高頻無(wú)線接收機(jī)原理及方法

1、一、無(wú)線電接收機(jī)的總體框圖 超外差式接收機(jī)方框圖 二、接收機(jī)的核心部分-解調(diào)器 1.接收機(jī)接收的信號(hào) (1)模擬調(diào)制信號(hào) 普通調(diào)幅波(AM) ；雙邊帶調(diào)幅波(DSB) ； 單邊帶調(diào)幅波(SSB) ；調(diào)頻波(FM) ； 調(diào)相波(PM)。 (2)數(shù)字調(diào)制信號(hào) 數(shù)字振幅鍵控(ASK) ； 數(shù)字頻移鍵控(FSK) ； 數(shù)字相位鍵控(PSK) 。 2.調(diào)幅解調(diào)器(振幅檢波器) (1)分類： 非相干解調(diào)(振幅檢波器)AM波、等幅波 相干解調(diào)(同步檢波器) DSB波、SSB波 (2) 二極管大信號(hào)二極管大信號(hào)檢波電路 大信號(hào)包絡(luò)檢波是高頻輸入信號(hào)的振幅大于0.5V，利用 二極管兩端加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，通過(guò)二極

2、管對(duì)電容C充 電，加反向電壓時(shí)截止，電容C上電壓對(duì)電阻R放電這 一特性實(shí)現(xiàn)檢波的。 大信號(hào)檢波的工作原理 檢波電路的主要技術(shù)指標(biāo) 電壓傳輸系數(shù)Kd 等效輸入電阻Rid 非線性失真系數(shù)Kf 大信號(hào)檢波器的分析與結(jié)論 電壓傳輸系數(shù)： 等幅波 調(diào)幅波 R r d 3 3 (rad) cos cos im im d U U K cos cos ima ima d Um Um K 等效輸入電阻： 2 id R R 例1.二極管檢波器如圖(a)、(b)所示。二極管的導(dǎo)通電阻 =80， =0V, R=10k，C=0.01F，當(dāng)輸入信號(hào)電壓為 試分別計(jì)算圖(a)、圖(b)的檢波輸出電壓各為多大? d r BZ

3、 U V104652cos2)( 3 i ttu V104652cos2)( 3 i ttu V104652sin2)( 3 i ttu 解：1.圖(a)二極管為正向連接 電壓傳輸系數(shù) 由于二極管為正向連接，輸入正半周導(dǎo)通，檢波輸 出電壓為正， 取正， o 3 3 d 3 24.2rad422. 0 1010 8033 R r 912. 0cos d K d K V104652cos2)( 3 i ttu V824. 1912. 02 dimA KUu V104652cos2)( 3 i ttu V824. 1912. 02 dimA KUu V104652sin2)( 3 i ttu V82

4、4. 1912. 02 dimA KUu 2.圖(b)二極管為反向連接 電壓傳輸系數(shù) 由于二極管為反向連接，輸入負(fù)半周導(dǎo)通，在計(jì)算 時(shí)，可認(rèn)為 是負(fù)值，即 o 3 3 d 3 24.2rad422. 0 1010 8033 R r 912. 0cos d K A u d K912. 0 d K V104652cos2)( 3 i ttu V824. 1)912. 0(2 dimA KUu V104652cos2)( 3 i ttu V824. 1)912. 0(2 dimA KUu V104652sin2)( 3 i ttu V824. 1)912. 0(2 dimA KUu 例2.二極管檢波

5、器如圖(a)、(b)所示。二極管的導(dǎo)通電 阻rd=80,UBZ =0,R=5k， C=0.01F, Cc =20F, RL=10k，若輸入信號(hào)電壓 (1) (2) 試分別求出 、 、 。 V104652cos5 . 1)( 3 i ttu V104652cos)104cos7 . 01 (5 . 1)( 33 i tttu A u B u id R 解：對(duì)于圖(a)檢波器 (1) (2) V104652cos5 . 1)( 3 i ttu o 3 3 d 3 30.49rad532. 0 105 8033 R r 862. 0cos d K V293. 1862. 05 . 1 dimA KU

6、u k5 . 22/ id RR V104652cos)104cos7 . 01 (5 . 1)( 33 i tttu 862. 0cos d K V104cos905. 0293. 1 862. 0)104cos7 . 01 (5 . 1 3 3 dimA t tKUu k5 . 22/ id RR 對(duì)于圖(b)檢波器 (1) (2) V104652cos5 . 1)( 3 i ttu o 3 3 d 3 30.49rad532. 0 105 8033 R r 862. 0cos d K V293. 1862. 05 . 1 dimA KUu V0 B u k5 . 22/ id RR V1

7、04652cos)104cos7 . 01 (5 . 1)( 33 i tttu 862. 0cos d K V104cos905. 0293. 1 862. 0)104cos7 . 01 (5 . 1 3 3 dimA t tKUu V104cos905. 0 3 B tu k5 . 22/ id RR 檢波器的失真 頻率失真 當(dāng)輸入信號(hào)是調(diào)制頻率為 的普通調(diào)幅波時(shí)，檢波器輸出端A點(diǎn)的電壓 的頻率包含直流、 ，而輸出B點(diǎn)的電壓的頻率 包含 。低通濾波器 具有一定的頻率特性， 電容C的主要作用是濾除普通調(diào)幅波中的載波分量，為 此應(yīng)滿足 當(dāng)C取得過(guò)大時(shí)，對(duì)于檢波后輸出電壓的上限頻率 , C的容抗

8、將產(chǎn)生旁路作用。不同 的將產(chǎn)生不同的旁路 作用，這樣便引起了頻率失真。 maxmin maxmin maxmin RC R C i 1 max 不產(chǎn)生頻率失真，應(yīng)滿足 耦合電容 的容抗將影響檢波器輸出的下限頻率 ，即 在范圍內(nèi)，電容 上電壓降大小不同， 在輸出端B點(diǎn)的電壓會(huì)因此而產(chǎn)生頻率失真。 不產(chǎn)生頻率失真的條件必滿足 惰性失真 當(dāng)?shù)屯V波器的RC放電時(shí)間常數(shù)過(guò)大時(shí),會(huì)產(chǎn)生惰性失真 見(jiàn)圖所示。 R C max 1 c C min maxmin c C L cmin 1 R C 不產(chǎn)生惰性失真的條件 調(diào)制信號(hào)頻率為 時(shí)，則不產(chǎn)生惰性失真的條件為 a 2 a 1 m m RC maxmin a

9、2 a max 1 m m RC 負(fù)峰切割失真 當(dāng)輸入信號(hào)電壓為普通調(diào)幅波 時(shí)，檢 波器輸出端A點(diǎn)的輸出 ，而輸出端 B點(diǎn)因采用了隔直耦合電容 ，其輸出 ， 在電容 兩端建立直流電壓 。因?yàn)?的電容量 大，其上電壓可認(rèn)為在 一周內(nèi)保持不變。這個(gè)電壓 在通過(guò) 和 的分壓，將會(huì)在 上建立分壓電壓 。 對(duì)二極管D來(lái)說(shuō)是反向電壓，當(dāng)輸入普通調(diào)幅波的振幅 的最小值附近電壓數(shù)值小于 時(shí)，二極管截止，將會(huì) 產(chǎn)生輸出電壓波形底部被切割，如圖所示，通常稱其為 負(fù)峰切割失真。 ttmUu iaimi cos)cos1 ( cos)cos1 ( aimA tmUu c C tUmucoscos imaB c C c

10、os im U c C R L R R U R R U R U 不產(chǎn)生負(fù)峰切割失真的條件是 其中 為交流電阻， RR R R R m L L a R L L RR RR R 減小負(fù)峰切割失真的檢波電路 電路中的直流電阻為 ，而交流電阻 為 在R 一定條件下， 越大， 與 的差別越小，負(fù) 峰切割失真也就不易產(chǎn)生。 一般取 。 21 RRR R L2 L2 1 RR RR RR 1 R RR RR)2 . 01 . 0( 1 (3) 同步檢波器 同步檢波器主要用于對(duì)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波和 單邊帶調(diào)幅波進(jìn)行解調(diào)，也可以用來(lái)解調(diào)普通調(diào)幅波。 同步檢波器是由相乘器和低通濾波器兩部分組成。 它與包絡(luò)檢波

11、器的區(qū)別在于檢波器的輸入除了有需要 進(jìn)行解調(diào)的調(diào)幅信號(hào)電壓ui外，還必須外加一個(gè)頻率和 相位與輸入信號(hào)載頻完全相同的本地載頻信號(hào)電壓u0。 經(jīng)過(guò)相乘和濾波后得到原調(diào)制信號(hào)。 MC1596G同步檢波器 3.調(diào)相信號(hào)解調(diào)電路(鑒相器) 鑒相電路通?？煞譃槟M電路型和數(shù)字電路型兩大 類。而在集成電路系統(tǒng)中，常用的電路有乘積型鑒相和 門電路鑒相。 鑒相器的主要指標(biāo)是 (1)鑒相特性曲線，即鑒相器輸出電壓與輸入信號(hào)的 瞬時(shí)相位偏移的關(guān)系。通常要求是線性關(guān)系。 (2)鑒相跨導(dǎo)，鑒相器輸出電壓與輸入信號(hào)的瞬時(shí)相 位偏移的關(guān)系的比例系數(shù)。 (3)鑒相線性范圍，通常應(yīng)大于調(diào)相波最大相移的二 倍。 (4)非線性失

12、真，應(yīng)盡可能小。 (1) 乘積型鑒相器 這種鑒相電路采用模擬乘法器作為非線性器件進(jìn)行 頻率變換，然后通過(guò)低通濾波器取出原調(diào)制信號(hào)。 令 根據(jù)U1m和U2m的大小不同，鑒相電路有三種工作情 況：u1和u2均為小信號(hào)；u1和u2均為大信號(hào)；u1為小信號(hào) ，u2為大信號(hào)。 )(cos)( 1c1m1 ttUtu )(sin)( 2c2m2 ttUtu 0)( 2 t u1和u2均為小信號(hào)(均小于26mV ) 根據(jù)模擬乘法器特性，其輸出電流為 式中第二項(xiàng)高頻成分經(jīng)低通濾波器濾除，在負(fù)載RL 上可得輸出電壓為 是u1與u2兩信號(hào)的瞬時(shí)相位差。通?？捎?表示。 畫出uo與 的關(guān)系曲線，稱其為鑒相器的鑒相特

13、 性曲線。這是一個(gè)周期性的正弦曲線。 210 22 u kT q u kT q Ii tttUUKuuK c1c2m1mM21M sin)(cos )(2sin 2 1 )(sin 2 1 1c2m1mM12m1mM ttUUKtUUK )(sin 2 1 1L2m1mMo tRUUKu )( 1 t)( e t )( e t 鑒相跨導(dǎo)，其定義為 的單位為V/rad 對(duì)于u1、u2均為小信號(hào) 且 時(shí)的鑒相跨導(dǎo)為 小信號(hào)正交乘積鑒相特性曲線 線性鑒相范圍 0 e o e d d u S S rad 6 e L2m1mM 2 1 RUUKS rad 6 emax u1為小信號(hào)，u2為大信號(hào)(大于1

14、00mV) 因?yàn)閡2是大信號(hào)，雙曲正切函數(shù)具有開(kāi)關(guān)函數(shù)的形式， 對(duì)上式按傅氏級(jí)數(shù)展開(kāi)為 相乘后的輸出電流為 )(cos)( 1c1m1 ttUtu tUtu c2m2 sin)( 21M210 2 th 2 th 2 u kT q uKu kT q u kT q Ii 1 1 2 th 2 u kT q )2( )0( c c t t tttu kT q ccc2 5sin 5 4 3sin 3 4 sin 4 2 th 經(jīng)低通濾波器，在負(fù)載RL上得到輸出電壓為 鑒相特性曲線仍是正弦形,鑒相跨導(dǎo)為 線性鑒相范圍仍為 ttttUKi cc1c1mM 3sin 3 4 sin 4 )(cos )(

15、2sin 2 )(sin 2 1c1mM11mM ttUKtUK )(4sin 3 2 )(2sin 3 2 1c1mM1c1mM ttUKttUK )(sin 2 )(sin 2 1L1mM1L1mMo tRUKtRUKu L1mM 2 RUKS rad 6 emax u1和u2均為大信號(hào)(均大于100mV ) 乘法器的輸出電流i可表示為 因?yàn)閡1是大信號(hào)，雙曲正切函數(shù)也具有開(kāi)關(guān)函數(shù)的形式 傅氏級(jí)數(shù)展開(kāi)為 )(cos)( 1c1m1 ttUtu tUtu c2m2 sin)( 210 2 th 2 thu kT q u kT q Ii 1 1 2 th 1 u kT q )2/32/( )2

16、/2/( c c t t )(3cos 3 4 )(cos 4 2 th 1c1c1 ttttu kT q )(5cos 5 4 1c tt 210 2 th 2 thu kT q u kT q Ii 經(jīng)低通濾波器在負(fù)載RL上建立電壓為 ttttttI cc1c1c0 3sin 3 4 sin 4 )(3cos 3 4 )(cos 4 )(2sin 8 )(sin 8 1c 2 01 2 0 ttItI )(34sin 3 8 )(32sin 3 8 1c 2 01c 2 0 ttIttI )(4sin 3 8 )(2sin 3 8 1c 2 01c 2 0 ttIttI )(3)(6sin

17、)3( 8 )(3sin )3( 8 1c 2 01 2 0 ttItI )(3sin )3( 8 )(sin 8 1 2 1 2 L0o ttRIu 1 1 2 1 2 L0 )() 12sin( ) 12( ) 1( 8 n n tn n RI 對(duì)應(yīng)于 區(qū)間， 輸出電壓為 對(duì)應(yīng)于 區(qū)間， 輸出電壓為 兩個(gè)輸入信號(hào)均為大信號(hào)時(shí)，其鑒相特性為三角波形 。 在 區(qū)間，鑒相特性是線性的。 線性鑒相范圍為 )( 2 1oo L tRIu )( 2 2 1oo L tRIu )(2/ 1 t /2)(2/- 1 t /2)(2/- 1 t 2 emax (2)門電路鑒相器 門電路鑒相器的電路簡(jiǎn)單， 線

18、性鑒相范圍大、易于集成化， 得到較為廣泛的應(yīng)用。常用的 有或門鑒相器和異或門鑒相器。 右圖(a)是一個(gè)異或門鑒相器的 原理圖。它是由異或門電路和 低通濾波器組成。 因?yàn)楫惢蜷T電路的兩個(gè)輸入 電平不同時(shí)，輸出為“1”電平， 而其它情況均為“0”電平。 4. 調(diào)頻信號(hào)解調(diào)電路(鑒頻器) 調(diào)頻信號(hào)解調(diào)電路可分為三類 (1)調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換型。通過(guò)線性網(wǎng)絡(luò)把等幅調(diào)頻波變換 成振幅與調(diào)頻波瞬時(shí)頻率成正比的調(diào)幅調(diào)頻波，然后用振幅檢波 器進(jìn)行振幅檢波。例如雙失諧回路鑒頻器、相位鑒頻器和比例鑒 頻器等。 (2)相移乘法鑒頻型。將調(diào)頻波經(jīng)過(guò)移相電路變成調(diào)相調(diào)頻 波，其相位的變化正好與調(diào)頻波瞬時(shí)頻率的變化成線性關(guān)系，然 后將調(diào)相調(diào)頻波與原調(diào)頻波進(jìn)行相位比較(鑒相)，通過(guò)低通濾波 器取出解調(diào)信號(hào)。因?yàn)橄辔槐容^器通常用乘法器組成，所