调角信号基本特性课件.ppt

第第 6 6 章章 角度调制与解调电路角度调制与解调电路解调：从高频已调信号中还原出原调制信号角度调制电路是频谱的非线性变换电路频率调制：用待传输的低频信号去控制高频载波信号的频率相位调制：用待传输的低频信号去控制高频载波信号的相位 频率调制和相位调制都使载波信号的瞬时相位受到调变，统称为角度调制所不同的是：频率调制使载波信号的频率随调制信号线性变化，而相位调制则使载波信号的相位随调制信号线性变化调角信号基本特性第第 6 6 章章 角度调制与解调电路角度调制与解调电路 调角信号的基本特性 调频电路 鉴频电路 调角信号基本特性主要要求： 掌握瞬时角频率与瞬时相位的关系掌握调频和调相信号的概念、异同和关系掌握调频和调相信号的典型表达式、主要参数和波形特点6.1 调角信号的基本特性了解调角信号的频谱，理解其带宽调角信号基本特性6.1.1 瞬时角频率与瞬时相位实轴(t) 0t = 0Um瞬时相位瞬时角频率O可用长度Um 、与实轴夹角(t)的旋转矢量表示 矢量初始相位为0，以 (t)的角速度绕O反时针旋转t = t当 = c 时：调角信号基本特性6.1.2 调频信号与调相信号一、调频信号载波信号：调制信号：调频波瞬时角频率：(t) = c+ kf u(t)rad / sV= c + 瞬时相位：附加相位为分析方便，通常令 0 = 0,则FM信号为角频偏调角信号基本特性设 u(t) = U m cos t(t) = c+ kf U m cos t= c+ m cos t调频指数最大角频偏单频调制时，则调角信号基本特性图6.1.2 调频信号波形 （a）调制信号 （b）瞬时角频率变化 （c）附加相位变化 （d）调频信号（b）（c）（d）uFM(t)t(t) (t) u(t) ttt u(t) = U m cos t(t) = c+ m cos t调角信号基本特性二、调相信号载波信号：调制信号：故调相信号为(t) = ct + kp u(t)= ct + (t) rad / V瞬时相位：附加相位调角信号基本特性设 u(t) = U m cos t ，单频调制时，则调相指数，最大附加相移调角信号基本特性（a）（b）（c）（d）tttt0000c(t) (t) u(t) uPM(t)mmP u(t) = U m cos t，图6.1.3 调相信号波形 （a）调制信号 （b）附加相位变化 （c）瞬时角频率变化 （d）调相信号调角信号基本特性三、调频信号与调相信号的比较调制信号u(t) = U m cos t载波信号 uc(t) = Um cos c t调 频调相瞬时角频率 (t) c+ kf u(t) = c+ m cos t= c m sin t 瞬时相位 (t)=ct + kp u(t)= ct + mpcos t 最大角频偏 m= kf U m= mf =kpU m = mp 最大附加相位 mp = kpU m 调角信号基本特性三、调频信号与调相信号的比较调 频调相瞬时角频率 (t) c+ kf u(t) = c+ m cos t= c m sin t 瞬时相位 (t)=ct + kp u(t)= ct + mpcos t 最大角频偏 m= kf U m= mf =kpU m = mp 最大附加相位 mp = kpU m 可见： 调制前后载波振幅均保持不变。

将调调制信号先微分，然后再对载对载 波调频调频 ，则则得调调相信号； 将调调制信号先积积分，再对载对载 波进进行调调相，则则得调频调频 信号 即调频调频 与调调相可互相转换转换 调角信号基本特性调角信号基本特性例已知u(t) = 5 cos (2 103 t)V ， 调角信号表达式为uo(t) =10 cos (2 106 t ) +10cos (2 103 t)V试判断该调角信号是调频信号还是调相信号，并求调制指数、最大频偏、载波频率和载波振幅解=2 106 t + 10cos (2 103 t)附加相位正比于调制信号，故为调相信号调相指数 mp = 10 rad载波频率 fc = 106 (Hz) fm = mpF最大频偏振幅 Um = 10V= 10 103 = 10 kHz调角信号基本特性例 一组频率为300 3000Hz的余弦调制信号，振幅相同，调频时最大频偏为 75 kHz，调相时最大相移为 2 rad，试求调制信号频率范围内：(1) 调频时mf 的变化范围;(2) 调相时 fm的范围; 解(1) 调频时， fm与调制频率无关，恒为75 kHz 故调角信号基本特性(2) 调相时， mP 与调制频率无关，恒为2 rad 。

故调角信号基本特性6.1.3 调角信号的频谱与带宽一、调角信号的频谱 FM信号和PM信号的数学表达式的差别仅仅别仅仅 在于附加相位的不同，前者的附加相位按正弦规规律变变化，而后者的按余弦规规律变变化按正弦变变化还还是余弦变变化只是在相位上相差/2 而已，所以这这两种信号的频谱结频谱结 构是类类似的 分析时时可将调调制指数mf 或mp用m代替，从而把它们们写成统统一的调调角信号表示式 调角信号基本特性6.1.3 调角信号的频谱与带宽一、调角信号的频谱根据贝贝塞尔函数理论论有： Jn(m) 称为以m为宗数的n阶第一类贝贝塞尔函数调角信号基本特性上边频下边频可得6.1.3 调角信号的频谱与带宽一、调角信号的频谱调角信号基本特性 可见见：调调角信号频谱频谱 不是调调制信号频谱频谱 的线线性搬移 而是由载频分量和角频率为（cn）的无限对上、下边频分量构成这些边频分量和载频分量的角频率相差n 当n为奇数时，上、下边频分量的振幅相同但极性相反； 当n为偶数时，上、下两边频分量的振幅和极性都相同 而且载频分量和各边频分量的振幅均随Jn (m) 而变化 6.1.3 调角信号的频谱与带宽一、调角信号的频谱调角信号基本特性1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13mJn(m)Jn(m) 随m、n 变化的规律 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 00.2 0.4n=0n=1n=2n=3 n增大时，总趋势使边频分量振幅减小。

m越大，具有较较大振幅的边频边频 分量就越多；且有些边边频频分量振幅超过载频过载频 分量振幅当m为为某些值时值时 ，载频载频 分量可能为为零，m为为其它某些值时值时 ，某些边频边频 分量振幅可能为为零 调角信号基本特性在相同载波和相同调制信号作用下， m分别为0.5、2.4 、5时的调角波频谱图m0.50.94c23m2.4cm50.18c调角信号基本特性二、调角信号的功率调调角波的平均功率等于未调调制的载载波功率即改变变m，仅仅使载载波分量和各边频边频 分量之间间的功率重新分配，而总总功率不会改变变 调角信号基本特性三、调角信号的带宽 由于n增大时，总趋势使边频分量振幅减小因此离开载频较远载频较远 的边频边频 振幅都很小在传传送和放大过过程中，舍去这这些边频边频 分量，不会使调调角信号产产生明显显的失真，因此，调调角信号实际实际 所占的有效频带宽频带宽 度是有限的 通常取BW = 2 (m + 1) F若 m 1,则 BW 2 m F= 2 fm 称为宽带调角信号 复杂信号调制时调角信号基本特性四、调角信号的应用调角信号比之调幅信号的优缺点：优优点：抗干扰扰能力强和设备设备 利用率高。

因为为调调角信号为为等幅信号，其幅度不携带带信息，故可采用限幅电电路消除干扰扰所引起的寄生调调幅 调调角信号功率等于未调调制时时的载载波功率，与调调制指数m无关，因此不论论m为为多大，发发射机末级级均可工作在最大功率状态态，从而可提高发发送设备设备 的利用率缺点：有效带宽比调幅信号大得多，且有效带宽与m相关故角度调制不宜在信道拥挤、且频率范围不宽的短波波段使用，而适合在频率范围很宽的超高频或微波波段使用 调角信号基本特性注意区别下列概念c 载载波未调调制时时的角频频率，它表示了瞬时时角频频率变变化 的平均值值c2fc ，fc为载为载 波频频率 调调制信号的角频频率，它表示了瞬时时角频频率变变化的速度 2F ，F为调为调 制信号频频率最大角频频偏m 和最大频频偏fm m表示瞬时时角频频率 偏离c的最大值值m2fm ，fm表示瞬时时 频频率偏离fc的最大值值，即频频率摆动摆动 的幅度有效带宽带宽 BW是反映调调角信号频谱频谱 特性的参数， 它指一定精度范围围内上、下边频边频 所占有的频频率范围围调调相指数mp 表示调调相信号的最大附加相位， 其值值取决于Um ，而与F无关调频调频 指数mf 表示调频调频 信号的最大附加相 位，其值值与Um 和F都有关。