调频、调相电路
调频电路
号的质量不好。 并且干扰信号是无法去掉的，
因为它存在于传输信息的包络中，与有用的信 号混在一起。
角度调制优点——抗干扰能力较强。比如在调频信号中，有用的
调制信号存在于随调制信号变化的频率之中
的，在幅度中叠加的幅度干扰信号，可以通过 限幅器将其切去(如下图)，并不影响有用的调
制信号。
叠加幅度干扰 限幅
mf=0.2
mf=2.0
fC mf=0.5 mf=4.0
fC
fC mf=1.0 mf=6.0
fC
fC
fC
4. 调频波的信号宽带
——从原理上说，信号带宽应包括信号的所有频率分
量。（但调频波频谱有无穷多分量） 定义：信号频带宽度应包括幅度大于载波幅度10%以上的边频
分量，则对应的调频波带宽B为：
B=2(mf+1)F
（
mf
——调频波的调频指数）
一些质量要求比较高的系统则：
B 2(mf mf 1) F
特例：1）当 m f <0.5→调频波由载频 ωc 和( ωc 构成→称窄带调频 此时频带为： 此时频带为：
Ω )的边频
B 2F
B 2mf F 2f m
2）当mf>>1→为恒定带宽调频
7-5-3 调频电路
复杂。
课后小结——见黑板
复习及课前提问：1.为何要进行混频、倍频？ 2.怎样完成混频、倍频? 思考与练习题： 1．说明调频波为什么比调幅波的抗干扰能力强？ 2．调频指数mf与最大频偏Δfm及调制F频率有和关系？ 3．何谓窄带调频？何谓恒定带宽调频？它们的带宽如何计 算？ 4．为什么说调频波所占的频带比调幅波宽很多？ 5．直接调频如何实现？ 6．间接调频如何实现？间接调频有何优点？ 作业题: 7-15 预习：调相电路
调频与调相
1
Nout 4 2 A2
fm fm
(2
f
)2
N0df
2 3A2
N0
f
3 m
解调后，输出信噪比为
Sout
Nout
KF2M E m
t
2 3A2 2N0 fm3
3A2 KF2M
2N0
f
3 m
E m
t
2
因为
FM
K FM
| m(t) |max fm
Sout
Nout
3
2 FM
E m
no(t) 可以看成ns(t)经过微分器，而 ns (t) V (t)sin( ' (t))是一个均值为0，
功率为N0BFM的低通型窄带噪声，其带宽范围
BFM 2
, BFM 2
。
微分器的传输响应函数为
H () 1 j 2A
所以，经过微分后噪声的功率谱密度为
1
4 2 A2
(2
f
)2
N0
经过低通[-fm,fm]后，噪声概率为
2 FM
Si n0 fm
m(t) ，0
A2 m(t)2，
2
A | m(t) |max
改善门限效应的方法
加重和去加重 锁相环解调* 负反馈解调等*
加重和去加重
输出噪声呈抛物线形式
经过鉴频器后，噪声的功率谱密度变为抛物线）型， 即在信号的低频处，噪声的功率谱密度小，而在信号 的高频处，信号的功率谱密度大。由于一般信号在高 频分量处，信号的功率本身就小，因此高频分量处的 信噪比就较差。这实际上影响着调频的输出信噪比。
m t'
t m
d
则对m(t)’调相等价于对m(t)调频。
调频电路
式中， 上的结电容， 式中，CjQ 变容二极管在静态工作点 Q 上的结电容，x 为归 一化的调制信号电压 其值恒小于 。 的调制信号电压， 一化的调制信号电压，其值恒小于 1。 将 Cj 代入 ωosc ≈ ω0 =
1 LCj
中，得
n 1 (1 + x)n ωosc ≈ ω0 = - - ) = = ωc (1 + x) 2 (5-2-10) LCj LCjQ 1 式中， 的振荡(载波)角频率， 式中，ωc = 为 vΩ = 0 的振荡(载波)角频率，与 VQ 有 LCjQ 关。
n 1 (1 + x)n ωosc ≈ ω0 = - - ) = = ωc (1 + x) 2 (5-2-10) LCj LCjQ 式(5-2-10)为归一化调频特性曲线方程，反映了振荡角频率 - - ) 归一化调频特性曲线方程， ωosc 随 x(即 vΩ )变化的关系式。 变化的关系式。 (
归一化调频特性曲线： ② 归一化调频特性曲线： 不同， 指数 n 不同，∆f / fc 随 x 变 化的曲线。 化的曲线。 变化的曲线如 ∆f / fc 随 x 变化的曲线如 可见， 图 5-2-4 所示 ，可见，除 n - = 2 外，调频特性曲线均为非 线性曲线。 线性曲线。
2．调频灵敏度 ． (1)定义 ) 原点上的斜率
d(∆f ) SF = dv v
=0
越大， 单位为 Hz/V， SF 越大，调制信号 ， 对瞬时频率的控制能力就越强。 对瞬时频率的控制能力就越强。 (2)要求 ) 波形如图 - 当 vΩ(t) = VΩmcosΩ t 时，画出的 ∆f(t) 波形如图 5-2-2 所 图中， 即为调频信号的最大频偏。 示。图中，∆fm 即为调频信号的最大频偏。
调频调相及其解调
展望
未来通信系统对信号传输速率和抗干扰能力的 要求越来越高，因此需要研究更加高效和可靠
的调制解调技术。
在未来，调频调相技术的研究将更加注重节能减排和 环保，以适应绿色通信的发展趋势。
随着通信技术的发展，调频调相技术将不断进 步和完善，进一步提高通信质量和可靠性。
随着物联网、智能家居等新兴领域的发展，无线 通信需求将不断增加，调频调相技术将在这些领 域得到更广泛的应用。
通过调制技术，可以将多个低频信号 调制到同一个载波频率上，从而实现 多路复用，提高通信系统的效率。
02
调频调相的基本原理
调频原理
01
02
03
调频信号的生成
通过改变振荡器的输入信 号的幅度或相位，从而改 变振荡器的频率，产生调 频信号。
调频信号的解调
通过滤波器或匹配滤波器 将调频信号还原为原始信 号。
在宽带通信中，调频调相技术可以用于高速数据 传输，提高通信速率和数据吞吐量。
雷达领域的应用
距离测量
调频调相技术可以用于雷达中，通过测量信号的往返时间来计算 目标距离。
速度测量
雷达通过多普勒效应可以测量目标的相对速度，调频调相技术可 以提高测速的精度和分辨率。
目标识别
调频调相技术可以提高雷达的目标识别能力，通过对回波信号的 分析和处理，实现对目标类型的识别和分类。
调频调相及其解调
• 引言 • 调频调相的基本原理 • 调频的实现方法 • 调相的实现方法 • 解调技术 • 调频调相的应用场景 • 总结与展望
01
引言
背景介绍
调频调相技术是通信领域中的 重要技术之一，广泛应用于广 播、电视、无线通信等领域。
调频调相技术能够实现信号的 调制和解调，从而实现对信号 的传输和接收。
调制解调电路
第六章 频谱变换电路⎩⎨⎧非线性：调频、限幅频线性：调幅、混频、倍6.1概述频谱变换电路：频谱搬移，使之适合于传输.具备将输入信号频谱进行频谱变换，以获取具有所需频谱的输出信号这种功能的电路就叫做频谱变换电路。
6.2乘法器变跨导式模拟乘法器是以恒流源式差动放大电路为基础，并采用变换跨导的原理而形成的。
变跨导式模拟乘法器（恒流源式差分放大器）双入双出()()EQT EQT b b be i beco I U I U r r u r R u βββ+≈++=⋅-='111()21I U Tβ+= ∴I u U R u i TCo ⨯⋅-≈12若I u i ∞2成正比，则21i i o u u u ⨯∞ei e BE i e R u R u u I I 232≈-==∴21212i i e i i TC o U U R R u u U R u ⋅⋅=⋅⋅-=跨导222121i eI T T TEQ m u R UU U IU I g ∞⋅===∴称为变跨导乘法器.6.3调幅波一、幅度调制（AM ）()t u Ω－低频 ()t u c －高频定义：用()t u Ω去控制()t u c 的幅度，使幅度()t u Ω∞，称为调制称()t u Ω为调制信号，()t u c 为载波信号.1、 调幅特性.令()t U t u m Ω=ΩΩcos ()t w U t u c cm c cos = 则)()t w t M U t u c a cm AM cos cos 1⋅Ω+=其中cmm a U U k M Ω⋅=称为调制指数.（k 由电路决定的一个常数）()t w t M U t w U t u c a cm c cm AM cos cos cos ⋅Ω⋅⋅+⋅=()()[]t w t w M U t w U c c a cm c cm Ω-+Ω+⋅⋅+⋅=cos cos 21cos∴调幅波有3个频率分量c w 、Ω+c w 、Ω-c w .称Ω+c w 为上边频，Ω-c w 为下边频m AM B Ω=2载波不携带()t u Ω的信息，而且占用较大的发射功率，可以只发射边带。
高频电子线路(调相解调电路)
通信电路课题名称PM调相/解调电路设计院系电气信息工程学院专业通信工程班级通信1班学号学生姓名联系方式2012 年12 月摘要在无线电通信中，角度调制是一种重要的调制方式，它包括频率调制（FM）和相位调制（PM）。
角度调制的定义是高频振荡的振幅不变，而其总瞬时相角岁调制信号()按一u t定的关系变化。
与振幅调制相比，角度调制具有抗干扰能力强和较高的载波功率利用系数等优点，但占有更宽的传送频带。
调频主要应用于调频广播、广播电视、通信及遥测遥控等，而调相主要用于数字通信系统中的移相键控。
关键词：相位调制；鉴相器；Multisim目录1.设计目的 (4)2.设计要求 (4)3.设计原理 (4)3.1 调相原理 (4)3.2 解调原理 (5)4.设计方案 (5)5.设计电路图 (7)5.1低频信号产生模块 (7)5.2高频信号产生模块 (8)5.3低频信号放大模块 (9)5.4高频功率放大模块 (9)5.5调相模块 (10)5.6解调模块 (10)6.电路仿真 (11)7.结果分析 (12)8.设计小结 (13)参考文献 (15)1.设计目的通过对电路的设计实现相位随调制信号()u t Ω的变化而变化，然后再通过鉴相器从调相波中取出原调制信号。
2.设计要求（1）选取合适的调相解调电路； （2）画出电路图；（3）用Multisim 仿真电路图；（4）画出相关仿真的波形，频率波形图。
3.设计原理3.1 调相原理调相信号是瞬时相位以未调载波相位c ϕ为中心按调制信号规律变化的等幅高频振荡信号。
设调制信号为()cos u t U t ΩΩ=Ω（初始相位为零），载波信号为()cos c c c u t U w t =，那么调相波的瞬时相位可以表示为()()()cos cos c c p c m c p t t t t k U t t t t m t ϕωϕωωϕωΩ=+∆=+=+∆Ω=+Ω则调相信号可以表示为()cos(cos )C c p u t U m t ω=+Ω其中，m p p k U m ϕΩ∆== ，为最大相偏，p m 称为调相指数。
模电)频率变换电路：角度
调相系数mp= ⊿wpm / Ω
例1. 已知调制信号uΩ＝5cos（2 ×103t） V， 调角信号表达式u (t)＝10cos〔2 ×106t ＋10cos （2 ×103t）〕V，试指出该调角信号是调频 还是调相信号？调制系数、载波振幅以及最大 频偏各为多少？ （调相、mp＝10rad、10V、10kHz）
2、 ⊿fm =KfUΩm/ 2 =50KHz
3、mf= ⊿fm / F=50KHz /1KHz =50rad
BW=2(mf+1)F=102KHz
15
8.3.2 调频电路
实现调频的方法有两种：直接调频法和间接调频法。
直接调频是用调制信号控制振荡器的频率（通过改变回路 元件参数来实现）。在直接调频电路中，振荡器与调制器合 二为一。这种方法的主要优点是在实现线性调频的要求下， 可以获得较大的频偏；其主要缺点是频率稳定度差。
2
⒉ 调频、调相波形
3
⒊ 数学表达式
⑴ FM ※
设载波uC＝UCmcoswCt 调制信号uΩ＝UΩmcosΩt
① 瞬时角频率
wC（t）= wC＋kf UΩm cosΩt = wC＋⊿wfmcosΩt
wC——载波角频率，即调频波中心角频率 kf——调频灵敏度，表示单位调制信号幅度引
起的频率变化
⊿wfm——调频波最大角频偏，表示FM波频率 摆动的幅度， ⊿wfm = kf UΩm ※最大频偏？
⑵ f＞ fc时，w L2 ＞1/wC2 （感性）， I2滞 后E， U2、U1相位差大于90°，这时 | UD1 |＜| UD2 |，即检波后电压相等且反 相，故输出电压U0 ＜0。
42
⑶ f＜ fc时，w L2 ＜1/wC2 （容性）， I2超 前E， U2、U1相位差小于90°，这时 | UD1 |＞| UD2 |，即检波后电压相等且反 相，故输出电压U0 ＞0。 故 FM波的f随调制信号变化→ U2 、 U1 相位差变化（FM-PM）→加到检波器上 的电压幅度变化（FM-AM） →包络检波 →得到 原调制信号
信号的三种调制方式
y ( x) c1 J ( x) c 2Y ( x)
齿轮故障特征
1．在各种齿轮故障诊断方法中,以振动检测为基础的齿 轮故 障诊断方法具有反映迅速、测量简便、实时性 强等优点。 2．齿轮发生断齿情况下其振动信号冲击能量达到最大， 均方值和峰值减小,表明齿轮传动接触减少,对经过磨合 期的齿轮,接触减少只可能是齿轮断齿或磨损厉害,但因 峭度和峰值指标增大,又表明齿轮存在较强的振动冲击, 而磨损厉害并不会出现较大的冲击振动信号,所以齿轮发 生的是 x] p( x)dx
4
式中x(t)为瞬时振幅，x杠为振幅均值，p(x)为概率密度， σ为标准差
1 K N
xi x i 1 t
N
4
式中xi为瞬时振幅，x杠为振幅均值，N为采样长度， σt为标准差。 峭度（Kurtosis）K是反映振动信号分布特性的数值 统计量，是4阶中心矩，峭度指标是无量纲参数， 由于它与轴承转速、尺寸、载荷等无关，对冲击信 号特别敏感，特别适用于表面损伤类故障、尤其是 早期故障的诊断。在轴承无故障运转时，由于各种 不确定因素的影响，振动信号的幅值分布接近正态 分布，峭度指标值K≈3;随着故障的出现和发展，振 动信号中大幅值的概率密度增加，信号幅值的分布 偏离正态分布，正态曲线出现偏斜或分散，峭度值 也随之增大。峭度指标的绝对值越大，说明轴承偏 离其正常状态，故障越严重，如当其K>8时，则很 可能出现了较大的故障。
4.均方根值由于对时间取平均值，因而适用于像磨损、表面裂 痕无规则振动之类的振幅值随时间缓慢变化的故障诊断。
X 1 N
x
1
N
i
2
5.齿轮偏心是指齿轮的中心与旋转轴的中心不重合，这种故障 往往是由于加工造成的。 (1)时域特征 当一对互相啮合的齿轮中有一个齿轮存在偏心时，其振动波 形由于偏心的影响被调制，产生调幅振动，图为齿轮有偏心 时的振动波形。
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调频电路
直接调频方式 使用电抗晶体管的调频电路 由调相形成的等效调频电路
直接调频方式
思路：调谐回路的LC决定谐振频率，只 要信号波能直接改变L值或C值，就能实 现调频
两种实现方式： 用电容式话筒实现直接调频 用变容二极管实现直接调频
用电容式话筒实现直接调频
电容的相对偏移与频率的相对偏移的关系
使用电抗晶体管的调频电路
电抗晶体管 使用电抗晶体管的调频电路
电抗晶体管
Le
hie hfe
RC
从集电极看进去的电抗：
左图: jLe
右图: 1
jCe
Ce
hfe hie
RC
使用电抗晶体管的调频电路
振荡频率随信号波偏移，容易形成深度调制 频率稳定性差，需AFC
由调相形成的等效调频电路
vPVM因体效cms由振调Vincm：荡频si器直cnt 加接PkMV调调sm相频Vccom电稳ssi路定nst进性ctV行差cmm间，sPi接用nco调稳sct频定stk或的vs等晶
调频、调相电路
调频波、调相波 --- 介绍调频波、调相波数学表
的基本概念和性 达式，并对其类似性、占用
质
带宽等调频波、调相波的性
练习一
质进行讨论，然后讨论调频 波、调相波的调制方法
调频电路
---各种调制电路的作用、特征
调相电路
调频发射机 单片芯片
--- 调频发射机的构成和概要
练习二
本章复习内容
PM=ct+ cos st= ct+mPcos st
已调波 vPM Vcm sinPM Vcm sinct mP cosst
调相波的波形
为了画出调相波，需计算调相波角频率 的瞬时值：
PM
dPM
dt
dct
mP dt
c osst
c
mPs
sin st
根据上述表达式，可画出调相波的波形， 参见P.115图4.4
现信思波号路可波：知为，比vs调较' 相P.1v波1sd6t可表以4V.1看s中m 成c的o为s调最st频d大t 波角V和s频ms调s率in相st
v将PM其偏可的号代移知，波Vc入m，而的s上i调 调 角n式s频 相 频的的ct波 波 率调vs的 的 成频处k V最 最 正,波s得ms 大 大 比，sin角 角 。但频 频 这根st 率率 个据偏偏差Pvc.1移移异2调6却是必图相与一须器v4’s.s信定消16vPFM
这种方法从音频到短波均可振荡， 电路简单
f 1 C fc 2 C
频率稳定性比晶体振荡器差，需 AFC电路
用变容二极管实现直接调频
根据P.122图4.8可知，变容二极管需负偏置 电路中的负偏置哪里来？
由调制信号一并提供 振荡元件由三极管、L、C等构成，温度系数大，
频率稳定性差，也需AFC电路
调频波和调相波的比较
调频波、调相波的边带波
vFM Vcm sinct mf sinst
Vcmsinct cosmf sinst cosct sinmf sinst
V贝cm[塞J0 尔x函sin数c：t 象J1cxoss(imnfsicnsts)、t sinc s t 类似JJs量32siinnxx也(mcsst是iisfnnsini三nscct角st3122)函那csos数s样tt的c的ssiin函n正st数弦ccco，、s32叫余csst贝t弦s 塞t函那尔样 数的函的三数变角变换 J贝4x塞s尔in函c数 4的s一t 般si展n开c 式4：s t ]
s
2
n1
J
2 n
x
95%
若信求号出波x的值频(即率m范f 值围)不很宽同,时调的相k波,高的次带项宽可也以需忽随略信号增宽
这样这就样不引能起有的效失地真利,用人带的宽感, 此官时觉调察相不波了就不适合,因此
调相波只有在信号波的频率范围比较窄时才使用
练习一
1. 练习题3自己练习； 2. 练习题1~2、4~5做在练习本上。
载波
vc Vcm sin ct Vcmsin2fct
根据调相波的定义：载波的相位按信号波的振幅变
化而变化，即已调波的瞬时相位PM是以载波的相 位ct为中心按信号波的变化而变化的，
PM=ct+kvs=ct+kVsmcosst=ct+ cos st， 其中的为最大相位偏移，并称之为调制指数或调
相指数， PM为瞬时相位
根据调频波的定义：载波的频率按信号波的振幅变
化而变化，即已调波的角频率FM是以载波的角频
率c为中心按信号波的变化而变化的，
FM=c+kvs=c+kVsmcosst=c+cos st，
其中的为最大角频率偏移， FM为瞬时角频率
由任瞬令于一时m瞬时相f 时刻角角的：s频 相率角f随，fs 时才, 称间能之变代为化入调，正只弦制有信指求号数出表或与达调之式频对。指应数的,
其中的f为最大频率偏移 t
FM
t
0 FMdt
ct
s
sin st
0
ct
ssin st已调波vvFFMMVcm sinFM
VcVmcsminsinctct ms f
ssiinnsstt
调频波的波形
参见P.113图4.1
调相波如何表示
信号波
vs Vsm cosst Vsm cos 2fst
下一章预习内容
调频波、调相波
调频波如何表示 调频波的波形 调相波如何表示 调相波的波形 调频波和调相波的比较 调频波、调相波的边带波 调频波、调相波的带宽
调频波如何表示
信号波
vs Vsm cosst Vsm cos 2fst
载波
vc Vcm sin ct Vcmsin2fct
其中x sminf xsin 2 J2n1xsin2n 1
J0x, J1x,
表示载波n0和各边带波的
振幅大小c o, 它sx们sin随 x ,即J调0 x制 指2数的J 2n变x化c os2n
而变化,具体参见P.118图4.5 n1
根据经验, 有
调频波、调相波的带宽 讨mm论ff : 11时 时根 以 无 无,,据 为 限 限带 带上 带宽 宽c中页 宽BB 心结 在2m、论现(amx，实f(s2为请中1间f)问是,f2s隔调否fs的频允)2(无波许ffs限的？边频为1)带带 什fs ，有 么 2即多 ？(带宽f 宽？f为s )
当f固定不,允f s减许少，到因一 为带定宽值资时,源带有宽限几乎与f s无关, 是一定的 当fs固定限, 制f增带加宽时是,边否带可以数？目增加,带宽变宽
结论 : 理论上可以做到，只要满足下列要求即可
调频波的带宽与f有很大关系
k
考虑根调据相已波调: 波f 能量fs的,带百宽分随比f
而J变02 化x