高頻電子電路6.3

1、 鑒相器是用來比較兩個(gè)鑒相器是用來比較兩個(gè)同頻輸入電壓同頻輸入電壓 和和 的相位，而輸?shù)南辔?，而輸出電壓出電?是兩個(gè)輸入電壓相位差的函數(shù)，是兩個(gè)輸入電壓相位差的函數(shù)， )(1tu)(2tu)(0tu即即)()()(21ttftuo )(tuO當(dāng)當(dāng)線性鑒相的情況下，輸出電壓線性鑒相的情況下，輸出電壓 與兩個(gè)輸入電壓的瞬時(shí)相位差成正比。與兩個(gè)輸入電壓的瞬時(shí)相位差成正比。 鑒相器鑒相器)()(11ttu )()(22ttu )(tuo 鑒相器可實(shí)現(xiàn)鑒相器可實(shí)現(xiàn)PM信號的解調(diào)，但信號的解調(diào)，但也廣泛用于解調(diào)也廣泛用于解調(diào)FM信號信號，以，以及及鎖相技術(shù)及頻率合成技術(shù)鎖相技術(shù)及頻率合成技術(shù)中。如在以后

2、介紹的中。如在以后介紹的相移鑒頻器相移鑒頻器和和正交正交鑒頻器鑒頻器都有具體應(yīng)用。都有具體應(yīng)用。 鑒相器的實(shí)現(xiàn)方法：鑒相器的實(shí)現(xiàn)方法： 乘積型鑒相器乘積型鑒相器 疊加型鑒相器疊加型鑒相器 6.4.3 相位鑒頻器相位鑒頻器 （鑒相器（鑒相器phase detector）)(: )(11tut )(: )(22tut 其中：其中：的瞬時(shí)相位。的瞬時(shí)相位。的瞬時(shí)相位。的瞬時(shí)相位。)()()(21ttktuo 即即休息1休息22)(2cos)2)(cos(212cos)(cos)()()( tttUkUtUttkUtutkutuorsorosrso則相乘器的輸出信號則相乘器的輸出信號 為：為：)(tu

3、o 1 乘積型鑒相器（乘積型鑒相器（product phase detector）下圖為乘積型鑒相器的組成框圖。下圖為乘積型鑒相器的組成框圖。 設(shè)：鑒相器輸入設(shè)：鑒相器輸入PM信號。信號。 )(cos)(ttUtuoss 即：即：)()(tuktP 而而而另一輸入信號而另一輸入信號 為為的的同頻正交載波同頻正交載波。)(tur)(tus)2cos()( tUtuorr即：即：其中其中k為相乘器的乘積因子。為相乘器的乘積因子。經(jīng)低通濾波器后，輸出電壓經(jīng)低通濾波器后，輸出電壓為：為：)(tuo)(sin212)(cos21)(tUkUtUkUtursrso 可見：乘積型鑒相器具有可見：乘積型鑒相器

4、具有正弦形鑒相特性正弦形鑒相特性休息1休息2相乘器相乘器低通濾波器低通濾波器)(tur)(tuo )(tuo-)(tuo)t ( 仿真)(tus)()(21)(21)(tuKtukUKUtUkUtuPPrsrso 所以所以 注意：注意：乘積型鑒相器在電路結(jié)構(gòu)上乘積型鑒相器在電路結(jié)構(gòu)上與同步檢波器是相同的，即只要輸與同步檢波器是相同的，即只要輸入調(diào)相信號入調(diào)相信號 與與 的載波正的載波正交，同步檢波器就變成了乘積型鑒交，同步檢波器就變成了乘積型鑒相器。相器。 )(tus)(tur12| )(| t另外，如果滿足另外，如果滿足 ，則有，則有 。)()(sintt 即輸出電壓即輸出電壓 與與 成線性

5、關(guān)系，成線性關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)線性鑒相。可實(shí)現(xiàn)線性鑒相。)(tuo)(t )(tuo)(tuo下圖為疊加型鑒相器原理框圖，以下采用平衡型鑒相器為例進(jìn)行分析：下圖為疊加型鑒相器原理框圖，以下采用平衡型鑒相器為例進(jìn)行分析： 2疊加型鑒相器（疊加型鑒相器（superposition phase detector）相加器相加器包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器相加器相加器相加器相加器 包絡(luò)包絡(luò)檢波器檢波器 包絡(luò)包絡(luò)檢波器檢波器相加器相加器)(tur)(tus )(tus )(tur)(1tud)(2tud)(tus設(shè)輸入調(diào)相波設(shè)輸入調(diào)相波 為：為：)(sin)(ttUtuoss )()(tuktp )(tus2sin)(

6、 tUtuorr而同頻正交載波信號為：而同頻正交載波信號為： )()()()(21tutuututuusdsrd 則：則：利用矢量圖可得合成電壓振幅利用矢量圖可得合成電壓振幅 )(sin2)(sin2222221tUUUUUtUUUUUrsrsdrsrsd )(tus )(tus )(tur)(1tud)(2tud )(tuo)(tus)(1tud)(2tud)(tur)t ( )(tus 如果設(shè)包絡(luò)檢波器的傳輸系數(shù)為如果設(shè)包絡(luò)檢波器的傳輸系數(shù)為Kd1=Kd2=Kd，則兩個(gè)包絡(luò)檢波器，則兩個(gè)包絡(luò)檢波器的輸出電壓為：的輸出電壓為： 2211ddoddoUKuUKu（為調(diào)相調(diào)幅波）（為調(diào)相調(diào)幅波）

7、)(2121dddoooUUKuutu 而而rsUU 討論：（討論：（1）當(dāng)）當(dāng))(sin1 )(sin21)(sin2)(121tUUUtUUUtUUUUUUrsrrsrrsrsrd )(sin2)()(sin1 2tUKtutUUUUsdorsrd 同同理理： )(sin2)(sin2222221tUUUUUtUUUUUrsrsdrsrsd 12| )(| t可見：這時(shí)的鑒相器具有可見：這時(shí)的鑒相器具有正弦鑒相特正弦鑒相特性，其線性鑒相范圍為：性，其線性鑒相范圍為：（2） 時(shí)，同理可推出時(shí)，同理可推出rsUU )(sin2)(tUKturdo 由討論（由討論（1），（），（2）可以看出）可

8、以看出輸出電壓輸出電壓 的大小取決于振幅小的輸入信號振幅。的大小取決于振幅小的輸入信號振幅。ou（3）當(dāng)）當(dāng) 時(shí)時(shí)rsUU )(sin12)(sin1221tUUtUUsdsd )(sin1)(sin12)(ttUKtusdo 所以：所以：仿真休息1休息2 2sin2cossin12sin2cossin1xxxxxx利用三角函數(shù)公式：利用三角函數(shù)公式：2)(sin22)(tUKtusdo 所以：所以：12|2)(| t6|)(| t而當(dāng)而當(dāng), 的范圍內(nèi)，的范圍內(nèi)，2)t(2)t(sin 所以：所以： ，可實(shí)現(xiàn)線性鑒相。，可實(shí)現(xiàn)線性鑒相。)(2)(tUKtusdo 波包絡(luò)檢波：把波包絡(luò)檢波：把A

9、MPM信號中的包絡(luò)取出。信號中的包絡(luò)取出。當(dāng)當(dāng)Us = Ur時(shí)，輸出電壓增加時(shí)，輸出電壓增加倍，且線性鑒倍，且線性鑒相范圍擴(kuò)展為相范圍擴(kuò)展為 。26 小結(jié)：平衡式鑒相器的特性：小結(jié)：平衡式鑒相器的特性：（1）由兩個(gè)工作過程構(gòu)成）由兩個(gè)工作過程構(gòu)成:Us與與Ur疊加所合成的信號疊加所合成的信號Ud1與與Ud2，實(shí)現(xiàn)了，實(shí)現(xiàn)了PM AMPM的變換的變換（2）當(dāng)當(dāng)UsUr，或，或U rUs時(shí)，時(shí)，12 輸出電壓輸出電壓Uo (t)的大小決定于小的輸入信號，且的大小決定于小的輸入信號，且線性范圍為線性范圍為休息1休息2uFM 一一 電路結(jié)構(gòu)和基本原理電路結(jié)構(gòu)和基本原理3. 互感耦合相位鑒頻器互感耦合相

10、位鑒頻器 由二個(gè)部分組成：由二個(gè)部分組成：1,移相網(wǎng)絡(luò)：移相網(wǎng)絡(luò)：互感為互感為M的初，次級雙調(diào)諧耦合的初，次級雙調(diào)諧耦合回路組成的移相網(wǎng)絡(luò)，回路組成的移相網(wǎng)絡(luò)，u1經(jīng)移相網(wǎng)絡(luò)生成經(jīng)移相網(wǎng)絡(luò)生成PM-FM波波u2，并使并使 |U1|=|U2|+ u3 -另外，另外，u1經(jīng)耦合電容經(jīng)耦合電容CC在扼流圈在扼流圈LC上產(chǎn)生的電壓上產(chǎn)生的電壓u3=u1，故其等，故其等效電路如右下圖所示。效電路如右下圖所示。VD1C3R1C4R2VD2221u221u13uu 242131,RCVDRCVD2 包絡(luò)檢波器：包絡(luò)檢波器：組成平衡式包絡(luò)檢波器。組成平衡式包絡(luò)檢波器。兩個(gè)檢波器的輸出電壓為：兩個(gè)檢波器的輸出電

11、壓為：21ooouuu 1ou ou 2ou+u2-+u1-返回LcC2C1VD2VD1R1R2EcC4C3VTCcML2L1ud1ud2二二 工作原理分析：工作原理分析：上下檢波器的輸入端高頻電壓為：上下檢波器的輸入端高頻電壓為：如果忽略次級回路對初級回路的影響，如果忽略次級回路對初級回路的影響，則初級回路中流過則初級回路中流過L1的電流的電流 近似為：近似為：1i111111LjuLjrui 而次級回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢而次級回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢1112uLMMijE 當(dāng)忽略二極管檢波器等效輸入電阻對次級回路的影響時(shí)，次當(dāng)忽略二極管檢波器等效輸入電阻對次級回路的影響時(shí)，次級回路電流級回路

12、電流 i2為：為：)1()1(2221122222CLjruLMCLjrEi 所以：次級回路兩端電壓所以：次級回路兩端電壓u2為：為：)1(222211222CLjrCuLMjCjiu VD1C3R1C4R2VD2221u221u13uu 1ou ou 2ouud1ud221121uuud 21221uuud LcC2C1VD2VD1R1R2EcC4C3VTCcML2L1i1i2二二 工作原理分析：工作原理分析：討論討論:（1）當(dāng)輸入）當(dāng)輸入FM波瞬時(shí)頻率波瞬時(shí)頻率f 等于調(diào)頻波中心頻率等于調(diào)頻波中心頻率f o，即，即f= f o時(shí)，次級回路諧振。時(shí)，次級回路諧振。即：即：0122 CLoo

13、02201122011290 rCuLMrCuLMju 則有：則有：即有：即有：u2 超前超前u1 相位差相位差/2，由矢量圖，由矢量圖可得：可得：|Ud1|=|Ud2|)1(222211222CLjrCuLMjCjiu 1u221u221u 1du2du若設(shè)檢波器的傳輸系數(shù)為若設(shè)檢波器的傳輸系數(shù)為Kd1=Kd2=Kd。 22221111|ddddoddddoUkuKuUkuKu則有：則有：0)(2121 dddoooUUKuuu所以：所以：二二 工作原理分析：工作原理分析：)1(222211222CLjrCuLMjCjiu （2）當(dāng)瞬時(shí)頻率）當(dāng)瞬時(shí)頻率f fo 時(shí)，則有時(shí)，則有，這時(shí)，這時(shí)次

14、級回路呈次級回路呈電感性。電感性。01 CL )90(|0221122112 ZCuLMZCuLMju 注意：式中注意：式中 為為次級回路阻抗。次級回路阻抗。)1(2222CLjrZ 2221rCLarctg 為為Z2的相角。的相角。由矢量圖，由矢量圖，u2超前超前u1的相位小于的相位小于/2，且隨且隨0 相相位位差差f221u221u 1u1du2du 所以：所以：|Ud1|Ud2|0|)|(|21 dddoUUKu二二 工作原理分析：工作原理分析：)1(222211222CLjrCuLMjCjiu （3）當(dāng)）當(dāng)f fo 時(shí)，時(shí)， 次級回路呈電容性。次級回路呈電容性。 0C1L22 所以：所

15、以：)90(|022122112 CZuLMCZuLMju其中：其中：)1(2222CLjrZ 222|1|rCLarctg 相相位位差差f可見：可見：u2超前超前u1的相位差大于的相位差大于/2，且且所以有：所以有： |Ud1|Ud2| 0|)|(|21 dddoUUKu221u221u 1u1du2du二二 工作原理分析：工作原理分析：221u221u 1u1du2duf fo221u221u 1u1du2duuoo根據(jù)上述分析，相位鑒頻器具有下圖所示的鑒頻特性曲線。根據(jù)上述分析，相位鑒頻器具有下圖所示的鑒頻特性曲線。f f oou 互感耦合回路相位鑒頻器中的互感耦合回路相位鑒頻器中的耦合

16、耦合雙回路是一個(gè)頻雙回路是一個(gè)頻相變換器，它把相變換器，它把FM波波u1(t)變換成變換成PMFM波波u2(t) ，而而FM波波u1(t)與與PMFM波波u2(t)經(jīng)疊經(jīng)疊加后變換成兩個(gè)加后變換成兩個(gè)AMFM波波ud1(t)， ud2(t)經(jīng)包絡(luò)檢波器后即可恢復(fù)原調(diào)制經(jīng)包絡(luò)檢波器后即可恢復(fù)原調(diào)制信號，信號， 其過程為：其過程為：)(tuFMAMFMPMFM 檢檢波波疊疊加加耦耦合合雙雙回回路路波波波波波波 相位鑒頻器不具有自限幅作用，為了抑制調(diào)頻信號在傳輸過程中形成的相位鑒頻器不具有自限幅作用，為了抑制調(diào)頻信號在傳輸過程中形成的寄生干擾調(diào)幅的影響，一般需要在接受機(jī)中放末級電路中加限幅器，而限寄

17、生干擾調(diào)幅的影響，一般需要在接受機(jī)中放末級電路中加限幅器，而限幅器要求輸入幅器要求輸入FM信號的電壓幅值較大，約為信號的電壓幅值較大，約為13VPP，這就增加了調(diào)頻接，這就增加了調(diào)頻接收機(jī)中所需的中放和限幅放大器的級數(shù)。而收機(jī)中所需的中放和限幅放大器的級數(shù)。而比例鑒頻器具有自限幅的作用比例鑒頻器具有自限幅的作用，且只要求前級中放提供零點(diǎn)幾伏的且只要求前級中放提供零點(diǎn)幾伏的FM信號電壓就能正常工作，不需要另加信號電壓就能正常工作，不需要另加限幅放大器，這使調(diào)頻接收機(jī)的電路簡化，限幅放大器，這使調(diào)頻接收機(jī)的電路簡化，體積可能縮小，降低成本。體積可能縮小，降低成本。 一一 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)6.4.4

18、 比例鑒頻器比例鑒頻器 （ratio discriminator） 比例鑒頻器與相位鑒頻器比例鑒頻器與相位鑒頻器在電路結(jié)構(gòu)上相差很小，其在電路結(jié)構(gòu)上相差很小，其主要區(qū)別在：主要區(qū)別在： （1）在兩類鑒頻器中）在兩類鑒頻器中D2的極的極性連接相反性連接相反 （2）在）在A，B端并聯(lián)一個(gè)端并聯(lián)一個(gè)大電容大電容C0，C0與（與（R1+R2）組成較大的時(shí)間常數(shù)（約為組成較大的時(shí)間常數(shù)（約為0.10.25s）。這樣在檢）。這樣在檢波過程中波過程中A，B兩端電壓基兩端電壓基本不變，等于本不變，等于E o（3）比例鑒頻器輸出電壓不是在比例鑒頻器輸出電壓不是在A，B端，而是在中點(diǎn)端，而是在中點(diǎn)C，D端引出。端

19、引出。 EoCD返回+u1 - -+u2 - -uFM+ uo- -LcCoVTVD2VD1C2C1R1R2CcEcC4C3L1L2MRLCLAB 比例鑒頻器在輸入端的頻率比例鑒頻器在輸入端的頻率相位變換電路與和互感相位鑒頻器相位變換電路與和互感相位鑒頻器是相同的，右圖為其等效電路。是相同的，右圖為其等效電路。有：有： 12212122uuuuuudd 022112211290|ZCuLMZCuLMju其中：其中：二二 工作原理工作原理而而)1(2222CLjrZ 2221rCLarctg 如果設(shè)兩個(gè)二極管檢波器的傳輸系數(shù)為如果設(shè)兩個(gè)二極管檢波器的傳輸系數(shù)為Kd1=Kd2=Kd，則兩檢波管，則

20、兩檢波管的輸出電壓為：的輸出電壓為： |2211ddoddoUKuUKu11Roouuu |)|(|21)(212112dddooUUKuu 而比例鑒頻器的輸出電壓：而比例鑒頻器的輸出電壓：+uo1-+uo2-返回ud1ud2+E o- -+ uo - -+ u1 - -VD1C3R1C4R2VD2CLRLCo 221u 221u二二 工作原理工作原理11Roouuu |)|(|21)(212112dddooUUKuu 討論：（討論：（1）當(dāng)）當(dāng)時(shí)，時(shí)，0ff 001 cLoo)2(exp22o1122o112 jrCuLMrCuLMju 由矢量圖可得由矢量圖可得|ud1|=|ud2|，即，即

21、Ud1=Ud2 21u2ud1ud2u1-u1Ud1Ud20)(21d1d2do UUKu（2）當(dāng)）當(dāng)f fo時(shí)，則有時(shí)，則有 ，u2與與ul的相位差為的相位差為- -/2- -(t) 01 CL 由矢量圖可得由矢量圖可得|ud2|ud1|，即，即Ud2Ud1 0)(21d1d2do UUKuud1ud2u1-u1Ud1Ud2u221（3）當(dāng)）當(dāng)f|ud2|，即，即Ud1Ud2 ud1ud2u1-u121u2Ud1Ud20)(21d1d2do UUKu 由此可見，比例鑒頻器的鑒頻特性曲線如右圖所示，由此可見，比例鑒頻器的鑒頻特性曲線如右圖所示，只要工作在鑒相特性只要工作在鑒相特性的線性鑒相區(qū)，

22、就可以還原出原調(diào)制信號的線性鑒相區(qū)，就可以還原出原調(diào)制信號)(tu 三三 自限幅原理自限幅原理f=foffouo=0uo 0ffouo 0 比例鑒頻器的輸出電壓比例鑒頻器的輸出電壓uo只取決于輸入只取決于輸入FM波瞬時(shí)波瞬時(shí)頻率的變化，而與輸入頻率的變化，而與輸入FM幅度變化的大小無關(guān)。幅度變化的大小無關(guān)。 如果設(shè)輸入如果設(shè)輸入FM波的瞬時(shí)頻率不變，即波的瞬時(shí)頻率不變，即 =常量，常量，而由于傳輸過程中的寄生干擾調(diào)幅使輸入而由于傳輸過程中的寄生干擾調(diào)幅使輸入FM波的幅波的幅度發(fā)生變化。則由于度發(fā)生變化。則由于f 12121212)(21)(21ooooooooouuuuuuuuu oooooo

23、oooooooEuuuuuuEuuuuE 122121121211212121u2ud1ud2u1-u1Ud1Ud2ud1ud2u1-u1Ud1Ud2u221ud1ud2u1-u121u2Ud1Ud2fuof ofm- -fmf(t)可見，可見， 幾幾乎乎不不變變不不變變波波振振幅幅當(dāng)當(dāng)ooooodduuuuuuuFM 212121另外，當(dāng)輸入另外，當(dāng)輸入FM波的瞬時(shí)頻率變化時(shí)，即有：波的瞬時(shí)頻率變化時(shí)，即有： odduuuf21| 返回一一 電路組成框圖電路組成框圖 /2移相移相相乘器相乘器 低通低通濾波器濾波器電路由電路由移相器移相器，相乘器相乘器和和低通濾波器低通濾波器三部分組成三部分組

24、成)(tuFM)(tur)(tuo)(tuo 輸入信號輸入信號一般來自調(diào)頻接一般來自調(diào)頻接收機(jī)中放限幅器電路（中頻載波為收機(jī)中放限幅器電路（中頻載波為6.5MHZ或或10.7MHZ）的中頻）的中頻FM信號，信號，參考信號參考信號 和和 同步正交，即同步正交，即 與與 在載頻上有在載頻上有/2的固定相位差。的固定相位差。 )(tuFM)(tuFM)(tur)(tuFM)(tur二二 正交鑒頻器的性能分析正交鑒頻器的性能分析sincos)(tmtUtufoFM 而經(jīng)而經(jīng) /2移相后的移相后的 信號，對載頻有固定信號，對載頻有固定/2相移，但對各相移，但對各邊頻分量（邊頻分量（）則產(chǎn)生相位遲延）則產(chǎn)

25、生相位遲延，即，即 )(tur no 6.4.5 移相乘積鑒頻器移相乘積鑒頻器設(shè)輸入設(shè)輸入FM波波 為單一頻率調(diào)制的信號，即為單一頻率調(diào)制的信號，即)(tuFM)(sinsin)(sin2cos)( tmtUtmtUtuforforr 所以：相乘器的輸出電壓所以：相乘器的輸出電壓 為：為：)(tuo sin)(sin2sin21)sin)(sinsin21sincos)(sinsin)()(tmtmtkUUttmkUUtmttmtkUUtukutufforfrfoforrFMo 經(jīng)低通濾波器后，濾除經(jīng)低通濾波器后，濾除 分量，并由三角函數(shù)公式：分量，并由三角函數(shù)公式： o 22cos2sin2

26、sinsinyxyxyx )21cos(2sin2sin21 tmkUUufro所以有：所以有： 又因?yàn)橛忠驗(yàn)?通常通常 ，所以，所以1 22sin ) 1( ,)2(cos21)2(cos21)21(cossin21 ffrfromtkUtmkUUtmkUUu 可見，可見，正交鑒頻器的輸出電壓正交鑒頻器的輸出電壓Uo就是原調(diào)制信號電壓，只是增加了一個(gè)就是原調(diào)制信號電壓，只是增加了一個(gè)附加的固定相移（附加的固定相移（）/2，這是通過線性網(wǎng)絡(luò)傳輸而形成的時(shí)間延遲。，這是通過線性網(wǎng)絡(luò)傳輸而形成的時(shí)間延遲。 正交鑒頻器的核心是相乘器，便于集成化，在集成電路調(diào)頻接收機(jī)中，正交鑒頻器的核心是相乘器，便于

27、集成化，在集成電路調(diào)頻接收機(jī)中，調(diào)頻信號的解調(diào)常采用正交鑒頻器。調(diào)頻信號的解調(diào)常采用正交鑒頻器。 返回一一 調(diào)頻制中的噪聲調(diào)頻制中的噪聲以上各種調(diào)頻信號解調(diào)的原理分析中，都沒有考慮到噪聲的干擾，以上各種調(diào)頻信號解調(diào)的原理分析中，都沒有考慮到噪聲的干擾，實(shí)際實(shí)際上，信道內(nèi)存在著的干擾和噪聲是不可避免的，與有用信號一起加到解調(diào)器上，信道內(nèi)存在著的干擾和噪聲是不可避免的，與有用信號一起加到解調(diào)器，使解調(diào)器輸出除了有用信號外，必然伴有干擾和噪聲，使解調(diào)器輸出除了有用信號外，必然伴有干擾和噪聲，這將影響信號的傳這將影響信號的傳輸質(zhì)量，輸質(zhì)量，在嚴(yán)重情況下，當(dāng)輸出信噪比較小時(shí)，有用信號甚至?xí)蜎]在干擾在嚴(yán)

28、重情況下，當(dāng)輸出信噪比較小時(shí)，有用信號甚至?xí)蜎]在干擾和噪聲中，和噪聲中，因此要求各種解調(diào)方式應(yīng)具有優(yōu)良的抗噪聲性能。因此要求各種解調(diào)方式應(yīng)具有優(yōu)良的抗噪聲性能。解調(diào)器解調(diào)器低通濾波器低通濾波器輸出輸出 信號信號+噪聲噪聲+干擾干擾)()(tutunFM解調(diào)器抗噪聲的能力通常用解調(diào)器的輸出信噪比來度量：解調(diào)器抗噪聲的能力通常用解調(diào)器的輸出信噪比來度量： 輸出信噪比輸出信噪比=輸出信號功率輸出信號功率PSO/ 輸出噪聲平均功率輸出噪聲平均功率P n o由于在實(shí)際信號中存在著各種形式的干擾和噪聲，是十分復(fù)雜的由于在實(shí)際信號中存在著各種形式的干擾和噪聲，是十分復(fù)雜的，而調(diào)制信號的解調(diào)本身是一個(gè)非線性

29、的過程，使分析和計(jì)算復(fù)，而調(diào)制信號的解調(diào)本身是一個(gè)非線性的過程，使分析和計(jì)算復(fù)雜化，本課程在此只引用有關(guān)結(jié)論。雜化，本課程在此只引用有關(guān)結(jié)論。 6.5 調(diào)頻制的抗干擾性及特殊電路調(diào)頻制的抗干擾性及特殊電路 BFMBFM /2P n oPs o如圖所示，如圖所示，如果輸入鑒頻器的噪聲功率譜密如果輸入鑒頻器的噪聲功率譜密度為均勻分布的白噪聲，那么經(jīng)鑒頻器輸出度為均勻分布的白噪聲，那么經(jīng)鑒頻器輸出的噪聲功率譜密度將隨調(diào)制頻率的增加而呈的噪聲功率譜密度將隨調(diào)制頻率的增加而呈平方律增加。平方律增加。 在調(diào)頻廣播中傳送的語音信號的能量大部分在調(diào)頻廣播中傳送的語音信號的能量大部分集中在低頻端，而在集中在低頻

30、端，而在調(diào)制信號高頻端信號功調(diào)制信號高頻端信號功率譜最小，相反鑒頻器輸出的噪聲功率譜密率譜最小，相反鑒頻器輸出的噪聲功率譜密度卻在調(diào)制信號的高頻端最大，這就使度卻在調(diào)制信號的高頻端最大，這就使得鑒得鑒頻器輸出的調(diào)制信號高頻端的輸出信噪比嚴(yán)頻器輸出的調(diào)制信號高頻端的輸出信噪比嚴(yán)重惡化，為改善鑒頻器在調(diào)制信號高頻端的重惡化，為改善鑒頻器在調(diào)制信號高頻端的輸出信噪比，輸出信噪比，可以人為的在調(diào)頻發(fā)送端提升可以人為的在調(diào)頻發(fā)送端提升調(diào)制信號調(diào)制信號中的高頻分量，即這就是在中的高頻分量，即這就是在調(diào)頻發(fā)射中接入預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)的原因。調(diào)頻發(fā)射中接入預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)的原因。)(tu 2鑒頻器的輸出信噪比與輸入信噪比之

31、間的關(guān)系鑒頻器的輸出信噪比與輸入信噪比之間的關(guān)系理論上可以推出理論上可以推出： )PP)(1m(m3PPnisif2fnoso 1鑒頻器輸出的噪聲功率譜密度鑒頻器輸出的噪聲功率譜密度Pn if o鑒相器的鑒相器的噪聲制度增益噪聲制度增益： )1(32 ffnisinosoFMmmPPPPG 由上式可以看出，隨調(diào)制指數(shù)由上式可以看出，隨調(diào)制指數(shù)m f的增加，噪聲制度增益將急劇增加，的增加，噪聲制度增益將急劇增加，即在相同輸入信噪比的情況下，輸出信噪比增大，系統(tǒng)的抗干擾能力增大，即在相同輸入信噪比的情況下，輸出信噪比增大，系統(tǒng)的抗干擾能力增大，但同時(shí)但同時(shí)BFM=2（mf+1）F max也增加，這

32、表明也增加，這表明調(diào)頻系統(tǒng)抗干擾性能的改善，調(diào)頻系統(tǒng)抗干擾性能的改善，是以增加是以增加FM信號的傳輸帶寬為代價(jià)的。信號的傳輸帶寬為代價(jià)的。 即當(dāng)即當(dāng) FMnosofnisiBPPmPP抗抗干干擾擾能能力力常常量量如如果果返回 以上的討論是在輸入信噪比較大的情況下進(jìn)行的，以上的討論是在輸入信噪比較大的情況下進(jìn)行的，當(dāng)輸入信噪比較低，當(dāng)輸入信噪比較低，而小于一定的門限數(shù)值時(shí)，鑒頻器的輸出信噪比將急劇惡化，有用信號甚至而小于一定的門限數(shù)值時(shí)，鑒頻器的輸出信噪比將急劇惡化，有用信號甚至完全淹沒在噪聲中，而無法正常接收，這種現(xiàn)象叫做鑒頻器的門限效應(yīng)。完全淹沒在噪聲中，而無法正常接收，這種現(xiàn)象叫做鑒頻器的

33、門限效應(yīng)。為了建立調(diào)頻信號解調(diào)時(shí)門限效應(yīng)的概念，設(shè)鑒頻器輸入未加調(diào)制的載為了建立調(diào)頻信號解調(diào)時(shí)門限效應(yīng)的概念，設(shè)鑒頻器輸入未加調(diào)制的載波信號，如果改變載頻信號的振幅，則相當(dāng)于改變鑒頻器輸入端的信噪比波信號，如果改變載頻信號的振幅，則相當(dāng)于改變鑒頻器輸入端的信噪比二二 調(diào)頻信號解調(diào)的門限效應(yīng)調(diào)頻信號解調(diào)的門限效應(yīng)（1）當(dāng)）當(dāng)UFM輸入大時(shí)，即輸入大時(shí)，即Ps i /P n i 較大較大設(shè)設(shè)uFM=UFMcos（ ） to 噪聲：噪聲：)(cos)()(0tttUtunnn 其中其中 表示隨機(jī)變化的噪聲幅度，而表示隨機(jī)變化的噪聲幅度，而 表示在表示在02范圍內(nèi)隨機(jī)變化范圍內(nèi)隨機(jī)變化的噪聲相位，的噪

34、聲相位，且且)(tUn)(tn )(tUUnFM u(t)vFM)t (n un(t)t (n un(t)t(n un(t) t (n )()()(tututunFM 由矢量圖可以看出，由矢量圖可以看出，合成矢量的幅度合成矢量的幅度 和相位和相位 變化不大，變化不大，)(tu)(t 即合成矢量是一個(gè)調(diào)幅即合成矢量是一個(gè)調(diào)幅,調(diào)角的信號，調(diào)角的信號，且且 的變化的變化 不會造成瞬不會造成瞬時(shí)頻率的突變，故對瞬時(shí)頻率變化能作出響應(yīng)的鑒頻器的輸出為小起伏的時(shí)頻率的突變，故對瞬時(shí)頻率變化能作出響應(yīng)的鑒頻器的輸出為小起伏的噪聲信號。噪聲信號。 )(t dt)t( 即即，輸入信噪比較小的情況下。合成矢量的

35、端點(diǎn)軌跡如下圖，輸入信噪比較小的情況下。合成矢量的端點(diǎn)軌跡如下圖所示，合成矢量的相位所示，合成矢量的相位 可以圍繞原點(diǎn)在可以圍繞原點(diǎn)在02范圍內(nèi)劇烈變化，由于范圍內(nèi)劇烈變化，由于瞬時(shí)頻率瞬時(shí)頻率 )(tUUnFM )t ( dttd)( 所以當(dāng)所以當(dāng) 由由0到到2突變時(shí)，會產(chǎn)生正脈突變時(shí)，會產(chǎn)生正脈沖瞬時(shí)頻率變化沖瞬時(shí)頻率變化,而當(dāng)而當(dāng) 由由2到到0突變時(shí)，突變時(shí)，會產(chǎn)生負(fù)脈沖瞬時(shí)頻率變化，會產(chǎn)生負(fù)脈沖瞬時(shí)頻率變化，)(t )(t (3) 當(dāng)當(dāng)UFM輸入較小時(shí)，輸入較小時(shí)，)(t uFMun unun鑒頻器對此正負(fù)瞬時(shí)頻率脈沖的響應(yīng)就是正鑒頻器對此正負(fù)瞬時(shí)頻率脈沖的響應(yīng)就是正負(fù)脈沖噪聲，負(fù)脈沖

36、噪聲，由此產(chǎn)生嘯叫聲，使輸出信噪由此產(chǎn)生嘯叫聲，使輸出信噪比急劇下降，這就是調(diào)頻接收門限效應(yīng)現(xiàn)象比急劇下降，這就是調(diào)頻接收門限效應(yīng)現(xiàn)象的物理解釋。的物理解釋。)t ( dt)t (d 2 由上分析可知：由上分析可知：當(dāng)輸入信噪比低于門限值時(shí)，當(dāng)輸入信噪比低于門限值時(shí)，調(diào)頻解調(diào)的抗噪聲性能嚴(yán)重惡化，并不比調(diào)幅解調(diào)頻解調(diào)的抗噪聲性能嚴(yán)重惡化，并不比調(diào)幅解調(diào)有多少優(yōu)越性，只有在門限值以上工作的調(diào)頻調(diào)有多少優(yōu)越性，只有在門限值以上工作的調(diào)頻解調(diào)器才有優(yōu)良的抗噪聲性能。解調(diào)器才有優(yōu)良的抗噪聲性能。一般鑒頻器的門限值與一般鑒頻器的門限值與m f有關(guān)，當(dāng)有關(guān)，當(dāng)m f 大時(shí)大時(shí)門限值也較大，但在不同的門限值

37、也較大，但在不同的m f下，門限值變化下，門限值變化范圍不大，大約在范圍不大，大約在811dB范圍內(nèi)變化，范圍內(nèi)變化，所以一般認(rèn)為鑒頻器的門限值約為所以一般認(rèn)為鑒頻器的門限值約為10dB左右。左右。 鑒頻器輸出噪聲功率隨調(diào)制頻率鑒頻器輸出噪聲功率隨調(diào)制頻率F的升高按拋物線規(guī)律增加，但各種的升高按拋物線規(guī)律增加，但各種消息信號（語音，音樂）它們的能量都集中在低頻端，在高頻端功率譜密消息信號（語音，音樂）它們的能量都集中在低頻端，在高頻端功率譜密度隨頻率的增高而下降。度隨頻率的增高而下降。 三三 預(yù)加重電路與去加重電路預(yù)加重電路與去加重電路因此，在調(diào)制頻率的高頻端輸出信噪比明顯下降，這對調(diào)制信號的

38、接收因此，在調(diào)制頻率的高頻端輸出信噪比明顯下降，這對調(diào)制信號的接收是不利的，為了進(jìn)一步改善調(diào)頻器的輸出信噪比，針對調(diào)頻制的特點(diǎn)，是不利的，為了進(jìn)一步改善調(diào)頻器的輸出信噪比，針對調(diào)頻制的特點(diǎn)，調(diào)制信號高頻端的信噪比采用調(diào)制信號高頻端的信噪比采用加重技術(shù)。加重技術(shù)。加重技術(shù)包括：加重技術(shù)包括：預(yù)加重：預(yù)加重：在發(fā)射端利用預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)對調(diào)制信號頻譜中的高頻成份振幅進(jìn)在發(fā)射端利用預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)對調(diào)制信號頻譜中的高頻成份振幅進(jìn)行人為提升。行人為提升。 去加重：在接收端利用去加重網(wǎng)絡(luò)，把調(diào)制信號高頻端人為提升的信去加重：在接收端利用去加重網(wǎng)絡(luò)，把調(diào)制信號高頻端人為提升的信號振幅降下來，使調(diào)制信號中，高，低頻各頻

39、率分量的振幅保持原來的比號振幅降下來，使調(diào)制信號中，高，低頻各頻率分量的振幅保持原來的比例關(guān)系，避免解調(diào)后信號的失真。例關(guān)系，避免解調(diào)后信號的失真。 采用預(yù)加重和去加重技術(shù)后，采用預(yù)加重和去加重技術(shù)后，即保證了鑒頻器在調(diào)制頻率的高，低頻端即保證了鑒頻器在調(diào)制頻率的高，低頻端都具有較高的輸出信噪比，又避免了采用預(yù)加重后造成解調(diào)信號失真。都具有較高的輸出信噪比，又避免了采用預(yù)加重后造成解調(diào)信號失真。 由于鑒頻器輸出噪聲功率譜密度是隨調(diào)制頻率由于鑒頻器輸出噪聲功率譜密度是隨調(diào)制頻率F按拋物線（平方律）規(guī)律按拋物線（平方律）規(guī)律上升，于是要求發(fā)送端的預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)使信號功率隨調(diào)制信號頻率上升，于是要求發(fā)送端的預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)使信號功率隨調(diào)制信號頻率F按按拋物線規(guī)律上升，即要求預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)應(yīng)拋物線規(guī)律上升，即要求預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)應(yīng) 滿足：滿足：22)(| )j(H| | )j(H|1預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)這對應(yīng)于一個(gè)微分電路。所以這對應(yīng)于一個(gè)微分電路。所以預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)的傳預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)的傳輸