调频发射系统的研究

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1、黑龙江大学学年论文课题：调频发射系统的研究学号：20081570姓名：胡政专业：通信工程指导教师：丁树春关键词：调频，模拟锁相环，全数字调频第一章前言调频发射系统历史众所周知，调频广播广泛应用在当今的无线广播等通讯领域。调频原理虽然很长时间以来已为人们所熟知，但是直到上世纪三十年代，归功于埃德温·H·阿姆斯特朗少校对调频应用进行的大量研究，它用于广播的优点，才为人们所普遍认识。调频的优点包括具有抗天电干扰和衰落的性质，以及调频接收收机可以从两个用同一载波发射的信号中捕捉较强信号的能力。1940年，在广泛收

2、集公众建议后，美国联邦通信委员会(FCC)建立了调频广播业务。随着调频广播的发展，公众对多通路传输立体声调频广播产生广泛兴趣，美国的多路传输立体声调频广播模式是在1961年为联邦通信委员会所接受，其立体声广播的规范仍延续至今。第二章调频系统的理论根据调制后载波瞬时相位偏移的大小，可将频率调制分为宽带调频（WBFM）与窄带调频（NBFM）。宽带与窄带调制的区分并无严格的界限，但通常认为由调频所引起的最大瞬时相位偏移远小于30°时，称为窄带调频。否则，称为宽带调频。即（3-64）1.窄带调频（NBFM）为方便

3、起见，无妨假设正弦载波的振幅A＝1，则由式（3-63）调频信号的一般表达式，得（3-65）当式（3-64）满足，即窄带调频时，有近似式于是，式（3-65）可简化为（3-66）利用傅氏变换公式可得NBFM信号的频域表达式（3-67）将上式与AM信号的频谱进行比较，可以清楚地看出两种调制的相似性和不同之处。两者都含有一个载波和位于处的两个边带，所以它们的带宽相同，即（3-68）式中，为调制信号的带宽，为调制信号的最高频率。不同的是，NBFM的正、负频率分量分别乘了因式，且负频率分量与正频率分量反相。正是上述差

4、别，造成了NBFM与AM的本质差别。下面讨论单频调制的特殊情况。设调制信号则NBFM信号为AM信号为它们的频谱如图3-23所示。由此而画出的矢量图见图3-24。在AM中，载波与上、下边频的合成矢量与载波同相，只发生幅度变化；而在NBFM中，由于下边频为负，因而合成矢量不与载波同相，而是存在相位偏移，当最大相位偏移满足式（3-64）时，合成矢量的幅度基本不变，这样就形成了FM信号。图3-23单音调制的AM信号与NBFM信号频谱图3-24AM与NBFM的矢量表示2.宽带调频（WBFM）当式（3-64）不满足时

5、，调频信号为宽带调频，此时不能采用（3-66）近似式，因而宽带调频的分析变得很困难。为使问题简化，我们先研究单音调制的情况，然后把分析的结果推广到多音情况。（1）单频调制时宽带调频信号的频域表达设单频调制信号为代入式（3-63），可得单音调频信号的时域表达式（3-69）式中，为最大角频偏，记为；为调制角频率；为调频指数（3-70）它对调频波的性质有举足轻重的影响。经推导，式（3-69）可展开式成如下级数形式（3-71）式中，为第一类n阶贝塞尔函数，它是调频指数的函数。图3-25给出了随变化的关系曲线，详细

6、数据可查阅数学手册“第一类贝塞尔函数表”。图3-25～关系曲线式（3-71）的傅氏变换即为频谱（3-72）由式（3-71）和（3-72）可知，调频信号的频谱中含有无穷多个频率分量。其载波分量幅度正比于，而围绕着的各次边频分量的幅度则正比于。(2）单频调制时的频带宽度由于调频信号的频谱包含无穷多个频率分量，因此理论上调频信号的带宽为无限宽。然而实际上各次边频幅度（正比于）随着n的增大而减小，因此只要取适当的n值，使边频分量小到可以忽略的程度，调频信号可以近似认为具有有限频谱。一个广泛用来计算调频波频带宽度的

7、公式为（3-73）这里，为最大频率偏移。上式通常称为卡森公式。在卡森公式中，边频分量取到（+1）次，计算表明大于（+1）次的边频分量，其幅度小于未调载波幅度的10％。当<<1时这就是NBFM的带宽，与前面分析一致。当>>1时这是大指数WBFM情况，说明带宽由最大频偏决定。（3）单频调制时的功率分配根据式（3-71）可知，单音调频信号可以分解为无穷多对边频分量之和，即由帕斯瓦尔定理可知，调频信号的平均功率等于它所包含的各分量的平均功率之和，即（3-74）根据贝塞尔函数的性质，有所以（3-75）这说明，调频信

8、号的平均功率等于未调载波的平均功率。这是因为，调频信号虽然频率在不停地变化，但振幅不变是个等幅波，而功率仅由幅度决定，与频率无关，故它的功率不变，即为（3-75）式。由式（3-74）可以看出，调频信号的功率是由载波平均功率及各次边频平均功率之和所构成。因此，可以说调频信号的功率是按的大小分配在载波及各边频上，当改变时，调频信号功率的分配也将发生变化。（4）任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽以上的讨论是单音调频情况。对于多音或