【正文】 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。 時(shí)域表示式 ( ) os [ ( ) ] si ntNBF M c f cs t A c t A K m d t? ? ? ????? ?N B F M ( ) [ ( ) ( ) ]ccsA? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?( ) ( )2f ccccAK MM? ? ? ?? ? ? ?????????????頻域表示式 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 73 ?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 NBFM和 AM信號頻譜的比較 1( ) [ ( ) ( ) ] [ ( ) ( ) ]2A M c c c cS A M M? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?N B F M ( ) [ ( ) ( ) ]ccsA? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?( ) ( )2f ccccAK MM? ? ? ?? ? ? ?????????????第三節(jié) 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 兩者都含有一個(gè)載波和位于處的兩個(gè)邊帶，所以它們的 帶寬相同 。 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)制信號頻譜的失真。另外， NBFM的 一個(gè)邊帶和 AM反相 。 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 74 ?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 m Mω AM和 NBFM頻譜圖對比 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) 】 75 ?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 上 邊 頻下 邊 頻載 波上 邊 頻下 邊 頻載 波?m?m? m?m?第三節(jié) 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 （ a） AM （ b） NBFM 在 AM中，兩個(gè)邊頻的合成矢量與載波同相，所以只有幅度的變化， 無相位的變化 ；而在 NBFM中，由于下邊頻為負(fù)，兩個(gè)邊頻的合成矢量與載波則是正交相加，所以 NBFM不僅有相位的變化，幅度也有很小的變化， 這正是兩者的 本質(zhì)區(qū)別 。 由于 NBFM信號最大頻率偏移較小，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。 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 76 ?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 三、寬帶調(diào)頻 調(diào)頻信號時(shí)域表達(dá)式 設(shè)單音調(diào)制信號為 將上式中的兩個(gè)因子分別展成傅里葉級數(shù)， tfAtAtm mmmm ?? 2coscos)( ?? ]sincos[)( ttAts mfcFM ?? ??( ) c os c os( si n ) si n si n( si n )F M c f m c f ms t A t m t A t m t? ? ? ?? ? ? ?tnmJmJtm mfn nfmf ?? 2cos)(2)()sincos( 1 20 ?????第三節(jié) 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 則單音調(diào)制 FM信號的時(shí)域表達(dá)式為 將上式利用三角公式展開，有 tnmJtm mfnnmf ?? )12sin()(2)sinsin(112 ?? ????式中 ， Jn （ mf） —— 第一類 n階貝塞爾函數(shù) 。 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 77 ?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 Jn （ mf）貝塞爾函數(shù)曲線 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) 】 78 ?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 將 代入 tnmJmJtm mfnnfmf ?? 2cos)(2)()sincos(120 ????? tnmJtm mfnnmf ?? )12sin()(2)sinsin(112 ?? ????( ) c os c os( si n ) si n si n( si n )F M c f m c f ms t A t m t A t m t? ? ? ?? ? ? ?第三節(jié) 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 01( ) ( ) c os ( ) [ c os( ) c os( ) ]F M f c f c m c ms t A J m t A J m t t? ? ? ? ?? ? ? ? ?2 ( ) [ c os( 2 ) c os( 2 ) ]f c m c mA J m t t? ? ? ?? ? ?+ 2( ) [ c os( 3 ) c os( 3 ) ]f c m c mAJ m t t? ? ? ?? ? ? ?— ( ) c os( )n f c mnA J m n t???? ? ???= 得 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 79 ?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)頻信號的頻域表達(dá)式 ? ?( ) ( ) ( ) ( )F M n f c m c mS A J m n n? ? ? ? ? ? ? ? ? ????? ? ? ? ? ??第三節(jié) 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 ? 討 論 ： 1） FM的頻譜由 載波分量 ?c和 無數(shù)邊頻（ ?c? n?m） 組成。 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 。 可見， FM信號的頻譜不再是調(diào)制信號頻譜的線性搬移，而是一種 非線性過程 。 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)頻信號的帶寬 理論上 FM信號頻帶寬度為無限寬，實(shí)際上邊頻幅度隨 n的增大而逐漸減小，因此 FM信號可近似認(rèn)為具有 有限頻譜 。 通常采用的原則是，信號的頻帶寬度應(yīng)包括幅度大于未調(diào)載波的 10%以上的邊頻分量。 當(dāng) mf ? 1以后，取邊頻數(shù) n = mf + 1即可。因?yàn)?n mf + 1以上的邊頻幅度均小于 。被保留的上、下邊頻數(shù)共有 2n = 2（ mf + 1）個(gè)，相鄰邊頻之間的頻率間隔為 fm，所以 調(diào)頻波的有效帶寬 為 )(2)1(2 mmfFM fffmB ?????第三節(jié) 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 它稱為 卡森（ Carson）公式 。 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 82 ?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 1） 當(dāng) mf 1時(shí)，上式可以近似為 mFM fB 2? fBFM ?? 2第三節(jié) 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 ，稱為 窄帶調(diào)頻的帶寬 。 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 。 例如，調(diào)頻廣播中規(guī)定的 最大頻偏 ?f為 75kHz， 最高調(diào)制頻率 fm為 15kHz，故調(diào)頻指數(shù) mf ＝ 5，由上式可計(jì)算出此 FM信號的頻帶寬度為 180kHz。 ，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) 】 83 ?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)頻信號的功率分配 調(diào)頻信號的平均功率為 ? ?2F M F MP s t? ? ?2F M F MP s t?22 ()2 nfnA Jm?? ? ?? ?2 ( ) 1nfnJm?? ? ??? 22F M cAPP??第三節(jié) 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 由帕塞瓦爾定理可知 利用貝塞爾函數(shù)的性質(zhì) 得到 可見，調(diào)頻信號的平均功率等于未調(diào)載波的平均功率，即調(diào)制后總的功率不變 ，只是將原來載波功率中的一部分分配給每個(gè)邊頻分量。 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 84 ?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、調(diào)頻信號的產(chǎn)生與解調(diào) 調(diào)頻信號的產(chǎn)生 1）直接調(diào)頻法： 用調(diào)制信號直接去控制載波振蕩器的頻率，使其按調(diào)制信號的規(guī)律線性地變化。 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)直接調(diào)頻。 通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】 85 ?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 ＊ 直接調(diào)頻法的主要優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：可以獲得較大的頻偏。 缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度不高。 晶 振P D L F V C OF M 信 號調(diào) 制 信 號第三節(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)制信號積分，然后對載波進(jìn)行調(diào)相，即可產(chǎn)生一個(gè)窄帶調(diào)頻 （ NBFM）信號 ，再經(jīng) n次倍頻器 得到寬帶調(diào)頻 （ WBFM） 信號 。 ? ?mt積分器相位調(diào)制倍頻器? ?W BFMst? ?N B F Mstc oscAt?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) 】 87 ?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 ＊ 倍頻： 目的：為 提高調(diào)頻指數(shù) ，從而獲得寬帶調(diào)頻。 方法：倍頻器可以用 非線性器件實(shí)現(xiàn) 。 原理：以理想平方律器件為例，其輸出 輸入特性為 )()(20 tasts i? )](cos[)( ttAtsci ?? ??)]}(22cos[1{21)( 20 ttaAts c ?? ???第三節(jié) 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 當(dāng)輸入信號為調(diào)頻信號時(shí)，有 由上式可知，濾除直流成分后，可得到一個(gè)新的調(diào)頻信號，其載頻和相位偏移均增為 2倍，由于相位偏移增為 2倍，因而調(diào)頻指數(shù)也必然增為 2倍。同理， 經(jīng) n次倍頻后可以使調(diào)頻信號的載頻和調(diào)頻指數(shù)增