第7章角度調(diào)制與解調(diào)

第7章角度調(diào)制與解調(diào)第一頁(yè)，共31頁(yè)?！?0.1概述浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路第7章角度調(diào)制與解調(diào)調(diào)頻(FM)、調(diào)相(PM)屬于兩種不同的調(diào)制方式，但已調(diào)信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式非常相似，當(dāng)頻率變化時(shí)必定存在相位的變化，相位變動(dòng)時(shí)頻率也必定隨之變動(dòng)，因此兩者統(tǒng)稱為角度調(diào)制。調(diào)頻方式：載波頻率隨調(diào)制信號(hào)的幅度作線性變化。500Hz調(diào)制信號(hào)100MHz載波信號(hào)控制其頻偏10kHz100.01MHz調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系99.99MHz第二頁(yè)，共31頁(yè)?！?0.1概述載波調(diào)制波調(diào)頻浙江海洋學(xué)院陳庭勛第7章角度調(diào)制與解調(diào)高頻電子線路調(diào)頻波形第三頁(yè)，共31頁(yè)。§10.1概述調(diào)頻波的指標(biāo)浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路分為寬帶調(diào)頻和窄帶調(diào)頻兩大類1、頻譜寬度。第7章角度調(diào)制與解調(diào)2、寄生調(diào)幅0t寄生調(diào)幅應(yīng)該越小越好。ω00ω3、抗干擾能力明顯優(yōu)于調(diào)幅信號(hào)廣播用通信用第四頁(yè)，共31頁(yè)。vFMvFM-AMvΩ§10.1概述鑒頻的方法浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路2、脈沖計(jì)數(shù)法：（脈沖式鑒頻器）第7章角度調(diào)制與解調(diào)1、波形變換法：3、與門鑒頻法：（符合門鑒頻器）vFM-AM0ttvFM00tvΩ濾形變換振幅檢波單位時(shí)間內(nèi)對(duì)過零點(diǎn)的脈沖次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。☆第五頁(yè)，共31頁(yè)?！?0.1概述鑒頻器的主要指標(biāo)浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路第7章角度調(diào)制與解調(diào)1、鑒頻跨導(dǎo)0鑒頻特性曲線+Δfm-ΔfmΔfV2、鑒頻靈敏度3、鑒頻頻帶寬度4、非線性失真指鑒頻器輸出電壓與輸入頻偏的比值。指鑒頻器正常工作所需的輸入調(diào)頻波幅度。指鑒頻器的2Δfm值。要求2Δfm大于輸入調(diào)頻波頻偏的兩倍。如FM波段的頻偏為±75kHz，則鑒器的帶寬應(yīng)達(dá)到200kHz以上。鈄率第六頁(yè)，共31頁(yè)。θ(t)§10.2

調(diào)角波的性質(zhì)瞬時(shí)頻率與瞬時(shí)相位浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路第7章角度調(diào)制與解調(diào)設(shè)t時(shí)刻的相位角為θ(t)瞬時(shí)角頻率為：調(diào)角波的頻率一般是連續(xù)變化的。瞬時(shí)頻率就是相位角的變化率。tvFM0tf(t)f1f2實(shí)軸ω(t)Vm第七頁(yè)，共31頁(yè)。調(diào)制信號(hào)為vΩ(t)

，載波信號(hào)為§10.2調(diào)角波的性質(zhì)調(diào)頻波和調(diào)相波的數(shù)學(xué)表達(dá)式浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路第7章角度調(diào)制與解調(diào)調(diào)頻調(diào)相調(diào)頻時(shí)載波的瞬時(shí)頻率ω(t)隨vΩ(t)成線性變化。調(diào)相時(shí)載波的瞬時(shí)相位θ(t)隨vΩ(t)成線性變化。稱為頻移稱為相移最大頻移量稱為頻偏最大相移量稱為調(diào)制指數(shù)？第八頁(yè)，共31頁(yè)?！?0.2調(diào)角波的性質(zhì)調(diào)頻波和調(diào)相波的比較浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路第7章角度調(diào)制與解調(diào)當(dāng)vΩ=VΩcosΩt時(shí)0tvΩ0t0tΔωf(t)0t0tΔθf(t)Δωp(t)Δθp(t)調(diào)頻調(diào)相調(diào)頻調(diào)相相同關(guān)系式調(diào)制指數(shù)第九頁(yè)，共31頁(yè)?！?0.2調(diào)角波的性質(zhì)調(diào)頻波和調(diào)相波的頻譜和頻帶寬度浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路第7章角度調(diào)制與解調(diào)設(shè)A0=1用貝塞爾函數(shù)展開后可以得出如下規(guī)律：1、載頻分量的上、下邊頻含有無數(shù)個(gè)調(diào)制頻率整數(shù)倍的分量。2、調(diào)制指數(shù)mf越大，具有較大振幅的邊頻分量就越多。3、邊頻中隨調(diào)制頻率諧波次數(shù)增加，其振幅減小。4、調(diào)頻前后平均功率不變，調(diào)頻時(shí)能量向邊頻分量轉(zhuǎn)移。？第十頁(yè)，共31頁(yè)。§10.3調(diào)頻方法概述浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路直接調(diào)頻第7章角度調(diào)制與解調(diào)如載波由LC振蕩器產(chǎn)生，可以用調(diào)制信號(hào)vΩ(t)去控制其中的電感元件或電容元件的參數(shù)。要求：調(diào)頻時(shí)載波的瞬時(shí)頻率ω(t)隨vΩ(t)成線性變化。用調(diào)制信號(hào)直接線性地改變載波振蕩的瞬時(shí)頻率ω(t)。LC第十一頁(yè)，共31頁(yè)?！?0.3調(diào)頻方法概述間接調(diào)頻浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路第7章角度調(diào)制與解調(diào)依據(jù)調(diào)頻波的相移關(guān)系式：載波振蕩器調(diào)制信號(hào)緩沖器調(diào)相器積分器調(diào)頻波輸出可以用晶振穩(wěn)定中心頻率第十二頁(yè)，共31頁(yè)?！?0.4變?nèi)荻O管調(diào)頻基本原理浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路結(jié)電容Cj隨二極管電壓vR(t)的調(diào)整而變化，非線性關(guān)系。第7章角度調(diào)制與解調(diào)變?nèi)荻O管的特性方程：把變?nèi)荻O管作為振蕩回路中的一部分.V0vR=-[VCC-V-vΩ(t)]V+vΩ0vRCjC0VCC在小幅度工作時(shí)，振蕩頻率與調(diào)制信號(hào)近似為線性關(guān)系。第十三頁(yè)，共31頁(yè)?！?0.4變?nèi)荻O管調(diào)頻電路分析——回路總電容變化量浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路當(dāng)調(diào)制信號(hào)為vΩ(t)=VΩcosΩt時(shí)第7章角度調(diào)制與解調(diào)回路總電容變化量：調(diào)制因素L1C1CcCj調(diào)制深度第十四頁(yè)，共31頁(yè)。§10.4變?nèi)荻O管調(diào)頻(1+mcosΩt)γ的近似處理浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路m＜1，作泰勒級(jí)數(shù)展開：

第7章角度調(diào)制與解調(diào)取前四項(xiàng)A0L1C1CcCjA1A2A3成立條件：頻偏要小，即ΔC值小。第十五頁(yè)，共31頁(yè)。§10.4變?nèi)荻O管調(diào)頻ΔC(t)與調(diào)制信號(hào)的近似關(guān)系浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路第7章角度調(diào)制與解調(diào)其中：L1C1CcCj第十六頁(yè)，共31頁(yè)。§10.4變?nèi)荻O管調(diào)頻ΔC(t)引起振蕩頻率的變化浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路第7章角度調(diào)制與解調(diào)變?nèi)荻O管與振蕩回路之間的接入系數(shù)：L1C1CcCj依據(jù)關(guān)系式：第十七頁(yè)，共31頁(yè)?！?0.4變?nèi)荻O管調(diào)頻ΔC(t)引起振蕩頻率的偏移浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路第7章角度調(diào)制與解調(diào)有用頻偏L1C1CcCj1）與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系，最大頻偏為：2）與調(diào)制信號(hào)二、三次諧波成線性關(guān)系，最大頻偏分別為：二、三次非線性失真不希望出現(xiàn)的頻偏3）中心頻率的偏移：引起頻率不穩(wěn)定的因素之一第十八頁(yè)，共31頁(yè)。§10.4變?nèi)荻O管調(diào)頻ΔC(t)引起的非線性失真浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路第7章角度調(diào)制與解調(diào)線性調(diào)頻：在小頻偏時(shí)，若γ=1，非線性失真和中心頻率偏移為零。在大頻偏時(shí)，若γ=2，可實(shí)現(xiàn)近似線性調(diào)頻。L1C1CcCj二次非線性失真系數(shù)為：三次非線性失真系數(shù)為：總的非線性失真系數(shù)為：第十九頁(yè)，共31頁(yè)。振蕩器指標(biāo)為：f0=50MHz，振幅為5V，回路總電容C=30PF，靜態(tài)工作電壓V0=4V，靜態(tài)點(diǎn)的電容C0=75PF，接入系數(shù)p=0.2，要求最大頻移為Δf1=75kHz，調(diào)制靈敏度VΩs≤500mV。試估計(jì)中心頻率偏移和非線性失真。（選用2CC1C變?nèi)荻O管，其）§10.4變?nèi)荻O管調(diào)頻計(jì)算舉例：浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路第7章角度調(diào)制與解調(diào)L1C1CcCjK→A1→m→A0→A2→A3→Δf→k第二十頁(yè)，共31頁(yè)。（變?nèi)荻O管）§10.4變?nèi)荻O管調(diào)頻浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路第7章角度調(diào)制與解調(diào)應(yīng)用實(shí)例：第二十一頁(yè)，共31頁(yè)?！?0.5晶體振蕩器直接調(diào)頻浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路用于頻率穩(wěn)定度要求較高的場(chǎng)合第7章角度調(diào)制與解調(diào)晶體振蕩器與變?nèi)荻O管相并聯(lián)或串聯(lián)。100PFL1T130kVCCT2100PF30PF27PF1μFL220k100Ω3k+9V100Ω串聯(lián)型直接調(diào)頻電路實(shí)例第二十二頁(yè)，共31頁(yè)?！?0.6間接調(diào)頻：由調(diào)相實(shí)現(xiàn)調(diào)頻利用調(diào)諧回路調(diào)相浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路最大調(diào)制指數(shù)：第7章角度調(diào)制與解調(diào)用調(diào)制信號(hào)控制諧振回路電感，或控制變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)調(diào)相。當(dāng)放大器的負(fù)載回路諧振時(shí)，輸入輸出電壓反相。當(dāng)調(diào)諧回路失諧時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加相移φ。LC第二十三頁(yè)，共31頁(yè)?！?0.6間接調(diào)頻：由調(diào)相實(shí)現(xiàn)調(diào)頻利用移相網(wǎng)絡(luò)調(diào)相Vo與Vi之間的相移：浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路第7章角度調(diào)制與解調(diào)RCVCCAB+Vi-+VO-ABViVCVR-2ViVoφ時(shí)，第二十四頁(yè)，共31頁(yè)?！?0.6間接調(diào)頻：由調(diào)相實(shí)現(xiàn)調(diào)頻矢量合成法調(diào)相浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路第7章角度調(diào)制與解調(diào)0ω0ω第二十五頁(yè)，共31頁(yè)。§10.6間接調(diào)頻：由調(diào)相實(shí)現(xiàn)調(diào)頻間接調(diào)頻的實(shí)現(xiàn)積分器浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路第7章角度調(diào)制與解調(diào)f0Δf調(diào)制信號(hào)輸入平衡調(diào)幅器相移器π/2緩沖級(jí)晶體振蕩器相加器倍頻器N1混頻晶體振蕩器N1f0N1Δff0fCfC-

N1f0N1Δf為了增大頻偏為了降低載頻第二十六頁(yè)，共31頁(yè)。§10.8相位鑒頻器相位鑒頻器電路浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路第7章角度調(diào)制與解調(diào)aL1、C1和L2、C2均諧振于f0

兩個(gè)同特性檢波器當(dāng)fin＝f0時(shí)，Vab超前V12角度π/2。+V12-+V12-+Vo-D1MC3C4D2L3L2L1C1C2RRC5b扼流圈L3的感抗較大

cC5是耦合電容

當(dāng)fin＞f0時(shí)，Vab超前V12小于π/2。當(dāng)fin＜f0時(shí)，Vab超前V12大于π/2。VD1V12VD20

第二十七頁(yè)，共31頁(yè)?！?0.8相位鑒頻器相位鑒頻器的工作原理浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路第7章角度調(diào)制與解調(diào)輸出電壓等于兩個(gè)檢波電壓的平均值之差a+V12-+V12-+Vo-D1MC3C4D2L3L2L1C1C2RRC5bcVD1V12VD20

VD1V12VD20

VD1V12VD20

fin＝f0fin＞f0fin＜f0第二十八頁(yè)，共31頁(yè)?！?0.8相位鑒頻器相位鑒頻器回路的參數(shù)選擇浙江海洋學(xué)院陳庭勛高頻電子線路第7章角度調(diào)制與解調(diào)廣義失諧：0123456ξ峰值點(diǎn)發(fā)生在ξ=η處參數(shù)計(jì)算0.50.40.30.20.1ψ回路品質(zhì)因數(shù)：Ψ隨ξ、η變化關(guān)系η=0.51342級(jí)間耦合系數(shù)：級(jí)間耦合因數(shù)：η=kQL回路諧振電阻：C取20P～30P第二十九頁(yè)，共31頁(yè)。+V`o

-§10.8比例鑒頻