通信电子线路 课件 第6章 角度调制与解调.pptx

第6章角度调制与解调;

6.1概述;

图6.1.1给出了调幅、调频、调相三种信号的波形。振幅调制波形的包络线变化规律与调制信号完全相同，但频率始终不变。从调频波可以看出已调信号的频率受调制信号的控制，对应调制信号为最大值时，调频信号的频率最高，波形最密，随着调制信号的改变，调制信号的频率也做相应的变化，当调制信号为最小时，调制信号频率最低，波形最疏，但振幅不变。从相位调制波形可以看出已调信号的相位受调制信号的控制，在调制波平坦的地方(相位不变)，PM除了相位不同以外，和载波类似。当调制波增大的时候正弦波发生聚拢，调制波减小的时候则扩展，但振幅始终不变。;

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和调幅制相比，调角制具有以下优点：

(1)抗干扰能力强。从上一章的讨论可知，调幅信号的边频功率最大只能等于载波功率的一半(当调幅系数ma=1时)，而调角信号的边频功率远较调幅信号强。边频功率是运载有用信号的，因此调角制具有更强的抗干扰能力。另外，对于信号传输过程中常见的寄生调幅，调角制可以通过限幅的方法加以克服而调幅制则不行。;

(2)设备的功率利用率高。因为调角信号为等幅信号，最大功率等于平均功率，所以不论调制度为多少，发射机末级功放管均可工作在最大功率状态，晶体管得到充分利用。而调幅制则不然，调幅制的平均功率远低于最大功率，因而功率管的利用率不高。

(3)调角信号传输的保真度高。因为调角信号的频带宽且抗干扰能力强，因而具有较高的保真度。;

6.2调角信号的分析;

式中：ωc是未调制时载波的角频率，即调频波的中心频率；kfuΩ(t)是瞬时频率相对于ωc的偏移，叫做瞬时频率偏移，简称频率偏移或频偏。可以得到调制信息寄载在调频波的频偏中，Δωm是相对于载频的最大角频偏。

调频信号的瞬时频率是在ωc的基础上增加了与uΩ(t)成正比关系的频率偏移，则调频波的相位为;?;?;

图6.2.1是频率调制过程中调制信号、调频信号相对应的瞬时频率和瞬时相位波形。由图6.2.1(c)可看出，瞬时频率变化范围为(fc-Δfm)~(fc+Δfm)，最大变化值为2Δfm。;

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2.调制指数mf

mf称为调频波的调制指数，它是无量纲。由式(6.2.3)可知，它是调频波与未调载波的最大相位差Δφm。如图6.2.1(e)所示，mf与UΩm成正比，与Ω(F)成反比。图6.2.2表示了Δfm、mf与调制频率F的关系。

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调频波的波形如图6.2.1(d)所示。它是一个等幅波，当uΩ(t)最大时，ω(t)也最高，波形密集；uΩ(t)为负峰值时，频率最低，波形最疏。

总之，调频是将信息寄载在频率上而不是幅度上，也可以说在调频信号中信息是寄存于单位时间内的波形数目中。由于各种干扰作用主要表现在振幅上，而调频系统中，可以通过限幅器来消除这种干扰，所以FM波的抗干扰能力较强。;

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6.2.2调相信号

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图6.2.3给出了调制信号分别为余弦波和方波时的调相信号的波形及其瞬时相移的变化示意图。

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6.2.3调频与调相的关系

为了方便比较，将调频信号和调相信号的一些特征列于表6.2.1中。在表6.2.1中，还列出了调频和调相在非单音调制时的一般数学表达式。;

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从前面的讨论可以看出，当调制信号为单一频率的余弦信号时，从数学表达式及波形上均不易区分是调频信号还是调相信号，但它们在性质上存在以下区别：

(1)无论是调频波还是调相波，它们的瞬时频率和瞬时相位都随时间发生变化，但变化的规律不同。调频时，瞬时频偏的变化与调制信号成线性关系，瞬时相偏的变化与调制信号的积分成线性关系，即;

调相时，瞬时相偏的变化与调制信号成线性关系，瞬时频偏的变化与调制信号的微分成线性关系，即;

(2)调频波和调相波的最大角频偏(Δωm)和调制系数(mf或mp)均与调制幅度UΩm成正比。但它们与调制角频率Ω的关系则不同。调频波的最大角频偏与调制角频率Ω无关，调制系数与调制角频率Ω成反比。调相波的最大角频偏与调制角频率Ω成正比，调制系数与调制角频率Ω无关，即

调频：;

调相：

调频波、调相波的最大频偏(Δωm)和调制系数(mf或mp)与调制角频率Ω的关系不同，其根本原因就在于，对于调频波而言，调制电压先改变频率，然后通过积分关系再改变相位，而对于调相波，调制电压直接改变相位。;

比较调频波和调相波的数学表达式及其基本性质，可以画出实现调频及调相的方框图，如图6.2.4所示。;

6.2.4调角信号的频谱和频带宽带

由于调频波和调相波的形式类似，其频谱也类似，下面就分析调频波的频谱。为了获得调频波的频谱，可将