【正文】 10章 角度調(diào)制與解調(diào) VD是變?nèi)荻O管的勢(shì)壘電壓 ， 通常取 。 它的表示符號(hào)如圖 (a)所示 。 變?nèi)荻O管主要用在移動(dòng)通信以及自動(dòng)頻率微調(diào)系統(tǒng)中。 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 變?nèi)荻O管調(diào)頻的 主要優(yōu)點(diǎn) ：能夠獲得較大的頻移（相對(duì)于間接調(diào)頻而言），線路簡(jiǎn)單，并且?guī)缀醪恍枰{(diào)制功率。 此外 ， 載波中心頻率不穩(wěn)還會(huì)使調(diào)頻信號(hào)的頻帶展寬 ， 造成對(duì)鄰近頻道的干擾 。 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 0)(?? ??????dtdkf第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖 電壓 頻率轉(zhuǎn)換特性 0u?? ?變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 3） 載波中心頻率的穩(wěn)定度 。 壓控靈敏度又稱為調(diào)制靈敏度 ， 用 kf表示 。 壓控特性線性越好 ，調(diào)頻的非線性失真越??；壓控特性曲線的線性范圍越寬 ， 實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的范圍也越寬 ， 調(diào)頻信號(hào)的最大頻偏也就越大 。 主要的性能指標(biāo)有： 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 1） 調(diào)制特性的線性 。 下面將分別通過幾個(gè)典型電路說明調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生原理和影響調(diào)頻信號(hào)質(zhì)量的因素 ， 以便學(xué)會(huì)調(diào)頻電路的分析方法 ， 掌握調(diào)頻電路的構(gòu)成原則 。 調(diào)頻方法概述 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 調(diào)頻電路的質(zhì)量指標(biāo) 產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的設(shè)備叫頻率調(diào)制器 ， 簡(jiǎn)稱調(diào)頻器 。其工作原理性方框圖如下所示。所以，實(shí)際上這就是用 ??(t)作為調(diào)制信號(hào)的調(diào)頻波。 變?nèi)荻O管可以作為電壓控制可變電容元件；具有鐵氧體磁芯的電感線圈，可以作為電流控制可變電感元件。 調(diào)頻方法概述 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 如果載波由 LC自激振蕩器產(chǎn)生，則振蕩頻率主要由諧振回路的電感元件和電容元件所決定。 調(diào)頻方法概述 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 直接調(diào)頻原理 ： 直接調(diào)頻原理的基本原理是用調(diào)制信號(hào) 直接線性地 改變載波振蕩的 瞬時(shí)頻率 。 調(diào)角波的性質(zhì) 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 雙頻調(diào)制 mf1= mf2= fCfC＋ F2fC＋ F1fC＋ F1＋ F2fC＋ 3 F1－ F2fC＋ 3 F1fC＋ 2 F1＋ 2 F2fC＋ 4 F1fC＋ 5 F1fC＋ 6 F1fC＋ 2 F1＋ 3 F2fC＋ 3 F1＋ 3 F2f調(diào)角波的性質(zhì) 0ffC ?第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 調(diào)頻方法概述 產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的電路叫做 調(diào)頻器 對(duì)調(diào)頻器有四個(gè)主要要求： 1） 已調(diào)波的瞬時(shí)頻率與調(diào)制信號(hào)成比例地變化； 2） 未調(diào)制時(shí)的載波頻率 ， 即已調(diào)波的中心頻率具有一定的穩(wěn)定度； 3） 最大頻移與調(diào)制頻率無關(guān)； 4） 無寄生調(diào)幅或寄生調(diào)幅盡可能的小 。 調(diào)角波的性質(zhì) 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 由此可見，此時(shí)調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)除了包含單音頻調(diào)制時(shí)的邊頻分量外，還產(chǎn)生了 組合頻率分量 [?0 ? (n?1 ? p?2)]等項(xiàng)，使頻譜結(jié)構(gòu)大為復(fù)雜。因此調(diào)頻制和調(diào)相制屬于 非線性調(diào)制 。 這就是 線性調(diào)制 。亦即可以認(rèn)為，此時(shí)的調(diào)幅波分別由 ? ? ?3等頻率單獨(dú)調(diào)幅后疊加而成。 調(diào)角波的性質(zhì) 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 實(shí)際上， 調(diào)制信號(hào) 都是比較復(fù)雜的，含有許多頻率分量。 調(diào)角波的性質(zhì) f? f?2400026000?BWHzF 1000?12?fm)(Hz) (HzHzF 4000?12?pmf? f?960002 ?f?104000?BWf? f?48000)(HzHzF 2022?12?pm52022?BW第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 應(yīng)當(dāng)注意：在調(diào)制頻率不變而只改變調(diào)制信號(hào)振幅的情況下，兩種調(diào)制的頻譜結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律卻是相同的。 當(dāng)調(diào)制頻率從 1000Hz增至 4000Hz時(shí)，調(diào)頻波的頻帶 寬度幾乎不變； 調(diào)角波的性質(zhì) f? f?2400026000?BWHzF 1000?12?fm)(Hz)(Hz6?fmHzF 2022?f? f?2400028000?BW)(Hz3?fmHzF 4000?f? f?2400032022?BW第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 調(diào)相波的頻譜與調(diào)制頻率 之間的關(guān)系。 這正是模擬通信系統(tǒng)中調(diào)頻制要比調(diào)相制應(yīng)用得廣泛的主要原因。 但當(dāng)調(diào)制頻率降低時(shí)，邊頻分量之間的距離減小，因而頻帶寬度隨之成比例地變窄。 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 對(duì)于調(diào)相制來說，情況即大不相同。 調(diào)角波的性質(zhì) 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) [例 ]利用 近似公式 計(jì)算以下三種情況下調(diào)頻波的頻帶寬度（ Fm 為最高調(diào)制頻率 ） 1） ?f =75kHz， Fm = 2） ?f =75kHz， Fm =1 kHz 3） ?f =75kHz， Fm =10 kHz [解 ] 1） BW = 2(75+) ? 150 kHz 2） BW = 2(75+1) ? 152 kHz 3） BW = 2(75+10) ? 170 kHz 調(diào)角波的性質(zhì) 可見，盡管調(diào)制頻率變化了 100倍，但頻帶寬度變化非常小。 但應(yīng)注意， 邊頻分量 數(shù)目增多和 邊頻分量 密集這兩種變化對(duì)于 頻帶寬度 的影響恰好是相反的，所以總的效果是使頻帶略微變窄。 故 頻譜結(jié)構(gòu) 、 頻帶寬度 與 調(diào)制頻率 之間的關(guān)系互不相同。這是它們的 共同性質(zhì) 。 調(diào)角波的性質(zhì) fBW ?2?FBW 2?第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 調(diào)頻波 和 調(diào)相波 的頻譜結(jié)構(gòu)以及 頻帶寬度 與 調(diào)制指數(shù) 有密切的關(guān)系。調(diào)頻廣播中規(guī)定 ?f =75kHz。 調(diào)角波的性質(zhì) 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 如果將小于未調(diào)制載波振幅 10%的 邊頻分量 略去不計(jì)，則 頻帶寬度 BW 可由下列近似公式求出： 由于 因此頻帶寬度 BW 寫為： 調(diào)角波的性質(zhì) FmBW f )1(2 ??FfVkm ff????? ? ???)(2 FfBW ?? ?第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 根據(jù)的 ?f 不同，調(diào)頻制可以分為寬帶與窄帶兩種。因此調(diào)頻信號(hào)的 頻帶寬度 實(shí)際上可以認(rèn)為是 有限 的。 而在調(diào)頻情況下，則只導(dǎo)致能量從載頻向邊頻分量轉(zhuǎn)移，總能量則未變。 4）根據(jù)調(diào)頻貝塞爾展開式，可以計(jì)算調(diào)頻波的功率為 根據(jù)貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)，上式右邊的值等于 1，因此調(diào)頻前后平均功率沒有發(fā)生變化。 調(diào)角波的性質(zhì) 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 3）從貝塞爾函數(shù)曲線還可以看到，對(duì)于某些 mf 值，載頻或某邊頻振幅為零。 2）根據(jù)貝塞爾函數(shù)曲線可以看到，調(diào)制指數(shù) mf 越大，具有較大振幅的邊頻分量就越多。 載頻分量與各次邊頻分量的振幅由對(duì)應(yīng)的各階貝塞爾函數(shù)值所確定。 Jn( mf )是以 mf 為參數(shù)的 n階第一類貝塞爾函數(shù) ( Bessel function of first kind ) 貝塞爾函數(shù)具有如下的性質(zhì)： 第一， n為奇數(shù)時(shí)： n為偶數(shù)時(shí)： 調(diào)角波的性質(zhì) ( ) ( 1 ) ( )( ) ( )( ) ( )nn f n fn f n fn f n fJ m J mJ m J mJ m J m????????第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 第二，當(dāng)調(diào)頻指數(shù) mf 很小時(shí) 第三，對(duì)任意 mf 值，各階貝塞爾函數(shù)的平方和恒等于 1，即 調(diào)角波的性質(zhì) 000( ) 1()2( ) 0 ( 1 )ffffJmmJmJ m n????2 ( ) 1nfnJm?? ? ???第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) n階第一類貝塞爾函數(shù)隨 mf 變化的關(guān)系曲線。 隨著 mf 的減小，振幅的變化越小， 相位的變化也就越接近于 mf sin?t。 因此 ， 單一頻率調(diào)制的窄帶調(diào)頻信號(hào)的表示式可近似為 調(diào)角波的性質(zhì) ? ?6/??mtmAtmAtAttmAtAtmtAtaffff)c os (21)c os (21c oss i ns i nc os)s i nc os ()(000000000000???????????????????第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 單一頻率調(diào)制的窄帶調(diào)頻信號(hào)的頻譜表示為下圖所示。 根據(jù)窄帶調(diào)角信號(hào)的定義 ， 可引用三角函數(shù)的近似關(guān)系 。 調(diào)角波的性質(zhì) )s i nc o s ()( 00 tmtAta f ?? ??第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 滿足 條件的調(diào)角信號(hào)叫窄帶調(diào)角信號(hào) 。所不同的是一個(gè)用 mf ，另一個(gè)用 mp 。 [解 ] 1）當(dāng)調(diào)制信號(hào)為 V?cos104t時(shí)，該調(diào)角波可能調(diào)頻波；當(dāng)調(diào)制信號(hào)為 V?sin104t時(shí)，該調(diào)角波可能調(diào)相波。 調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表達(dá)式 調(diào)相波的數(shù)學(xué)表達(dá)式 調(diào)角波的性質(zhì) 52022 1010 3 ???? F fm f ??Vkm pp ?)104c os51050c os (4)]1022c os (510252c os [4)(3636tttttFM???????????????)104s i n251050c os (4)]1022s i n (2510252c os [4)(3636tttttPM???????????????第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) [例 3]調(diào)角波的數(shù)學(xué)式為 ，問：這是調(diào)頻波還是調(diào)相波？求其調(diào)制頻率、調(diào)制指數(shù)、頻偏以及該調(diào)角波在 100?電阻上產(chǎn)生的平均功率。試寫出： 1）調(diào)頻波和調(diào)相波的數(shù)學(xué)表達(dá)式； 2）若調(diào)制頻率變?yōu)?2kHz，所有其他參數(shù)不變，寫出調(diào)頻波和調(diào)相波的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 分析 ：調(diào)幅是載波的 振幅 隨 調(diào)制信號(hào) 線性變化； 調(diào)頻是載波的 瞬時(shí)頻率 隨 調(diào)制信號(hào) 線性變化； 調(diào)相是載波的 瞬時(shí)相位 隨 調(diào)制信號(hào) 線性變化。 由于 頻率變化總是伴隨著相位的變化，因此， F也表示瞬時(shí)相位在自己的最大值與最小值之間 每秒鐘往返擺動(dòng)的次數(shù)。 調(diào)角波的性質(zhì) 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 對(duì)照上列四個(gè)式子還可以得到： 無論調(diào)頻還是調(diào)相，最大頻移與調(diào)制指數(shù)之間的關(guān)系都是相同的。 這是兩種調(diào)制的根本區(qū)別。 調(diào)角波的性質(zhì) 0?? ??2t振幅調(diào)制信號(hào)第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 在 調(diào)頻 時(shí)， 頻率變化 反映調(diào)制信號(hào)的波形，相位變化為它的 積分 ，成為三角波形； 調(diào)角波的性質(zhì) 0?? ??2t)(tf??調(diào)頻)(a0??2??t)(tf??0?? ??2t)(tp??0?? ??2t)(tp??調(diào)相)(b????第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 在 調(diào)相 時(shí)， 相位變化 反映調(diào)制信號(hào)的波形，頻率變化為它的 微分 ，成為一系列振幅為正、負(fù)無限大、寬度為零的脈沖。最大頻偏 ??、調(diào)頻指數(shù) mf與調(diào)制信號(hào)的角頻率 ?及調(diào)制信號(hào)振幅 V?的關(guān)系如圖 。調(diào)頻比例常數(shù) kf是由調(diào)頻電路決定的一個(gè)常數(shù)。 調(diào)角波的性質(zhì) 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 調(diào)角波振幅是恒定的。調(diào)相波的調(diào)制指數(shù)以 mp表示，即 式中 kp是比例常數(shù)，表示單位調(diào)制信號(hào)所引起的相移的大小，單位是 rad/V 調(diào)角波的性質(zhì) )()( tkt p ???? ?m a x)( tkm pp ???第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 于是得到 調(diào)相波 的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 求得 調(diào)相波 的瞬時(shí)頻率為 上式右邊第二項(xiàng)表示 調(diào)相波 的 頻移 ，以 ??p(t)表示，即 調(diào)角波的性質(zhì) ? ?)(c o s)( 00 tktAta p ??? ??dttdkdttdtp)()()(0 ????? ???dttdktpp)()( ???? ?第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 無論是調(diào)頻還是調(diào)相，瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位都在同時(shí)隨時(shí)間發(fā)生變化。 調(diào)角波的性質(zhì) ?????? ?? ?tf dttktAta 000 )(c os)( ???m ax0)(?? tff dttkm ??第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 如果用 ??(t)對(duì)式