頻率調(diào)制與解調(diào)

1、頻率調(diào)制與解調(diào)第1頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四7.1 調(diào)頻信號分析 7.1.1 調(diào)頻信號的參數(shù)與波形 設調(diào)制信號為u(t)=Ucost，未調(diào)載波電壓為uC=UCcosct，頻信號的瞬時角頻率為調(diào)頻信號的瞬時相位(t)設0=0，則 式中， 為調(diào)頻指數(shù)。FM波的表示式為2第2頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四圖71 調(diào)頻波波形圖圖72 調(diào)頻波fm、mf與F的關系圖 3第3頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四 7.1.2 調(diào)頻波的頻譜 1調(diào)頻波的展開式第一類貝塞爾函數(shù)可以用無窮級數(shù)進行計算。則調(diào)頻波的級數(shù)展開式為 2調(diào)頻波的

2、頻譜結構和特點4第4頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四 圖74 單頻調(diào)制時FM波的振幅譜（a）為常數(shù);（b）m為常數(shù) 載頻分量上下有無數(shù)個邊頻分量，與載頻分量相隔為調(diào)制頻率的整數(shù)倍；mf越大，具有較大振幅的邊頻分量越多；對某些mf，載頻或某些邊頻分量振幅為0；5第5頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四 7.1.3 調(diào)頻波的信號帶寬 通常采用的準則是，信號的頻帶寬度應包括幅度大于未調(diào)載波1%以上的邊頻分量，即 Bs=2nF=2mfF=2fm 當mf很小時,如mf2 fA28第28頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四 對鑒頻器的另

3、外一個要求，就是鑒頻跨導要大。所謂鑒頻跨導D，就是鑒頻特性在載頻處的斜率，它表示的是單位頻偏所能產(chǎn)生的解調(diào)輸出電壓。鑒頻跨導又叫鑒頻靈敏度，用公式表示為29第29頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四 7.4.2 鑒頻方法 1.振幅鑒頻法 調(diào)頻波振幅恒定，故無法直接用包絡檢波器解調(diào)。將調(diào)頻信號變換成FMAM波，就可以通過包絡檢波器解調(diào)。用此原理構成的鑒頻器稱為振幅鑒頻器。其工作原理如圖727所示。 (a)振幅鑒頻器框圖；(b)變換電路特性 圖727 振幅鑒頻器原理 30第30頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四 1）直接時域微分法 設調(diào)制信號為u=f(

4、t)，調(diào)頻波為對此式直接微分可得 圖728 微分鑒頻原理31第31頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四2）斜率鑒頻法 圖730 單回路斜率鑒頻器32第32頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四圖731 雙離諧平衡鑒頻器 圖732 圖731各點波形33第33頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四圖733 雙離諧鑒頻器的鑒頻特性 雙離諧鑒頻器的輸出是取兩個帶通響應之差，即該鑒頻器的傳輸特性或鑒頻特性，如圖7-33中的實線所示。其中虛線為兩回路的諧振曲線。從圖看出，它可獲得較好的線性響應，失真較小，靈敏度也高于單回路鑒頻器。 34第34頁

5、，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四2. 相位鑒頻法 相位鑒頻法的原理框圖如圖734所示。圖中的變換電路具有線性的頻率相位轉(zhuǎn)換特性，它可以將等幅的調(diào)頻信號變成相位也隨瞬時頻率變化的、既調(diào)頻又調(diào)相的FMPM波。 圖734 相位鑒頻法的原理框圖 35第35頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四 相位鑒頻法的關鍵是相位檢波器。相位檢波器或鑒相器就是用來檢出兩個信號之間的相位差，完成相位差電壓變換作用的部件或電路。設輸入鑒相器的兩個信號分別為 同時加于鑒相器，鑒相器的輸出電壓uo是瞬時相位差的函數(shù)，即36第36頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，

6、星期四 1) 乘積型相位鑒頻法 利用乘積型鑒相器實現(xiàn)鑒頻的方法稱為乘積型相位鑒頻法或積分(Quadrature)鑒頻法。在乘積型相位鑒頻器中，線性相移網(wǎng)絡通常是單諧振回路(或耦合回路)，而相位檢波器為乘積型鑒相器，如圖735所示。 圖735 乘積型相位鑒頻法 37第37頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四 2) 疊加型相位鑒頻法 利用疊加型鑒相器實現(xiàn)鑒頻的方法稱為疊加型相位鑒頻法。對于疊加型鑒相器，就是先將u1和u2相加，把兩者的相位差的變化轉(zhuǎn)換為合成信號的振幅變化，然后用包絡檢波器檢出其振幅變化，從而達到鑒相的目的。 圖736 平衡式疊加型相位鑒頻器框圖 38第38頁，

7、共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四3. 直接脈沖計數(shù)式鑒頻法 對于脈沖或數(shù)字信號，信號頻率就是信號脈沖的個數(shù)?；谶@種原理的鑒頻器稱為零交點鑒頻器或脈沖計數(shù)式鑒頻器。 圖737 直接脈沖計數(shù)式鑒頻器 39第39頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四7.5 鑒頻電路 7.5.1 疊加型相位鑒頻電路 1.互感耦合相位鑒頻器 互感耦合相位鑒頻器，圖7-38是其典型電路。相移網(wǎng)絡為耦合回路。 圖738 互感耦合相位鑒頻器 40第40頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四 1) 頻率相位變換 頻率相位變換是由圖739(a)所示的互感耦合回路完成

8、的。由圖739(b)的等效電路可知，初級回路電感L1中的電流為圖739 互感耦合回路 考慮初、次級回路均為高Q回路，r1也可忽略。這樣，上式可近似為初級電流在次級回路產(chǎn)生的感應電動勢為41第41頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四圖740 頻率相位變換電路的相頻特性 42第42頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四 2) 相位幅度變換 根據(jù)圖中規(guī)定的 與 的極性，圖738電路可簡化為圖741。這樣，在兩個檢波二極管上的高頻電壓分別為 圖741 圖738的簡化電路 43第43頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四 合成矢量的幅度隨 與

9、 間的相位差而變化(FMPM AM信號)，如圖742所示。 f=f0=fc時，UD1 與 UD2相等，即UD1=UD2， uo為0； ff0=fc時，UD1UD2，隨著f的增加，兩者差值將加大，uo為正； ff0=fc時，UD1fc時，UD1UD2, i1i2,輸出電壓為負； 當ffc時，UD1UD2, i1i2，輸出電壓為正。49第49頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四 通過改變兩個二極管連接的方向或耦合線圈的繞向(同名端)，可以使鑒頻特性反向。另一方面，輸出電壓也可由下式導出： 比例鑒頻器輸出電壓取決于兩個檢波電容上電壓的比值；輸入信號幅度變化時，uc1及uc2相同方向變化，可保持比值基本不變，使輸出電壓不變，即限幅作用。50第50頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四 3.自限幅原理 (1)回路的無載Q0值要足夠高，以便當檢波器輸入電阻Ri隨輸入電壓幅度變化時，能引起回路Qe明顯的變化。 (2)要保證時常數(shù)(R1+R2)C大于寄生調(diào)幅干擾的幾個周期。比例鑒頻器存在著過抑制與阻塞現(xiàn)象。 圖747 減小過抑制及阻塞的措施 51第51頁，共52頁，2022年，5月20日，15點34分，星期四 7.5