【正文】 Southwestern University 西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院 頻率調(diào)制（ FM） 瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)成比例變化，即 )()( tmKdt td f??( ) ( )ft K m d? ? ?? ?( ) c os[ ( ) ]F M c fs t A t K m d? ? ??? ?)](cos[)( ttAt cm ?? ??第三節(jié) 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 式中 ， Kf —— 調(diào)頻靈敏度 ，單位是 rad/s?V。 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 71 ?電路與通信教研室 高渤 Southwestern University 西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院 如圖所示： ??mt??FMstF M調(diào) 制 器? ?mt ? ?FMst積 分 器P M調(diào) 制 器??mt? ?PMstP M調(diào) 制 器? ?mt ? ?PMst微 分 器F M調(diào) 制 器（ a）直接調(diào)頻 （ b）間接調(diào)頻 （ c） 直接調(diào)相 （ d） 間接調(diào)相 第三節(jié) 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 72 ?電路與通信教研室 高渤 Southwestern University 西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院 二、窄帶調(diào)頻（ NBFM） 定義： 如果 FM信號(hào)的最大瞬時(shí)相位偏移滿足下式條件 ）（或 )( ???? ??tf dttmK第三節(jié) 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 則稱為 窄帶調(diào)頻 ；反之，稱為寬帶調(diào)頻。 2） 相鄰邊頻之間的 間隔為 ?m； 且當(dāng) n為奇數(shù)時(shí)，上下邊頻極 性相反 ；當(dāng) n為偶數(shù)時(shí)極性相同 。 2） 當(dāng) mf 1時(shí)，上式可以近似為 上式中 fm是 FM的最高頻率， mf是最大頻偏 ?f 與 fm之比 。 晶 振P D L F V C OF M 信 號(hào)調(diào) 制 信 號(hào)第三節(jié) 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 ＊ 改進(jìn)途徑： 采用如下 鎖相環(huán)（ PLL）調(diào)制器 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 86 ?電路與通信教研室 高渤 Southwestern University 西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院 2）間接法調(diào)頻 【阿姆斯特朗 （ Armstrong） 法】 原理：先將調(diào)制信號(hào)積分，然后對(duì)載波進(jìn)行調(diào)相，即可產(chǎn)生一個(gè)窄帶調(diào)頻 （ NBFM）信號(hào) ，再經(jīng) n次倍頻器 得到寬帶調(diào)頻 （ WBFM） 信號(hào) 。 方法：倍頻器可以用 非線性器件實(shí)現(xiàn) 。 ，稱為 寬帶調(diào)頻的帶寬 。 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 80 ?電路與通信教研室 高渤 Southwestern University 西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院 第三節(jié) 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 調(diào)頻信號(hào)頻譜 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 81 ?電路與通信教研室 高渤 Southwestern University 西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院 調(diào)頻信號(hào)的帶寬 理論上 FM信號(hào)頻帶寬度為無限寬，實(shí)際上邊頻幅度隨 n的增大而逐漸減小，因此 FM信號(hào)可近似認(rèn)為具有 有限頻譜 。 不同的是， NBFM的兩個(gè)邊頻分別乘了因式 [1/（ ? ?c） ]和 [1/（ ? + ?c） ] ，由于因式是頻率的函數(shù)，所以這種加權(quán)是 頻率加權(quán) ，加權(quán)的結(jié)果引起調(diào)制信號(hào)頻譜的失真。 如果預(yù)先不知道調(diào)制信號(hào) m（ t）的具體形式，則無法判斷已調(diào)信號(hào)是調(diào)相信號(hào)還是調(diào)頻信號(hào)。 角度調(diào)制 ：頻率調(diào)制和相位調(diào)制的總稱。開始出現(xiàn)門限效應(yīng)的輸入信噪比稱為 門限值 。 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 55 ?電路與通信教研室 高渤 Southwestern University 西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院 四、 AM包絡(luò)檢波的性能 包絡(luò)檢波器分析模型 ()mst B P F )( tn ()mst )( tni )( tno o()mt 包絡(luò)檢 波 第二節(jié) 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 輸入 信噪比 2)(2)(2202 tmAtsSmi ??? BntnN ii 02 )( ?? BtmANSii02202)(??通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 56 ?電路與通信教研室 高渤 Southwestern University 西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院 包絡(luò) E（ t）計(jì)算 由于解調(diào)器輸入是信號(hào)加噪 式中 檢波器的輸出就是 E（ t），而 E（ t）中的 信號(hào)和噪聲存在非線性關(guān)系 ，因此 計(jì)算輸出信噪比顯得非常困難 。也就是說， DSB信號(hào)的解調(diào)器使信噪比改善一倍 。 no（ t） —— 輸出噪聲。 R CA M 信 號(hào)? ?0A m t?D第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 2）包絡(luò)檢波器結(jié)構(gòu)： 通常由半波或全波 整流器 和 低通濾波器 組成。 ? ?mt ? ?DSBst?? ?ct載 波? ?H ?? ?SSBst第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 殘留邊帶信號(hào)的頻譜 ? ? ? ?()V SB D SBS S H? ? ???1 [ ( ) ) ] ( )2 ccM M H? ? ? ? ?? ? ? ?通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 31 ?電路與通信教研室 高渤 Southwestern University 西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院 VSB信號(hào)解調(diào)器模型（ 如何不失真地恢復(fù)原來的基帶信號(hào) ） L P F?? ?V S Bst? ?pst? ?dst? ? 2 c o scc t t?? ? ? ? ?ccc os c t? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?????第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 ? ?V SB2 ( ) c ospcs t s t t??圖中 ? ? ? ?( ) ( )p V SB c V SB cS S S? ? ? ? ?? ? ? ?根據(jù)頻域卷積定理可知，乘積 Sp（ t） 對(duì)應(yīng)的頻譜為 ? ?()V SB V SBs t S ??因?yàn)? 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 32 ?電路與通信教研室 高渤 Southwestern University 西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院 第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 將 ? ? ? ?( ) ( )p V SB c V SB cS S S? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?()V SB D SBS S H? ? ???1 [ ( ) ) ] ( )2 ccM M H? ? ? ? ?? ? ? ?? ?1( ) ( ) ( ) ( )2d c cS M H H? ? ? ? ? ?? ? ? ?代入 得到 式中， M（ ? + 2?c）及 M（ ? 2?c）是搬移到 + 2?c和 2?c處的頻譜，它們可以由解調(diào)器中的 低通濾波器濾除 。 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 27 ?電路與通信教研室 高渤 Southwestern University 西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院 移相法 SSB調(diào)制器方框圖 第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 優(yōu)點(diǎn)：不需要濾波器具有陡峭的截止特性。 例如：若經(jīng)過濾波后的話音信號(hào)的最低頻率為 300Hz，則上下邊帶之間的頻率間隔為 600Hz，即允許 過渡帶 為 600Hz。 缺點(diǎn)：不能用包絡(luò)檢波， 需用相干檢波 ，較復(fù)雜。頻譜如下圖所示。事實(shí)上，任何調(diào)制過程都是一種 非線性的變換過程 。 2）角度調(diào)制 ：頻率調(diào)制、相位調(diào)制。 載波調(diào)制： 用調(diào)制信號(hào)去控制載波的參數(shù)的過程。 計(jì)算： AM、 DSB、 SSB、 PM、 FM的表達(dá)式；功率和帶寬的計(jì)算 ； AM、 DSB、 SSB、 FM抗噪聲性能分析和 G的計(jì)算與比較；單音調(diào)頻的調(diào)頻指數(shù)、相偏及頻偏；卡森公式。 相干解調(diào)是否存在門限效應(yīng)。 解調(diào)（檢波） ：調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號(hào)中的 調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來。 則根據(jù)調(diào)制定義，幅度調(diào)制信號(hào)（ 已調(diào)信號(hào) ）可表示為： 式中， m（ t） — 基帶調(diào)制信號(hào)（ 調(diào)制信號(hào) ）。 否則，出現(xiàn) “ 過調(diào)幅 ” 現(xiàn)象。只有邊帶功率才與調(diào)制信號(hào)有關(guān)，載波分量并不攜帶信息。 通常，產(chǎn)生 SSB信號(hào)的方法有兩種： 濾波法 和 相移法 。 再在要求的載頻上進(jìn)行第二次調(diào)制 。 第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 SSB信號(hào)的性能 SSB信號(hào)的實(shí)現(xiàn)比 AM、 DSB要 復(fù)雜 ，但 SSB調(diào)制方式在傳輸信息時(shí)，不僅可 節(jié)省發(fā)射功率 ，而且它所 占用的頻帶寬度比AM、 DSB減少了一半 。 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 34 ?電路與通信教研室 高渤 Southwestern University 西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院 殘留邊帶濾波器特性的兩種形式 第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 c?10 . 5? ?H ?c?? ??10 . 5( a )( b )0殘留 “ 部分上邊帶 ” 的濾波器特性 殘留 “ 部分下邊帶 ” 的濾波器特性 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 35 ?電路與通信教研室 高渤 Southwestern University 西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院 五、線性調(diào)制的一般模型 濾波法模型： 可歸納出濾波法線性調(diào)制的一般模型如下： ?? ?mt ? ?mstcosc t??ht )(]cos)([)( thttmts cm ?? ? )()])([21)( ?????? HMMSccm ????)()( thH ??第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 輸出信號(hào)時(shí)域表示式為： 輸出信號(hào)頻域表達(dá)式為： 式中， 可見， 只要適當(dāng)選擇 H（ ?） ， 便可以得到各種幅度調(diào)制信號(hào)。 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 43 ?電路與通信教研室 高渤 Southwestern University 西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院 插入載波包絡(luò)檢波法 在接收端或發(fā)送端 插入幅度足夠大的載波 ，則對(duì)于 DSB、SSB、 VSB等抑制載波的已調(diào)信號(hào)也可以采用 包絡(luò)檢波器 直接從中恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)。顯然，輸出信噪比越大越好。 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 54 ?電路與通信教研室 高渤 Southwestern University 西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院 ? 討 論 上述表明， GDSB = 2GSSB，這能否說明 DSB系統(tǒng)的抗噪聲性能比 SSB系統(tǒng)好呢？ 第二節(jié) 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 回答是否定的 。 GAM總是小于 1，說明 包絡(luò)檢波器對(duì)輸入信噪比沒有改善， 而是惡化了 。原因是信號(hào)與噪聲可分別進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)器輸出端總是單獨(dú)存在有用信號(hào)項(xiàng)。 第三節(jié) 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 63 ?電路與通信教研室 高渤 Southwestern University 西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院 一、角度調(diào)制的基本概念 FM和 PM信號(hào)的一般表達(dá)式 角度調(diào)制信號(hào)的一般表達(dá)式為 )](cos[)( ttAts cm ?? ??第三節(jié) 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 式中， A —— 載波的恒定振幅； [?ct +?（ t） ] ＝ ?（ t） —— 信號(hào)的 瞬時(shí)相位 ； ?（ t） —— 瞬時(shí)相位偏移 。 fmKA??? fmf m f? ? ?— 最大角頻偏； — 最大頻偏。 由于 NBFM信號(hào)最大頻率偏移較小，占據(jù)的帶寬較窄，但是其 抗干擾性能比 AM系統(tǒng)要好得多 ，因此得到較廣泛的應(yīng)用。因?yàn)?n mf + 1以上的邊頻幅度均小于 。 0( ) ( )ift K m t????? ?mt? ?FMstV C O第三節(jié) 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 壓控振蕩器 ： 每個(gè)壓控振蕩器（ VCO）自身就是一個(gè) FM調(diào)制器，因?yàn)樗?振蕩頻率正比于輸入控制電壓 ，即 LC振蕩器 ：用變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)直接