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角度调制跟解调.ppt

角度调制跟解调

罗微
2018-12-11 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《角度调制跟解调ppt》,可适用于IT/计算机领域

概述调角波性质调频方法概述变容二极管调频相位鉴频器AMFM调频波的指标寄生调幅频谱宽度抗干扰能力幅度调制角度调制调频FM调相PM载波信号的受控参量振幅频率相位解调方式相干解调或非相干解调鉴频或频率检波鉴相或相位检波解调方式的差别频谱线性搬移频谱结构无变化频谱非线性频谱结构发生变化属于非线性频率变换特点频带窄频带利用率高频带宽频带利用不经济抗干扰性强用途广播电视通信遥测数字通信调幅AM利用波形变换电路进行鉴频鉴频器的指标鉴频灵敏度鉴频跨导鉴频频带宽度寄生调幅抑制能力失真和稳定性鉴频特性曲线瞬时频率与瞬时相位调频波和调相波的数学表示式调频波和调相波的频谱和频带宽度调频是使高频载波的瞬时频率按调制信号规律变化的一种调制方式调相是使高频载波的瞬时相位按调制信号规律变化的一种调制方式。因为这两种调制都表现为高频振荡波的总瞬时相角受到调变故将它们统称为角度调制(简称调角)。瞬时频率瞬时相位调频设调制信号为vOmega(t)载波信号omega是未调制时的载波中心频率kfvOmega(t)是瞬时频率相对于omega的偏移叫瞬时频率偏移简称频率偏移或频移。可表示为最大频移即频偏表示为瞬时频率瞬时相位相移调制指数调相omegattheta是未调制时的载波相位kpvOmega(t)是瞬时相位相对于omegattheta的偏移叫瞬时相位偏移简称相位偏移或相移。可表示为最大相移即相偏表示为瞬时相位瞬时频率频偏调制指数数学表达式瞬时频率瞬时相位最大频移调制指数FM波PM波附:上述比较中的调制信号v(t)载波Vmcos(t)以单音调制波为例调制信号调频瞬时频率瞬时相位已调频信号调相瞬时频率瞬时相位已调相信号以单音调制波为例调制信号以单音调制波为例调频调相End调频调相可以看出调相制的信号带宽随调制信号频率的升高而增加而调频波则不变有时把调频制叫做恒定带宽调制。由于调频波和调相波的方程式相似因此只要分析其中一种的频谱则对另一种也完全适用。已调频信号其中是以mf为参数的n阶第一类贝赛尔函数。一、频谱一、频谱一、频谱)单音调制时调频波的频谱不是调制信号频谱的简单搬移而是由载波和无数对边带分量所组成它们的振幅由对应的各阶贝塞尔函数值所确定。其中奇次的上、下边带分量振幅相等、极性相反偶次的振幅相等、极性相同。)调制指数mf越大具有较大振幅的边频分量就越多。这与调幅波不同在单频信号调幅的情况下边频数目与调制指数无关。)载波分量和各边带分量的振幅均随mf变化而变化。对于某些mf值载频或某边频振幅为零。籍此可以测定调制指数mf。上式表明当V一定时不论mf为何值调频波的平均功率恒为定值并且等于未调制时的载波功率。换句话说改变mf仅会引起载波分量和各边带分量之间功率的重新分配但不会引起总功率的改变。)根据帕塞瓦尔(Parseval)定理调频波的平均功率等于各频谱分量平均功率之和。因此在电阻R上调频波的平均功率应为虽然调频波的边频分量有无数多个但是对于任一给定的mf值高到一定次数的边频分量其振幅已经小到可以忽略以致滤除这些边频分量对调频波形不会产生显著的影响。二、带宽通常规定:凡是振幅小于未调制载波振幅的%(或%根据不同要求而定)的边频分量均可忽略不计保留下来的频谱分量就确定了调频波的频带宽度。如果将小于调制载波振幅l%的边频分量略去不计则频谱宽度BW可由下列近似公式求出:在实际应用中也常区分为:从上面的讨论知道调频波和调相波的频谱结构以及频带宽度与调制指数有密切的关系。总的规律是:调制指数越大应当考虑的边频分量的数目就越多无论对于调频还是调相均是如此。这是它们共同的性质。但是由于调频与调相制与调制频率F的关系不同仅当F变化时它们的频谱结构和频带宽度的关系就互不相同。调频调相对于调频制仅当F变化时在常用的宽带调频制中频率分量随mf变化而变化但同时带宽基本恒定。因此又把调频叫做恒定带宽调制。对于调相制仅当F变化时频率分量不变但带宽变化。特别是F增加时带宽增加。对于Fmin~Fmax而言Fmax决定总的带宽低端频率分量的频谱利用率不高。因此模拟通信系统中调频制要比调相制应用得广泛。End下面分析一下含多个频率成分信号调制的调频信号的频谱以双频信号为例此时增加了许多组合频率使频谱组成大为复杂。因此调频与调相制属于非线性调制。直接调频原理间接调频原理产生调频信号的电路叫调频器。对它有四个主要要求()已调波的瞬时频率与调制信号成比例地变化。()未调制时的载波频率即已调波的中心频率有一定的稳定度(视应用场合不同而有不同的要求)。()最大频移与调制频率无关。()无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。产生调频信号的方法很多归纳起来主要有两类:用调制信号直接控制载波的瞬时频率mdashmdash直接调频。由调相变调频mdashmdash间接调频。直接调频的基本原理是用调制信号直接线性地改变载波振荡的瞬时频率。因此凡是能直接影响载波振荡瞬时频率的元件或参数只要能够用调制信号去控制它们并从而使载波振荡瞬时频率按调制信号变化规律线性地改变都可以完成直接调频的任务。如果载波由LC自激振荡器产生则振荡频率主要由谐振回路的电感元件和电容元件所决定。因此只要能用调制信号去控制回路的电感或电容就能达到控制振荡频率的目的。借助于调相器得到调频波基本原理电路分析变容二极管的结电容与反向电压的关系为上图表示变容管结电容随反向电压变化的关系曲线。变容二极管调频电路在图中虚线左边是典型的正弦波振荡器右边是变容管电路。加到变容管上的反向偏压为式中是反向直流偏压。图中是变容管与回路之间的耦合电容同时起到隔直流的作用为对调制信号的旁路电容是高频扼流圈但让调制信号通过。把受到调制信号控制的变容二极管接入载波振荡器的振荡回路如图上所示则振荡频率亦受到调制信号的控制。适当选择变容二极管的特性和工作状态可以使振荡频率的变化近似地与调制信号成线性关系。这样就实现了调频。这时振荡回路总电容为当调制信号为单音频简谐信号即时变容二极管结电容随时间变化可以得到这时的结电容为令这里的m称为调制深度。于是上式可化为由调制信号所引起的振荡回路总电容变化量:令P是变容二极管与振荡回路之间的接入系数。而此处该式说明瞬时频率的变化中含有a)与调制信号成线性关系的成分其最大频移为b)与调制信号的二次、三次谐波成线性关系的成分其最大频移分别为c)中心频率相对于未调制时的载波频率产生的偏移为二次非线性失真系数为三次非线性失真系数为总的非线性失真系数为为了使调制线性良好应尽可能减小Deltaf和Deltaf亦即减小k和k。为了使中心频率稳定度尽量少受变容二极管的影响就应尽可能减小Deltaf。从式()至式()诸式可以看出如果选取较小的m值(即调制信号振幅较小或者说变容二极管应用于曲线比较窄的范围内)则非线性失真以及中心频率偏移均很小。但是有用频偏也同时减小。为了兼顾频偏和非线性失真的要求常取m=。从以上各式还可看出若选取gamma=则二次、三次非线性失真系数以及中心频率偏移均可为零。这是预料之中的结论。需要强调指出以上讨论的是相对于回路总电容C很小(即频偏很小)的情况。如果比较大这时式()不再成立所以最后得出的结论将与上面有所不同。经过分析知道(参看附录)在大频偏情况下只有当gamma=时才可能真正实现没有非线性失真的调频这就是说在小频偏情况选择gamma=的变容二极管即可近似地实现线性调频而在大频偏情况必须选择接近gamma=的超突变结变容二极管才能使调制具有良好的线性。直接调频的主要优点是可以获得较大的频偏但是中心频率的稳定性(主要是长期稳定性)较差。在某些情况下对中心频率的稳定度提出了比较严格的要求。例如在~MHz(波段的调频电台为了减小邻近电台间的相互干扰通常规定各电台调频信号中心频率的绝对稳定度不劣于kHz。若中心频率为MHz这就意味着其相对频率稳定度不劣于times。这种稳定度要求变容二极管调频无法达到。目前稳定中心频率常采用以下三种方法:)对石英晶体振荡器进行直接调频)采用自动频率控制电路)利用锁相环路稳频。第二、三种方法将在第章介绍。从第章已知晶体振荡器有两种类型。一种是工作在石英晶体的串联谐振频率上晶体等效为一个短路元件起着选频作用。另一种是工作于晶体的串联与并联谐振频率之间晶体等效为一个高品质因数的电感元件作为振荡回路元件之一。通常是利用变容二极管控制后一种晶体振荡器的振荡频率来实现调频。变容二极管接入振荡回路有两种方式。一种是与石英晶体相串联另一种是与石英晶体相并联。无论哪一种接入方式当变容二极管的结电容发生变化时都引起晶体的等效电抗发生变化。在变容二极管与石英晶体相串联的情况下变容管结电容的变化主要是使晶体串联谐振频率发生变化从而引起石英晶体的等效电抗的大小变化当变容二极管与石英晶体相并联时变容二极管结电容的变化主要是使晶体的并联谐振频率发生变化这也会引起晶体的等效电抗的大小发生变化。总之如果用调制信号控制变容二极管的结电容由于石英晶体的等效电抗也受到控制因而亦使振荡频率受到调制信号的控制即获得了调频信号。但所产生的最大相对频移很小约只有数量级。变容二极管与晶体并联联接方式有一个较大的缺点就是变容管参数的不稳定性直接严重地影响调频信号中心频率的稳定度。因而用得比较广泛的还是变容管与石英晶体相串联的方式。最后指出对晶体振荡器进行调频时由于振荡回路中引入了变容二极管因此频率稳定度相对于不调频的晶体振荡器有所降低。一般其短期频率稳定度达到数量级长期频率稳定度达到数量级。相位鉴频器的工作原理相位鉴频器回路参数选择第一类鉴频方法利用回路相位mdash频率特性实现调幅mdash调频波形变换图相位鉴频器原理电路初级回路的C、L和次级回路C、L均调谐于调频波中心频率f,完成波形变换将等幅调频波变换成幅度随瞬时频率变化的调频波(调幅mdash调频波)。D、R、C和D、R、C组成上下两个振幅检波器特性完全相同将振幅的变化检测出来。对高频C、C、C的电抗远小于负载电阻R因此有:一个检波器的输入是两电压之和另一个检波器输入是两电压之差只要处于耦合回路的通频带范围内当调频波频率变化时两电压振幅都是恒定不变的但它们之间相位关系随频率而变化。图次级回路的等效电路在次级产生的感应电动势为:取其中负号有:假设初、次级回路Q值较高耦合较弱则原电路等效为下图:其中X=XLXC是次级回路总阻抗可正可负还可为零。这取决于信号频率。次级回路电压为:设输入信号频率为f则有:)当f=f时有X=即:)当ff时有X)当ff时有X得到相位鉴频的矢量图:图相位鉴频器矢量图检波器的输出电压的振幅正比于VD、VD的振幅因此鉴频器输出电压为所以有:经证明得鉴频特性的数学表示式式中显然鉴频特性主要取决于上式。图对应于不同耦合因数的鉴频特性曲线得相位鉴频器中输入信号振幅的变化必将使输出电压大小发生变化。这一点不难从图所示的矢量图的分析看出。因此噪声、各种干扰以及电路频率特性的不均匀性所引起的输入信号的寄生调幅都将直接在相位鉴频器的输出信号中反映出来。为了去掉这种虚假信号就必须在鉴频之前预先进行限幅。能否对相位鉴频器的电路作某些改动来获得一定的限幅作用以省掉限幅器呢?为了回答这个问题需要从一个新的观点对相位鉴频器进行深入一步的分析。上式说明只要输入电压的振幅不变则两个包络检波器的输入电压之和保持不变因而检波器的输出电压之和也保持不变而与瞬时频率的变化无关。亦即和电压只反映输入调频波振幅的变化。可以设想若能设法抑制和电压的变化使之保持恒定当然也就意味着消除了调频波振幅的变化或者说起到了限幅的作用。这样一来检波器输出电压之差(以下简称ldquo差电压rdquo)也就只单纯地反映瞬时频率的变化从而去掉了寄生调幅造成的虚假信号。比例鉴频器正是根据上述思路对相位鉴频器加以改进而得到的。在电路参数相同的条件下比例鉴频器的输出只有相位鉴频器的一半。可以说比例鉴频器的限幅作用是以降低输出为代价的。但是比例鉴频器还有另一优点这就是它本身可以提供一个适合于自动增益控制的电压而相位鉴频器则不能。不过相位鉴频器也有自己的优点除了输出比比例鉴频器要大一倍外它的另一优点是线性要更好一些。

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