高頻電路原理和分析課件第7章_頻率調(diào)制和解調(diào)ppt課件

1、第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 第第7章章 角度調(diào)制與解調(diào)角度調(diào)制與解調(diào) 7.1 角度調(diào)制信號(hào)分析 7.2 調(diào)頻器與調(diào)頻方法7.3 調(diào)頻電路7.4 鑒頻器與鑒頻方法 7.5 鑒頻電路 7.6 調(diào)頻收發(fā)信機(jī)及附屬電路7.7 調(diào)頻多重廣播第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 概 述 在無(wú)線通信中，頻率調(diào)制和相位調(diào)制是又一類重要的調(diào)制方式。 1、頻率調(diào)制又稱調(diào)頻(FM)模擬信號(hào)調(diào)制，它是使高頻振蕩信號(hào)的頻率按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化(瞬時(shí)頻率變化的大小與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系)，而振幅保持恒定的一種調(diào)制方式。調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)稱為鑒頻或頻率檢波。 而數(shù)字信號(hào)頻率調(diào)制稱為頻率鍵控FSK) 2、相位調(diào)制又稱調(diào)相(PM) 模擬信號(hào)調(diào)制，它的

2、相位按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化，振幅保持不變。調(diào)相信號(hào)的解調(diào)稱為鑒相或相位檢波。 類似的，數(shù)字信號(hào)相位調(diào)制稱為相位鍵控PSK)第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 3、角度調(diào)制得特點(diǎn)：調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為角、角度調(diào)制得特點(diǎn)：調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為角(度度)調(diào)調(diào)(制制)，角度調(diào)制屬于頻譜的非線性變換，即已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)角度調(diào)制屬于頻譜的非線性變換，即已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)不再保持原調(diào)制信號(hào)頻譜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，且調(diào)制后的信號(hào)帶不再保持原調(diào)制信號(hào)頻譜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，且調(diào)制后的信號(hào)帶寬通常比原調(diào)制信號(hào)帶寬大得多，因此角度調(diào)制信號(hào)的頻寬通常比原調(diào)制信號(hào)帶寬大得多，因此角度調(diào)制信號(hào)的頻帶利用率不高，但其抗干擾和噪聲的能力較強(qiáng)。帶利用率不高，但其

3、抗干擾和噪聲的能力較強(qiáng)。 另外，角度調(diào)制的分析方法和模型等都與頻譜線性搬移另外，角度調(diào)制的分析方法和模型等都與頻譜線性搬移電路不同。電路不同。第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 4、調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系 調(diào)頻波和調(diào)相波都表現(xiàn)為高頻載波瞬時(shí)相位隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化，只是變化的規(guī)律不同而已。由于頻率與相位間存在微分與積分的關(guān)系，調(diào)頻與調(diào)相之間也存在著密切的關(guān)系，即調(diào)頻必調(diào)相，調(diào)相必調(diào)頻。同樣，鑒頻和鑒相也可相互利用，即可以用鑒頻的方法實(shí)現(xiàn)鑒相，也可以用鑒相的方法實(shí)現(xiàn)鑒頻。 一般來(lái)說(shuō)，在模擬通信中，調(diào)頻比調(diào)相應(yīng)用廣泛，而在數(shù)字通信中，調(diào)相比調(diào)頻應(yīng)用普遍。本章只者重討論模擬調(diào)頻，而對(duì)調(diào)相和數(shù)字調(diào)制只做簡(jiǎn)單的說(shuō)明和對(duì)

4、比。第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 7.1 角度調(diào)制信號(hào)分析角度調(diào)制信號(hào)分析 一、調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域分析一、調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域分析 1、調(diào)頻信號(hào)的表達(dá)式與波形、調(diào)頻信號(hào)的表達(dá)式與波形 設(shè)調(diào)制信號(hào)為單一頻率信號(hào)設(shè)調(diào)制信號(hào)為單一頻率信號(hào)u(t)=Ucost，未調(diào)載，未調(diào)載波電壓為波電壓為uC=UCcosct，則根據(jù)頻率調(diào)制的定義，調(diào)頻，則根據(jù)頻率調(diào)制的定義，調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)角頻率為：信號(hào)的瞬時(shí)角頻率為：( )( )( )cosccfcmttk utt (7-1) 它是在它是在c的基礎(chǔ)上，增加了與的基礎(chǔ)上，增加了與u(t)成正比的頻率偏移。成正比的頻率偏移。式中式中kf為比例常數(shù)。為比例常數(shù)。第7章 角度調(diào)制與解調(diào)

5、調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)相位調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)相位(t)是瞬時(shí)角頻率是瞬時(shí)角頻率(t)對(duì)時(shí)間的對(duì)時(shí)間的積分，即：積分，即：式中，式中，0為信號(hào)的起始角頻率。為了分析方便，不妨設(shè)為信號(hào)的起始角頻率。為了分析方便，不妨設(shè)0=0，則式，則式7-2變?yōu)椋鹤優(yōu)椋?0( )( )ttd （7-2） 0( )( )sinsin( )tmccfctdtttmtt （7-3） 第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 式中，式中， 為調(diào)頻指數(shù)。為調(diào)頻指數(shù)。FM波的表示式為波的表示式為mfmsin( )cos(sin)RefejmtjtFMCcfCutUtmtU ee(7-4) 圖圖7-1畫(huà)出了頻率調(diào)制過(guò)程中調(diào)制信號(hào)、調(diào)頻信號(hào)及畫(huà)出了頻率調(diào)制過(guò)

6、程中調(diào)制信號(hào)、調(diào)頻信號(hào)及相應(yīng)的瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位波形。相應(yīng)的瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位波形。第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖7-1 調(diào)頻波波形t0t0u(a)(b)t0(t)(c)cmt0(d)IFM(t)t(t)024Tc2Tcmf(t)c(e)第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 2、調(diào)頻信號(hào)的基本參數(shù)、調(diào)頻信號(hào)的基本參數(shù) 在調(diào)頻信號(hào)中，有三個(gè)基本參數(shù)：在調(diào)頻信號(hào)中，有三個(gè)基本參數(shù)： (1) 載波角頻率載波角頻率c：是沒(méi)有受調(diào)時(shí)的載波角頻率。：是沒(méi)有受調(diào)時(shí)的載波角頻率。 (2) 調(diào)制信號(hào)角頻率調(diào)制信號(hào)角頻率：它反映了受調(diào)制的信號(hào)的瞬時(shí)頻：它反映了受調(diào)制的信號(hào)的瞬時(shí)頻率變化的快慢。率變化的快慢。 (3) 最大角頻偏最大

7、角頻偏m：是相對(duì)于載頻的最大角頻偏，與之：是相對(duì)于載頻的最大角頻偏，與之對(duì)應(yīng)的頻偏對(duì)應(yīng)的頻偏fm=m/2，也反映了瞬時(shí)頻率擺動(dòng)的幅度。，也反映了瞬時(shí)頻率擺動(dòng)的幅度。 在頻率調(diào)制中，最大角頻偏在頻率調(diào)制中，最大角頻偏m是衡量信號(hào)頻率受調(diào)是衡量信號(hào)頻率受調(diào)制的程度的重要參數(shù)，也是衡量調(diào)頻信號(hào)質(zhì)量的重要參數(shù)。制的程度的重要參數(shù)，也是衡量調(diào)頻信號(hào)質(zhì)量的重要參數(shù)。第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖7-2 調(diào)頻波fm、mf與F的關(guān)系 Ffmmf0fmmf(4) 調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)mf： mf= m/ = fm/ F。 由于由于mf與與U成正比，因此也稱為調(diào)制深度。調(diào)頻波成正比，因此也稱為調(diào)制深度。調(diào)

8、頻波的幾個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系如圖的幾個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系如圖7-2所示。所示。第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 二、調(diào)頻信號(hào)的頻域分析二、調(diào)頻信號(hào)的頻域分析 1調(diào)頻波的展開(kāi)式調(diào)頻波的展開(kāi)式 因?yàn)槭揭驗(yàn)槭?-4中的中的 是周期為是周期為2/的周期的周期性時(shí)間函數(shù)，可以將它展開(kāi)為傅氏級(jí)數(shù)，其基波角頻率性時(shí)間函數(shù)，可以將它展開(kāi)為傅氏級(jí)數(shù)，其基波角頻率為為，即，即sinfjmtesin()fjmtjn tnfneJme（7-5） 式中Jn(mf)是宗數(shù)為mf的n階第一類貝塞爾函數(shù)，它可以用無(wú)窮級(jí)數(shù)進(jìn)行計(jì)算:20( 1) ()2()!()!fnnmnfmmJmm nm（7-6） 第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 它隨它隨mf變化的

9、曲線如圖變化的曲線如圖7-3所示，并具有以下特性所示，并具有以下特性: Jn(mf)=J-n(mf)， n為偶數(shù)為偶數(shù) Jn(mf)=-J-n(mf)， n為奇數(shù)為奇數(shù) 因此，調(diào)頻波的級(jí)數(shù)展開(kāi)式為因此，調(diào)頻波的級(jí)數(shù)展開(kāi)式為:()( )Re()()cos()cjt n tFMCnfnCnfcnutUJmeUJmnt （7-7） 第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖7-3 第一類貝塞爾函數(shù)曲線 01234567891011120.40.200.20.40.60.81.0Jn(mf)J0J1J2J3J4J5J6J7J8J9J10mf在圖在圖7-3中，除中，除J0(mf)外，在外，在mf =0的其他各階函數(shù)值均

10、為的其他各階函數(shù)值均為0，這意味著，當(dāng)沒(méi)有角度調(diào)制時(shí)，除了載波外，不含其他頻這意味著，當(dāng)沒(méi)有角度調(diào)制時(shí)，除了載波外，不含其他頻率分量。率分量。第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 2調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 將將(7-7)式進(jìn)一步展開(kāi)，有式進(jìn)一步展開(kāi)，有 uFM(t)=UCJ0(mf)cosct+J1(mf)cos(c+)t -J1(mf)cos(c-)t+J2(mf)cos(c+2)t +J2(mf)cos(c-2)t+J3(mf)cos(c+3)t -J3(mf)cos(c-3)t+ （7-8） 由由(7-8)式可得，單一頻率調(diào)頻波是由許多頻率分量組成的，式可得，單一頻率調(diào)頻波是由許

11、多頻率分量組成的，而不像振幅調(diào)制那樣，單一低頻調(diào)制時(shí)只產(chǎn)生兩個(gè)邊頻而不像振幅調(diào)制那樣，單一低頻調(diào)制時(shí)只產(chǎn)生兩個(gè)邊頻(AM、DSB)，因此調(diào)頻屬于非線性變換。其分布規(guī)律如圖，因此調(diào)頻屬于非線性變換。其分布規(guī)律如圖7-4所示。所示。第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖7-4 單頻調(diào)制時(shí)FM波的振幅譜（a為常數(shù);（bm為常數(shù) (圖中忽略了幅度較小的邊頻分量)cmf1cmf1mf2ccmf2cmf5cmf10Qcmf15mf5cmf10mf20cc(a)(b)第7章 角度調(diào)制與解調(diào) (1) 調(diào)頻波的頻譜是由載波調(diào)頻波的頻譜是由載波c和無(wú)數(shù)邊頻和無(wú)數(shù)邊頻cn構(gòu)成，這些邊頻對(duì)稱構(gòu)成，這些邊頻對(duì)稱地分布在載頻兩邊，其

12、幅度取決于調(diào)制指數(shù)地分布在載頻兩邊，其幅度取決于調(diào)制指數(shù)mf ； (2) 由于由于mf=m/=fm/F，且，且m=kfU，因此調(diào)制指數(shù)，因此調(diào)制指數(shù)mf既取決既取決于最大頻偏，又取決于調(diào)制信號(hào)頻率于最大頻偏，又取決于調(diào)制信號(hào)頻率F。 (3) 由于相鄰兩根譜線的間隔為調(diào)制信號(hào)頻率，因此調(diào)制信號(hào)頻率越大，由于相鄰兩根譜線的間隔為調(diào)制信號(hào)頻率，因此調(diào)制信號(hào)頻率越大，譜線間隔越大，在相同的調(diào)制指數(shù)譜線間隔越大，在相同的調(diào)制指數(shù)mf時(shí)，最大頻偏也越大。時(shí)，最大頻偏也越大。 (4) 在調(diào)制信號(hào)頻率一定時(shí)，調(diào)制信號(hào)幅度越大，其最大頻偏也越大，在調(diào)制信號(hào)頻率一定時(shí)，調(diào)制信號(hào)幅度越大，其最大頻偏也越大，即調(diào)制指

13、數(shù)即調(diào)制指數(shù)mf也越大。也越大。 (5) mf 將相同時(shí)，頻譜的結(jié)構(gòu)相同。將相同時(shí)，頻譜的結(jié)構(gòu)相同。mf越大，有影響的邊頻分量越多，越大，有影響的邊頻分量越多，即最大頻偏內(nèi)包含的譜線越多：即最大頻偏內(nèi)包含的譜線越多：m= mf。第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 由式由式(7-8)可得，對(duì)于可得，對(duì)于n為偶數(shù)的邊頻分量，邊頻的符號(hào)相同，若將這為偶數(shù)的邊頻分量，邊頻的符號(hào)相同，若將這一對(duì)邊頻相加，則合成波為一雙邊帶信號(hào)一對(duì)邊頻相加，則合成波為一雙邊帶信號(hào)(DSB)，其高頻相位與載波相，其高頻相位與載波相同。若用矢量表示，如圖同。若用矢量表示，如圖7-5(a)所示。所示。 對(duì)于對(duì)于n為奇數(shù)的邊頻分量，邊頻的符

14、號(hào)相反，它們相加后其合成矢量為奇數(shù)的邊頻分量，邊頻的符號(hào)相反，它們相加后其合成矢量與載波方向垂直，若將這一對(duì)邊頻相加，如圖與載波方向垂直，若將這一對(duì)邊頻相加，如圖7-5(b)所示。所示。 對(duì)照?qǐng)D對(duì)照?qǐng)D7-5(a)(b)可發(fā)現(xiàn)，調(diào)頻信號(hào)的調(diào)角作用是由這些奇次邊頻完成可發(fā)現(xiàn)，調(diào)頻信號(hào)的調(diào)角作用是由這些奇次邊頻完成的，而它們所引起的附加幅度變化，是由偶次邊頻的調(diào)幅作用來(lái)補(bǔ)償，的，而它們所引起的附加幅度變化，是由偶次邊頻的調(diào)幅作用來(lái)補(bǔ)償，從而得到幅度不變的合成矢量。從而得到幅度不變的合成矢量。 當(dāng)調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)較小時(shí)，由圖當(dāng)調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)較小時(shí)，由圖7-3可知，可知，|J1(mf)| |J2(mf

15、)| |J3(mf)|.,此時(shí)可認(rèn)為調(diào)頻波只由此時(shí)可認(rèn)為調(diào)頻波只由c和和c邊頻構(gòu)成。這種調(diào)頻波稱邊頻構(gòu)成。這種調(diào)頻波稱為窄帶調(diào)頻為窄帶調(diào)頻(NBFM)。第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖7-5 調(diào)頻信號(hào)的矢量表示 0載波0載波合成矢量0合成矢量(a) AM情況(b) NBFM情況mfsin t第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 3、調(diào)頻信號(hào)的帶寬 從原理上講，調(diào)頻波包含無(wú)窮多頻率分量，其帶寬是沒(méi)有意義的。但從工程上看，幅度較大的邊頻分量是不多的。 (1) 確定帶寬的準(zhǔn)則 通常選取有影響邊頻分量的的準(zhǔn)則是：信號(hào)的頻帶寬度應(yīng)包括幅度大于未調(diào)載波1%以上的邊頻分量，即 |Jn(mf)| 0.01不過(guò)，在要求不高的場(chǎng)合，

16、此標(biāo)準(zhǔn)也可定為5%甚至10%。 對(duì)于不同的mf值，有用邊頻的數(shù)目(2n)可查貝塞爾函數(shù)表。 滿足|Jn(mf)|0.01的n/mf與mf的關(guān)系曲線如圖7-6所示。第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖7-6 |n(mf)|0.01時(shí)的n/mf曲線 mfn/mf0123448121620第7章 角度調(diào)制與解調(diào) (2) 寬帶調(diào)頻與窄帶調(diào)頻及帶寬寬帶調(diào)頻與窄帶調(diào)頻及帶寬 由圖可見(jiàn)，當(dāng)由圖可見(jiàn)，當(dāng)mf很大時(shí)，很大時(shí)，n/mf趨近于趨近于1。 寬帶調(diào)頻寬帶調(diào)頻(WBFM)：是指調(diào)頻時(shí)其調(diào)制指數(shù)：是指調(diào)頻時(shí)其調(diào)制指數(shù)mf1的調(diào)頻。的調(diào)頻。因此寬帶調(diào)頻時(shí)，應(yīng)將因此寬帶調(diào)頻時(shí)，應(yīng)將n=mf的邊頻包括在頻帶內(nèi)，此時(shí)帶的邊頻

17、包括在頻帶內(nèi)，此時(shí)帶寬為：寬為： Bs=2nF=2mfF=2fm （7-9） 窄帶調(diào)頻窄帶調(diào)頻(NBFM)：是指調(diào)頻時(shí)其調(diào)制指數(shù)：是指調(diào)頻時(shí)其調(diào)制指數(shù)mf很小的調(diào)頻，很小的調(diào)頻，如如mff0=fc時(shí)，時(shí)，UD1UD2，隨著，隨著f的增加，兩者差值的增加，兩者差值將加大；將加大； ff0=fc時(shí)，時(shí)，UD1p2Z2，p=1/2。分析可得，AB間的電壓為 (7-64) (7-65) 由此可得 102111111212111emmQRAUCUjCUjCUjkQUjjjjj上式與互感耦合相位鑒頻器的式上式與互感耦合相位鑒頻器的式(7-58)完全相同，因此其鑒頻完全相同，因此其鑒頻特性與互感耦合相位鑒頻

18、器相同。特性與互感耦合相位鑒頻器相同。 第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 二、比例鑒頻器二、比例鑒頻器輸出與兩個(gè)電容之比成正比輸出與兩個(gè)電容之比成正比 1、電路結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu) 比例鑒頻器是一種類似于疊加型相位鑒頻器，而又具比例鑒頻器是一種類似于疊加型相位鑒頻器，而又具有自限幅有自限幅(軟限幅軟限幅)能力的鑒頻器，其基本電路如圖能力的鑒頻器，其基本電路如圖7-50(a)所所示。它與互感耦合相位鑒頻器電路的區(qū)別有以下三個(gè)方面：示。它與互感耦合相位鑒頻器電路的區(qū)別有以下三個(gè)方面： (1) 包絡(luò)檢波器的兩個(gè)二極管順接；包絡(luò)檢波器的兩個(gè)二極管順接； (2)在電阻在電阻(R1+R2)兩端并接一個(gè)大電容兩端并接一個(gè)大

19、電容C，容量約在，容量約在10F數(shù)量級(jí)。時(shí)間常數(shù)數(shù)量級(jí)。時(shí)間常數(shù)(R1+R2)C很大，約很大，約0.10.25s，遠(yuǎn)，遠(yuǎn)大于低頻信號(hào)的周期。大于低頻信號(hào)的周期。 (3)接地點(diǎn)和輸出點(diǎn)改變。接地點(diǎn)和輸出點(diǎn)改變。第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖7-50 比例鑒頻器電路及特性 .U1ML2LcVD1RLOC1C2DR1R2CEoABCLUo(a)2U2.U1.2U2.VD1uD1uD2uc1uc2ORLC1CLC2R2R1i1i2D2U2.2U2.U1.0fUo(b)(c)VD2VD2VD1VD2比例鑒頻第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 2. 工作原理工作原理 圖圖7-46(b)是圖是圖(a)的簡(jiǎn)化等效電路，電壓、

20、電流如的簡(jiǎn)化等效電路，電壓、電流如圖所示。由電路理論可得圖所示。由電路理論可得 i1(R1+RL)-i2RL=uc1 (7-67) i2(R2+RL)-i1RL=uc2 (7-68) uo=(i2-i1)RL (7-69) 當(dāng)當(dāng)R1=R2=R時(shí)，可得時(shí)，可得212121211()()22ccoLoccdDDuuuRRuuuK UU(7-70) (7-71) 第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 由上式可見(jiàn)，在電路參數(shù)相同的條件下，輸入調(diào)頻信由上式可見(jiàn)，在電路參數(shù)相同的條件下，輸入調(diào)頻信號(hào)也相等，比例鑒頻器的輸出電壓與互感耦合或電容耦號(hào)也相等，比例鑒頻器的輸出電壓與互感耦合或電容耦合相位鑒頻器相比要小一半。根

21、據(jù)合相位鑒頻器相比要小一半。根據(jù)(7-71)式有：式有： 當(dāng)當(dāng)f=fc時(shí)，時(shí)，UD1=UD2， i1=i2，但以相反方向流過(guò)負(fù)，但以相反方向流過(guò)負(fù)載載RL，所以輸出電壓為零；，所以輸出電壓為零； 當(dāng)當(dāng)ffc時(shí)，時(shí)，UD1UD2， i1i2，輸出電壓為負(fù)；，輸出電壓為負(fù)； 當(dāng)當(dāng)ffc時(shí)，時(shí)，UD1UD2， i1i2，輸出電壓為正。，輸出電壓為正。闡明：其鑒頻特性如圖闡明：其鑒頻特性如圖7-50(c)所示，它與互感耦合或電所示，它與互感耦合或電容耦合相位鑒頻器的鑒頻特性的極性相反，這在自動(dòng)頻容耦合相位鑒頻器的鑒頻特性的極性相反，這在自動(dòng)頻率控制系統(tǒng)中要特別注意。當(dāng)然，通過(guò)改變兩個(gè)二極管率控制系統(tǒng)中

22、要特別注意。當(dāng)然，通過(guò)改變兩個(gè)二極管連接的方向或耦合線圈的繞向連接的方向或耦合線圈的繞向(同名端同名端)，可以使鑒頻特性，可以使鑒頻特性反向。反向。第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 另一方面，輸出電壓也可由下式導(dǎo)出：另一方面，輸出電壓也可由下式導(dǎo)出：12121221121211111()22221ccccccoccoococccuuuuuuuuuEEuEuuu(7-72)其中：其中：E0=Uc1+Uc2，為電容，為電容C兩端的電壓。上式說(shuō)明，比兩端的電壓。上式說(shuō)明，比例鑒頻器輸出電壓取決于兩個(gè)檢波電容上電壓的比值，故稱例鑒頻器輸出電壓取決于兩個(gè)檢波電容上電壓的比值，故稱為比例鑒頻器。為比例鑒頻器。第7章

23、 角度調(diào)制與解調(diào) 3.自限幅原理自限幅原理 比例鑒頻器具有限幅作用的原因：就在于電阻比例鑒頻器具有限幅作用的原因：就在于電阻R1、R2兩端并接了一兩端并接了一個(gè)大電容個(gè)大電容C。利用大電容的儲(chǔ)能作用，當(dāng)輸入信號(hào)幅度發(fā)生瞬時(shí)變化時(shí)，。利用大電容的儲(chǔ)能作用，當(dāng)輸入信號(hào)幅度發(fā)生瞬時(shí)變化時(shí)，C兩端電壓基本保持不變，從而維持兩端電壓基本保持不變，從而維持uc1、uc2的基本不變。的基本不變。 比例鑒頻器具有限幅作用還可解釋為由高比例鑒頻器具有限幅作用還可解釋為由高Q回路的負(fù)載作用產(chǎn)生。回路的負(fù)載作用產(chǎn)生。 (1)回路的無(wú)載回路的無(wú)載Q0值要足夠高，以便當(dāng)檢波器輸入電阻值要足夠高，以便當(dāng)檢波器輸入電阻Ri

24、隨輸入電壓隨輸入電壓幅度變化時(shí)，能引起回路幅度變化時(shí)，能引起回路Qe明顯的變化。明顯的變化。 (2)要保證時(shí)常數(shù)要保證時(shí)常數(shù)(R1+R2)C大于寄生調(diào)幅干擾的幾個(gè)周期。比例鑒頻大于寄生調(diào)幅干擾的幾個(gè)周期。比例鑒頻器存在著過(guò)抑制與阻塞現(xiàn)象。器存在著過(guò)抑制與阻塞現(xiàn)象。 第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖7-51 加入電阻R以減小過(guò)抑制及阻塞 RREo第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 三、乘積型相位鑒頻器略講）三、乘積型相位鑒頻器略講） 1、乘積型相位鑒頻原理、乘積型相位鑒頻原理 乘積型相位鑒頻器實(shí)際上是一種正交鑒頻器，它由移相網(wǎng)乘積型相位鑒頻器實(shí)際上是一種正交鑒頻器，它由移相網(wǎng)絡(luò)、乘法器和低通濾波器三部分組成。調(diào)頻

25、信號(hào)一路直接加絡(luò)、乘法器和低通濾波器三部分組成。調(diào)頻信號(hào)一路直接加至乘法器，另一路經(jīng)相移網(wǎng)絡(luò)移相后至乘法器，另一路經(jīng)相移網(wǎng)絡(luò)移相后(參考信號(hào)參考信號(hào))加至乘法器。加至乘法器。由于調(diào)頻信號(hào)和參考信號(hào)同頻正交，因此，稱之為正交鑒頻由于調(diào)頻信號(hào)和參考信號(hào)同頻正交，因此，稱之為正交鑒頻器。器。 移相網(wǎng)絡(luò)如圖移相網(wǎng)絡(luò)如圖7-52(a)所示，其傳輸函數(shù)為：所示，其傳輸函數(shù)為：211111()()11111()jCjQLCRLHjjj CjCRL(7-73) 第7章 角度調(diào)制與解調(diào) u1CLRu2(a)0f0f2(b)C1 圖7-52 移相網(wǎng)絡(luò)機(jī)器相頻特性 第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 其中，其中， 可見(jiàn)，可見(jiàn)，

26、u1與與u2(實(shí)際上是實(shí)際上是ur與與us)之間的相位差為之間的相位差為20200011,(1)2,()cRfQQQLfL CC1112arctan2cos(sin)cos(sin)cfcfuUtmtuUtmt 相頻特性曲線見(jiàn)圖7-52(b)。若設(shè) (7-74) 第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 當(dāng)當(dāng)f/f01時(shí)，上式可寫(xiě)為時(shí)，上式可寫(xiě)為22cos()sin22ooooQ fQ ffuUUUQfff(7-75) 可見(jiàn)，鑒頻器的輸出與輸入調(diào)頻信號(hào)的頻偏成正比。 第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 2.集成正交鑒頻器集成正交鑒頻器 圖圖7-53是某電視機(jī)伴音集成電路，它包括限幅中放是某電視機(jī)伴音集成電路，它包括限幅中放

27、(V1 ，V2;V4、V5;V7、8為三級(jí)差分對(duì)放大器，為三級(jí)差分對(duì)放大器，V3、V6和和V9為三個(gè)射極跟隨器為三個(gè)射極跟隨器)、內(nèi)部穩(wěn)壓、內(nèi)部穩(wěn)壓(VD1VD5、V10)和鑒頻電路三部分。和鑒頻電路三部分。 在上面電路中，調(diào)整在上面電路中，調(diào)整L、C和和C1均可改變回路諧振頻均可改變回路諧振頻率，只要滿足率，只要滿足(7-76) 011()cL CC第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖7-53 集成正交鑒頻器 V1V2V4V3R1R5V5V6V7V8R7V9V1010111312R2R3R4R6R8R9R101VD1LCR115R12V12V13R1423C14R13V11V16V14V15V17V1

28、8R15VD6R16678R1714限幅中放內(nèi)部穩(wěn)壓調(diào)頻檢波VD2VD3VD4VD5RV19第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 四、其它鑒頻電路四、其它鑒頻電路 1.差分峰值斜率鑒頻器差分峰值斜率鑒頻器 差分峰值斜率鑒頻器是一種在集成電路中常用的振差分峰值斜率鑒頻器是一種在集成電路中常用的振幅鑒頻器。圖幅鑒頻器。圖7-54(a)是一個(gè)在電視接收機(jī)伴音信號(hào)處理是一個(gè)在電視接收機(jī)伴音信號(hào)處理電路電路(如如D7176AP ，TA7243P)等集成電路中采用的差分等集成電路中采用的差分峰值斜率鑒頻器。峰值斜率鑒頻器。 第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖7-54 差分峰值斜率鑒頻器 C3V5V6RcI0uiV1V3V2V4

29、EcL19u110u20f02f0f01U2U1U1、U2fuo0f02f0f01f(a)(b)(c)C4C1C2第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 移相網(wǎng)絡(luò)接在集成電路的移相網(wǎng)絡(luò)接在集成電路的、10腳之間。設(shè)從腳之間。設(shè)從腳向右看的移相電路的諧振頻率為腳向右看的移相電路的諧振頻率為f01，從，從10腳向左看腳向左看的移相電路的諧振頻率為的移相電路的諧振頻率為f02，那么，那么 0111021121212()fLCfL CC(7-77) (7-78) 第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 2、晶體鑒頻器、晶體鑒頻器 晶體鑒頻器的原理電路如圖晶體鑒頻器的原理電路如圖7-55所示。電容所示。電容C與晶與晶體串聯(lián)后接到調(diào)頻信

30、號(hào)源。體串聯(lián)后接到調(diào)頻信號(hào)源。VD1、R1 ，C1和和VD2、R2、C2為兩個(gè)二極管包絡(luò)檢波器。為了保證電路平衡，為兩個(gè)二極管包絡(luò)檢波器。為了保證電路平衡，通常通常VD1與與VD2性能相同，性能相同，R1=R2，C1=C2。第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖7-55 晶體鑒頻器原理電路 uFM(t)R1R2C1CR3C2VD1VD2u第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖7-56 電容晶體分壓器(a)電抗曲線；(b)電容、晶體兩端電壓變化曲線 0fqXqfcXcXqf0UcUqfqf0fcf(a)(b)f0第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖7-57 晶體鑒頻器的鑒頻特性 Uo0fqf0fcf第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 7.6

31、 調(diào)頻收發(fā)信機(jī)及附屬電路調(diào)頻收發(fā)信機(jī)及附屬電路 一、調(diào)頻發(fā)射機(jī) 圖7-58是一種調(diào)頻發(fā)射機(jī)的框圖。其載頻fc=88108MHz，輸入調(diào)制信號(hào)頻率為50Hz15kHz，最大頻偏為75kHz。由圖可知，調(diào)頻方式為間接調(diào)頻。由高穩(wěn)定度晶體振蕩器產(chǎn)生fc1=200kHz的初始載波信號(hào)送入調(diào)相器，由經(jīng)預(yù)加重和積分的調(diào)制信號(hào)對(duì)其調(diào)相。調(diào)相輸出的最大頻偏為25Hz，調(diào)制指數(shù)mf0.5。第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖7-58 調(diào)頻發(fā)射機(jī)框圖 載 波振蕩器調(diào)相器多級(jí)倍頻器1混頻器多級(jí)倍頻器2功 率放大器積分器預(yù) 加重電路200 kHzN164fc1200 kHzf1m25 kHz12.8 MHz1.82.3 MHz

32、fc88108 MHzfm75 kHz頻率可變本振N248fL1110.5 MHzu(t)間接調(diào)頻器第7章 角度調(diào)制與解調(diào) LC直接調(diào)頻 放 大 器 倍 頻 器 混 頻 器 倍 頻 器 放 大 器 本振 fc1 fm1 n1 fc2 fm2 fc fm fc3 n2 fL 第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 二、調(diào)頻接收機(jī)二、調(diào)頻接收機(jī) 圖圖7-597-59為廣播調(diào)頻接收機(jī)典型方框圖。為了為廣播調(diào)頻接收機(jī)典型方框圖。為了獲得較好的接收機(jī)靈敏度和選擇性，除限幅級(jí)、鑒頻器獲得較好的接收機(jī)靈敏度和選擇性，除限幅級(jí)、鑒頻器及幾個(gè)附加電路外，其主要方框均與及幾個(gè)附加電路外，其主要方框均與AM

33、AM超外差接收機(jī)相超外差接收機(jī)相同。調(diào)頻廣播基本參數(shù)與發(fā)射機(jī)相同。同。調(diào)頻廣播基本參數(shù)與發(fā)射機(jī)相同。 第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖7-59 調(diào)頻接收機(jī)方框圖 混頻器射頻放大88 108 MHz本振中頻放大限幅器鑒頻器自動(dòng)頻率控制電路靜噪電路去加重電路和音頻放大電路輸出第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 三、附屬與特殊電路 大家知道，在頻率或相位解調(diào)電路中，除比例鑒頻器具有自動(dòng)限幅功能外，其他解調(diào)器均無(wú)限幅功能，為了抑制寄生調(diào)幅，需在中放級(jí)使用限幅電路。 1、限幅電路 振幅限幅器的性能可由圖7-60(b)所示的限幅特性曲線表示。圖中，Up表示限幅器進(jìn)入限幅狀態(tài)的最小輸入信號(hào)電壓，稱為門(mén)限電壓。對(duì)限幅器的要求主

34、要是在限幅區(qū)內(nèi)要有平坦的限幅特性，門(mén)限電壓要盡量小。 第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖760 限幅器及其特性曲線 非線性器 件濾波器usuo(a)(b)UsmUp0Uom第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 2.瞬時(shí)頻偏控制瞬時(shí)頻偏控制IDL電路電路 實(shí)際也是一個(gè)限幅器。（見(jiàn)教材）實(shí)際也是一個(gè)限幅器。（見(jiàn)教材） 第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 3.預(yù)加重及去加重電路預(yù)加重及去加重電路 (1) 調(diào)幅與調(diào)頻制的噪聲頻譜調(diào)幅與調(diào)頻制的噪聲頻譜 理論證明，對(duì)于輸入白噪聲，調(diào)幅制的輸出噪聲頻理論證明，對(duì)于輸入白噪聲，調(diào)幅制的輸出噪聲頻譜呈矩形，在整個(gè)調(diào)制頻率范圍內(nèi)，即所有噪聲都一樣譜呈矩形，在整個(gè)調(diào)制頻率范圍內(nèi)，即所有噪聲都一樣大

35、。然而，調(diào)頻制的噪聲頻譜大。然而，調(diào)頻制的噪聲頻譜(電壓譜電壓譜)呈三角形，見(jiàn)圖呈三角形，見(jiàn)圖7-61(b)，隨著調(diào)制頻率的增高，噪聲也增大。調(diào)制頻率范，隨著調(diào)制頻率的增高，噪聲也增大。調(diào)制頻率范圍愈寬，輸出的噪聲也愈大。圍愈寬，輸出的噪聲也愈大。 然而，調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)也不是均勻的，一般來(lái)講然而，調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)也不是均勻的，一般來(lái)講其能量集中在低頻部分，而高頻部分的能量較小。這恰其能量集中在低頻部分，而高頻部分的能量較小。這恰好與噪聲頻譜相反，為了提高高頻部分的信噪比，在調(diào)好與噪聲頻譜相反，為了提高高頻部分的信噪比，在調(diào)制前可有意識(shí)地將高頻部分加強(qiáng)制前可有意識(shí)地將高頻部分加強(qiáng)預(yù)加重。預(yù)

36、加重。第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖7-61 調(diào)頻解調(diào)器的輸出噪聲頻譜 (a)功率譜；(b)電壓譜 0Sno()0U()(a)(b)第7章 角度調(diào)制與解調(diào) (2) 預(yù)加重與去加重電路預(yù)加重與去加重電路 由于調(diào)頻噪聲頻譜呈三角形，或者說(shuō)與由于調(diào)頻噪聲頻譜呈三角形，或者說(shuō)與成線性關(guān)系，成線性關(guān)系，使我們聯(lián)想到將信號(hào)作相應(yīng)的處理，即要求預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)使我們聯(lián)想到將信號(hào)作相應(yīng)的處理，即要求預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)的特性為的特性為 H(j)=j 第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖7-62 預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)及其特性 (a)預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)；(b)頻率響應(yīng) R1CR2012|H(j)/dB(a)H(j) k1j/11j/2k(1j/1)(b)第7章

37、 角度調(diào)制與解調(diào) 去加重網(wǎng)絡(luò)及其頻響曲線如圖去加重網(wǎng)絡(luò)及其頻響曲線如圖7-63所示。從圖看出，所示。從圖看出，當(dāng)當(dāng)2時(shí)，預(yù)加重和去加重網(wǎng)絡(luò)總的頻率傳遞函數(shù)近時(shí)，預(yù)加重和去加重網(wǎng)絡(luò)總的頻率傳遞函數(shù)近似為一常數(shù)，這正是使信號(hào)不失真所需要的條件。似為一常數(shù)，這正是使信號(hào)不失真所需要的條件。圖7-63 去加重網(wǎng)絡(luò)及其特性 R1C(a)H(j)11 j/101|H(j)|/dB(b)第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 采用預(yù)、去加重網(wǎng)絡(luò)后，對(duì)信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生變化，采用預(yù)、去加重網(wǎng)絡(luò)后，對(duì)信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生變化，但對(duì)信噪比卻得到較大的改善，如圖但對(duì)信噪比卻得到較大的改善，如圖7-64所示。所示。圖7-64預(yù)、去加重網(wǎng)絡(luò)對(duì)信噪比

38、的改善 Sno()去加重前去加重后(a)08160.11/dB10(b)m10第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 4. 靜噪電路靜噪電路 由于在調(diào)頻接收中存在門(mén)限效應(yīng)，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于在調(diào)頻接收中存在門(mén)限效應(yīng)，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能地降低門(mén)限值。為了獲得較高的輸出信噪比，時(shí)要盡可能地降低門(mén)限值。為了獲得較高的輸出信噪比，在鑒頻器的輸入端的輸入信噪比要在門(mén)限值之上。但在在鑒頻器的輸入端的輸入信噪比要在門(mén)限值之上。但在調(diào)頻通信和調(diào)頻廣播中，經(jīng)常會(huì)遇到無(wú)信號(hào)或弱信號(hào)的調(diào)頻通信和調(diào)頻廣播中，經(jīng)常會(huì)遇到無(wú)信號(hào)或弱信號(hào)的情況，這時(shí)輸入信噪比就低于門(mén)限值，輸出端的噪聲就情況，這時(shí)輸入信噪比就低于門(mén)限值，輸出端的噪聲就會(huì)急劇增加。會(huì)急劇增加。 第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖7-66 靜噪電路舉例 50帶 通濾波器5 kHz靜噪0.16.2 k0.01100 k16 k1 k2.2100 k510 k112.2510 k14LM389音量鑒頻器輸 出100 k1 k15131210 k1612 V17 180.12.70.05100第7章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖7-67 靜噪電路接入方式 鑒頻低放靜噪鑒頻低放靜噪第7章