值 Jn(Mf) 成比例。
④ 载波与各边频分量的振幅均与调 频指数 Mf 有关。Mf 越大，有效边频 分量越多。 ⑤ 对于某些 Mf 值，载波或某边频 振幅为零。
调相信号表达式 v(t) = Vmcos[ct + kpv(t) +0] kp ： 比例常数，单位: rad/V 瞬时角频率：即 (t) 的时间导数值为
(t )
d ( t ) dt c kp dv Ω ( t ) dt c Δ ( t )
按调制信号的时间导数值规律变化。
在中等质量通信系统中，取 = 0.1，即Vm 的十分之一， 相应的 BW 用 BW0.1 表示。
根据图 5-1-4 画出 的 = 0.01， = 0.1 时 L 随 M 变化曲线 如图所示。
图 5-1-5 L 随 M 的变化特性
2．卡森公式 若 L 不是正整数， 则应用大于并最靠近 该值的正整数取代。
k f V Ωm Ω
m Ω
sin t + 0 = ct + Mfsin t + 0
角度调制与解调原理
称为卡尔逊公式，计算所得的频谱宽度用BWCR表示。 对于窄带调制，当mf<<1时，Δfm<<F，与F相比忽略Δfm，
频谱带宽近似等于基带频率的两倍 BWCR 2F
对于宽带调制，当mf>>1时，与Δfm相比忽略F,频谱带宽近似
等于最大频偏的两倍 BWCR 2fm
1.2基带信号为任意函数时的频率调制
高频电子技术
3.3 角度调制与解调原理
角度调制的概念
用基带信号去控制高频载波的频率称为调频（FM）， 所形成的已调信号称为调频波；用基带信号控制高频 载波的相位称为调相（PM），所形成的已调信号称 为调相波。调频和调相都表现为高频载波的瞬时相位 随基带信号的变化而变化，通称为角度调制。实际应 用时，调频的使用比调相更广泛，因此本节重点介绍 频率调制与解调。此外，和前面的做法一样，下面的 讨论暂不涉及具体的调制解调电路，即限于论述调制 与解调的原理。
1.1 单音频信号的频率调制
4、调频波频谱宽度
从理论上看，调频波的边频个数为无限大时，频谱宽度也应
为无限大，这将给频率调制的应用带来很大的问题。
但如果规定边频分量振幅的高度小于0.15UΩm时加以忽略，
频谱宽度就不会是无穷大，有效频谱宽度可以用下面的公式
计算：
BWCR 2( m f 1 )F 2( fm F )
频率调制时谱线的个数是无穷大，单音频过渡为多音频时
每一条谱线要由频带取代，调频波的频谱图将变得十分复杂。
不过从单音频推广到多音频时，用于表征调制特性的相关
公式则不需要作太大的变化，只要将基带频率F改为基带信号 频谱的最高频率Fmax即可，调频指数及带宽公式如表所示。
1.3 调频信号的产生
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用贝塞尔函数把上式分解为无穷个正余弦函数的级数，得 ut U cm J 0(m f ) cosc t 载频
U cm J 1(m f )cos(c )t cos(c )t
第一对边频
U cm J 2(m f )cos(c 2 )t cos(c 2 )t 第二对边频 U cm J 3(m f )cos(c 3 )t cos(c 3 )t
第5章 角度调制与解调
通 信 电 子 线 路
第5章 角度调制与解调
5.1 角度调制的基本概念
5.2 调角信号的分析
5.3 实现调频的基本原理和方法 5.4 直接调频电路 5.5 间接调频电路 5.6 扩展线性频偏的方法
5.7 频率解调的基本原理和方法
5.8 鉴频电路 5.9 数字信号的角度调制与解调
第5章 角度调制与解调
图5.4-2
变容二极管在低频简谐波调制 信号作用情况下，电容和振荡频 率的变化情况。 由(a)-(c)图可以看出，C-u和 f-C的非线性关系起着相互抵消作用， 即使得f-u的关系趋于线性。
第5章 角度调制与解调
3、变容二极管调频器获得线性调制的条件
以变容二极管组成谐振回路的LC振荡器的振荡频率为：
f
1 2 LC
但在实际电路中，还应考虑到与变容二极管串联或并联的其它电容以 及由此而得的谐振回路总电容。 可以分析可知：为了获得线性调制，谐振回路总电容随控制电压而变 化的变容指数应等于2。
第5章 角度调制与解调
4、调制灵敏度
调制灵敏度 S f 定义为单位调制电压所产生的频偏。
一般调制灵敏度表示为：
第5章 角度调制与解调
5.1 角度调制的基本概念
5.1.1 角度调制信号的基本特性
我们知道，一个余弦载波信号的可以习惯地表示如下：
uc t Ucm cos c t 0
且也可以写为 角 度 调 制
uc t Ucm cos t
即瞬时相位为
t c t 0
第5章 角度调制与解调
该方法的相移大，且线性较好。
将这一调相脉冲通过滤波器，取出其基波或某一次谐波，就可得 到相移受调制信号控制的正弦调制波。
余弦的导数
p
t
不变
(t )
mp
t
t
第5章 角度调制与解调
图5.1-1 调频波的瞬时角频率和波形
第5章 角度调制与解调
5.2.3
频谱、频带宽度和功率 调频波 ut Ucm cos(ct m f sin t 0 )
1、频谱（以单频余弦调制的调频波为例）
设 0 0 ，用三角函数展开，得 ut Ucm cosc t cos(m f sin t ) sin c t sin(m f sin t )
第三对边频
第5章 角度调制与解调
J n (m)的性质：
随着 值的增加近似周期性变化，且 峰值下降 对于某一固定m值，有近似关系：
n
m
J n (m) 0.15, n m 1
n
2 J n (m) 1
第5章 角度调制与解调
2、功率（以单频调制的调频波为例）
调频波的总功率（在单位电阻上）
第5章 角度调制与解调
5.5 间接调频电路
间接调频就是对调制信号先进行积分，再用处理后的调制信号对 载波进行调相，如图5.5-1所示。这里的关键就是“调相”？
图5.5-1 间接调频电路方框图
5.5.1
可变相移法的调相电路
第5章 角度调制与解调
图5.5-2 可变移相法调频电路方框图 可变移相网络的实现，应用最多就是用变容管调相电路实现，而变容 管调相电路实际上就是一个可变谐振点的谐振回路。图示如下： ( )
( )
I L Cj R
在线性调频时，一般相移量为 30
第5章 角度调制与解调
图5.5-3 一种可变移相法实现调频的电路图
第5章 角度调制与解调
5.5.2
可变时延法的调相电路
图5.5-4 可变时延法调频电路方框图 基本原理：时延网络输出电压为 令：积分后的 u 即
ut Ucm cos[c (t )]
Cj ( pF )
结电容
Cj
Cj (0) U Q u n (1 ) UD
UD
v
PN
结导通电压
Cj (0)
u 0 时的结电容
外加偏置电压
UQ
n
变容指数，仅于结构有关，一 般在1/3－6之间。
第5章 角度调制与解调
2、电路及工作原理
VD
为变容二极管
C2 , L1 , C3
组成低通滤波器，L1对 高频呈现开路。 振荡管本身由正、负 两组直流电源供电。 由高频等效电路可以看出这是一个电感三点式振荡电路，从而可求出 其振荡频率。 调频器中的 VBB 必须非常稳定，以保证调频器中心频率的精确度和 稳定性。
（5.1-7）
第5章 角度调制与解调
5.2 调角信号的分析
5.2.1 单频余弦调制信号的调频波和调相波
设单频余弦调制信号为
u (t ) U cos t
据式5.1-6 其调频波的信号形式为：
ut Ucm cos c t m f sin t 0
式中，
mf
对调频器的主要要求是： 1、频率偏移大，线性关系好。但这是矛盾的。 2、寄生调幅小，调制灵敏度高。
第5章 角度调制与解调
5.4 直接调频电路
5.4.1 变容二极管调频器
1、变容二极管
变容二极管是利用半导体PN结在反偏工作时呈现的势垒电容而 制成的半导体二极管。它是一种电压控制可变电抗元件。 其特性为： （见式） （见图）
BW 2(m 1) F
这种定义，也叫Carson带宽。其同样适用于调相波。 一般窄带通信系统中，用 BW 2 F 宽带通信系统中，用 BW 2mF ，且仅当 m 1 ，且仅当 m 1
第5章 角度调制与解调
5.3 实现调频的基本原理的方法
直接调频：用调制信号电压直接去控制自激振荡器的振荡频率。 其原理是用调制信号电压去改变振荡器的定频元件。 这种振荡器也被叫做压控振荡器。用到的主要器件是：变容二极管。 频率稳定性较差，但方法较简单。 间接调频：利用频率与相位之间的微分与积分关系，首先将调制信号进 行积分处理，然后将经过处理的调制信号对高频振荡进行调相。 简单地说，间接调频就是用调相电路来实现调频。 载频的稳定性高，但不易获得大的频偏。
1 1 1 Pav [U cm J 0 (m f )]2 [U cm J1 (m f )]2 [U cm J1 (m f )]2 2 2 2 1 1 2 [U cm J 2 (m f )] [U cm J 2 (m f )]2 2 2 1 1 [U cm J 3 (m f )]2 [U cm J 3 (m f )]2 2 2 n 2 1 2 2 J n (m) 1 据 (U cm ) J n (m f ) 2 n n
f Sf U
当在线性调制时，即变容指数
n2
时，调制灵敏度表示为：
f0 Sf UQ
（5.4-10）
第5章 角度调制与解调
5 、 一 种 实 际 的 直 接 调 频 电 路
第5章 角度调制与解调
5.4.2
晶体振荡器调频器
上述调频器的最大优点是可以获得比较大的频偏。但是中心频率稳定 性比较差。所以要采取一些措施加以改进。 一是用晶体振荡器。二是用自动频率控制电路。三是用锁相环电路。
c ct 0
c S f u (t )
t
恒值
c S p du (t ) dt
0
（3）调频波、调相波的频偏和相偏的关系特点
第5章 角度调制与解调
u (t )
u (t )
t
调频
u(t )
t
u(t )
调相
t
(t )
t
(t )
f
不变
t
(t )
mf
余弦的积分
(t ) (t )
Um
UC Sa u (t )
c t S p u (t ) 0 c t S f u (t )dt 0 0 t u(t ) [UC Sa u (t )]cos(c t 0 ) U cm cos[c t S f u (t )dt 0 ] Ucm cos[c t S pu (t ) 0 ]
S f U
f
S f U
f
mf
调频系数
f
最大角频偏
第5章 角度调制与解调
其调相波的信号形式为：
ut Ucm cosc t mP cos t 0
式中， m p 所以 令：
SpU
又因为
t c t t 0
ut Ucm cos t
令：
ut U cm cos t dt 0 代入得余弦波为 0
t
d t t dt
即
t t dt 0
t 0
若为调频，则频率是一个变化的量，变化的频率（瞬时角频 率）可表示为
第5章 角度调制与解调
调角
调频
调相
频率检波
相位检波
鉴频
鉴相
在通信和广播中，调频制比调幅制的抗干扰性强。
本章的主要内容 调频、鉴频的基本原理和实现其的电路组成。 这种电路都属于非线性频谱变换电路。 本章的重点 1、掌握调频和调相信号的信号、频谱等基本特点； 2、掌握调幅调频波产生的方法和电路； 3、了解鉴频原理和方法。
U cm J 1(m f )cos(c )t cos(c )t
第一对边频
U cm J 2(m f )cos(c 2 )t cos(c 2 )t 第二对边频 U cm J 3(m f )cos(c 3 )t cos(c 3 )t
第5章 角度调制与解调
通 信 电 子 线 路
第5章 角度调制与解调
5.1 角度调制的基本概念
5.2 调角信号的分析
5.3 实现调频的基本原理和方法 5.4 直接调频电路 5.5 间接调频电路 5.6 扩展线性频偏的方法
5.7 频率解调的基本原理和方法
5.8 鉴频电路 5.9 数字信号的角度调制与解调
第5章 角度调制与解调
图5.4-2
变容二极管在低频简谐波调制 信号作用情况下，电容和振荡频 率的变化情况。 由(a)-(c)图可以看出，C-u和 f-C的非线性关系起着相互抵消作用， 即使得f-u的关系趋于线性。
第5章 角度调制与解调
3、变容二极管调频器获得线性调制的条件
以变容二极管组成谐振回路的LC振荡器的振荡频率为：
f
1 2 LC
但在实际电路中，还应考虑到与变容二极管串联或并联的其它电容以 及由此而得的谐振回路总电容。 可以分析可知：为了获得线性调制，谐振回路总电容随控制电压而变 化的变容指数应等于2。
第5章 角度调制与解调
4、调制灵敏度
调制灵敏度 S f 定义为单位调制电压所产生的频偏。
一般调制灵敏度表示为：
第5章 角度调制与解调
5.1 角度调制的基本概念
5.1.1 角度调制信号的基本特性
我们知道，一个余弦载波信号的可以习惯地表示如下：
uc t Ucm cos c t 0
且也可以写为 角 度 调 制
uc t Ucm cos t
即瞬时相位为
t c t 0
第5章 角度调制与解调
该方法的相移大，且线性较好。
将这一调相脉冲通过滤波器，取出其基波或某一次谐波，就可得 到相移受调制信号控制的正弦调制波。
余弦的导数
p
t
不变
(t )
mp
t
t
第5章 角度调制与解调
图5.1-1 调频波的瞬时角频率和波形
第5章 角度调制与解调
5.2.3
频谱、频带宽度和功率 调频波 ut Ucm cos(ct m f sin t 0 )
1、频谱（以单频余弦调制的调频波为例）
设 0 0 ，用三角函数展开，得 ut Ucm cosc t cos(m f sin t ) sin c t sin(m f sin t )
第三对边频
第5章 角度调制与解调
J n (m)的性质：
随着 值的增加近似周期性变化，且 峰值下降 对于某一固定m值，有近似关系：
n
m
J n (m) 0.15, n m 1
n
2 J n (m) 1
第5章 角度调制与解调
2、功率（以单频调制的调频波为例）
调频波的总功率（在单位电阻上）
第5章 角度调制与解调
5.5 间接调频电路
间接调频就是对调制信号先进行积分，再用处理后的调制信号对 载波进行调相，如图5.5-1所示。这里的关键就是“调相”？
图5.5-1 间接调频电路方框图
5.5.1
可变相移法的调相电路
第5章 角度调制与解调
图5.5-2 可变移相法调频电路方框图 可变移相网络的实现，应用最多就是用变容管调相电路实现，而变容 管调相电路实际上就是一个可变谐振点的谐振回路。图示如下： ( )
( )
I L Cj R
在线性调频时，一般相移量为 30
第5章 角度调制与解调
图5.5-3 一种可变移相法实现调频的电路图
第5章 角度调制与解调
5.5.2
可变时延法的调相电路
图5.5-4 可变时延法调频电路方框图 基本原理：时延网络输出电压为 令：积分后的 u 即
ut Ucm cos[c (t )]
Cj ( pF )
结电容
Cj
Cj (0) U Q u n (1 ) UD
UD
v
PN
结导通电压
Cj (0)
u 0 时的结电容
外加偏置电压
UQ
n
变容指数，仅于结构有关，一 般在1/3－6之间。
第5章 角度调制与解调
2、电路及工作原理
VD
为变容二极管
C2 , L1 , C3
组成低通滤波器，L1对 高频呈现开路。 振荡管本身由正、负 两组直流电源供电。 由高频等效电路可以看出这是一个电感三点式振荡电路，从而可求出 其振荡频率。 调频器中的 VBB 必须非常稳定，以保证调频器中心频率的精确度和 稳定性。
（5.1-7）
第5章 角度调制与解调
5.2 调角信号的分析
5.2.1 单频余弦调制信号的调频波和调相波
设单频余弦调制信号为
u (t ) U cos t
据式5.1-6 其调频波的信号形式为：
ut Ucm cos c t m f sin t 0
式中，
mf
对调频器的主要要求是： 1、频率偏移大，线性关系好。但这是矛盾的。 2、寄生调幅小，调制灵敏度高。
第5章 角度调制与解调
5.4 直接调频电路
5.4.1 变容二极管调频器
1、变容二极管
变容二极管是利用半导体PN结在反偏工作时呈现的势垒电容而 制成的半导体二极管。它是一种电压控制可变电抗元件。 其特性为： （见式） （见图）
BW 2(m 1) F
这种定义，也叫Carson带宽。其同样适用于调相波。 一般窄带通信系统中，用 BW 2 F 宽带通信系统中，用 BW 2mF ，且仅当 m 1 ，且仅当 m 1
第5章 角度调制与解调
5.3 实现调频的基本原理的方法
直接调频：用调制信号电压直接去控制自激振荡器的振荡频率。 其原理是用调制信号电压去改变振荡器的定频元件。 这种振荡器也被叫做压控振荡器。用到的主要器件是：变容二极管。 频率稳定性较差，但方法较简单。 间接调频：利用频率与相位之间的微分与积分关系，首先将调制信号进 行积分处理，然后将经过处理的调制信号对高频振荡进行调相。 简单地说，间接调频就是用调相电路来实现调频。 载频的稳定性高，但不易获得大的频偏。
1 1 1 Pav [U cm J 0 (m f )]2 [U cm J1 (m f )]2 [U cm J1 (m f )]2 2 2 2 1 1 2 [U cm J 2 (m f )] [U cm J 2 (m f )]2 2 2 1 1 [U cm J 3 (m f )]2 [U cm J 3 (m f )]2 2 2 n 2 1 2 2 J n (m) 1 据 (U cm ) J n (m f ) 2 n n
f Sf U
当在线性调制时，即变容指数
n2
时，调制灵敏度表示为：
f0 Sf UQ
（5.4-10）
第5章 角度调制与解调
5 、 一 种 实 际 的 直 接 调 频 电 路
第5章 角度调制与解调
5.4.2
晶体振荡器调频器
上述调频器的最大优点是可以获得比较大的频偏。但是中心频率稳定 性比较差。所以要采取一些措施加以改进。 一是用晶体振荡器。二是用自动频率控制电路。三是用锁相环电路。
c ct 0
c S f u (t )
t
恒值
c S p du (t ) dt
0
（3）调频波、调相波的频偏和相偏的关系特点
第5章 角度调制与解调
u (t )
u (t )
t
调频
u(t )
t
u(t )
调相
t
(t )
t
(t )
f
不变
t
(t )
mf
余弦的积分
(t ) (t )
Um
UC Sa u (t )
c t S p u (t ) 0 c t S f u (t )dt 0 0 t u(t ) [UC Sa u (t )]cos(c t 0 ) U cm cos[c t S f u (t )dt 0 ] Ucm cos[c t S pu (t ) 0 ]
S f U
f
S f U
f
mf
调频系数
f
最大角频偏
第5章 角度调制与解调
其调相波的信号形式为：
ut Ucm cosc t mP cos t 0
式中， m p 所以 令：
SpU
又因为
t c t t 0
ut Ucm cos t
令：
ut U cm cos t dt 0 代入得余弦波为 0
t
d t t dt
即
t t dt 0
t 0
若为调频，则频率是一个变化的量，变化的频率（瞬时角频 率）可表示为
第5章 角度调制与解调
调角
调频
调相
频率检波
相位检波
鉴频
鉴相
在通信和广播中，调频制比调幅制的抗干扰性强。
本章的主要内容 调频、鉴频的基本原理和实现其的电路组成。 这种电路都属于非线性频谱变换电路。 本章的重点 1、掌握调频和调相信号的信号、频谱等基本特点； 2、掌握调幅调频波产生的方法和电路； 3、了解鉴频原理和方法。