1、第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件1第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 7.1 調(diào)頻信號分析調(diào)頻信號分析 7.2 調(diào)頻器與調(diào)頻方法調(diào)頻器與調(diào)頻方法7.3 調(diào)頻電路調(diào)頻電路7.4 鑒頻器與鑒頻方法鑒頻器與鑒頻方法 7.5 鑒頻電路鑒頻電路 第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件27.1 調(diào)頻信號分析 7.1.1 調(diào)頻信號的參數(shù)與波形 設(shè)調(diào)制信號為u(t)=Ucost，未調(diào)載波電壓為uC=UCcosct，頻信號的瞬時角頻率為00( )( )ttd ( )( )( )cosccfcmttk utt 調(diào)頻信號的瞬時相位(t)設(shè)0=0，則0( )( )sinsin( )tmccfctdtttmtt 式中

2、， 為調(diào)頻指數(shù)。mfmsin( )cos(sin)RefejmtjtFMCcfCutUtmtU eeFM波的表示式為第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件3圖71 調(diào)頻波波形圖t0t0u(a)(b)t0(t)(c)cmt0(d)IFM(t)t(t)024Tc2Tcmf(t)c(e)圖72 調(diào)頻波fm、mf與F的關(guān)系圖 Ffmmf0fmmft0t0u(a)(b)t0(t)(c)cmt0(d)IFM(t)t(t)024Tc2Tcmf(t)c(e)第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件4 7.1.2 調(diào)頻波的頻譜 1調(diào)頻波的展開式第一類貝塞爾函數(shù)可以用無窮級數(shù)進(jìn)行計算。則調(diào)頻波的級數(shù)展開式為

3、()( )Re()()cos()cjt n tFMCnfnCnfcnutUJmeUJmnt 2調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件5 圖74 單頻調(diào)制時FM波的振幅譜（a）為常數(shù);（b）m為常數(shù) cmf1cmf1mf2ccmf2cmf5cmf10Qcmf15mf5cmf10mf20cc(a)(b)載頻分量上下有無數(shù)個邊頻分量，與載頻分量相隔為調(diào)制頻率的整數(shù)倍；mf越大，具有較大振幅的邊頻分量越多；對某些mf，載頻或某些邊頻分量振幅為0；第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件6 7.1.3 調(diào)頻波的信號帶寬 通常采用的準(zhǔn)則是，信號的頻帶寬度應(yīng)包括幅度大于未調(diào)載波1

4、%以上的邊頻分量，即 Bs=2nF=2mfF=2fm 當(dāng)mf很小時,如mf2 fA第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件29 對鑒頻器的另外一個要求，就是鑒頻跨導(dǎo)要大。所謂鑒頻跨導(dǎo)D，就是鑒頻特性在載頻處的斜率，它表示的是單位頻偏所能產(chǎn)生的解調(diào)輸出電壓。鑒頻跨導(dǎo)又叫鑒頻靈敏度，用公式表示為0cooDfffduduSdfd f 第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件30 7.4.2 鑒頻方法 1.振幅鑒頻法 調(diào)頻波振幅恒定，故無法直接用包絡(luò)檢波器解調(diào)。將調(diào)頻信號變換成FMAM波，就可以通過包絡(luò)檢波器解調(diào)。用此原理構(gòu)成的鑒頻器稱為振幅鑒頻器。其工作原理如圖727所示。 (a)振幅鑒頻器框圖

5、；(b)變換電路特性 圖727 振幅鑒頻器原理 uFM變換電路包絡(luò)檢波uuo(b)0uc(a)第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件31 1）直接時域微分法 設(shè)調(diào)制信號為u=f(t)，調(diào)頻波為00( )cos( )( )( )sin( )tFMcftFMcfcfutUtkfdutuUk f ttkfddt 對此式直接微分可得 圖728 微分鑒頻原理uFM包絡(luò)檢波uuoddt第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件322）斜率鑒頻法 圖730 單回路斜率鑒頻器uFMuiUouFMtuit0Uot00(a)Ui0工作區(qū)(線性區(qū))fcf0fUitf (t)fmt(b)0第7章 頻率調(diào)制與解調(diào)

6、頻率調(diào)制與解調(diào)課件33圖731 雙離諧平衡鑒頻器 uFMf01 fcu1u2Uo1Uo2Uo(a)ff03fcf02tf (t)(b)f02f03t0uFM(a)t0Uo1tUo2(b)(c)tUo(d)00t0uFM(a)t0Uo1tUo2(b)(c)tUo(d)00t0uFM(a)t0Uo1tUo2(b)(c)tUo(d)00t0uFM(a)t0Uo1tUo2(b)(c)tUo(d)00圖732 圖731各點(diǎn)波形第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件34圖733 雙離諧鑒頻器的鑒頻特性Bm0UofAf 雙離諧鑒頻器的輸出是取兩個帶通響應(yīng)之差，即該鑒頻器的傳輸特性或鑒頻特性，如圖7-33

7、中的實(shí)線所示。其中虛線為兩回路的諧振曲線。從圖看出，它可獲得較好的線性響應(yīng)，失真較小，靈敏度也高于單回路鑒頻器。 第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件352. 相位鑒頻法 相位鑒頻法的原理框圖如圖734所示。圖中的變換電路具有線性的頻率相位轉(zhuǎn)換特性，它可以將等幅的調(diào)頻信號變成相位也隨瞬時頻率變化的、既調(diào)頻又調(diào)相的FMPM波。 圖734 相位鑒頻法的原理框圖 變換電路鑒相器uFMuFM-PMuo第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件36 相位鑒頻法的關(guān)鍵是相位檢波器。相位檢波器或鑒相器就是用來檢出兩個信號之間的相位差，完成相位差電壓變換作用的部件或電路。設(shè)輸入鑒相器的兩個信號分別為11

8、122222cos( )cos( )sin( )2cccuUttuUttUtt 同時加于鑒相器，鑒相器的輸出電壓uo是瞬時相位差的函數(shù)，即21( )( )ouftt第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件37 1) 乘積型相位鑒頻法 利用乘積型鑒相器實(shí)現(xiàn)鑒頻的方法稱為乘積型相位鑒頻法或積分(Quadrature)鑒頻法。在乘積型相位鑒頻器中，線性相移網(wǎng)絡(luò)通常是單諧振回路(或耦合回路)，而相位檢波器為乘積型鑒相器，如圖735所示。 圖735 乘積型相位鑒頻法 us移相網(wǎng)絡(luò)us低通濾波uoK第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件38 2) 疊加型相位鑒頻法 利用疊加型鑒相器實(shí)現(xiàn)鑒頻的方法稱為

9、疊加型相位鑒頻法。對于疊加型鑒相器，就是先將u1和u2相加，把兩者的相位差的變化轉(zhuǎn)換為合成信號的振幅變化，然后用包絡(luò)檢波器檢出其振幅變化，從而達(dá)到鑒相的目的。 圖736 平衡式疊加型相位鑒頻器框圖 包 絡(luò)檢波器包 絡(luò)檢波器/2usurusuruD1uD2uo1uo2uo第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件393. 直接脈沖計數(shù)式鑒頻法 對于脈沖或數(shù)字信號，信號頻率就是信號脈沖的個數(shù)。基于這種原理的鑒頻器稱為零交點(diǎn)鑒頻器或脈沖計數(shù)式鑒頻器。 圖737 直接脈沖計數(shù)式鑒頻器 限幅放大微分uFMu1半波整流u2單穩(wěn)u3低通濾波u4uo(a)(b)uFMtu1tu2tu3tu4tuot第7章 頻

10、率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件407.5 鑒頻電路 7.5.1 疊加型相位鑒頻電路 1.互感耦合相位鑒頻器 互感耦合相位鑒頻器，圖7-38是其典型電路。相移網(wǎng)絡(luò)為耦合回路。 圖738 互感耦合相位鑒頻器 C1L1U1uiEcCoML2.2U2.2U2.C2U2.U1.L3RLRLCCuo1uo2uo放大變換網(wǎng)絡(luò)平衡疊加型鑒相器VD2VD1第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件41 1) 頻率相位變換 頻率相位變換是由圖739(a)所示的互感耦合回路完成的。由圖739(b)的等效電路可知，初級回路電感L1中的電流為圖739 互感耦合回路 .LU1I1rC.rCLU2.(a)rCLU2.E2

11、.I2.(b)考慮初、次級回路均為高Q回路，r1也可忽略。這樣，上式可近似為初級電流在次級回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為1112111UIj LMEj M IUL1112111UIj LMEj M IUL第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件42圖740 頻率相位變換電路的相頻特性 0/2 /2/2f0ff/2(a)(b)第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件43 2) 相位幅度變換 根據(jù)圖中規(guī)定的 與 的極性，圖738電路可簡化為圖741。這樣，在兩個檢波二極管上的高頻電壓分別為2U1U21122122DDUUUUUU 圖741 圖738的簡化電路 2U2.2U2.U1.UD1.UD2.2U

12、2.2U2.U1.第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件44 合成矢量的幅度隨 與 間的相位差而變化(FMPM AM信號)，如圖742所示。 f=f0=fc時，UD1 與 UD2相等，即UD1=UD2， uo為0； ff0=fc時，UD1UD2，隨著f的增加，兩者差值將加大，uo為正； ff0=fc時，UD1fc時，UD1UD2, i1i2,輸出電壓為負(fù)； 當(dāng)ffc時，UD1UD2, i1i2，輸出電壓為正。.U1ML2LcVD 1RLOC1C2DR1R2CEoABCLUo(a)2U2.U1.2U2.VD 1uD1uD2uc1uc2ORLC1CLC2R2R1i1i2D2U2.2U2.U1.

13、0 fUo(b)(c)VD 2VD 2VD 1VD 2比例鑒頻第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件50 通過改變兩個二極管連接的方向或耦合線圈的繞向(同名端)，可以使鑒頻特性反向。另一方面，輸出電壓也可由下式導(dǎo)出：12121221121211111()22221ccccccoccoococccuuuuuuuuuEEuEuuu.U1ML2LcVD1RLOC1C2DR1R2CEoABCLUo(a)2U2.U1.2U2.VD1uD1uD2uc1uc2ORLC1CLC2R2R1i1i2D2U2.2U2.U1.0fUo(b)(c)VD2VD2VD1VD2比例鑒頻 比例鑒頻器輸出電壓取決于兩個檢波電容上電壓的比值；輸入信號幅度變化時，uc1及uc2相同方向變化，可保持比值基本不變，使輸出電壓不變，即限幅作用。第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制與解調(diào)課件51 3.自限幅原理 (1)回路的無載Q0值要足夠高，以便當(dāng)檢波器輸入電阻Ri隨輸入電壓幅度變化時，能引起回路Qe明顯的變化。 (2)要保證時常數(shù)(R1+R2)C大于寄生調(diào)幅干擾的幾個周期。