【正文】 號的表示可以寫成 uFM(t)=Um0cos(ωCt+mfsinΩt+φ0) (― 6) 第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 它的振幅是恒定的 。第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 角度調(diào)制信號分析 調(diào)相信號產(chǎn)生方法 調(diào)頻信號產(chǎn)生方法 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 由調(diào)頻非正弦波信號 產(chǎn)生調(diào)頻正弦波信號電路 第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 間接調(diào)頻電路 調(diào)角信號的解調(diào)方法 相位鑒頻器 脈沖計數(shù)式監(jiān)頻器 第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 角度調(diào)制信號分析 調(diào)頻信號與調(diào)相信號 為了便于理解 ， 首先假設(shè)調(diào)制信號為單一頻率的余弦信號 uΩ(t)=UΩmcosΩt 載波 uC(t)=UCmcos(ωCt+φ) 第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 調(diào)頻是用調(diào)制信號去控制載波的頻率變化 。 載波頻率的變化為 Δω(t)=kfuΩ(t)=kfUΩmcosΩt=ΔωmcosΩt (― 1) 式中 ， kf為調(diào)頻比例常數(shù) ， 單位為 rad/(s 調(diào)頻信號的基本參量是振幅Um0、 載波中心頻率 ωC、 最大頻偏 Δωm和調(diào)頻指數(shù) mf。 在時域 ，調(diào)頻信號的波形如圖 。 第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖 調(diào)頻信號波形 0uFM0tt? ?mtt?C?? ( t )uC00u?第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖 調(diào)頻信號 Δωm、 mf與 UΩm、 Ω的關(guān)系 0mfmf ??? ?m? ?m?0U? m? ?m , mf? ?mmf第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 2. 調(diào)相信號 調(diào)相信號是用調(diào)制信號控制載波的相位變化 。 kp是調(diào)相比例常數(shù) ，單位是 rad/V。它的瞬時角頻率 ()( ) s i n s i nC p C mmpdtt m t tdtm?? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?(―11) (―12) 第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 這種調(diào)相信號的時域波形如圖 。 當(dāng)調(diào)制信號為非正弦波時 ， 可以用一個通用的形式表示 uΩ(t)=Uωmf(t) UΩm為調(diào)制信號的幅度 ， f(t)是它的歸一化的通用表示式 ， |f(t)|≤1。 滿足 6m?? (―13) 條件的調(diào)角信號叫窄帶調(diào)角信號 。 第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 根據(jù)窄帶調(diào)角信號的定義 ， 可引用三角函數(shù)的近似關(guān)系 。 因此 ， 單一頻率調(diào)制的窄帶調(diào)頻信號的表示式可近似為 000000( ) co s ( s i n )co s s i n s i n1co s co s ( )21co s ( )2F M m C f Cm C m Cm C m f Cm f Cu t U t m tU t U t tU t U m tU m t?????????? ? ?? ? ? ?? ? ?(―14) 第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖 窄帶調(diào)頻信號的頻譜 fUm0fCfC＋ FfC－ FmfUm012mfUm012－第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 根據(jù)此式 ， 單頻調(diào)制的窄帶調(diào)頻信號的頻譜可以用圖 。 它與 AM調(diào)幅信號的不同可通過矢量圖加以說明 。 由圖可見 ， 它僅僅是幅度大小的改變 ， 而無相位的改變 。 由圖可見 ， 合成矢量 在相位變化的同時 ， 振幅也在改變 。Um0= UC－ ?＋ ?maUm0= U－ ?12maUm0= U＋ ?12( b )0?CUF ? － U－ ?? 隨著 mf的減小 ，振幅的變化越小 ， 相位的變化也就越接近于 mfsinΩt。 由圖 、表可見 ， 卡森帶寬與誤差為 。 mf=3的調(diào)頻信號的頻譜如圖 。多頻調(diào)制情況下 ， 信號帶寬的計算采用修正的卡森公式 。 從這個角度講 ， 頻率調(diào)制又稱為恒定帶寬調(diào)制 。 正因為這一特點 ， 調(diào)頻體制比調(diào)相體制獲得了更廣泛的應(yīng)用 。 帶寬的計算仍可采用卡森公式 。 實際工作中 ， 最高調(diào)制頻率工作的時間少 ， 大部分情況都處于調(diào)制信號頻帶的中間部分 ， 所以相位調(diào)制不能充分利用頻帶 。 第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 調(diào)角信號的功率分布 根據(jù)帕塞瓦爾公式 ， 調(diào)角波的平均功率 Pav等于各個頻率成分的平均功率之和 。調(diào)角信號各個頻率分量的功率分配情況是隨著調(diào)制指數(shù) m的不同而改變的 。 所以 ， 這種情況只有載波功率 ， 而無邊帶功率 。 第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 調(diào)相信號產(chǎn)生方法 矢量合成法 這是一種窄帶調(diào)相信號產(chǎn)生方法 。如果用矢量圖表示，載波信號矢量與雙邊帶信號矢量是正交的。窄帶調(diào)相信號矢量就是兩個正交矢量的和，這種方法如圖 。根據(jù)框圖，輸出電壓 0020( ) c o s ( ) s i n1 ( ) c o s [ a rc t a n ( ( )) ]P M m C m p Cm p C pu t U t U k u t tU k u t t k u t????????? ? ?(―3) 第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖 (a)電路框圖； (b)矢量合成圖 晶體振 蕩 器＋ 9 0 176。 輸出電壓的相位變化與調(diào)制信號之間不是線性關(guān)系 ， 而是反正切的關(guān)系 。 調(diào)相指數(shù) mp越小 ， 寄生調(diào)幅越小 ， 相位失真也越小 。為了獲得寬帶調(diào)相信號 ， 往往把這種方法得到的窄帶調(diào)相信號通過倍頻器 ， 擴展成寬帶調(diào)相信號 ， 如圖 所示 。倍頻后的調(diào)相信號與倍頻前的調(diào)相信號相比，它的相對頻偏 (Δωm/ωC)沒有變化，而絕對頻偏 (Δωm)增大了 n倍，信號的帶寬也相應(yīng)展寬了 n倍。石英晶體振蕩器產(chǎn)生一個頻率穩(wěn)定度較高的載波電流信號 ，并把它通過一個相移可控的網(wǎng)絡(luò)。即φ(ω)=kpuΩ(t)=mpf(t)。 最常用的是 LC并聯(lián)諧振回路 (如圖 )?；芈返闹C振頻率 0000011()( ) ( ( ) )1 1 1( ) ( )11ortL C t L C k u tL C k u t k u tCC????????????(―6) 第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖 壓控電容構(gòu)成的 LC并聯(lián)諧振回路 iC受 u?控制C L uPMC = C0＋ k u?( t )第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 其中 ， 是控制電壓為零時回路的諧振頻率 ，稱其為靜態(tài)回路諧振頻率 。 LC并聯(lián)回路的阻抗 ()( ) ( ) jZ Z e ?????第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) Z(ω)和 φ(ω)分別是回路阻抗的模和相角 。 這樣載波電流 iC在回路兩端建立的電壓就近似等于穩(wěn)態(tài)電壓 0( ) ( ) c o s[ ( ) ]o m C C Cu t I Z t? ? ? ???(―8) 第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 設(shè)計使輸入載波電流的頻率 ωC等于靜態(tài)回路諧振頻率 ωor。輸入載波的角頻率不變 ， 而回路諧振角頻率 ω0變化 ，因此 Z(ωC)和 φ(ωC)也變化 。 在窄帶工作條件下 000()( ) ( )()ta n ( ) 2()orC o rCCetZZtQt?????????? ? ?????可近似認(rèn)為 (―9) (― 10) 第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) Qe為回路的有載品質(zhì)因數(shù) 。 這種調(diào)相信號的產(chǎn)生方 法僅限于 Δω0(t)ωor的窄帶情況 ， 是窄帶調(diào)相信號 的產(chǎn)生方法 。 由晶體振蕩器產(chǎn)生的載波電壓 uC(t)通過一個延遲時間可控的延時網(wǎng)絡(luò) ， 延時網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓為 ( ) 0 c o s[ ( ( ) ) ]oCu t UC m t t???? (―12) 圖 可變時延法 晶體振 蕩 器uC可 控 時 延 網(wǎng) 絡(luò) uPMu?第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 如果延遲時間 τ(t)受調(diào)制電壓 uΩ(t)控制 ， 并使之與調(diào)制信號成線性關(guān)系 ， 即 ( ) ( ) ( )( ) co s [ ( )] co s [ ( )]d d mo C m C C d m C m C pp C d mt k u t k U f tu t U t k U f t U t m f tm k U?? ? ????????? ? ? ?? 最大的延遲時間 τmax=kdUΩm。 已知調(diào)頻信號 0 0( ) c o s[ ( ) ]tFM mu t U t dt?? ?(―1) 第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 將它對時間 t微分 00200002( ) ( ) s i n [ ( ) ]( ) ( ) co s [ ( ) ] ( ) s i n [ ( ) ]()( ) ( ) ( )()tF M mttF M m mF M F Mu t U t t d tu t U t t d t U t t d ttt u t u tt??? ? ? ????? ???? ?? ? ???? ? ????(―3) 經(jīng)過整理可得 32( ) ( ) ( )( ) 0( ) ( )F M F MFMt u t u tuttt???? ? ??? ? ?(― 4) 第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) (― 4)式是二階 、 線性 、 齊次時變微分方程 。 式 (― 4)被稱為調(diào)頻微分方程 。 該模擬電路由兩個積分器 、 兩個乘法器和一個倒相器組成 。 U0為直流電壓 ,k為比例常數(shù) ,uΩ(t)=UΩmf(t)。取k1kMu(t)=ω(t)，則上式就與 (―6) 式完全相同。這種產(chǎn)生調(diào)頻信號的方法叫模擬調(diào)頻積分方程法。 兩個積分器的積分常數(shù)決定了調(diào)頻信號的幅度 Um0和初始相角 θ0。 第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖 模擬調(diào)頻積分方程電路框圖 k1∫t0kM乘 法 器 k1∫t0積 分 器kM乘 法 器( － 1)倒 相 器∫t0kmu k1kMuFMu d tu ( t ) = U0＋ ku?( t )∫t0uFMk1kmu [ k1kMu d t ] d tuFM= － ∫t0積 分 器第 8章 角度調(diào)制與解調(diào) 2. 似穩(wěn)態(tài)調(diào)頻 當(dāng) ΔωmωC、 ΩωC時 ， 調(diào)頻微分方程中的第二項 3323( ) ( )1()( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( )()()FMF M F MFMFMt u ttt u t u tttt u tutt???????????? ? ????????