非线性调制(角调制)

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角度调制与线性调制不同，已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制。

角度调制可分为频率调制（FM）和相位调制（PM），即载波的幅度保持不变，而载波的频率或相位随基带信号变化的调制方式。

1. 角度调制信号的一般表达式为：

式中,A为载波的恒定振幅；是信号的瞬时相位，称为相对于载波相位的瞬时相位偏移； 为信号的瞬时频率；为信号相对于载频 的瞬时频偏。

2. 相位调制：

3. 频率调制：

FM和PM非常相似，如果预先不知道调制信号的具体形式，则无法判断已调信号是调频信号还是调相信号。

在大信噪比的情况下。调频系统的抗噪声性能比调幅系统优越，切其优越程度随传输带宽的增加而提高。当处于小信噪比时这时解调器输出中已没有单独存在的有用信号，解调器输出几乎完全由噪声决定，因而输出信噪比急剧下降。这种情况与常规调幅包络检波时相似，我们也称之为门限效应。出现门限效应时所对应的输入信噪比的值被称为门限值（点）。门限效应也是由它的非线性的解调作用所引起的。当输入信噪比降到这一门限时，FM便开始出现门限效应；若继续降低输入信噪比，则FM解调器的输出信噪比将急剧变坏，甚至比DSB的性能还要差。这就要求门限值向低输入信噪比方向扩展。改善门限效应有许多种方法，目前应用较多的是锁相环路鉴频法、调频负回授鉴频法及“预加重”、“去加重”技术等。

由于在门限值以上时，FM解调器具有良好的性能，故在实际中除设法改善门限效应外，一般应使系统工作在门限值以上。

非线性调制（角度调制）

角度调制与线性调制不同，已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制。

角度调制可分为频率调制（FM）和相位调制（PM），即载波的幅度保持不变，而载波的频率或相位随基带信号变化的调制方式。

角度调制信号的一般表达式为：

式中，A为载波的恒定振幅；是信号的瞬时相位，称为相对于载波相位的瞬时相位偏移；为信号的瞬时频率；为信号相对于载频的瞬时频偏。

相位调制

频率调制

FM和PM非常相似，如果预先不知道调制信号的具体形式，则无法判断已调信号是调频信号还是调相信号。

如果将调制信号先微分，而后进行调频，则得到的是调相信号，如图1（b）所示；同样，如果将调制信号先积分，而后进行调相，则得到的是调频信号，如图2（b）所示。 图1 直接调相和间接调相图 图2直接调频和间接调频

图1（b）所示的产生调相信号的方法称为间接调相法，图2（b）所示的产生调频信号的方法称为间接调频法。相对而言，图1（a）所示的产生调相信号的方法称为直接调相法，图2（a）所示的产生调频信号的方法称为直接调频法。由于实际相位调制器的调节范围不可能超出(－π,π)，因而直接调相和间接调频的方法仅适用于相位偏移和频率偏移不大的窄带调制情形，而直接调频和间接调相则适用于宽带调制情形。

从以上分析可见，调频与调相并无本质区别，两者之间可以互换。鉴于在实际应用中多采用FM信号，下面集中讨论频率调制。 调频信号的产生与解调

1. 调频信号的产生

产生调频信号的方法通常有两种：直接法和间接法。

（1）直接法

就是利用调制信号直接控制振荡器的频率，使其按调制信号的规律线性变化。

振荡频率由外部电压控制的振荡器叫做压控振荡器（VCO），它产生的输出频率正比于所加的控制电压， 即其中， 是外加控制电压为0时压控振荡器的自由振荡频率，也就是压控振荡器的中心频率。若用调制信号作控制电压，产生的就是FM波。

直接法的主要优点是在实现线性调频的要求下，可以获得较大的频偏。缺点是频率稳定度不高，往往需要附加稳频电路来稳定中心频率。

（2）间接法

如前所述，间接调频法是先对调制信号积分，再对载波进行相位调制，从而产生调频信号。但这样只能获得窄带调频信号。为了获得宽带调频信号，可利用倍频器再把NBFM信号变换成WBFM信号。其原理框图如图3 示。

图3 间接调频框图 图 4窄带调频信号产生

采用图4所示的方框图来实现窄带频率调制

2.调频信号的解调

（1）非相干解调

由于调频信号的瞬时频率正比于调制信号的幅度，因而调频信号的解调必须能产生正比于输入频率的输出电压，也就是当输入调频信号为 时，解调器的输出应当为 最简单的解调器是具有频率-电压转换作用的鉴频器。 理想鉴频器可看成是微分器与包络检波器的级联。微分器输出

这是一个调幅调频信号，其幅度和频率皆包含调制信息。用包络检波器取出其包络，并滤

去直流后输出

即恢复出原始调制信号。这里，称为鉴频器灵敏度。
     

上述解调方法称为包络检测，又称为非相干解调。这种方法的缺点是包络检波器对于由信道噪声和其它原因引起的幅度起伏也有反应。因而，使用中常在微分器之前加一个限幅器和带通滤波器。

微分器实际上是一个FM-AM转换器，它可以用一个谐振回路来实现，但其鉴频特性的线性范围较小。实用电路常常采用图5所示的双谐振回路组成的平衡鉴频器。该电路鉴频线性好，线性范围宽，特别适合宽带鉴频，因而得到广泛使用。

图5 平衡鉴频器

（2）相干解调

由于窄带调频信号可分解成正交分量与同相分量之和，因而可以采用线性调制中的相干解调法来进行解调。 用一带通滤波器用来限制信道所引入的噪声，但调频信号应能正常通过。

设窄带调频信号为

相干载波

则乘法器输出为  

经低通滤波器滤除高频分量，得

再经微分，得输出信号  。

非线性调制与线性调制不同：

(1)非线性调制中已调信号的频谱与调制信号的频谱之间不存在线性关系，而是会产生与频谱搬移不同的新的频率分量;线性调制中已调信号的频谱为调制信号的频谱平移及线性变换。

(2)线性调制是通过改变载波的振幅实现调制信号的频谱搬移;而非线性调制是通过改变载波的频率或相位来实现调制信号的频谱搬移，即载波的振幅不变，而载波的频率或相位随基带信号变化。