《调角信号基本特性》PPT课件

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1、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

2、 制 则 使 载 波 信 号 的 相 位 随 调制 信 号 线 性 变 化 。 调 角 信 号 的 基 本 特 性 调 频 电 路 鉴 频 电 路 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 。 6.1.1 瞬时角频率与瞬时相位实 轴(t) 0 t = 0Um 00 d)()( t ttt瞬 时 相

3、位瞬 时 角 频 率 ttt d )(d)( O )(cos)( m tUtu 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 ： 0c)( tt 6.1.2 调频信号与调相信号一 、 调 频 信 号载 波 信 号 ： )cos()( 0cmc tUtu调 制 信 号 ： )(tu调 频 波 瞬 时 角 频 率 ： (t) = c+ kf u(t)rad / sV= c + 瞬 时 相 位 ： 00 d)()( t ttt 00fc d)( t tt

4、ukt 0c t 附 加 相 位为 分 析 方 便 ， 通 常 令 0 = 0,则 FM信 号 为 角 频 偏)(cosU(t)u 0mFM tfc dttukt 设 u(t) = U m cos t(t) = c+ kf U m cos t = c+ m cos ttUktt m sin)( fc tmt sinfc sincos)( fcmFM tmtUtu 调 频 指 数最 大 角 频 偏 单 频 调 制 时 ，则 mfm Uk Ffm mmf 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）

5、 调 频 信 号（ b）（ c）（ d）uFM(t) t(t) (t) u(t) tt t c u(t) = U m cos t(t) = c+ m cos t)(t tm sinf sincos)( fcmFM tmtUtu 二 、 调 相 信 号载 波 信 号 ： tUtu cmc cos)( 调 制 信 号 ： )(tu故 调 相 信 号 为 (t) = ct + kp u(t) = ct + (t) rad / V瞬 时 相 位 ： 附 加 相 位)(cosU)(cosU(t)u mmPM tuktt pc 设 u(t) = U m cos t ，单 频 调 制 时 ， 则 )cos(

6、)()cos()( tmttttUktt PccmPc )sin()sin()( ttmt mcPc )cos(cosU(t)u mPM tmt Pc 调 相 指 数 ， 最 大 附 加 相 移mPP Ukm Pm m Ffm mmf （ a）（ b） （ c） （ d） t t tt 00 00c(t) (t) u(t) uPM(t) mm P u(t) = U m cos t，)cos()( tmt P )sin()( tt mc )cos(cosU(t)u mPM tmt Pc 图 6.1.3 调 相 信 号 波 形 （ a） 调 制 信 号 （ b） 附 加相 位 变 化 （ c） 瞬

7、 时 角 频 率 变 化 （ d） 调 相 信 号 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 t tuk d )(dpc = c m sin t 瞬 时 相 位 (t) t ttukt 0fc d)( tmt sinfc =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

8、 mfmf Ukm d)(cos)( 0fcmo ttuktUtu t sincos fcm tmtU )(cos pcm tuktU coscos pcm tmtU 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 t tuk d )(dpc = c m sin t 瞬 时 相 位 (t) t ttukt 0fc d)( tmt sinfc =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

9、= kpU m mfmf Ukm d)(cos)( 0fcmo ttuktUtu t sincos fcm tmtU )(cos pcm tuktU coscos pcm tmtU 可 见 ： 调 制 前 后 载 波 振 幅 均 保 持 不 变 。 将 调 制 信 号 先 微 分 ， 然 后 再 对 载 波 调 频 ， 则 得 调 相 信 号 ； 将 调 制 信 号 先 积 分 ， 再 对 载 波 进 行 调 相 ， 则 得 调 频 信 号 。 即 调 频 与 调 相 可 互 相 转 换 。 Pm m 例 已 知 u(t) = 5 cos (2 103 t)V ， 调 角 信 号 表 达 式

10、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 )()( c ttt =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 f c = 106 (H z) fm = mpF最 大 频 偏振 幅 Um = 10V = 10 103 = 10 kH z 例 一 组 频 率

11、 为 300 3000H z的 余 弦 调 制 信 号 ， 振 幅 相 同 ，调 频 时 最 大 频 偏 为 75 kH z， 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 kH z 。Ffm mf 而 minmfmax Ffm )rad(2503001075 3 maxmminf Ffm )rad(2530001075 3 故 minpmmin Fmf H z 6003002 max

12、pmmax Fmf H z 600030002 (2) 调 相 时 ， mP 与 调 制 频 率 无 关 ， 恒 为 2 rad 。Ffm mf 而故 6.1.3 调角信号的频谱与带宽一 、 调 角 信 号 的 频 谱 sincos)( cmo tmtUtu sinsin(sin) sincos(cos ccm tmttmtU FM信 号 和 PM信 号 的 数 学 表 达 式 的 差 别 仅 仅 在 于 附 加相 位 的 不 同 ， 前 者 的 附 加 相 位 按 正 弦 规 律 变 化 ， 而 后 者 的按 余 弦 规 律 变 化 。 按 正 弦 变 化 还 是 余 弦 变 化 只 是 在

13、 相 位 上相 差 /2 而 已 ， 所 以 这 两 种 信 号 的 频 谱 结 构 是 类 似 的 。 分 析 时 可 将 调 制 指 数 mf 或 mp用 m代 替 ， 从 而 把 它 们 写成 统 一 的 调 角 信 号 表 示 式 6.1.3 调角信号的频谱与带宽一 、 调 角 信 号 的 频 谱)(o tu sinsin(sin) sincos(cos ccm tmttmtU 根 据 贝 塞 尔 函 数 理 论 有 ： ) 2cos()(2)() sincos( 1 20 tnmJmJtm n n tnmJtm n n )12sin()(2) sinsin( 1 12 Jn(m) 称

14、 为 以 m为 宗 数 的 n阶 第 一 类 贝 塞 尔 函 数 ttmJtmJUtu m c1c0o sin sin)(2cos)() ( ttmJttmJ c3c2 sin 3sin)(2cos 2cos)(2 .sin 5sin)(2cos 4cos)(2 c5c4 ttmJttmJ )cos()cos(cos)( cc1mc0m ttmJUtmJU )2cos()2)cos( cc2m ttmJU )3cos()3)cos( cc3m ttmJU )4cos()4)cos( cc4m ttmJU )5cos()5)cos( cc5m ttmJU 上 边 频 下 边 频 可 得6.1.3

15、 调角信号的频谱与带宽一 、 调 角 信 号 的 频 谱 可 见 ： 调 角 信 号 频 谱 不 是 调 制 信 号 频 谱 的 线 性 搬 移 。 而 是 由 载 频 分 量 和 角 频 率 为 （ c n） 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

16、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 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 0.4 n=0n=1 n=2 n=3 n增 大 时 ， 总 趋 势 使 边 频 分 量 振 幅 减 小 。 m越 大 ， 具 有 较 大 振 幅 的 边 频 分 量 就 越 多 ； 且 有 些 边 频分 量 振 幅 超 过 载 频 分 量 振 幅 。 当 m为 某 些 值 时 ， 载 频 分 量 可能 为 零 ， m为 其 它 某

17、 些 值 时 ， 某 些 边 频 分 量 振 幅 可 能 为 零 。 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m 0.50.94c23 m 2.4c m 50.18c 二 、 调 角 信 号 的 功 率LmAV RUP 2 2调 角 波 的 平 均 功 率 等 于 未 调 制 的 载 波 功 率即 改 变 m， 仅 使 载 波 分 量 和 各 边 频 分 量 之 间 的 功 率 重 新 分 配 ，而 总 功 率 不 会 改 变 。 三 、 调 角 信 号 的 带 宽 由 于 n增 大 时 ， 总 趋 势

18、 使 边 频 分 量 振 幅 减 小 。 因 此 离开 载 频 较 远 的 边 频 振 幅 都 很 小 。 在 传 送 和 放 大 过 程 中 ， 舍去 这 些 边 频 分 量 ， 不 会 使 调 角 信 号 产 生 明 显 的 失 真 ， 因 此 ，调 角 信 号 实 际 所 占 的 有 效 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 f m 称 为 宽 带 调 角 信 号 复 杂 信 号 调 制 时 maxmaxmaxm 1)(2 FFfBW 四 、 调 角 信 号 的 应 用调 角 信 号 比 之 调 幅 信 号

19、 的 优 缺 点 ：优 点 ： 抗 干 扰 能 力 强 和 设 备 利 用 率 高 。因 为 调 角 信 号 为 等 幅 信 号 ， 其 幅 度 不 携 带 信 息 ， 故 可 采 用限 幅 电 路 消 除 干 扰 所 引 起 的 寄 生 调 幅 。 调 角 信 号 功 率 等 于 未 调 制 时 的 载 波 功 率 ， 与 调 制 指 数m无 关 ， 因 此 不 论 m为 多 大 ， 发 射 机 末 级 均 可 工 作 在 最 大功 率 状 态 ， 从 而 可 提 高 发 送 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

20、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 。 注 意 区 别 下 列 概 念c 载 波 未 调 制 时 的 角 频 率 ， 它 表 示 了 瞬 时 角 频 率 变 化 的 平 均 值 。 c 2fc ， fc为 载 波 频 率 。 调 制 信 号 的 角 频 率 ， 它 表 示 了 瞬 时 角 频 率 变 化 的 速 度 。 2F ， F为 调 制 信 号 频 率 。最 大 角 频 偏 m 和 最 大 频 偏 fm m表 示 瞬 时 角 频 率 偏 离 c的 最 大 值 。 m 2fm ， fm表 示 瞬 时 频 率 偏 离 fc的 最 大 值 ， 即 频 率 摆 动 的 幅 度 。有 效 带 宽 BW是 反 映 调 角 信 号 频 谱 特 性 的 参 数 ， 它 指 一 定 精 度 范 围 内 上 、 下 边 频 所 占 有 的 频 率 范 围 。调 相 指 数 m p表 示 调 相 信 号 的 最 大 附 加 相 位 ， 其 值 取 决 于 Um ， 而 与 F无 关 。调 频 指 数 mf表 示 调 频 信 号 的 最 大 附 加 相 位 ， 其 值 与 Um 和 F都 有 关 。