四川信息职业技术学院文本调频与调相_高频电子技术项目四.doc_大学文库

www.scitc.com.cn 4 / 20 《高频电子技术》精品资源共享课建设项目组《高频电子技术》精品资源共享课 + +  − −  + + +  + −  = + +  − −  ( )[cos( 3 ) cos( 3 ) ] ( )[cos( 2 ) cos( 2 ) ] ( ) ( ) cos ( )[cos( ) cos( ) ] 3 2 0 1 U J m t t U J m t t u t U J m t U J m t t cm f c c cm f c c F M cm f c cm f c c        (4-5-8) 从式(4-5-8)可以看到，单频信号调制的调频波，其频谱是由载波分量和无数对边频分量 ωc±nΩ(n=0，1，2，···)所组成，各分量的间隔为 Ω。其中，当 n 为奇数时，信号的上、下边频分量的振幅相等，极性相反；当 n 为偶数时，信号上、下边频分量振幅相等，极性相同；第 n 个边频分量的振幅为 UcmJn(mf)。根据贝塞尔函数的特性可知，边频分量的振幅随着 n 的增大而趋于减小；调频指数 mf越大，具有较大振幅的边频分量就越多；对于某些 mf值，载波或某些边频分量的振幅为零。图 4-5-2 示所出为 mf 为 2、4 和 8 时调频波的频谱。因此，调频波是一种调制信号的频谱进行特定的非线性变换的已调波，而调频电路则是一种频谱非线性变换电路。 F=4F m =2 F=2F F=F ωc I I I ωc ωc f m =4 f m =8 f fbw fbw fbw 图 4-5-2 调频波的频谱 (4)通频带由于调频波的频谱包含无数对边频分量，因此理论上它的频带宽度（带宽）应为无限大。实际上，对于任一给定的 mf值，高到一定次数的边频分量的振幅已经小到可以忽略，以致滤除这些边频分量与否对调频波形不会产生显著的影响。因此，调频波和频带宽度实际上可以认为是有限的。通常规定将振幅小于未调制载波振幅的 10%的边频分量略去不计，保留下来的频谱分量就确定了调频波和频带宽度（带宽），它可用下式进行估算 f 2(m 1)F 2( f F) bw = f + =  m + (4-5-9) 当 mf远远小于 1 时，fbw≈2F，此时为窄带调频；当 mf远远大于 1 时，fbw≈2mfF=2Δfm，此时为宽带调频。 (5)功率关系调频波的平均功率等于各个频率分量平均功率之和，因此，单位电阻上的平均功率为

四川信息职业技孝李院《高频电子技术》将品贵源共享谋 4-5-10 根据第一类贝事尔函数特性 2m加l 可得调规波的平均功率为 p.-R=U2/2 4-5-111 上式说明，在U一定时，测频波的平均功率也就一定。且等于未调制时的载波功率，其值与 w(无关。改变m(仅引起各个分量之间的功率重新分配。这样可适当透择围，的大小，使载被分量携带的功率很小。绝大部分功率由边顿分量携带，从而极大地提高调顿系饶设备的利用率。顺带说明，由于边顿分量包含有用信息，这样便有利提高调顿系统接收机输出端的信噪比。可以正明，调频番数越大，调频波的抗干扰橙力越强。但是，调频波被占有的有效频带宽度也就越宽。因此，调频制抗干扰能力的提高是以增加有效带宽为代价的。 3,调相液的基本性质调相〔PM)是指保持载波的幅度不变，面使其瞬时角相位随调制信号作线性变化， (1)数学表达式设载被信号4，()=Uc0s/,测制信号4a)=Uac0s,则调相被的瞬时相位为 ()=+kUa-c0s2=@+Ag0=1+m。c0su(4512) 式中，，为载被角频率，即调相波中心角顿率：k为调相灵敏度，表示单位调制信号幅度引起的相位变化，单位是adW:m,为调相系数，即最大相位偏移，表示调相波相位摆动的解度，m,=k,山单位为ad 根据w,t=gt/位可得 ,)=他-m,2snr=他-△a-sr 4-5-13 式中，△表示调相波的最大角频偏，其大小为 Aw=mn=k Uo.0 (4-5-10 由上式可得调相系数m,心△仙/D-△停m·因此，调相液的数学表达式为 py =U coo()=U cos(o/+m cossr) 4-5-151 =Ucos时aI+Ap,u】=U-cos@I+k4川式中，△单，比)，表示调相被的相移，反映了调相信号的瞬时相位按调制信号的规律变化：以上分析说明：博相时瞬时相位的变化与测制信号成线性关系。瞬时角领率的变化与调制信号的导数成线性关系。 www.scitc.com.cn 5/20 《高频电子技术》精品赏源共享课建设项目组

www.scitc.com.cn 5 / 20 《高频电子技术》精品资源共享课建设项目组《高频电子技术》精品资源共享课   =− = n n f cm av J m U p ( ) 2 2 2 (4-5-10) 根据第一类贝塞尔函数特性 ( ) 1 2  =  n=− n mf J 可得调频波的平均功率为 2 2 Pav = PC =Ucm (4-5-11) 上式说明，在 Ucm 一定时，调频波的平均功率也就一定，且等于未调制时的载波功率，其值与 mf 无关。改变 mf 仅引起各个分量之间的功率重新分配。这样可适当选择 mf 的大小，使载波分量携带的功率很小，绝大部分功率由边频分量携带，从而极大地提高调频系统设备的利用率。顺带说明，由于边频分量包含有用信息，这样便有利提高调频系统接收机输出端的信噪比。可以证明，调频指数越大，调频波的抗干扰能力越强，但是，调频波占有的有效频带宽度也就越宽。因此，调频制抗干扰能力的提高是以增加有效带宽为代价的。 3．调相波的基本性质调相（PM）是指保持载波的幅度不变，而使其瞬时角相位 φ(t)随调制信号 uΩ作线性变化。 (1)数学表达式设载波信号 u t U t c cm c ( ) = cos ，调制信号 u t U t  ( ) = m cos ，则调相波的瞬时相位为 t t k U t t t t m t  p ( ) = c + p m cos = c +  p ( ) = c + p cos (4-5-12) 式中，ωc为载波角频率，即调相波中心角频率；kp 为调相灵敏度，表示单位调制信号幅度引起的相位变化，单位是 rad/V；mp 为调相系数，即最大相位偏移，表示调相波相位摆动的幅度，mp=kpUΩm，单位为 rad。根据 ωp(t)=dφp(t)/dt 可得 t m t t p ( ) =c − psin  =c − pm sin  (4-5-13) 式中，Δωpm表示调相波的最大角频偏，其大小为  pm = mp = k pUm (4-5-14) 由上式可得调相系数 mp=kpUΩm=Δωpm/Ω=Δφpm。因此，调相波的数学表达式为 cos[ ( )] cos[ ( )] cos ( ) cos( cos ) U t t U t k u t u U t U t m t cm c p cm c p PM cm cm c p = +  = +  = = +       (4-5-15) 式中，Δφp(t)=kpuΩ(t)，表示调相波的相移，反映了调相信号的瞬时相位按调制信号的规律变化。以上分析说明：调相时瞬时相位的变化与调制信号成线性关系，瞬时角频率的变化与调制信号的导数成线性关系

回川信息职业技孝李院《高频电子技术》将品贵源共享裸已调波 ueu =U cos(01+m sin Or) 4M=U-cos,I+m,c0s2r）信号带宽 f人=2(m,+)F(每定带宽】 f人=2m。+1)F(非恒定带宽) 团理论上讲，调领信号的最大角频偏△山<，由于我颜：很高，故△如可以很大，即调制范围很大。由于相位以2江为周期，所以调相信号的最大相偏（调相指数》m,<我，故调制范围很小。 5.调频和调幅的比较在通信设备中，采用调频制与采用调幅制相比，具有下述的特点。 (1)调频制的抗干扰能力强由于调频波比调幅波具有更大的抹带有用信号的边频功率，所以调频制的信暖比大，抗干扰能力就强。此外，干扰的表现是引起诗生调幅和寄生调颜。对于调幅接收帆，寄生调颜干扰对它不起作用。客生调幅干扰却无法消除。显然，博畅系数m。越大，调幅接收机的抗干扰能力越强，但由于m色须小于1，所以它的抗干扰橙力较差。对于调频接牧机，赛生调幅干扰可通过限幅器除去（因调频波是等幅波)，寄生调频干扰却无法消除，同样，调频指数m,感大。调频接收机的抗干扰修力越强。由于一般m可运大于1，所以它的抗干扰能力银强。 (2)调频发射机的功率利用率高由于调幅被的平均功率P与m,有关，故应按m,可能的最大值选用功率放大管，而在实际工作时m较小，所以造成功率放大管利用率低。面调频被的平均功率P保持不变，使得功率放大管能按其实际雷要速取，利用率就高。 (3)钢顿制信号传输的保真度高因为调频制比调幅制抗干扰能力强，又允许占有较宽的频带，传输的调制信号频率范围也较大，所以调顿制信号传输的保真度高。 (4)调频制信号必须工作在超知波以上的波段因为调频信号所占的颜蕾宽，若在中、短波段工作，则这些波段容钠的电台数目很有限，所以必须工作在胡短波以上的波段。这也使调频信号传送的更离很近（可采用卫星通信）： (5)调频接收机比调幅接收机的设备复杂。二，调角电路实现调顿和调相的电路称为调角电路，它包含了调领和调相两类电路。 1,调频电路因为顿率调制不是顿谱线性搬移过程，它的电路就不能采用乘法器和线性花被器米构成，而必须根据调频波的特点，提出具体实现的方法。对于调顿电路的性能指标，一般有以下几方面的要求：具有线性的调制特性：已调波的瞬时领率偏移与调制信号电压的关系称为调制特性。在一定的调制电压范围内，尽量提高调顿电路调制特性线性度，这样才能保证不失真地传输信息。具有较高的调制灵傲度：单位博制电压变化所产生的据荡颜率偏移称为调制灵敏度。提高灵敏 www.scitc.com.cn 8120 《高频电子技术》精品赏源共享课建设项目组

www.scitc.com.cn 8 / 20 《高频电子技术》精品资源共享课建设项目组《高频电子技术》精品资源共享课已调波 u U cos( t m sin t) FM = cm c + f  u U cos( t m cos t) PM = cm c + p  信号带宽 max f bw = 2(mf +1)F （恒定带宽） max f bw = 2(mp +1)F （非恒定带宽） ③理论上讲，调频信号的最大角频偏Δωm<ωc，由于载频 ωc很高，故Δωm可以很大，即调制范围很大。由于相位以 2π 为周期，所以调相信号的最大相偏（调相指数）mp<π，故调制范围很小。 5．调频和调幅的比较在通信设备中，采用调频制与采用调幅制相比，具有下述的特点。 (1)调频制的抗干扰能力强由于调频波比调幅波具有更大的携带有用信号的边频功率，所以调频制的信噪比大，抗干扰能力就强。此外，干扰的表现是引起寄生调幅和寄生调频。对于调幅接收机，寄生调频干扰对它不起作用，寄生调幅干扰却无法消除。显然，调幅系数 ma 越大，调幅接收机的抗干扰能力越强，但由于 ma 必须小于 1，所以它的抗干扰能力较差。对于调频接收机，寄生调幅干扰可通过限幅器除去（因调频波是等幅波），寄生调频干扰却无法消除，同样，调频指数 mf越大，调频接收机的抗干扰能力越强。由于一般 mf可远大于 1，所以它的抗干扰能力很强。 (2)调频发射机的功率利用率高由于调幅波的平均功率 Pav与 ma 有关，故应按 ma 可能的最大值选用功率放大管，而在实际工作时 ma 较小，所以造成功率放大管利用率低。而调频波的平均功率 Pav保持不变，使得功率放大管能按其实际需要选取，利用率就高。 (3)调频制信号传输的保真度高因为调频制比调幅制抗干扰能力强，又允许占有较宽的频带，传输的调制信号频率范围也较大，所以调频制信号传输的保真度高。 (4)调频制信号必须工作在超短波以上的波段因为调频信号所占的频带宽，若在中、短波段工作，则这些波段容纳的电台数目很有限，所以必须工作在超短波以上的波段，这也使调频信号传送的距离很近（可采用卫星通信）。 (5)调频接收机比调幅接收机的设备复杂。二、调角电路实现调频和调相的电路称为调角电路，它包含了调频和调相两类电路。 1．调频电路因为频率调制不是频谱线性搬移过程，它的电路就不能采用乘法器和线性滤波器来构成，而必须根据调频波的特点，提出具体实现的方法。对于调频电路的性能指标，一般有以下几方面的要求：具有线性的调制特性：已调波的瞬时频率偏移与调制信号电压的关系称为调制特性。在一定的调制电压范围内，尽量提高调频电路调制特性线性度，这样才能保证不失真地传输信息。具有较高的调制灵敏度：单位调制电压变化所产生的振荡频率偏移称为调制灵敏度。提高灵敏

A四川信息职业技术学院《高颜电手技本》籍品贵源共享漂度。可提高调制信号的控制作用。最大顿率偏移与调制信号顿率无关：在正常调制电压作用下，所能达到的最大频半偏移称为最大频偏△·它是根据对调频指数m,的要求确定的，要求其数值在整个调制信号所占有的频带内保特恒定。不月的调顾系统要求有不同的最大频偏心fa:例如，调领广播要求8f=5kH,移动通信的无线电话要求△/-5？，电视伴音要求△50H, 未调制的载波频率应具有一定的頓率稳定度：来测制的载波频率就是调频波的中心顿率。为保证接收机能正接收调频信号，要求调频电路中心频率要有足够的稳定度。例如，对于调频广播发射机，要求中心频率潭移不超过±2k州z,无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。实观调统的方法可分为直接调频和间接调频两大类。 (1)直接调频电路根据调频信号的所时规率随调制信号成线性变化这一基本特性。可以将调制信号作为压控振药器的控制电压，直接控制主振荡回路元作的参数！或(，使其产生的振荡類率随调制信号规律而变化，压控显荡图的中心频率即为载波频率。显然，这是实现调频的最直接方法，放称为直接调類。 ①变容二极管直接调顾电路最常用的直接调频电路是变容二极管调烦电路。变容二极管是根据W结的结电容随反向电压改变面变化的原理设计的一种二极管，它的极间结构、伏安特性与一股检波二极管没有多大差别。不同的是在加反向偏压时，变容二管呈现一个较大的站电容，这个结电容的大小能灵敏地随反向偏压而变化。正是利用了变容二极管这一特性，将变容二极管接到振荡器的振落回路中，作为可控电容元件，则回路的电容量会明显地随调制电压而变化，从而改变叛荡顿率，达到调顿的目的：变容二板管的反向电压“与其结电容G星非线性关系 4-5-18 式中，为PW结的势垒电压：为0时的结电容：V为电容变化系数。将变容二极管接入心正弦荡器的诺振回路中，便构成了变容二极管调领电路，如图45 所示，图中，（和变容二板管组成谐振回路。虚方框为变容二极管的控制电路。Ug用米提供变容二极管的反向偏压，其取值应保证变容二极管在调制信号电压)的变化范围内。始终工作在反向偏置状态，同时还应保证由，植决定的振荡频率等于历要求的我波频率。通常调制电压比振药回路的高频振荡电压大得多，所以变容二极管的反向电压随调制信号变化，即 (f)=Uo +Uo cosfr 4-5-19 www.scite.com.cn 9/20 《高频电子技术》精品影源共享课建设项目组

www.scitc.com.cn 9 / 20 《高频电子技术》精品资源共享课建设项目组《高频电子技术》精品资源共享课度，可提高调制信号的控制作用。最大频率偏移与调制信号频率无关：在正常调制电压作用下，所能达到的最大频率偏移称为最大频偏Δfm。它是根据对调频指数 mf的要求确定的，要求其数值在整个调制信号所占有的频带内保持恒定。不同的调频系统要求有不同的最大频偏Δfm。例如，调频广播要求Δfm=75kHz，移动通信的无线电话要求Δfm=5kHz，电视伴音要求Δfm=50kHz。未调制的载波频率应具有一定的频率稳定度：未调制的载波频率就是调频波的中心频率。为保证接收机能正常接收调频信号，要求调频电路中心频率要有足够的稳定度。例如，对于调频广播发射机，要求中心频率漂移不超过±2kHz，无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。实现调频的方法可分为直接调频和间接调频两大类。 (1)直接调频电路根据调频信号的瞬时频率随调制信号成线性变化这一基本特性，可以将调制信号作为压控振荡器的控制电压，直接控制主振荡回路元件的参数 L 或 C，使其产生的振荡频率随调制信号规律而变化，压控振荡器的中心频率即为载波频率。显然，这是实现调频的最直接方法，故称为直接调频。 ①变容二极管直接调频电路最常用的直接调频电路是变容二极管调频电路。变容二极管是根据 PN 结的结电容随反向电压改变而变化的原理设计的一种二极管，它的极间结构、伏安特性与一般检波二极管没有多大差别。不同的是在加反向偏压时，变容二管呈现一个较大的结电容，这个结电容的大小能灵敏地随反向偏压而变化。正是利用了变容二极管这一特性，将变容二极管接到振荡器的振荡回路中，作为可控电容元件，则回路的电容量会明显地随调制电压而变化，从而改变振荡频率，达到调频的目的。变容二极管的反向电压 u 与其结电容 Cj呈非线性关系          + = D j j U u C C 1 0 (4-5-18) 式中，UD 为 PN 结的势垒电压；Cj0 为 u=0 时的结电容；γ 为电容变化系数。将变容二极管接入 LC 正弦振荡器的谐振回路中，便构成了变容二极管调频电路，如图 4-5-5(a) 所示。图中，L 和变容二极管组成谐振回路，虚方框为变容二极管的控制电路。UQ用来提供变容二极管的反向偏压，其取值应保证变容二极管在调制信号电压 uΩ(t)的变化范围内，始终工作在反向偏置状态，同时还应保证由 UQ 值决定的振荡频率等于所要求的载波频率。通常调制电压比振荡回路的高频振荡电压大得多，所以变容二极管的反向电压随调制信号变化，即 u t U U t ( ) = Q + m cos (4-5-19)

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