通信电路原理6_3.ppt
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1、笫笫6章章 调制与解调调制与解调 6.1 6.1 幅度调制幅度调制幅度调制幅度调制6.2 6.2 角度调制角度调制角度调制角度调制 6.2.1 6.2.1 角度调制的基本概念角度调制的基本概念角度调制的基本概念角度调制的基本概念6.2.2 6.2.2 频率调制信号的性质频率调制信号的性质频率调制信号的性质频率调制信号的性质 6.2.2.1 6.2.2.1 单频正弦调频单频正弦调频单频正弦调频单频正弦调频 6.2.2.2 6.2.2.2 两个正弦信号之和的调频两个正弦信号之和的调频两个正弦信号之和的调频两个正弦信号之和的调频 6.2.3 6.2.3 实现频率调制的方法与电路实现频率调制的方法与电
2、路实现频率调制的方法与电路实现频率调制的方法与电路6.3 数字信号的调制6.4 自动频率控制(AFC)26.2.1 角角度度调制的基本概念调制的基本概念 6.2.1.1 6.2.1.1 瞬时频率和瞬时相位瞬时频率和瞬时相位瞬时频率和瞬时相位瞬时频率和瞬时相位 6.2.1.2 6.2.1.2 角度调制的瞬时频率和瞬时相位的关系角度调制的瞬时频率和瞬时相位的关系角度调制的瞬时频率和瞬时相位的关系角度调制的瞬时频率和瞬时相位的关系 6.2.1.3 6.2.1.3 调频波与调相波的数学表示式,频移和相移调频波与调相波的数学表示式,频移和相移调频波与调相波的数学表示式,频移和相移调频波与调相波的数学表示
3、式,频移和相移3角度调制调制前后频率分量不是线性对应关系,而是经调制将原来的频谱扩展到非常宽的频率范围之内,所以属于非线性调制非线性调制。角度调制在时间域上的特点:(1)幅度始终不变(2)只是角度(频率、相位)在变化 当载波的相位角受调制信号的控制而变化时,将产当载波的相位角受调制信号的控制而变化时,将产生有恒具定振幅和瞬时相角生有恒具定振幅和瞬时相角(t)的正弦波,称之为的正弦波,称之为角度调制角度调制。包括:相位调制包括:相位调制PM和频率调制和频率调制FM。46.2.1 6.2.1 角度调制的基本概念角度调制的基本概念角度调制的基本概念角度调制的基本概念6.2.1.1 瞬时频率和瞬时相位
4、瞬时频率和瞬时相位余弦信号:余弦信号:全相角全相角c(t):瞬时相位:瞬时相位:称某一时刻的全相角为瞬时相位。称某一时刻的全相角为瞬时相位。瞬时频率:瞬时频率:称某一时刻的角频率为瞬时频率。称某一时刻的角频率为瞬时频率。56.2.1.2 6.2.1.2 角度调制的瞬时频率和瞬时相位的关系角度调制的瞬时频率和瞬时相位的关系角度调制的瞬时频率和瞬时相位的关系角度调制的瞬时频率和瞬时相位的关系频率调制的定义 使余弦信号的瞬时角频率与调制信号成线性关系变化,而初始相位不变。6相位调制的定义 保持余弦信号的中心角频率不变,而使其瞬时相位与调制信号成线性关系变化。78波形ttt9举例举例举例举例 1 1:
5、tt0t21-1-20t6.2.1.3 6.2.1.3 单一频率调角波的数学表示式、频移和相移单一频率调角波的数学表示式、频移和相移单一频率调角波的数学表示式、频移和相移单一频率调角波的数学表示式、频移和相移调频波的调制指数调频波的调制指数有如下特点:有如下特点:mF表示相位偏移表示相位偏移的最大值;的最大值;mF可以小于可以小于1,可以大于可以大于1;mF正比于频偏正比于频偏;mF反比于调制信反比于调制信号频率号频率。116.2.1.3 6.2.1.3 单一频率调角波的数学表示式、频移和相移单一频率调角波的数学表示式、频移和相移单一频率调角波的数学表示式、频移和相移单一频率调角波的数学表示式
6、、频移和相移(续(续(续(续1 1)调相波的调制指数调相波的调制指数与与调制信号幅度成正比;调制信号幅度成正比;频偏频偏与与调制信号幅度成正比,调制信号幅度成正比,与与调制信号的频率也成正比调制信号的频率也成正比。126.2.1.3 6.2.1.3 单一频率调角波的数学表示式、频移和相移单一频率调角波的数学表示式、频移和相移单一频率调角波的数学表示式、频移和相移单一频率调角波的数学表示式、频移和相移(续(续(续(续2 2)例:例:已知某调角波为1如果它是调相波,并且kP=2,试求Vf(t)=?2如果它是调频波,并且kF=2,试求Vf(t)=?3它们的最大频偏为多少?解:解:1/PM方式,方式,
7、kP=2由于于是有:2/FM方式,方式,kF=2由于于是有:3/它们的最大频偏相同,都是 角度调制分为调频和调相两种,虽然两者都有角度的角度调制分为调频和调相两种,虽然两者都有角度的变化,但变化,但FM和和PM在频率和相位上的变化规律不同。在频率和相位上的变化规律不同。不指出不指出 时,仅从表达式或波形无法判定该信号是时,仅从表达式或波形无法判定该信号是PM还是还是FM。瞬时相位瞬时相位瞬时相位瞬时相位6.2.2 6.2.2 频率调制信号的性质频率调制信号的性质频率调制信号的性质频率调制信号的性质由由于于频频率率调调制制过过程程是是非非线线性性过过程程,叠叠加加原原理理不不能能应应用用。在在本
8、本节中,主要分析节中,主要分析单频余弦信号单频余弦信号调制下调频波的性质。调制下调频波的性质。6.2.2.1 单频余弦调频单频余弦调频假定调制信号为一单频余弦波,并表示为:假定调制信号为一单频余弦波,并表示为:调频波的表示式为:调频波的表示式为:下面分析单频余弦信号调制下,调频波的频谱。下面分析单频余弦信号调制下,调频波的频谱。上式中,出现了两个特殊函数。上式中,出现了两个特殊函数。16176.2.2 6.2.2 频率调制信号的性质(续频率调制信号的性质(续频率调制信号的性质(续频率调制信号的性质(续1 1)进一步进行展开可得:进一步进行展开可得:其中,其中,称为宗数为称为宗数为 的第一类贝塞
9、尔函数。的第一类贝塞尔函数。18(1 1)第一类贝塞尔函数的性质)第一类贝塞尔函数的性质)第一类贝塞尔函数的性质)第一类贝塞尔函数的性质19第一类贝塞尔函数表格方式第一类贝塞尔函数表格方式20(1 1)第一类贝塞尔函数的性质)第一类贝塞尔函数的性质)第一类贝塞尔函数的性质)第一类贝塞尔函数的性质(续(续1)贝塞尔函数图贝塞尔函数图 2、1、随着、随着 的增加,的增加,近似周期性地变化,近似周期性地变化,且其峰值下降。且其峰值下降。3、4、对于某一固定的、对于某一固定的 ,有如下近似关系:,有如下近似关系:5、对于某些、对于某些 值,值,贝塞尔函数表格贝塞尔函数表格(2 2)调频波的频谱特点调频
10、波的频谱特点调频波的频谱特点调频波的频谱特点1、调频波的频谱结构:、调频波的频谱结构:包含载波频率分量(但是幅度小于包含载波频率分量(但是幅度小于1,与,与 mF有关);有关);还包含无穷多个旁频分量;还包含无穷多个旁频分量;各旁频分量之间的距离是调制信号角频率各旁频分量之间的距离是调制信号角频率;各频率分量的幅度由贝塞尔函数各频率分量的幅度由贝塞尔函数 决定;决定;奇次旁频分量的相位相反。奇次旁频分量的相位相反。ww0J0(mf)J2(mf)J-1(mf)J1(mf)J3(mf)J-2(mf)J-3(mf)J-4(mf)J4(mf)W0+W0+3W0-2W0-W0-4W0+2W0-322(2
11、 2)调频波的频谱特点(续调频波的频谱特点(续调频波的频谱特点(续调频波的频谱特点(续1 1)2、调频波的频谱结构与调制指数、调频波的频谱结构与调制指数mF 关系密切。关系密切。mF 愈愈大大,则则具具有有一一定定幅幅度度的的旁旁频频数数目目愈愈多多,这这是是调调频频波波频频谱的主要特点。谱的主要特点。与与标标准准调调幅幅情情况况不不同同,调调频频波波的的调调制制指指数数mF可可大大于于1,而而且且通常应用于大于通常应用于大于1的情况。的情况。3、对于某些、对于某些mF值,载频分量或某次旁频分量的幅度是零。值,载频分量或某次旁频分量的幅度是零。举例:举例:mF=2.40,5.52,8.65,载
12、频分量的幅度是零。,载频分量的幅度是零。利用这个特点可以校正或测量频偏。利用这个特点可以校正或测量频偏。贝塞尔表格贝塞尔表格(2 2)调频波的频谱特点(续调频波的频谱特点(续调频波的频谱特点(续调频波的频谱特点(续2 2)4、频频率率调调制制不不是是将将信信号号的的频频谱谱在在频频率率轴轴上上简简单单地地平平移移,而而是是将信号各频率分量进行将信号各频率分量进行非线性变换非线性变换。因因此此,频频率率调调制制既既是是一一种种非非线线性性过过程程,且且又又被被称称为为非非线线性调制性调制。5、各频率分量间的功率分配。、各频率分量间的功率分配。因因为为调调频频波波是是一一个个等等幅幅波波,所所以以
13、它它的的总总功功率率为为常常数数,不不随调制指数的变化而变化,并且随调制指数的变化而变化,并且等于未调载波的功率等于未调载波的功率;调调制制后后,已已调调波波出出现现许许多多频频率率分分量量,这这个个总总功功率率就就分分配配到到各各分分量量。随随Jn(mF)的的不不同同,各各频频率率分分量量之之间间功功率率分分配配的的比例不同。比例不同。(3 3)调频波的频带调频波的频带调频波的频带调频波的频带1、调调频频波波所所占占的的带带宽宽,理理论论上上说说是是无无穷穷宽宽的的,因因为为它它包包含含有有无穷多个频率分量。无穷多个频率分量。2、但但实实际际上上,在在调调制制指指数数一一定定时时,超超过过某
14、某一一阶阶数数的的贝贝塞塞尔尔函函数数的的值值已已经经相相当当小小,其其影影响响可可以以忽忽略略,这这时时则则可可认认为为调调频频波波所具有的频带宽度是近似有限的。所具有的频带宽度是近似有限的。3、调频波的频带宽度有两种近似:、调频波的频带宽度有两种近似:忽略了小于忽略了小于0.01的分量:(集中的分量:(集中99%以上的功率)以上的功率)忽略了小于忽略了小于 0.1的分量:(集中的分量:(集中98-99%的功率)的功率)ww0J0(mf)J2(mf)J-1(mf)J1(mf)J3(mf)J-2(mf)J-3(mf)J-4(mf)J4(mf)W0+W0+3W0-2W0-W0-42425(3 3
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