文档介绍：概述
角度调制与解调原理
调频电路
鉴频电路
集成调频、鉴频电路芯片介绍
章末小结
第7章角度调制与解调电路(非线性频率变换电路)
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第7章角度调制与解调电路(非线性频率变换电路)
频率调制和相位调制合称为角度调制(简称调角)。因为相位是频率的积分, 故频率的变化必将引起相位的变化, 反之亦然, 所以调频信号与调相信号在时域特性、频谱宽度、调制与解调的原理和实现方法等方面都有密切的联系。
角度调制与解调属于非线性频率变换, 比属于线性频率变换的振幅调制与解调在原理和电路实现上都要困难一些。由于角度调制信号在抗干扰方面比振幅调制信号要好得多, 所以虽然要占用更多的带宽, 但仍得到了广泛的应用。
其中, 在模拟通信方面, 调频制比调相制更加优越, 故大都采用调频制。所以, 本章在介绍电路时, 以调频电路、鉴频(频率解调)电路为主题, 但由于调频信号与调相信号的内在联系, 调频可以用调相电路间接实现, 鉴频也可以用鉴相(相位解调, 也称相位检波)电路间接实现, 所以实际上也介绍了一些调相与鉴相电路。
1. 调频信号
设高频载波为 uc=Ucmcosωct, 调制信号为 uΩ(t), 则调频信号的瞬时角频率
ω(t)=ωc+kfuΩ(t)
瞬时相位φ(t)=∫t0ω(t)dt=ωct+kf∫t0uΩ(t)dt
调频信号 uFM=Ucmcosωct+kf ∫t0 uΩ(t)dt ()
其中kf为比例系数。
上式表明, 调频信号的振幅恒定, 瞬时角频率是在固定的载频上叠加一个与调制信号电压成正比的角频率偏移(简称角频偏)Δω(t)=kfuΩ(t), 瞬时相位是在随时间变化的载波相位φc(t)=ωct上叠加了一个与调制电压积分成正比的相位偏移(简称相偏)Δφ(t)=kf∫t0uΩ(t)dt。其最大角频偏Δωm和调频指数(最大相偏)Mf分别定义为:
Δωm=kf|uΩ(t)|max, Mf=kf|∫t0uΩ(t)dt|max
若调制信号是单频信号, 即uΩ(t)=UΩmcosΩt, 则由式()可写出相应的调频信号:
uFM=Ucmcos =Ucmcos(ωct+Mfsin Ωt) ()
2 调相信号
设高频载波为 uc=Ucmcos ωct, 调制信号为 uΩ(t), 则调相信号的瞬时相位
φ(t)=ωct+kpuΩ(t)
瞬时角频率
调相信号 uPM=Ucmcos[ωct+kpuΩ(t)] ()
其中kp为比例系数。
上式表明, 调相信号的振幅恒定, 瞬时相位是在随时间变化的载波相位φc(t)=ωct上叠加了一个与调制电压成正比的相偏Δφ(t)=kpuΩ(t), 瞬时角频率是在固定载频上叠加了一个与调制电压的导数成正比的角频偏Δω(t)=kp 。最大角频偏Δωm和调相指数(最大相偏)Mp分别定义为:
若调制信号是单频信号, 即uΩ(t)=Uωm cos Ωt, 由式()可写出相应的调相信号
UPM=Ucmcos(ωct+kpUΩm cosΩt)
=Ucmcos(ωct+MpcosΩt) ()
3 调频信号与调相信号时域特性的比较
调频信号与调相信号的相同之处在于:
(1) 二者都是等幅信号。
(2) 二者的频率和相位都随调制信号而变化, 均产生频偏与相偏。调频信号与调相信号的区别在于:
(1) 二者的频率和相位随调制信号变化的规律不一样, 但由于频率与相位是微积分关系, 故二者是有密切联系的。
(2) , 调频信号的调频指数Mf与调制频率有关, 最大频偏与调制频率无关, 而调相信号的最大频偏与调制频率有关, 调相指数MP与调制频率无关。
(3) 从理论上讲, 调频信号的最大角频偏Δωm<ωc, 由于载频ωc很高, 故Δωm可以很大, 即调制范围很大。由于相位以2π为周期, 所以调相信号的最大相偏(调相指数)Mf<π, 故调制范围很小。