高頻電子線路角度與解調

1、 )(cos)(tUtum)(t tttdd)()( tttt00d)()()()()(tukttfc調頻靈敏度，單位為 V)rad/(s)()()(tukttfcc)()(d)()()(000ttttukttctfctfcmFMttuktUtu0d)(cos)(低頻信息體現(xiàn)在高頻調頻波的瞬時角頻率的變化上 )cos()(tUtum ttUktmcmfccos)cos()()sin()sin()(tmttUkttfcmfc)sin(cos)(tmtUtufcmFM最大角頻率偏移 最大相位偏移（又稱為調頻指數(shù)） mfmUkmfm角頻率偏移的最大值由調制信號的最大值（即調制信號的振幅）決定 。調制

2、信號的頻率變大時，最大相位偏移會減小。 (a) 調制信號 (b) 瞬時角頻率 (c) 瞬時相位偏移 (d) 調頻波瞬時角頻率較大時，調頻信號波動加快，表現(xiàn)為調頻波的波形變得更加密集 )()()(tuktttpc調頻靈敏度，單位為 rad/V)()()(tukttttpccttukttpccdd)()()(低頻信息通過對高頻調頻波的瞬時附加相移的影響而被高頻調頻波所攜帶 。 )(cos)(tuktUtupcmPM )cos()(tUtum tmttUkttpcmpccos)cos()()sin()sin()(tttmtmcpc)cos(cos)(tmtUtupcmPM最大相位偏移（又稱為調相指數(shù)

3、） 最大角頻率偏移 mppUkmpmm相位偏移的最大值由調制信號的最大值（即調制信號的振幅）決定 。fmm調頻時寫為 (a) 調制信號 (b) 瞬時相位偏移 (c) 瞬時角頻率 (d) 調相波 調相波波形的疏密情況仍然由瞬時角頻率的大小決定 瞬時量的遞推順序如下： 調頻波： tmfctUtuttttukttu0)(cos)(d)()()()()(調相波： dttdttuktttupc)()()()()()(cos)(tUtum最大值之間的遞推關系如下： 調頻波： 調相波： mfmfmmmUkUpmmppmmUkmU調頻時，最大角頻率偏移與調制信號角頻率無關；調相時，最大相位偏移與調制信號角頻率

4、無關。 )sin(cos)(tmtUtufcmFM)sin(sin()sin()sin(cos()cos()(tmttmtUtufcfcmFM都是周期函數(shù)，可展開為傅立葉級數(shù)（其角頻率成分都是都是周期函數(shù)，可展開為傅立葉級數(shù)（其角頻率成分都是的整數(shù)倍）的整數(shù)倍）角頻率成分為角頻率成分為 nc再與簡諧函數(shù)相乘 在載頻的兩側以為間距分布著無限多的邊頻。 調頻（以及調相）過程是非線性頻率變換過程 )(2) 1(2mCRmBW調角波的最大相位偏移 調角波的最大角頻率偏移 1m rad)12(m 2CRBW對于窄帶調角波，除載頻外需要考慮的邊頻只有一對，其頻譜結構與普對于窄帶調角波，除載頻外需要考慮的邊

5、頻只有一對，其頻譜結構與普通調幅波相同。但為何一個成為調角波，另一個卻是普通調幅波呢？通調幅波相同。但為何一個成為調角波，另一個卻是普通調幅波呢？)cos(cos)(tmtUtupcmPM )cos(sin()sin()cos(cos()cos(tmttmtUpcpcm)sin()cos()cos()(ttmtUtucpcmPM)cos()cos()cos()cos()cos(1)(ttmUtUttmUtucamcmcamAM緩變的相量緩變的相量 電路符號電路符號 高頻等效電容高頻等效電容 nBjjUuCC)1(0 二極管結電容 無外加電壓時的結電容 PN結的內建電壓 變容指數(shù) )(tuUuQ

6、 u為正向壓降，但變容二極管一般為正向壓降，但變容二極管一般處于反偏狀態(tài)，并且所加電壓為靜處于反偏狀態(tài)，并且所加電壓為靜態(tài)偏壓與調制信號之和，故有：態(tài)偏壓與調制信號之和，故有： uCjonBjjUuCC)1(0 )(tuUuQ njQjxCC)1 ( 施加反向靜態(tài)偏壓時所獲得的結電容 nBQjjQUUCC)1 (0歸一化的調制電壓 QBUUtux)()(tujC調制信號調制信號變容二極管結電容變容二極管結電容 含變容二極管諧振回路的典型結構 直流及低頻通路 高頻通路 低頻短路、高頻開路 低頻開路、高頻短路 低頻開路、高頻短路 并聯(lián)諧振回路 變容二極管獲得了適當?shù)姆聪蜢o態(tài)偏壓，而調制信號也能夠有

7、效地加入 2)1(1)(ncjxLCt 施加靜態(tài)偏壓時的振蕩角頻率，即未受調制時的振蕩角頻率，即載波角頻率jQcLC1 QBccUUtuxt)(1)1()( )(2)(21)21()(tuUUnUUtunxntQBccQBcc 調頻靈敏度為調頻靈敏度為 QBcUUnkf 12 最大角頻率偏為最大角頻率偏為QBmcmUUUn 2 對于直接調頻電路而言，因調制而產生的最大角頻偏與對于直接調頻電路而言，因調制而產生的最大角頻偏與載波角頻率成正比。這一點與間接調頻電路是不同的。載波角頻率成正比。這一點與間接調頻電路是不同的。 對于諧振回路而言，對于諧振回路而言，Cj可以部分接入。此時施加到變容二極管的

8、調制可以部分接入。此時施加到變容二極管的調制電壓對整個諧振回路的影響會減小，因而調頻靈敏度將降低，但非線電壓對整個諧振回路的影響會減小，因而調頻靈敏度將降低，但非線性失真及頻率不穩(wěn)定性也會有所削弱。性失真及頻率不穩(wěn)定性也會有所削弱。 變容二極管部分接入變容二極管部分接入回路的直接調頻電路回路的直接調頻電路 高頻交流通路高頻交流通路 電容三點式電容三點式振蕩器振蕩器 變容二極管變容二極管晶體振蕩器直晶體振蕩器直接調頻電路接調頻電路 高頻交流通路高頻交流通路 它是一個電容三點式振蕩器，同時又是一個并聯(lián)型晶體振蕩器 tpcmpcmottukktUtuktUtu01d)(cos)(cos)( 調頻波的

9、標準形式為調頻波的標準形式為 ： tfcmttuktU0d)(cos pfkkk1 實現(xiàn)間接調頻所需的積分電路可以采用實現(xiàn)間接調頻所需的積分電路可以采用簡單簡單RC積分電路。積分電路。 1 RC時，大部分電壓加在電阻上，故：時，大部分電壓加在電阻上，故：RitutuR )()( dt)(1dt1)(tuRCiCtuRCk11 積分系數(shù) )sin()cos()cos()(ttmtUtucpcmPM )2cos()cos()cos( ttmUtUcpmcm mcmXjHY )( )(cH 如果網(wǎng)絡中存在可變電抗元件，如果網(wǎng)絡中存在可變電抗元件，由于它的電抗元件參數(shù)受到低頻由于它的電抗元件參數(shù)受到低

10、頻調制信號的控制，因而調制信號的控制，因而低頻調制低頻調制信號控制了網(wǎng)絡的傳輸函數(shù)信號控制了網(wǎng)絡的傳輸函數(shù)使高頻輸出信號振幅和相位都受到低頻調制信號的控制，成為調相使高頻輸出信號振幅和相位都受到低頻調制信號的控制，成為調相-調幅波。調幅波。 ()( )()()ccHcH jutH j輸出信號振幅網(wǎng)絡中可變電抗元件網(wǎng)絡傳輸函數(shù)輸出信號的相位調相調相調幅調幅 mcmXjHY )( )(cH 如果網(wǎng)絡中存在可變電抗元件，如果網(wǎng)絡中存在可變電抗元件，由于它的電抗元件參數(shù)受到低頻由于它的電抗元件參數(shù)受到低頻調制信號的控制，因而調制信號的控制，因而低頻調制低頻調制信號控制了網(wǎng)絡的傳輸函數(shù)信號控制了網(wǎng)絡的傳

11、輸函數(shù)調相調相調幅調幅 如果選擇適當?shù)木W(wǎng)絡元件參數(shù)，并對調制信號的變化范圍作出一定如果選擇適當?shù)木W(wǎng)絡元件參數(shù)，并對調制信號的變化范圍作出一定限制，限制，可以使網(wǎng)絡傳輸函數(shù)的?；静蛔兛梢允咕W(wǎng)絡傳輸函數(shù)的?；静蛔?，于是輸出信號的振幅基本，于是輸出信號的振幅基本上不隨調制信號的變化而變化，上不隨調制信號的變化而變化，輸出信號就成為調相波輸出信號就成為調相波。此網(wǎng)絡就成。此網(wǎng)絡就成為調相電路，稱為為調相電路，稱為可變相移法調相電路可變相移法調相電路，又稱可控相移網(wǎng)絡。，又稱可控相移網(wǎng)絡。 RLC并聯(lián)諧振回路是一個線性網(wǎng)絡，當它的激勵信號是載波電流時，傳并聯(lián)諧振回路是一個線性網(wǎng)絡，當它的激勵信號是載

12、波電流時，傳輸函數(shù)就是阻抗輸函數(shù)就是阻抗 ，如果將其中的并聯(lián)電容取為變容二極管，并且，如果將其中的并聯(lián)電容取為變容二極管，并且適當選取元件參數(shù)，此網(wǎng)絡就成為可變相移法調相電路。適當選取元件參數(shù)，此網(wǎng)絡就成為可變相移法調相電路。 )(cjZ 未加調制信號時，諧振未加調制信號時，諧振角頻率為角頻率為: 阻抗的大小隨諧振角頻率的變化曲線阻抗的大小隨諧振角頻率的變化曲線 阻抗角隨諧振角頻率的變化曲線阻抗角隨諧振角頻率的變化曲線 jQQLC10調節(jié)相關的元件參數(shù)，可調節(jié)相關的元件參數(shù)，可以使未加調制信號時的諧以使未加調制信號時的諧振角頻率振角頻率 cQ0加調制信號之后,結電容隨調制信號的變化而變化，導致

13、諧振角頻率0隨調制信號的變化而變化基本不變變化較快 C對于高頻是短路對于高頻是短路的的;并且對于調制信號并且對于調制信號而言它的容抗也足夠而言它的容抗也足夠小，因而小，因而R和和C構成積構成積分器分器 輸入載波信號經(jīng)放大后，使輸入載波信號經(jīng)放大后，使并聯(lián)諧振回路獲得電流激勵并聯(lián)諧振回路獲得電流激勵放大部分放大部分諧振部分諧振部分積分部分 ttmccos)(N倍頻器倍頻器tnntnmccos)( n倍頻器能夠改變載波角頻率和最大角頻偏，使這倍頻器能夠改變載波角頻率和最大角頻偏，使這兩者同時增大到原值的兩者同時增大到原值的n倍，但相對角頻偏倍，但相對角頻偏 不變。而且倍頻器不會影響調制信號的角頻率

14、不變。而且倍頻器不會影響調制信號的角頻率，不會改變所攜帶的低頻信息的性質。不會改變所攜帶的低頻信息的性質。 cm混頻器混頻器ttmccos)(L( )coscLmtt 混頻器能夠改變載波角頻率，但不會對最大角頻偏產混頻器能夠改變載波角頻率，但不會對最大角頻偏產生影響。由此可見，混頻后相對角頻偏生影響。由此可見，混頻后相對角頻偏 會增大。會增大。 cm一般而言，利用調頻電路產生調頻波后，可以先用倍頻一般而言，利用調頻電路產生調頻波后，可以先用倍頻器擴展其最大角頻偏，然后再用混頻器將載波角頻率降器擴展其最大角頻偏，然后再用混頻器將載波角頻率降低到需要的數(shù)值。低到需要的數(shù)值。兩次倍頻后，中心頻率為兩

15、次倍頻后，中心頻率為2MHz，最大頻偏為，最大頻偏為2kHz；經(jīng)下混頻后，中心頻率；經(jīng)下混頻后，中心頻率為為0.5MHz，最大頻偏為，最大頻偏為2kHz；再經(jīng)倍頻后，中心頻率為；再經(jīng)倍頻后，中心頻率為5MHz，最大頻偏為，最大頻偏為20kHz。而放大器的帶寬如果足夠寬的話，它不會改變調頻信號的頻率。而放大器的帶寬如果足夠寬的話，它不會改變調頻信號的頻率。 1鑒頻特性鑒頻特性2線性范圍線性范圍鑒頻特性線性部鑒頻特性線性部分的頻率變化范分的頻率變化范圍稱為線性范圍圍稱為線性范圍3鑒頻靈敏度鑒頻靈敏度鑒頻特性線性部分鑒頻特性線性部分的斜率稱為調頻靈的斜率稱為調頻靈敏度，又稱鑒頻跨敏度，又稱鑒頻跨導，

16、記為導，記為 dS 將振幅為將振幅為Xm、瞬時角頻率為、瞬時角頻率為(t)的調頻波作用在線性網(wǎng)絡上，輸出信號將的調頻波作用在線性網(wǎng)絡上，輸出信號將是振幅為是振幅為 的的調頻調頻-調幅波調幅波。這種調頻。這種調頻-調幅波的振幅與瞬時角頻調幅波的振幅與瞬時角頻率率(t)有關，有關， 或者說振幅的變化反映了瞬時角頻率的變化。或者說振幅的變化反映了瞬時角頻率的變化。線性網(wǎng)絡起到線性網(wǎng)絡起到了從頻率到振幅的變換作用了從頻率到振幅的變換作用。如果對此調頻。如果對此調頻-調幅波進行調幅波進行振幅檢波振幅檢波，就恢復，就恢復了原調制信號。了原調制信號。 mXtjH)( 由單失諧回路和二極管包絡檢波器組成。由單

17、失諧回路和二極管包絡檢波器組成。在輸入調頻波的情況下，所謂失諧是指諧振回路與調頻波的載波失諧。在輸入調頻波的情況下，所謂失諧是指諧振回路與調頻波的載波失諧。斜率斜率振幅振幅變換網(wǎng)絡變換網(wǎng)絡 包絡檢波包絡檢波電路電路 為了獲得近似線性的鑒頻為了獲得近似線性的鑒頻特性，應該使載波角頻率位特性，應該使載波角頻率位于中的于中的A點或點或A點。點。 檢檢波波輸輸出出電電壓壓調調幅幅波波的的振振幅幅調調頻頻-)()(tjZt ： 為了擴展鑒頻特性的線性范圍，實用的斜率鑒頻器常常采用兩個單失諧回路為了擴展鑒頻特性的線性范圍，實用的斜率鑒頻器常常采用兩個單失諧回路構成的平衡電路。構成的平衡電路。 上下兩個失諧

18、回路的幅頻特性曲線形狀相同，上下兩個失諧回路的幅頻特性曲線形狀相同，但諧振角頻率不同，分別記為但諧振角頻率不同，分別記為01和和02。 上下兩個諧振回路在相同的調頻信號作用下，產生兩個調頻上下兩個諧振回路在相同的調頻信號作用下，產生兩個調頻-調幅調幅波波u1和和u2，鑒頻器總的輸出電壓，鑒頻器總的輸出電壓 )()(21tjZtjZd 由于上下兩個回路的由于上下兩個回路的幅頻特性相互補償，因幅頻特性相互補償，因而使雙失諧回路斜率鑒而使雙失諧回路斜率鑒頻器的失真減小。頻器的失真減小。 )(1tu調調頻頻波波)()()( HjejHjH )(2tu調調頻頻調調相相波波 產生了與瞬時頻率有關的附產生了

19、與瞬時頻率有關的附加相移加相移)(tH )(tuHo ：鑒鑒相相器器輸輸出出電電壓壓 )(t 利用鑒相來利用鑒相來實現(xiàn)鑒頻，故實現(xiàn)鑒頻，故稱相位鑒頻器稱相位鑒頻器 乘積型相位鑒頻器由乘積型相位鑒頻器由頻率頻率-相位變換網(wǎng)絡相位變換網(wǎng)絡和和乘積型鑒相器乘積型鑒相器構成。構成。(1)乘積型鑒相器乘積型鑒相器 由模擬乘法器和低通濾波器構成由模擬乘法器和低通濾波器構成 tmttUtu011d)(cos)( tHmtttUtu022)(d)(cos)( tHmmMHmmMotttUUAtUUAu02121)(d)(2cos21)(cos21 僅與附加相移有關的低頻信號 高頻項 )(cos2121tUUA

20、uHmmMo (2)單諧振回路頻相變換網(wǎng)絡單諧振回路頻相變換網(wǎng)絡 kQHH2)()(假定在假定在Q Q附近，附近，頻相變換網(wǎng)絡的相頻特性為：頻相變換網(wǎng)絡的相頻特性為： 則則整個乘積型相位鑒頻器整個乘積型相位鑒頻器（即（即頻率頻率-相位變換網(wǎng)絡相位變換網(wǎng)絡連同連同乘積型鑒相器乘積型鑒相器）的輸出為：）的輸出為： )sin(212cos212121 kUUAkUUAummMmmMo正弦鑒頻特性，可以近似為線性鑒頻 是頻相變換網(wǎng)絡的設計目標，說明固定相移是不可缺少的 固定相移 與頻率有關的相移 )sin(2121 kUUAkmmM低低頻頻輸輸出出電電壓壓與與頻頻率率有有關關的的相相移移角角頻頻率率的

21、的變變化化：單諧振回路頻相變換網(wǎng)絡單諧振回路頻相變換網(wǎng)絡 211111()1111uj CRj LuAjuj Cj CRj LLCCjRCj1111 0011)(eujQRCjjA)(110CCL LRQe0 其中其中在在0附近附近 001021)( euQjRCjjA相頻特性為相頻特性為 0000)(22)(22)( eezQQarctg乘積型鑒相器的輸出（也就是整個乘積型相位鑒頻器的輸出）為乘積型鑒相器的輸出（也就是整個乘積型相位鑒頻器的輸出）為 002121)(2sin21)(cos21 emmMZmmMoQUUAtUUAu0021)( emmMQUUA由于單諧振回路頻相變換網(wǎng)絡相頻特性

22、為由于單諧振回路頻相變換網(wǎng)絡相頻特性為 0000)(22)(22)( eezQQarctg 疊加型相位鑒頻器由疊加型相位鑒頻器由頻率頻率-相位變換網(wǎng)絡相位變換網(wǎng)絡和和疊加型鑒相器疊加型鑒相器構成構成 (1)疊加型鑒相器疊加型鑒相器疊加型鑒相器是將兩個存在相位差的高頻輸入信號疊加后，再進行包絡檢波。由疊加型鑒相器是將兩個存在相位差的高頻輸入信號疊加后，再進行包絡檢波。由于于疊加后的高頻信號疊加后的高頻信號的大小與相位差有關的大小與相位差有關，因而包絡檢波后的低頻電壓值也與相，因而包絡檢波后的低頻電壓值也與相位差有關，即相位差的變化轉化為輸出電壓的變化，從而實現(xiàn)了鑒相。為了獲得位差有關，即相位差的

23、變化轉化為輸出電壓的變化，從而實現(xiàn)了鑒相。為了獲得較大的線性鑒相范圍，通常采用疊加型平衡鑒相器。較大的線性鑒相范圍，通常采用疊加型平衡鑒相器。)()()(211tututus 212( )( )( )sutu tu t+ tmttUtu011d)(cos)( tHmtttUtu022)(d)(cos)( 輸入調頻波 經(jīng)過頻率-相位變換網(wǎng)絡后得到的調頻-調相波 22)()(kQHH設設加到上下兩個包絡檢波電路的高頻輸入電壓分別為 tmtmsttUttUtututu02012112d)(cosd)(cos)()()( tmtmsttUttUtututu02012122d)(cosd)(cos)()

24、()( 2221212221222121222111sin1mmmmmmmmmmmmmsUUUUUUUUUUUUU 2221212221222121222121sin1mmmmmmmmmmmmmsUUUUUUUUUUUUU 22212121212)(mmmmdmsmsdoooUUUUuuuuu(2)疊加型相位鑒頻器實例疊加型相位鑒頻器實例 其中的頻相變換網(wǎng)絡采用了互其中的頻相變換網(wǎng)絡采用了互感耦合雙調諧回路，因此這種疊感耦合雙調諧回路，因此這種疊加型相位鑒頻器又被稱為互感耦加型相位鑒頻器又被稱為互感耦合相位鑒頻器。合相位鑒頻器。 )(21)()(211tututus2121( )( )( )2sutu tu t 兩個二極管包絡檢波器獲兩個二極管包絡檢波器獲得的高頻輸入電壓分別得的高頻輸入電壓分別: 互感耦合雙調諧回路互感耦合雙調諧回路疊加型鑒相器疊加型鑒相器112111iriMjiLju221222iriMjiLju)(1222iCju當初級和次級之間為弱耦合時，可以忽略 忽略 1111uLji12222)1()(iCLjrMji)1()(2221212CLjrLCMjuujAu互感耦合雙調諧回路互感耦合雙調諧回路)1()(2221212CLjrLCM