设双频信号为
f
(
t
)
=
A
m
1
cos
ω
m
1
t
+
A
m
2
cos
ω
m
2
t
f(t)=A_{m1}\cos\omega_{m1}t+A_{m2}\cos\omega_{m2}t
f(t)=Am1cosωm1t+Am2cosωm2t
由调频信号的一般表达式可得:
S
F
M
(
t
)
=
A
cos
[
ω
c
t
+
K
F
M
A
m
1
ω
m
1
sin
ω
m
1
t
+
K
F
M
A
m
2
ω
m
2
sin
ω
m
2
t
]
=
A
cos
[
ω
c
t
+
β
F
M
1
sin
ω
m
1
t
+
β
F
M
2
sin
ω
m
2
t
]
\begin{aligned} S_{FM}(t)&=A\cos\left[\omega_ct+\frac{K_{FM}A_{m1}}{\omega_{m1}}\sin\omega_{m1}t+\frac{K_{FM}A_{m2}}{\omega_{m2}}\sin\omega_{m2}t\right]\\ &=A\cos\left[\omega_ct+\beta_{FM1}\sin\omega_{m1}t+\beta_{FM2}\sin\omega_{m2}t\right] \end{aligned}
SFM(t)=Acos[ωct+ωm1KFMAm1sinωm1t+ωm2KFMAm2sinωm2t]=Acos[ωct+βFM1sinωm1t+βFM2sinωm2t]
其中调频指数
β
F
M
1
=
K
F
M
A
m
1
ω
m
1
β
F
M
2
=
K
F
M
A
m
2
ω
m
2
\beta_{FM1}=\frac{K_{FM}A_{m1}}{\omega_{m1}}\\ \beta_{FM2}=\frac{K_{FM}A_{m2}}{\omega_{m2}}
βFM1=ωm1KFMAm1βFM2=ωm2KFMAm2
引入相量:
S
˙
F
M
(
t
)
=
A
exp
j
[
ω
c
t
+
β
1
sin
ω
1
t
+
β
2
sin
ω
2
t
]
=
A
exp
(
j
ω
c
t
)
⋅
exp
(
β
1
sin
ω
1
t
)
⋅
exp
(
β
2
sin
ω
2
t
)
\begin{aligned} \dot{S}_{FM}(t)&=A\exp j\left[\omega_ct+\beta_{1}\sin\omega_{1}t+\beta_{2}\sin\omega_{2}t\right]\\ &=A\exp(j\omega_ct)\cdot\exp(\beta_1\sin\omega_1t)\cdot\exp(\beta_2\sin\omega_2t) \end{aligned}
S˙FM(t)=Aexpj[ωct+β1sinω1t+β2sinω2t]=Aexp(jωct)⋅exp(β1sinω1t)⋅exp(β2sinω2t)
对第二项展开,可由第一类Bessel函数表示
exp
(
β
1
sin
ω
1
t
)
=
cos
(
β
1
sin
ω
1
t
)
+
j
sin
(
β
1
sin
ω
1
t
)
=
∑
n
=
−
∞
∞
J
2
n
(
β
1
)
cos
2
n
ω
1
t
+
j
⋅
∑
n
=
−
∞
∞
J
2
n
−
1
(
β
1
)
sin
(
2
n
−
1
)
ω
1
t
\begin{aligned} \exp(\beta_1\sin\omega_1t)&=\cos(\beta_1\sin\omega_1t)+j\sin(\beta_1\sin\omega_1t)\\ &=\sum_{n=-\infty}^\infty J_{2n}(\beta_1)\cos2n\omega_1t+j\cdot\sum_{n=-\infty}^\infty J_{2n-1}(\beta_1)\sin(2n-1)\omega_1t \end{aligned}
exp(β1sinω1t)=cos(β1sinω1t)+jsin(β1sinω1t)=n=−∞∑∞J2n(β1)cos2nω1t+j⋅n=−∞∑∞J2n−1(β1)sin(2n−1)ω1t
结合Bessel函数性质:
J
−
n
(
x
)
=
(
−
1
)
n
J
n
(
x
)
J_{-n}(x)=(-1)^nJ_n(x)
J−n(x)=(−1)nJn(x)
和三角函数奇偶性,得:
J
−
(
2
n
−
1
)
(
β
1
)
cos
(
2
n
−
1
)
ω
1
t
=
−
J
2
n
−
1
(
β
1
)
cos
(
2
n
−
1
)
ω
1
t
J
−
2
n
(
β
1
)
sin
(
−
2
n
ω
1
t
)
=
−
J
2
n
(
β
1
)
sin
(
2
n
ω
1
t
)
J_{-(2n-1)}(\beta_1)\cos (2n-1)\omega_1 t=-J_{2n-1}(\beta_1)\cos(2n-1)\omega_1t\\ J_{-2n}(\beta_1)\sin(-2n\omega_1t)=-J_{2n}(\beta_1)\sin(2n\omega_1t)
J−(2n−1)(β1)cos(2n−1)ω1t=−J2n−1(β1)cos(2n−1)ω1tJ−2n(β1)sin(−2nω1t)=−J2n(β1)sin(2nω1t)
在原式基础上添加一些和为0的项,化为:
exp
(
β
1
sin
ω
1
t
)
=
∑
n
=
−
∞
∞
J
2
n
(
β
1
)
cos
2
n
ω
1
t
+
∑
n
=
−
∞
∞
J
2
n
−
1
(
β
1
)
cos
(
2
n
−
1
)
ω
1
t
⏞
这
一
项
正
负
相
消
为
0
+
j
⋅
∑
n
=
−
∞
∞
J
2
n
(
β
1
)
sin
2
n
ω
1
t
⏟
这
一
项
正
负
抵
消
为
0
+
j
⋅
∑
n
=
−
∞
∞
J
2
n
−
1
(
β
1
)
sin
(
2
n
−
1
)
ω
1
t
=
∑
n
=
−
∞
∞
J
n
(
β
1
)
cos
n
ω
1
t
+
j
⋅
∑
n
=
−
∞
∞
J
n
(
β
1
)
sin
ω
1
t
=
∑
n
=
−
∞
∞
J
n
(
β
1
)
exp
ω
1
t
\begin{aligned} \exp(\beta_1\sin\omega_1t)=&\sum_{n=-\infty}^\infty J_{2n}(\beta_1)\cos2n\omega_1t+\overbrace{\sum_{n=-\infty}^\infty J_{2n-1}(\beta_1)\cos(2n-1)\omega_1t}^{这一项正负相消为0}+\\ &\underbrace{j\cdot\sum_{n=-\infty}^\infty J_{2n}(\beta_1)\sin2n\omega_1t}_{这一项正负抵消为0}+j\cdot\sum_{n=-\infty}^\infty J_{2n-1}(\beta_1)\sin(2n-1)\omega_1t\\ =&\sum_{n=-\infty}^\infty J_n(\beta_1)\cos n\omega_1t+j\cdot\sum_{n=-\infty}^\infty J_n(\beta_1)\sin\omega_1t\\ =&\sum_{n=-\infty}^\infty J_n(\beta_1)\exp\omega_1t \end{aligned}
exp(β1sinω1t)===n=−∞∑∞J2n(β1)cos2nω1t+n=−∞∑∞J2n−1(β1)cos(2n−1)ω1t
这一项正负相消为0+这一项正负抵消为0
j⋅n=−∞∑∞J2n(β1)sin2nω1t+j⋅n=−∞∑∞J2n−1(β1)sin(2n−1)ω1tn=−∞∑∞Jn(β1)cosnω1t+j⋅n=−∞∑∞Jn(β1)sinω1tn=−∞∑∞Jn(β1)expω1t
S ˙ F M ( t ) = A e j ω c t [ ∑ n = − ∞ ∞ J n ( β 1 ) e j n ω 1 t ] [ ∑ k = − ∞ ∞ J k ( β 2 ) e j k ω 2 t ] = A ∑ n = − ∞ ∞ ∑ k = − ∞ ∞ J n ( β 1 ) J k ( β 2 ) exp j ( ω c + n ω m 1 + k ω m 2 ) t \begin{aligned} \dot{S}_{FM}(t)=&Ae^{j\omega_ct}\left[\sum_{n=-\infty}^\infty J_n(\beta_1)e^{jn\omega_1t}\right]\left[\sum_{k=-\infty}^\infty J_k(\beta_2)e^{jk\omega_2t}\right]\\ &=A\sum_{n=-\infty}^\infty\sum_{k=-\infty}^\infty J_n(\beta_1)J_k(\beta_2)\exp j(\omega_c+n\omega_{m1}+k\omega_{m2})t \end{aligned} S˙FM(t)=Aejωct[n=−∞∑∞Jn(β1)ejnω1t][k=−∞∑∞Jk(β2)ejkω2t]=An=−∞∑∞k=−∞∑∞Jn(β1)Jk(β2)expj(ωc+nωm1+kωm2)t
相量还原得到:
S
F
M
(
t
)
=
A
∑
n
=
−
∞
∞
∑
k
=
−
∞
∞
J
n
(
β
F
M
1
)
J
k
(
β
F
M
2
)
cos
(
ω
c
+
n
ω
m
1
+
k
ω
m
2
)
t
S_{FM}(t)=A\sum_{n=-\infty}^\infty\sum_{k=-\infty}^\infty J_n(\beta_{FM1})J_k(\beta_{FM2})\cos(\omega_c+n\omega_{m1}+k\omega_{m2})t
SFM(t)=An=−∞∑∞k=−∞∑∞Jn(βFM1)Jk(βFM2)cos(ωc+nωm1+kωm2)t