1、通信電子電路文鳳書山有路勤為徑學(xué)海無崖苦作舟angle modulation and demodulation） 在廣播、電視、通信、雷達(dá)等系統(tǒng)中除采用前面介紹的幅度調(diào)制外，還廣在廣播、電視、通信、雷達(dá)等系統(tǒng)中除采用前面介紹的幅度調(diào)制外，還廣泛采用頻率調(diào)制和相位調(diào)制。采用頻率調(diào)制在抗干擾能力方面比調(diào)幅制優(yōu)越。泛采用頻率調(diào)制和相位調(diào)制。采用頻率調(diào)制在抗干擾能力方面比調(diào)幅制優(yōu)越。和和均反映載波瞬時(shí)相角受調(diào)制信號(hào)控制，故均反映載波瞬時(shí)相角受調(diào)制信號(hào)控制，故它們?yōu)樗鼈優(yōu)椤Ｅc幅度調(diào)制一樣，角度調(diào)制也屬于頻帶多路通信系統(tǒng)的基本調(diào)制方法。與幅度調(diào)制一樣，角度調(diào)制也屬于頻帶多路通信系統(tǒng)的基本調(diào)制方法。其目的也

2、是將頻帶信號(hào)的頻率進(jìn)行變換，即提高頻帶信號(hào)占用的頻率。此外，其目的也是將頻帶信號(hào)的頻率進(jìn)行變換，即提高頻帶信號(hào)占用的頻率。此外，角度調(diào)制在調(diào)制的同時(shí)還完成信號(hào)頻率的重構(gòu)，即調(diào)制前后的信號(hào)頻譜不再是角度調(diào)制在調(diào)制的同時(shí)還完成信號(hào)頻率的重構(gòu)，即調(diào)制前后的信號(hào)頻譜不再是調(diào)幅式的頻譜位移關(guān)系，而是頻率的非線性變換。調(diào)幅式的頻譜位移關(guān)系，而是頻率的非線性變換。從理論上講，用調(diào)制信號(hào)去控制瞬時(shí)相位的實(shí)施方法有三種。從理論上講，用調(diào)制信號(hào)去控制瞬時(shí)相位的實(shí)施方法有三種。 第一，用調(diào)制信號(hào)直接控制瞬時(shí)相位；第一，用調(diào)制信號(hào)直接控制瞬時(shí)相位； 第二，用調(diào)制信號(hào)直接控制瞬時(shí)頻率；第二，用調(diào)制信號(hào)直接控制瞬時(shí)頻率；

3、 第三，用調(diào)制信號(hào)同時(shí)對相位和頻率進(jìn)行控制。第三，用調(diào)制信號(hào)同時(shí)對相位和頻率進(jìn)行控制。 實(shí)際中，考慮到相位與頻率存在內(nèi)在聯(lián)系，以及信號(hào)變換應(yīng)實(shí)際中，考慮到相位與頻率存在內(nèi)在聯(lián)系，以及信號(hào)變換應(yīng)與信息一與信息一 一對應(yīng)的要求，上述三種方法中前兩種是簡單可行的。一對應(yīng)的要求，上述三種方法中前兩種是簡單可行的。 主要內(nèi)容v6.0 概述v6.1 調(diào)角波的基本性質(zhì)v6.2 調(diào)頻電路v6.3 調(diào)角信號(hào)的解調(diào)任意正弦波信號(hào)：任意正弦波信號(hào)： )(cos)cos()(tVtVtvcmoccmc其中：其中： octt)(, 總相角，總相角， Vcm振幅，振幅， c角頻率，角頻率， o 為初相角為初相角如果利用調(diào)

4、制信號(hào)如果利用調(diào)制信號(hào) tVtvmcos)(去控制三個(gè)參量中的某一個(gè)，去控制三個(gè)參量中的某一個(gè)， 可產(chǎn)生調(diào)制的作用可產(chǎn)生調(diào)制的作用:amphitude modulation AM: )cos1 ()(tmVtVacmcmfrequency modulation FM :)()(tvktfcphase modulation PM: )()(tvkttpc角度調(diào)制角度調(diào)制 AM調(diào)制方式中調(diào)制方式中 AM DSB 屬于頻譜線性搬移電路屬于頻譜線性搬移電路,調(diào)制信號(hào)寄生于調(diào)制信號(hào)寄生于已調(diào)信號(hào)的振幅變化中已調(diào)信號(hào)的振幅變化中FMPM 調(diào)制方式中：屬于頻譜的非線性搬移電路調(diào)制方式中：屬于頻譜的非線性搬移

5、電路,已調(diào)波為已調(diào)波為等幅波等幅波,調(diào)制信息寄生于已調(diào)波的頻率和相位變化中調(diào)制信息寄生于已調(diào)波的頻率和相位變化中 SSB 6.0 概述概述返回 當(dāng)進(jìn)行角度調(diào)制當(dāng)進(jìn)行角度調(diào)制 （FM或或PM）后）后 ,其已調(diào)其已調(diào)波的角頻率將是時(shí)間的函數(shù)即波的角頻率將是時(shí)間的函數(shù)即(t) 。可用右。可用右圖所示的旋轉(zhuǎn)矢量表示。圖所示的旋轉(zhuǎn)矢量表示。t= t(t)o )t( t =0實(shí)軸實(shí)軸設(shè)旋轉(zhuǎn)矢量的長度為設(shè)旋轉(zhuǎn)矢量的長度為Vcm, 且當(dāng)且當(dāng)t=0時(shí)，初相角為時(shí)，初相角為o ，t= t時(shí)刻，矢量與實(shí)軸之時(shí)刻，矢量與實(shí)軸之間的瞬時(shí)相角為間的瞬時(shí)相角為(t) ，顯然有：，顯然有： 關(guān)系瞬時(shí)頻率與瞬時(shí)相角的todtt

6、tdttdt0)()()()(而該矢量在實(shí)軸上的投影：而該矢量在實(shí)軸上的投影：)(cos)(tVtvcmo6.1 調(diào)角信號(hào)的分析調(diào)角信號(hào)的分析 一一.調(diào)角信號(hào)的分析與特點(diǎn)調(diào)角信號(hào)的分析與特點(diǎn)1.瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位（ instantaneous frequency and phase）如果設(shè)高頻載波信號(hào)為如果設(shè)高頻載波信號(hào)為 ： )(cos)cos()(tVtVtvcmoccmc休息 1 休息 2 調(diào)制信號(hào)：調(diào)制信號(hào)： tVtvmcos)(設(shè)：載波：設(shè)：載波：tVtvccmccos)( 式中，式中，Vcm 稱為載波振幅，稱為載波振幅， Vm 稱為調(diào)制信號(hào)振幅；稱為調(diào)制信號(hào)振幅；

7、 c為載波角頻率，為載波角頻率， 為調(diào)制信為調(diào)制信號(hào)角頻率；（為分析方便可令載波的初相號(hào)角頻率；（為分析方便可令載波的初相0） ，它們均為常數(shù)。一般有：，它們均為常數(shù)。一般有： m+1時(shí)，時(shí)，Jn(m)很很小（小（0.1Vcm)，可忽略。，可忽略。忽略這些邊頻帶來的失真很小忽略這些邊頻帶來的失真很小，因此調(diào)，因此調(diào)角波的實(shí)際帶寬是有限的。角波的實(shí)際帶寬是有限的。) 1(22mnBW)1(2max時(shí)當(dāng)m)1(22max時(shí)當(dāng)mmm與與AM波的帶寬一致波的帶寬一致)(2波FMVkmf)(2波PMVkmpc調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)v載波載波voFM / PM的頻譜的頻譜c-2c-3c-4c-c+cc+2c+3

8、c+4 可以看出調(diào)相制的信號(hào)帶寬隨調(diào)制信號(hào)頻率的升高而增加，可以看出調(diào)相制的信號(hào)帶寬隨調(diào)制信號(hào)頻率的升高而增加，（這會(huì)使得系統(tǒng)帶寬利用不充分，這是調(diào)相制的缺點(diǎn)。）這會(huì)使得系統(tǒng)帶寬利用不充分，這是調(diào)相制的缺點(diǎn)。）而調(diào)而調(diào)頻波頻波則不變，有時(shí)把調(diào)頻制叫做恒定帶寬調(diào)制則不變，有時(shí)把調(diào)頻制叫做恒定帶寬調(diào)制。所以在模擬通信系統(tǒng)中所以在模擬通信系統(tǒng)中總是采用調(diào)頻制而不用調(diào)相制。總是采用調(diào)頻制而不用調(diào)相制。由于信號(hào)頻帶寬，由于信號(hào)頻帶寬，通常通常FM只用于只用于超短波及頻率更超短波及頻率更高的波段。高的波段。1）保留的頻率分量代表了原信息的主要功率分量， 它能使信息基本無失真；2）從信號(hào)傳輸?shù)谋尘皝砜矗瑹o線

9、通道中存在大量干擾， 如加大接收端的濾波帶寬，必然會(huì)增加識(shí)別有用信號(hào) 的難度；3）在調(diào)角信號(hào)的等幅特性下，收端可以采用限幅加濾波 相結(jié)合的信號(hào)識(shí)別技術(shù)，將頻帶內(nèi)的個(gè)別強(qiáng)干擾頻率 有效地削弱，使信號(hào)傳送質(zhì)量比調(diào)幅方式要高得多。返回討論及調(diào)頻波的波形討論及調(diào)頻波的波形返回一般調(diào)角信號(hào)的表達(dá)式：一般調(diào)角信號(hào)的表達(dá)式：sincos)(octmtVtvmpmmmfFM波：波： fmfmmVkmffVkmPM波：波： pmpmmVkmppVkmttttvFMtttttttt(a)(b)FMPMvPMvvc 調(diào)頻波的波形調(diào)頻波的波形 ncncmtnmJVtv)cos()()(已調(diào)角波數(shù)學(xué)表達(dá)式為：已調(diào)角波數(shù)

10、學(xué)表達(dá)式為： 根據(jù)帕塞瓦爾定理，調(diào)角波的平均功率等于載波分量和各邊根據(jù)帕塞瓦爾定理，調(diào)角波的平均功率等于載波分量和各邊頻分量功率之和，即負(fù)載電阻頻分量功率之和，即負(fù)載電阻RL上的功率為：上的功率為：LcmnncmLAVRVmJVRtP2)(21)(22與調(diào)制之前的與調(diào)制之前的載波功率相同。載波功率相同。v例題例題8.2.1：在無線多路通信系統(tǒng)中，模擬調(diào)頻廣播的最大頻偏規(guī)：在無線多路通信系統(tǒng)中，模擬調(diào)頻廣播的最大頻偏規(guī)定（國標(biāo)）為定（國標(biāo)）為75kHz，最高調(diào)制頻率為，最高調(diào)制頻率為15kHz。求已調(diào)波的帶寬。求已調(diào)波的帶寬。 解：已調(diào)波帶寬為：解：已調(diào)波帶寬為：)(18022) 1(2KHzF

11、fFmBWmfFM63( ) 10sin(2103cos210 )u ttt1.有一調(diào)角波，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為有一調(diào)角波，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為問，它是調(diào)頻波還是調(diào)相波？其載波頻率及調(diào)制信號(hào)頻率各是多少？問，它是調(diào)頻波還是調(diào)相波？其載波頻率及調(diào)制信號(hào)頻率各是多少？2.一調(diào)角波受正弦信號(hào)一調(diào)角波受正弦信號(hào)( ) sinmutUt調(diào)制，其瞬時(shí)頻率為調(diào)制，其瞬時(shí)頻率為643( ) 1010 cos(210 )f tt已知調(diào)角波的幅度為已知調(diào)角波的幅度為10V。求：。求：（1）寫出其數(shù)學(xué)表達(dá)式；它是調(diào)頻波還是調(diào)相波？）寫出其數(shù)學(xué)表達(dá)式；它是調(diào)頻波還是調(diào)相波？（2）該調(diào)角波的最大頻偏和調(diào)制指數(shù)。）該調(diào)角波的最大頻偏

12、和調(diào)制指數(shù)。Hz1直接調(diào)頻法直接調(diào)頻法 用調(diào)制電壓直接控制振蕩器的振蕩頻率，使振蕩頻率用調(diào)制電壓直接控制振蕩器的振蕩頻率，使振蕩頻率f(t)按調(diào)制電壓的規(guī)律變化。按調(diào)制電壓的規(guī)律變化。振蕩器與調(diào)制器合二為一振蕩器與調(diào)制器合二為一。在實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的要求下，可以獲得在實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的要求下，可以獲得較大的頻偏較大的頻偏。頻率穩(wěn)定度差頻率穩(wěn)定度差，在許多場合須對載頻采取穩(wěn)頻，在許多場合須對載頻采取穩(wěn)頻（自動(dòng)頻率微調(diào)（自動(dòng)頻率微調(diào)（automatic frequency control ，AFC）措施或者對晶體振蕩器進(jìn)行直接調(diào)頻。措施或者對晶體振蕩器進(jìn)行直接調(diào)頻。 主要缺點(diǎn)主要缺點(diǎn)： 主要優(yōu)點(diǎn)：主要優(yōu)點(diǎn)

13、：調(diào)制器與振蕩器是分開的，設(shè)備較復(fù)雜。調(diào)制器與振蕩器是分開的，設(shè)備較復(fù)雜。2間接調(diào)頻法間接調(diào)頻法)(tvtdttvtv0)()( 積分積分 調(diào)相調(diào)相tpccmFMdttuktUu0)(cos衡量調(diào)頻電路指標(biāo) tvkttpc)( ttvkttcpc)( tvkcp /返回 ttvkttcpc)( tvkpPMv tv PMv tv 具體調(diào)相電路1、回路參數(shù)移相電路、回路參數(shù)移相電路Lc2：高頻扼流圈，防止高頻信號(hào)進(jìn)入調(diào)制信號(hào)源中。：高頻扼流圈，防止高頻信號(hào)進(jìn)入調(diào)制信號(hào)源中。 (1)變?nèi)莨茏鳛橹C振回路的一變?nèi)莨茏鳛橹C振回路的一個(gè)元件，變?nèi)莨苁苷{(diào)制信號(hào)個(gè)元件，變?nèi)莨苁苷{(diào)制信號(hào)的控制；的控制；(2)調(diào)

14、制信號(hào)的作用：改變諧調(diào)制信號(hào)的作用：改變諧振回路的諧振頻率，當(dāng)載波振回路的諧振頻率，當(dāng)載波通過這個(gè)回路時(shí)由于失諧而通過這個(gè)回路時(shí)由于失諧而產(chǎn)生相移，從而獲得產(chǎn)生相移，從而獲得PM波。波。Lc1：高頻扼流圈，防止高頻信號(hào)進(jìn)入直流電源。：高頻扼流圈，防止高頻信號(hào)進(jìn)入直流電源。工作原理分析：工作原理分析：高高Q并聯(lián)振蕩電路相頻特性：并聯(lián)振蕩電路相頻特性：02arctanffQtan，6/時(shí)當(dāng)當(dāng)0f2Qf 故相移特性線性范圍不大！故相移特性線性范圍不大！必須采取擴(kuò)大頻偏措施。必須采取擴(kuò)大頻偏措施。設(shè)輸入調(diào)制信號(hào)為設(shè)輸入調(diào)制信號(hào)為U cost，其瞬時(shí)頻偏，其瞬時(shí)頻偏(此處為回路諧振頻率的偏移此處為回路諧

15、振頻率的偏移)：01 cos 2fmftpptmQ cos回路產(chǎn)生的相移按輸入回路產(chǎn)生的相移按輸入調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。返回)(cos tvktVvpcmMPttvkVttvkVcpmcpmsin)(sincos)(cos設(shè)單音調(diào)制時(shí)，調(diào)相波為：設(shè)單音調(diào)制時(shí)，調(diào)相波為：時(shí)式中26. 012/)(tvkp12/pm即調(diào)相指數(shù) 1costvkp tvktvkppsin ttvkVtVvcpmcmMPsincos 返回對調(diào)頻特性的要求：對調(diào)頻特性的要求： 1) 調(diào)制特性線性要好。調(diào)制特性線性要好。2) 調(diào)制靈敏度要高。調(diào)制靈敏度要高。 3) 最大頻偏要滿足要求。最大頻偏要滿足要求。

16、4) 載波性能要好。載波性能要好。調(diào)頻特性曲線調(diào)頻特性曲線 tvft)(cc返回 在圖中選頻部分包含有受控性質(zhì)的在圖中選頻部分包含有受控性質(zhì)的可變電抗元件可變電抗元件（受控的可變電容或電感）（受控的可變電容或電感）如：如：變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管、電容式話筒、電抗管、電容式話筒、電抗管、或具鐵氧體磁芯的電感等。或具鐵氧體磁芯的電感等。返回 )/1 (0BjjVvCC)(tvVvQ)/1 (0BQjjQVVCC其中 BQjQjVVtvCC/1直流偏壓，保證反偏調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)v(t)=0即v=VQ時(shí)的結(jié)電容是利用是利用PN結(jié)的結(jié)電容隨反偏結(jié)的結(jié)電容隨反偏電壓變化的特性制成的一種專用壓控可變電壓變化的

17、特性制成的一種專用壓控可變電容器件，工作于較高的頻率范圍內(nèi)。電容器件，工作于較高的頻率范圍內(nèi)。CjvVQvtCjtCjQ LC1C2Cj+ v -由上電路可知，振蕩頻率為：由上電路可知，振蕩頻率為： LC1 且 2121CCCCCCj 為了簡化電路分析，如果設(shè)為了簡化電路分析，如果設(shè)： 2121CCCCCj ，有有 jCC jLC1 2/2/)1 ()1 (11)(BQcBQjQjVVtvVVtvLCLCttVtvmcos)(令2/2/)cos1 ()cos1 ()(tnVVtVtcBQmc其中：其中： jQcLC1為未加調(diào)制信號(hào)為未加調(diào)制信號(hào)（ ）時(shí)的振蕩頻率時(shí)的振蕩頻率， 0)(tv即為調(diào)

18、頻信號(hào)的中心頻率。即為調(diào)頻信號(hào)的中心頻率。討論：討論：1、 當(dāng)當(dāng) =2BQcfmfCBQmcccVVktVktVVVtnt其中,coscoscos1 )(1BQmVVVn與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系即滿足線性調(diào)頻即滿足線性調(diào)頻。 2、 當(dāng)當(dāng)2 2cos1 )(tntc1cosxtn令 2! 2) 1(1)1 (xmmmxxmtntnntc2cos)2(16cos2)2(161)(22（8-3-14）tntnntc2cos)2(16cos2)2(161)(22（8-3-14）222216216QBmccVVVn中心角頻率的相對偏離值為：中心角頻率的相對偏離值為：ccn記2216vVV

19、ttnQBcmc2coscos2ttmm2coscos)(200cmn2：與調(diào)頻頻率有關(guān)的最大頻偏與調(diào)頻頻率有關(guān)的最大頻偏cn、：顯然有mc、cmn22216應(yīng)盡量減少這種失真。應(yīng)盡量減少這種失真。 QBcmmvfFMVVVvtlinkS20BjQBVLCVV02)(2jjCCCCCC221LC1：電路的瞬時(shí)角頻率(a)部分接入原理圖部分接入原理圖(b)變?nèi)荻O管部分接入調(diào)頻電路變?nèi)荻O管部分接入調(diào)頻電路QtvLC10)(：電路的中心角頻率 采用串接小電感采用串接小電感L的方法來擴(kuò)大調(diào)頻的頻偏，變?nèi)荻O管的反向偏壓由的方法來擴(kuò)大調(diào)頻的頻偏，變?nèi)荻O管的反向偏壓由VEE經(jīng)穩(wěn)壓經(jīng)穩(wěn)壓管管VDZ穩(wěn)壓

20、后經(jīng)穩(wěn)壓后經(jīng)RZ2=2.4k和和W1=47k電位器分壓后，經(jīng)電位器分壓后，經(jīng)R=10K電阻加至變?nèi)莨苷龢O。電阻加至變?nèi)莨苷龢O。改變改變47K電位器電位器W1的活動(dòng)端可以調(diào)整變?nèi)莨艿牡幕顒?dòng)端可以調(diào)整變?nèi)莨艿腣Q從而改變從而改變Cj ，把調(diào)頻器的中心頻率，把調(diào)頻器的中心頻率調(diào)至規(guī)定值。調(diào)制信號(hào)調(diào)至規(guī)定值。調(diào)制信號(hào)v(t) 經(jīng)電位器經(jīng)電位器W2加于變?nèi)莨芗佑谧內(nèi)莨躒D，改變，改變4.7K電位器電位器W2的活的活動(dòng)頭，可以調(diào)整加在變?nèi)荻O管上的調(diào)制信號(hào)電壓幅值，從而獲得要求的頻偏。動(dòng)頭，可以調(diào)整加在變?nèi)荻O管上的調(diào)制信號(hào)電壓幅值，從而獲得要求的頻偏。)()()(tfftvkftfcfc)()(tfnn

21、ftnfc)()()(tffftfftfILcmfBW 2cff0fvlinSof（8.4.2 通用型線性鑒頻電路的實(shí)現(xiàn)及其特點(diǎn)通用型線性鑒頻電路的實(shí)現(xiàn)及其特點(diǎn))cos(cos)()()(2112ttVVAtvtvAtvmmMMo)2cos(21cos212121tVVAVVAmmMmmMcos21)(21mmMAVVVAtv）為比例系數(shù)設(shè)相差kfk(2/)sin(21)2cos(21)(2121fkVVAfkVVAtvmmMmmMAV12/fk若fkfkVVAtvmmMAV 2121)(返回返回2211vvvD2/212vvvD)()(2121DDdooAVvvvvtv上 為調(diào)頻為調(diào)頻-調(diào)幅波調(diào)幅波比例鑒頻器返回2/211vvvD2/212vvvD)(cos)()(11tttVtvmDD)(cos)()(22tttVtvmDD2122212122211)sin1 ()21(sin)21()(AmmAmmmmmDKVVVVVVtV2122212122212)sin1 ()21(sin)21()(AmmAmmmmmDKVVVVVVtVAmmAmVVVarctgtsin21cos21)(21221212222121)/(411/)21(mmmmmmmmVVVVVVVVK2122212122211)sin1 ()21(sin)21