高頻電子線路第八章角度調(diào)制和解調(diào).ppt

1,第八章 角度調(diào)制和解調(diào),8.1 概述 8.2 角波調(diào)制信號的分析 8.3 調(diào)頻信號的產(chǎn)生方法和電路 8.4 調(diào)頻信號的解調(diào)方法和電路,2,8.1 概述,調(diào)幅：載波頻率不變，振幅的變化與調(diào)制信號成線性關(guān)系，信息寄載在振幅的變化中（包絡(luò)）。,調(diào)頻: 載波振幅不變，瞬時(shí)頻率的變化與調(diào)制信號成線性關(guān)系，信息寄載在頻率的變化中。,無論調(diào)頻還是調(diào)相，都會(huì)使載波的相角發(fā)生變化，因此二者統(tǒng)稱為角度調(diào)制，或稱調(diào)角。,調(diào)頻主要用于調(diào)頻廣播、廣播電視、通信及遙測等；調(diào)相主要用于數(shù)字通信系統(tǒng)中的移相鍵控。,調(diào)頻和調(diào)相兩者有許多相同的地方，由于調(diào)相的缺點(diǎn)較多，因此在模擬通信系統(tǒng)中，一般都是用調(diào)頻制。,本章重點(diǎn)討論調(diào)頻和鑒頻。,鑒頻：調(diào)頻信號的解調(diào)。,鑒相：調(diào)相信號的解調(diào)。,調(diào)相: 載波振幅不變，瞬時(shí)相位的變化與調(diào)制信號成線性關(guān)系，信息寄載在相位的變化中。,3,8.2 角波調(diào)制信號的分析,8.2.1 瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位 8.2.2 調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式 8.2.3 調(diào)角波的波形 8.2.4 調(diào)角波的頻譜,4,8.2.1 瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位的概念,調(diào)角波的波形（等幅疏密波）：,瞬時(shí)頻率變換規(guī)律：,波形的疏密是變化的，最密集處頻率最高，最稀疏處頻率最低，每一瞬間的頻率各不相同。,調(diào)頻: 載波振幅不變，瞬時(shí)頻率的變化與調(diào)制信號成線性關(guān)系，信息寄載在頻率的變化中。,調(diào)相: 載波振幅不變，瞬時(shí)相位的變化與調(diào)制信號成線性關(guān)系，信息寄載在相位的變化中。,5,8.2.1 瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位的概念,設(shè)高頻載波信號為：,下圖是其旋轉(zhuǎn)矢量圖。,(t) t 時(shí)刻的瞬時(shí)相位, (t) 瞬時(shí)角頻率,以上兩式表示瞬時(shí)角頻率和瞬時(shí)相位的關(guān)系，是角度調(diào)制中的兩個(gè)基本關(guān)系式。,矢量在實(shí)軸上的投影為：,6,8.2.2 調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式,一、調(diào)頻（FM）信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式,載波：,調(diào)制信號：,由調(diào)頻的定義：,調(diào)頻時(shí)已調(diào)波的瞬時(shí)頻率(t)與調(diào)制信號v成線性關(guān)系，振幅不變。,即：, 0, kf,表示單位調(diào)制信號所引起的頻率偏移。,未調(diào)制載波的角頻率，是FM波的中心頻率。,調(diào)頻靈敏度，,(t),表示瞬時(shí)頻率相對載波頻率的偏移量，寄載了調(diào)制信息。,瞬時(shí)頻率偏移，簡稱頻移或頻偏。,最大頻移m：,m與調(diào)制信號的振幅成正比，與調(diào)制信號頻率無關(guān)。,7,8.2.2 調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式,一、調(diào)頻（FM）信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式,載波：,調(diào)制信號：,由調(diào)頻的定義：,調(diào)頻時(shí)已調(diào)波的瞬時(shí)頻率(t)與調(diào)制信號v成線性關(guān)系，振幅不變。,即：, 0, kf,表示單位調(diào)制信號所引起的頻率偏移。,未調(diào)制載波的角頻率，是FM波的中心頻率。,調(diào)頻靈敏度，,(t),表示瞬時(shí)頻率相對載波頻率的偏移量，寄載了調(diào)制信息。,瞬時(shí)頻率偏移，簡稱頻移。,最大頻移m。,m與調(diào)制信號的振幅成正比，與調(diào)制信號頻率無關(guān)。,由關(guān)系式：,設(shè)0=0，則有,(t),瞬時(shí)相位偏移，簡稱相移。, 最大相位偏移m (t)的最大值,調(diào)頻指數(shù),調(diào)頻波的調(diào)頻指數(shù)可大于1，而且通常應(yīng)用于大于1的情況。,調(diào)頻指數(shù)與調(diào)制信號振幅成正比，與調(diào)制頻率成反比。,對于 F = 15kHz，,如調(diào)頻廣播中，,8,調(diào)頻信號的一般表達(dá)式為：,當(dāng)調(diào)制信號為單一頻率信號：,9,二、調(diào)相（PM）信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式,載波：,調(diào)制信號：,由調(diào)相的定義：,調(diào)相時(shí)已調(diào)波的瞬時(shí)相位(t)與調(diào)制信號v成線性關(guān)系，振幅不變。,即：, 0t, kP,表示單位調(diào)制信號所引起的相位偏移。,未調(diào)制載波的相位角。,調(diào)相靈敏度，,(t),表示瞬時(shí)相位相對載波相位角0t的偏移量，寄載了調(diào)制信息。,瞬時(shí)相位偏移，簡稱相移。,最大相移m。,最大相移m稱為調(diào)相指數(shù)mP：,調(diào)相指數(shù)與調(diào)制信號振幅成正比，與調(diào)制頻率無關(guān)。,10,二、調(diào)相（PM）信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式,載波：,調(diào)制信號：,由調(diào)頻的定義：,調(diào)頻時(shí)已調(diào)波的瞬時(shí)相位(t)與調(diào)制信號v成線性關(guān)系，振幅不變。,即：, 0t, kP,表示單位調(diào)制信號振幅所引起的相位偏移。,未調(diào)制載波的相位角。,調(diào)相靈敏度，,(t),表示瞬時(shí)相位相對載波相位角0t的偏移量，寄載了調(diào)制信息。,瞬時(shí)相位偏移，簡稱相移。,最大相移m。,最大相移m稱為調(diào)相指數(shù)mP：,調(diào)相指數(shù)與調(diào)制信號振幅成正比，與調(diào)制頻率無關(guān)。,調(diào)相信號的表達(dá)式為：,當(dāng)調(diào)制信號為單一頻率信號時(shí)：,11,二、調(diào)相（PM）信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式,載波：,調(diào)制信號：,由調(diào)頻的定義：,調(diào)頻時(shí)已調(diào)波的瞬時(shí)相位(t)與調(diào)制信號v成線性關(guān)系，振幅不變。,即：, 0t, kP,表示單位調(diào)制信號振幅所引起的相位偏移。,未調(diào)制載波的相位角。,調(diào)相靈敏度，,(t),表示瞬時(shí)相位相對載波相位角0t的偏移量，寄載了調(diào)制信息。,瞬時(shí)相位偏移，簡稱相移。,最大相移m。,最大相移m稱為調(diào)相指數(shù)mP：,調(diào)相指數(shù)與調(diào)制信號振幅成正比，與調(diào)制頻率無關(guān)。,由關(guān)系式：, (t),瞬時(shí)頻率偏移, m,最大頻率偏移：,m與調(diào)制信號的振幅和頻率成正比。,12,FM、PM信號比較,13, 調(diào)制指數(shù)與最大頻移的關(guān)系：,都用調(diào)制指數(shù)m表示，則有：,不論調(diào)頻還是調(diào)相，最大頻移都等于調(diào)制指數(shù)與調(diào)制頻率之積。,FM、PM信號比較,最大相移、最大頻移與調(diào)制頻率的關(guān)系：,mf,mf,mP,mP,FM波的最大頻移mf與調(diào)制頻率無關(guān)，最大相移即調(diào)頻指數(shù)mf則與成反比。,PM波的最大頻移mP與調(diào)制頻率成正比，最大相移即調(diào)頻指數(shù)（mP）則與無關(guān)。,這是兩種調(diào)制的根本區(qū)別。,14,FM與PM信號的波形：,FM,PM,PM波與FM波相比，只是延遲了一段時(shí)間。,15,四、調(diào)頻與調(diào)相的互相轉(zhuǎn)換,在同一調(diào)制信號下，F(xiàn)M和PM波的表達(dá)式為：,間接調(diào)頻,間接調(diào)相,直接調(diào)頻,直接調(diào)相,16,例：,角調(diào)波,試確定：,（2）最大相偏；,（1）最大頻偏；,（4）此信號在單位電阻上的功率。,（3）調(diào)頻還是調(diào)相。,最大相偏：,調(diào)制指數(shù),最大角頻偏：,最大頻偏：,因?yàn)檎{(diào)制信號形式未知，不能確定是調(diào)頻還是調(diào)相。,信號在單位電阻上的功率：,17,例：,調(diào)制信號,載波,調(diào)制后瞬時(shí)頻率,問所進(jìn)行的是調(diào)頻還是調(diào)相，寫出已調(diào)波的表達(dá)式；調(diào)制指數(shù)m和最大頻偏fm各是多少？,解：,可知瞬時(shí)頻率與調(diào)制信號成線性關(guān)系，所進(jìn)行的是調(diào)頻。,最大頻偏為：,調(diào)制指數(shù),=,最大相移m,已調(diào)波的表達(dá)式為：,18,8.2.3 調(diào)角信號的頻譜和頻帶寬度,一、調(diào)頻（FM）信號的頻譜,設(shè)V0m=1，則：,利用三角公式：,載波：,調(diào)制信號：,是以mf為參數(shù)的n階第一類貝塞爾函數(shù)。,當(dāng)mf和n一定時(shí)，,為常數(shù)，可由曲線或函數(shù)表查得。,19,是以mf為參數(shù)的n階第一類貝塞爾函數(shù)。,當(dāng)mf和n一定時(shí)，,為常數(shù)，可由曲線或函數(shù)表查得。,貝塞爾 函數(shù),載頻,第一對邊頻,第二對邊頻,第三對邊頻,由單一頻率信號調(diào)制的FM波，其頻譜具有以下特點(diǎn)：,信號頻譜由載頻和無限對上、下邊頻分量0n組成。,各邊頻分量0n與載頻相隔都是調(diào)制頻率的整數(shù)倍。,載頻與各邊頻分量的的振幅=,調(diào)制指數(shù)mf越大，具有較大振幅的邊 頻分量就越多，所占的頻帶就越寬。,理論上邊頻數(shù)目是無窮大的，但對于一定的mf，當(dāng)時(shí)n mf +1時(shí)其振幅可以忽略，所以調(diào)頻信號的頻帶寬度實(shí)際上可認(rèn)為是有限的。,奇次的上、下邊頻分量符號相反。,當(dāng),時(shí)，,20,二、調(diào)頻（FM）信號的頻帶寬度,通常規(guī)定：凡是振幅小于未調(diào)制載波振幅1%的邊頻分量均可忽略不計(jì)，即保留的頻譜分量滿足|Jn（mf）|0.01；在要求不高的場合，此標(biāo)準(zhǔn)可定為： |Jn（mf）|0.1。,如果忽略小于調(diào)制信號振幅10%的邊頻分量，則頻譜寬度為：,根據(jù)頻帶寬度的不同，可分為寬帶調(diào)頻和窄帶調(diào)頻：,窄帶調(diào)頻：,寬帶調(diào)頻：,的寬帶調(diào)頻：,三、調(diào)相（PM）信號的頻譜和帶寬,分析方法同F(xiàn)M，調(diào)相信號的頻帶寬度為：,21,四、FM、PM信號的頻帶寬度比較,1、兩者的頻譜結(jié)構(gòu)和頻帶寬度都與調(diào)制指數(shù)密切相關(guān)，總的規(guī)律是：調(diào)制指數(shù)越大，應(yīng)該考慮的邊頻數(shù)目越多，頻帶越寬。,2、當(dāng)調(diào)制信號的幅度一定時(shí)，F(xiàn)M波的頻帶寬度是恒定的，而PM波的頻帶寬度隨調(diào)制信號的頻率而變化。,帶寬與調(diào)制頻率無關(guān)，所以調(diào)頻制也叫恒定帶寬調(diào)制。,PM波的頻帶寬度與調(diào)制信號的頻率成正比。如果按最高調(diào)制頻率設(shè)計(jì)信道，則在調(diào)制頻率低時(shí)有很大余量，系統(tǒng)頻帶利用不充分，因此在模擬通信系統(tǒng)中，調(diào)頻制比調(diào)相制應(yīng)用更廣。,3、調(diào)制信號頻率不變，只改變調(diào)制信號振幅時(shí)，F(xiàn)M和PM信號 的頻帶寬度都會(huì)改變。,22,五、角度調(diào)制是非線性調(diào)制,對于調(diào)幅制來說，調(diào)幅波的頻譜結(jié)構(gòu)與基帶信號的頻譜結(jié)構(gòu)完全相同，只是在頻率軸上搬移了一個(gè)位置，稱為線性調(diào)制。,在角度調(diào)制中，除了基帶的頻率分量外，調(diào)角波中還增加了許多新的組合頻率分量，使頻譜組成大為復(fù)雜。屬于非線性調(diào)制。,Fmax,0,0,23,六、各頻率分量之間的功率分配,因?yàn)檎{(diào)頻波是一個(gè)等幅波，所以它的總功率為常數(shù)，不隨調(diào)制指數(shù)的變化而變化。,調(diào)制前的總功率,調(diào)制后的總功率,調(diào)制后，已調(diào)波出現(xiàn)許多邊頻分量，總功率就分配到各分量，隨mf的不同，各頻率分量之間功率分配的數(shù)值也不相同。,舉例：,調(diào)頻波中的載波分量功率 未調(diào)載波功率； 調(diào)頻波中的總功率 未調(diào)載波功率。 標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波中的載波分量功率 未調(diào)載波功率； 標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波中的總功率 未調(diào)載波功率； （大于，等于，小于）,等于,小于或等于,等于,大于或等于,24,第一類貝塞爾函數(shù)曲線：,0.5,2.4,1,2,3,4,n=0,1 、隨著mf 的增加，,3 、,4、對于某些mf 值，,2、對于某一固定的mf ，,當(dāng),時(shí)，,近似周期性地變化，且其峰值下降。,貝塞爾函數(shù)曲線的性質(zhì)：,5.5,8.65,25,舉例：,調(diào)頻波的幅度是1V, 頻譜結(jié)構(gòu)示于下圖。,求調(diào)頻波的最大頻偏fm ，,調(diào)制信號是：,求調(diào)頻波表示達(dá)式中的,26,舉例：,調(diào)頻波的幅度是1V, 頻譜結(jié)構(gòu)示于下圖。,忽略振幅小于調(diào)頻波振幅的10%的邊頻分量，則,忽略振幅小于調(diào)頻波振幅的1%的邊頻分量，則,27,舉例：,調(diào)相指數(shù)mp=5，假設(shè)載波振幅為1V。分別畫出調(diào)制信號的頻率為100Hz和15kHz時(shí)調(diào)相波的頻譜結(jié)構(gòu)，并求出相應(yīng)的頻帶寬度BW。,F=100Hz的頻譜：,由貝塞爾函數(shù)曲線的性質(zhì)，,頻譜中應(yīng)該有,mp+1=6對邊頻。,查表得載波及各邊頻分量的振幅為：,0.18,28,舉例：,調(diào)相指數(shù)mp=5，假設(shè)載波振幅為1V。分別畫出調(diào)制信號的頻率為100Hz和15kHz時(shí)調(diào)相波的頻譜結(jié)構(gòu)，并求出相應(yīng)頻帶寬度BW。,F=15kHz的頻譜：,由貝塞爾函數(shù)曲線的性質(zhì)，,頻譜中應(yīng)該有,mp+1=6對邊頻。,查表得載波及各邊頻分量的振幅為：,0.18,29,不同mf對應(yīng)的Jn(mf)值,30,31,1、什么叫調(diào)角？,2、瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位有什么關(guān)系？,3、調(diào)頻波和調(diào)相波的數(shù)學(xué)表達(dá)式,信息寄載在瞬時(shí)頻率偏移中,信息寄載在瞬時(shí)相位偏移中,32,4、,各指什么？,它們之間有什么關(guān)系,與調(diào)制頻率無關(guān)。,與調(diào)制頻率無關(guān)。,33,8.3 調(diào)頻信號的產(chǎn)生方法和電路,8.3.1 調(diào)頻方法概述,8.3.2 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻,8.3.3 其他直接調(diào)頻電路,8.3.3 間接調(diào)頻,34,8.3 調(diào)頻信號的產(chǎn)生方法和電路,8.3.1 調(diào)頻方法概述,產(chǎn)生調(diào)頻信號的電路叫調(diào)頻器，對它有四個(gè)要求：,（1）已調(diào)波的瞬時(shí)頻率與調(diào)制信號成比例地變化，這 是基本要求。,（2）已調(diào)波的中心頻率具有一定的穩(wěn)定度。,（3）最大頻移與調(diào)制頻率無關(guān)（恒定帶寬調(diào)制）。,（4）寄生調(diào)幅盡可能?。ㄕ穹愣ǎ?。,調(diào)頻方法主要有兩類：,（一）直接調(diào)頻,（二）間接調(diào)頻,35,一、直接調(diào)頻原理,基本原理是用調(diào)制信號直接線性地改變載波振蕩的瞬時(shí)頻率。,如果載波振蕩由LC自激振蕩器產(chǎn)生，則振蕩頻率主要由諧振回路的電感和電容決定，因此只要能用調(diào)制信號去控制回路的電感或電容，就能達(dá)到控制振蕩頻率的目的。受電壓控制的元件稱為壓控元件。,在調(diào)頻電路中最常用的壓控元件為變?nèi)荻O管。,因此，凡是能直接影響載波振蕩瞬時(shí)頻率的元件或參數(shù)，只要能夠用調(diào)制信號去控制它們，并從而使載波振蕩瞬時(shí)頻率按調(diào)制信號規(guī)律線性地變化，都可以完成直接調(diào)頻的任務(wù)。,直接調(diào)頻的特點(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)：調(diào)制器與振蕩器合二為一，在實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的要求下，可以獲得較大的頻偏。,缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度差，在許多場合需要對載頻采取穩(wěn)頻措施，或者對石英晶體振蕩器進(jìn)行直接調(diào)頻。,36,二、間接調(diào)頻原理,窄帶,寬帶,調(diào)制器與主振分開，載波中心頻率穩(wěn)定度高。,獲得線性調(diào)頻以線性調(diào)相為基礎(chǔ)，但在線性調(diào)相時(shí)，要 求m30，因而線性調(diào)相范圍很窄，導(dǎo)致調(diào)頻波的最 大頻偏fm很小。, fm小的缺點(diǎn)可以通過多級倍頻獲得符合要求的調(diào)頻頻 偏，然后通過混頻器變換頻率即可得到符合要求的調(diào)頻波 工作范圍。,間接調(diào)頻的特點(diǎn)：,37,8.3.2 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻,變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓變化這一特性制成的一種半導(dǎo)體二極管，是一種電壓控制的可變電抗元件。,一、變?nèi)荻O管的調(diào)頻原理,變?nèi)荻O管與反向電壓vR存在如下關(guān)系：,C0vR=0時(shí)的電容值；,vR反向偏置電壓；,VDPN結(jié)勢壘電位差：,Si：0.7V；,Ge：0.3V,結(jié)電容的變?nèi)葜笖?shù)。,其值隨半導(dǎo)體的摻雜濃度及PN結(jié)結(jié)構(gòu)的不同而異，緩變結(jié) =1/3，突變結(jié) =1/2，超突變結(jié) =14，最大可達(dá)6以上。,若在其上加一靜態(tài)電壓V0和一個(gè)調(diào)制信號v=V cost，則有：,結(jié)電容在vR控制下隨時(shí)間變化，如圖所示：,若把受到調(diào)制信號控制的變?nèi)荻O管接入載波振蕩器的振蕩回路，則振蕩頻率亦受到調(diào)制信號的控制，適當(dāng)?shù)剡x擇管子的特性和工作狀態(tài)，可以使振蕩頻率的變化近似地與調(diào)制信號成線性關(guān)系，這樣就實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。,38,變?nèi)莨芙Y(jié)電容與調(diào)制信號的關(guān)系：,39,二、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路分析,C3：高頻耦合電容；,C4：隔直電容；,LB：高頻扼流圈,R1、R2為偏置電路，提供Cj靜態(tài)偏壓：,調(diào)制信號：,二極管的反向偏壓為：,40,調(diào)頻性能分析：,電路為電容三點(diǎn)式振蕩電路，振蕩頻率為：,未加調(diào)制信號時(shí)的振蕩頻率，為調(diào)頻振蕩器的中心頻率。,（1）假設(shè)=2,能夠?qū)崿F(xiàn)線性調(diào)頻。,41,（2）假設(shè)2,利用展開式：（|x|1）,忽略3次及以上的高次方項(xiàng)，則：,42,（2）假設(shè)2,有與調(diào)制信號成正比的成分：,有常數(shù)成分，中心頻率產(chǎn)生了偏移：,有與調(diào)制信號諧波成正比的成分，頻率調(diào)制過程產(chǎn)生了非線性失真。,為了減小非線性失真，在變?nèi)莨苷{(diào)頻電路中，總是設(shè)法使變?nèi)莨芄ぷ髟?=2 的區(qū)域。,調(diào)頻靈敏度：,43,三、變?nèi)莨苷{(diào)頻器的實(shí)際電路：,L1；(C1、C2)；C3；Cj1、Cj2組成電容三點(diǎn)式振蕩電路。,負(fù)電壓V0加在變?nèi)莨艿年枠O，調(diào)制信號經(jīng)扼流圈加在變?nèi)莨荜帢O。,變?nèi)莨軐φ袷幓芈穪碚f是部分接入，與直接接入相比，最大頻偏 會(huì)變小，調(diào)頻靈敏度降低，但振蕩器的中心頻率穩(wěn)定度提高。,兩個(gè)變?nèi)莨芊聪虼?lián)，可減弱高頻電壓對結(jié)電容的影響，并有助于削弱寄生調(diào)制。,去耦濾波電路,44,8.3.3 其他直接調(diào)頻電路,在要求調(diào)頻波中心頻率穩(wěn)定度較高，而頻偏較小的場合，可以采用直接對晶體振蕩器調(diào)頻的方法。,一、石英晶體振蕩器直接調(diào)頻,1、晶體振蕩器直接調(diào)頻原理,電路中晶體當(dāng)作等效電感元件用。,工作頻率在 和 之間。,電路的振蕩頻率為：,電路中，變?nèi)莨茈娙軨j變化時(shí)，CL變化，從而使振蕩頻率發(fā)生變化。若用調(diào)制信號控制Cj ，則振蕩器成為一個(gè)晶體調(diào)頻振蕩器。,45,2、晶體調(diào)頻振蕩器的特點(diǎn),頻率穩(wěn)定度較高。,頻偏小。,擴(kuò)大頻偏的措施：串電感或并電感。,3、晶體調(diào)頻振蕩器的實(shí)際電路。,46,8.3.4 間接調(diào)頻,先將調(diào)制信號進(jìn)行積分處理，再進(jìn)行調(diào)相而得到調(diào)頻波，其方框如下圖所示。,優(yōu)點(diǎn)：載波中心頻率穩(wěn)定度較好。,實(shí)現(xiàn)間接調(diào)頻的關(guān)鍵是調(diào)相器，常用的調(diào)相方法有： 諧振回路法。 矢量合成法。 脈沖調(diào)相法。 （廣泛用于調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)中）,47,1、變?nèi)荻O管調(diào)相電路,基本電路是一個(gè)高頻諧振放大器，變?nèi)莨芙釉谥C振回路中。,加在變?nèi)莨軆啥说碾妷簽椋簐R=V0+Vcost,如果設(shè)CCj，則振蕩回路的C Cj，回路的諧振頻率為：,48,1、變?nèi)荻O管調(diào)相電路,在高Q值及失諧較小條件下，電壓、電流間的相移是：,相移與調(diào)制信號成正比，實(shí)現(xiàn)了線性調(diào)相，最大調(diào)制指數(shù)為/6。,49,若將v先經(jīng)積分器積分，然后加在變?nèi)莨軆啥耍瑒t變?nèi)莨軆啥说碾妷鹤優(yōu)椋?得到的將是一個(gè)調(diào)頻信號。,50,2、矢量合成法調(diào)相電路,51,8.4 調(diào)頻信號的解調(diào)(鑒頻）,8.4.1 概述,8.4.2 振幅鑒頻器（斜率鑒頻器）,8.4.3 相位檢波器（鑒相器）,8.4.4 相位鑒頻器,8.4.5 比例鑒頻器,8.4.6 正交鑒頻器,52,8.4.1 概述,鑒頻是指從調(diào)頻信號中恢復(fù)出原調(diào)制信號的過程。,（一）振幅鑒頻器（斜率鑒頻器）,首先進(jìn)行波形變換，將等幅調(diào)頻波變換成幅度隨瞬時(shí)頻率變化的調(diào)幅波（即FMAM波），然后用包絡(luò)檢波器將振幅的變化檢測出來。,常用的鑒頻器主要有如下幾類：,53,（二）相位鑒頻器,首先進(jìn)行波形變換，將等幅調(diào)頻波變換成相位隨瞬時(shí)頻率變化的既調(diào)頻又調(diào)相的FMPM波，然后將此FMPM信號與原調(diào)頻信號一起加到相位檢波器（鑒相器）上，從而解調(diào)出原調(diào)制信號。,相位鑒頻法的關(guān)鍵是鑒相器，有乘積型和疊加型兩種。,（三）比例鑒頻器,在相位鑒頻器的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)后具有自動(dòng)限幅作用的鑒頻器，可省去限幅器。,（四）正交鑒頻器,實(shí)際上是一種乘積型相位鑒頻器。由移相網(wǎng)絡(luò)、乘法器和低通濾波器組成。,54,鑒頻器的技術(shù)指標(biāo)：,鑒頻器的主要特性是鑒頻特性（S曲線）。,衡量鑒頻特性的主要指標(biāo)有：,1、鑒頻靈敏度。鑒頻特性的靈敏度通常用f0處鑒頻特性的斜率定義，即：,2、線性范圍。線性范圍是指鑒頻特性近似為直線的范圍，如圖的Bmax。這個(gè)范圍應(yīng)該大于調(diào)頻信號最大頻偏的兩倍，即：,3、非線性失真。由于鑒頻特性不是理想直線而使解調(diào)信號產(chǎn)生的失真稱為鑒頻器的非線性失真。,（V/Hz）,55,8.4.2 振幅鑒頻器（斜率鑒頻器）,一、失諧回路振幅鑒頻器,這種鑒頻器利用對調(diào)頻波中心頻率失諧的LC回路，將FM波變換為FMAM波，然后用二極管峰值包絡(luò)檢波器進(jìn)行振幅檢波從而完成調(diào)頻信號的解調(diào)。,圖中R1 、L1、C1 構(gòu)成諧振回路，實(shí)現(xiàn)FM波到FMAM波的變換。,D、R2、C2 構(gòu)成二極管峰值包絡(luò)檢波器，完成振幅檢波。,56,定性說明：,FM信號工作在并聯(lián)諧振回路的失諧區(qū)，當(dāng)FM電流流經(jīng)回路時(shí)，由于瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號而變化，對于不同的瞬時(shí)頻偏，失諧回路的阻抗不同，回路的輸出電壓將會(huì)隨瞬時(shí)頻偏的變化而變化，從而完成FM到FMAM信號的變換，再經(jīng)包絡(luò)檢波器檢波，即可得出原調(diào)制信號。,特點(diǎn)：鑒頻特性的線性范圍小，解調(diào)后失真較大，是一種原 始類型的鑒頻器。,57,雙失諧回路振幅鑒頻器：,為了擴(kuò)大單失諧回路鑒頻特性的線性工作范圍，常使用兩個(gè)單失諧回路鑒頻器的組合。,兩諧振回路的特性曲線相同，只是諧振頻率不同，并將兩個(gè)鑒頻 器的輸出之差作為總的輸出，即 。,f01 fC f02 ；,f02- fC = fC- f01。,fC為調(diào)頻信號中心頻率：,回路I的諧振頻率為f01；,回路II的諧振頻率為f02；,58,8.4.3 相位鑒頻器,利用回路的相位頻率特性來實(shí)現(xiàn)調(diào)幅調(diào)頻波變換，應(yīng)用較廣泛。,常用的相位鑒頻電路有兩種：互感耦合相位鑒頻器和電容耦合相位鑒頻器，重點(diǎn)介紹前者。,59,一、互感耦合相位鑒頻器,利用耦合回路次級電壓和初級電壓間的相移隨頻率變化的特性來實(shí)現(xiàn)鑒頻，其電路原理圖如圖所示：,1、電路結(jié)構(gòu)和基本原理,電路由兩部分構(gòu)成：,移相網(wǎng)絡(luò)（調(diào)頻調(diào)幅變換器）,包絡(luò)檢波器,60,1）移相網(wǎng)絡(luò)：,互感為M的電容耦合雙調(diào)諧回路組成移相網(wǎng)絡(luò)，v1經(jīng)移相網(wǎng)絡(luò)后生成PMFM波v2。,v1經(jīng)耦合電容在扼流圈LC上產(chǎn)生的電壓v3=v1，其等效電路如圖所示：,2）包絡(luò)檢波器：,和,組成平衡式包絡(luò)檢波器，,輸出電壓為：,61,2、工作原理分析,互感耦合相位鑒頻器的工作分為三個(gè)過程：,（1）移相網(wǎng)絡(luò)的頻率相位變換，實(shí)現(xiàn)FM信號到 FMPM信號的轉(zhuǎn)換。,（2）加法器的相位幅度變換，實(shí)現(xiàn)FM PM信號到 FM PM AM信號的轉(zhuǎn)換。,（3）包絡(luò)檢波器的差動(dòng)檢波，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)頻信號的 解調(diào)。,62,（1）頻率相位變換,初、次級回路的參數(shù)相同，都諧振于調(diào)頻信號的中心頻率f0，若忽略次級回路對初級回路的影響，則初級回路中流過L1的電流i1近似為：,次級回路感應(yīng)的電動(dòng)勢為：,忽略檢波電路對次級回路的影響，次級回路的阻抗Z2為：,次級回路的電流i2為：,63,次級回路的電流i2為：,次級回路兩端的電壓為：,64,式中，廣義失諧是與信號頻率有關(guān)的量，所以當(dāng)調(diào)頻波的頻率變化時(shí)，v2與v1之間的幅值和相位關(guān)系都會(huì)隨之變化。,但在輸入信號頻率f0附近，幅度變化不大，而相位變化明顯。 v2與v1之間的相位差為：/2-，相頻特性曲線如圖所示：,在一定的頻率范圍內(nèi)， v2與v1的相位差與頻率之間具有線性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了頻率相位的變換。,f =f0， 次級回路諧振，相位差為/2；,f f0，次級回路呈感性，相位差為0 /2；,f f0，次級回路呈容性，相位差為/2 ；,65,（2）相位幅度變換和檢波,上、下檢波器的輸入端高頻電壓為：,（1） f =f0， 次級回路諧振，相位差為/2；矢量圖如圖所示：,由圖可知：,設(shè)檢波器的傳輸系數(shù)：,則有：,所以：,66,由矢量圖可知：,（2） f f0，次級回路呈感性，相位差為0 /2；,由矢量圖可知：,（3） f f0，次級回路呈容性，相位差為/2 ；,67,綜合以上的討論：,互感耦合相位鑒頻器具有圖示的鑒頻特性曲線：,68,綜上所述：,互感耦合鑒相器中的耦合雙調(diào)諧回路是一個(gè)頻相變換器，它把FM波v1變換成FMPM波v2 ，而v1 、v2經(jīng)疊加后，變換成兩個(gè)AMFM波vd1 、vd2 ，經(jīng)包絡(luò)檢波器后，即可獲得原調(diào)制信號，其過程為：,69,8.4.4 比例鑒頻器,在相位鑒頻器中，輸入信號振幅的變化必將使輸出電壓大小發(fā)生變化。,因此，噪聲、干擾及電路頻率特性的不均勻性所引起的輸入信號的寄生調(diào)幅，都將直接在相位鑒頻器的輸出信號中反映出來。,為去掉這種虛假信號，必須在鑒頻之前預(yù)先進(jìn)行限幅。,比例鑒頻器是在相位鑒頻器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)后得到的具有自動(dòng)限幅作用的鑒頻器。,可以說比例鑒頻器的限幅作用是以降低輸出為代價(jià)的。,下面將證明：在電路參數(shù)相同的條件下，比例鑒頻器的輸出只有相位鑒頻器的一半。,它只要求前級中放提供零點(diǎn)幾伏的電壓就能正常工作，無須另加限幅器，可使調(diào)頻接收機(jī)的電路簡化、體積縮小、降低成本。,70,一、 電路結(jié)構(gòu),比例鑒頻與互感耦合相位鑒頻器的區(qū)別：,1）D2的極性反接。,2）比例鑒頻器在A、B兩端并聯(lián)了一個(gè)大電容CO ， CO與 （R1+R2）組成較大的時(shí)間常數(shù)，使A、B兩端電壓在檢波 過程中，基本維持不變。,3）輸出電壓引出位置不同。比例鑒頻器從C、D兩端引出，并 有一端接地。,71,二、工作原理,比例鑒頻中的移相網(wǎng)絡(luò)與相位鑒頻器是相同的。,其等效電路如圖所示：,f f0， 0，v1、v2相位差為0 /2,f f0， 0，v1、v2相位差為/2 ,f =f0，= 0， v1、v2相位差為/2,72,設(shè)兩個(gè)檢波器的傳輸系數(shù)均為Kd，則它們的輸出電壓為：,比例鑒頻器的輸出電壓為：,電路參數(shù)相同條件下，比例鑒頻器的輸出只有相位鑒頻器的一半。,73,f =f0，= 0， v1、v2相位差為/2,由矢量圖知：,74,由矢量圖知：,f f0， 0，v1、v2相位差為0 /2,75,由矢量圖知：,ff0， 0，v1、v2相位差為/2 ,76,綜合以上的討論：,比例鑒頻器具有圖示的鑒頻特性曲線：,只要工作在比例鑒頻器的線性鑒相區(qū)，就可以還原出原調(diào)制信號。,相位鑒頻器的鑒頻特性,在電路參數(shù)相同的條件下，相位鑒頻器的鑒頻跨導(dǎo)是比例鑒頻器的2倍。,77,三、比例鑒頻器的自限幅原理,比例鑒頻的輸出電壓只取決于FM波瞬時(shí)頻率的變化，而與輸入FM波的振幅無關(guān)。,假設(shè)FM波瞬時(shí)頻率不變， f =常量，而由于傳輸過程中的寄生干擾調(diào)幅使輸入FM波的幅度發(fā)生變化，則由于：,78,當(dāng)FM波振幅,可見，頻率變化時(shí)，Vd1、 Vd2朝相同的方向變化，因此比值Vd1/Vd2維持不變，所以輸出電壓VO與調(diào)頻波的振幅變化無關(guān)，這就是比例鑒頻器本身所具有的自限幅作用。,總的說來，比例鑒頻器的輸出電壓VO并不決定于Vd1、 Vd2本身的大小，而只取決于它們的比例或比值。比例鑒頻器的名稱由此而來。,79,當(dāng)輸入FM波的瞬時(shí)頻率變化時(shí)，即有：,可見，頻率變化時(shí)，Vd1、 Vd2朝相反的方向變化，即一個(gè)變大時(shí)另一個(gè)減小，所以鑒頻器的輸出電壓隨頻率的變化而變化，這就是鑒頻的過程。,80,8.4.5 正交鑒頻器,一、電路組成框圖,電路由移相器、相乘器和低通濾波器組成。,輸入信號一般來自調(diào)頻接收機(jī)中放限幅電路（中頻載波為6.5MHz或10.7MHz的中頻信號），參考信號vr (t)與vFM(t)同頻正交，即vr (t)與vFM(t)在載頻上有/2的固定相位差。,81,二、 正交鑒頻器的性能分析,設(shè)輸入FM波vFM(t)為單一頻率的調(diào)制信號，即：,而經(jīng)/2移相后的vr(t)信號，對載波有固定的/2 相移，但對各邊頻分量則產(chǎn)生相位滯后，即時(shí)間遲延，即：,相乘器的輸出為：,82,相乘器的輸出為：,經(jīng)低通濾波器后，將高頻分量濾除，并由三角公式：,83,84,可見正交鑒頻器的輸出電壓和原調(diào)制信號成正比，只是增加了一個(gè)附加的固定相移，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，調(diào)頻信號的解調(diào)常采用正交鑒頻器。,85,例 某互感耦合相位鑒頻器中回路的有效Q值為QL=60，調(diào)頻信號的中心頻率為f0=10MHz，求最大鑒頻帶寬Bm。（假設(shè)相移|/6時(shí)，可實(shí)現(xiàn)線性鑒頻）。,86,在線性鑒頻情況下，若輸出電壓的最大值為Vom=0.8V，則該鑒頻器的鑒頻跨導(dǎo)SD=？,87,8.5 調(diào)頻發(fā)射機(jī)和調(diào)頻接收機(jī)的組成,一、調(diào)頻發(fā)射機(jī)的組成,間接調(diào)頻器,調(diào)頻廣播頻段范圍是：,信號帶寬：,留10kHz余量，接收機(jī)帶寬約為200kHz,能容納的頻道為：,88,二、調(diào)頻接收機(jī)的組成（超外差接收機(jī)）,鏡頻干擾：,位于調(diào)頻廣播波段之外，故而可以抑制中頻干擾。,中頻的選擇：,AFC電路的作用是微調(diào)本振頻率，保證中頻穩(wěn)定。,靜噪電路的目的是使接收機(jī)在沒有收到信號時(shí)，自動(dòng)將低頻放大器閉鎖，使噪聲不在終端出現(xiàn)。當(dāng)有信號出現(xiàn)時(shí)，噪聲小，又能自動(dòng)解除閉鎖，使信號通過低放輸出。,89,三、調(diào)頻系統(tǒng)中的噪聲,對于輸入白噪聲，,功率譜不隨頻率變化的噪聲,調(diào)幅制的輸出噪聲呈矩形，在整個(gè)調(diào)制頻率,范圍內(nèi)，所有噪聲都一樣大。,而調(diào)頻制的噪聲電壓譜呈三角形，,隨調(diào)制頻率的增高，噪聲電壓也增大。,對信號來說，如話音、音樂等，其信號能量不是均勻分布，而是在較低的范圍內(nèi)集中了大部分能量，高頻部分能量較少，,因而導(dǎo)致頻率高頻端信噪比降低到不允許的程度。,與調(diào)頻噪聲譜相反，,改善輸出端的信噪比，可以采用預(yù)加重與去加重措施。,預(yù)加重：,在調(diào)制器之前，有目的、人為地改變調(diào)制信號，,使其高頻端得到加強(qiáng)（提升），以提高調(diào)制頻率高端的信噪比。,去加重：,信號經(jīng)過預(yù)加重后，產(chǎn)生了失真，為消除失真，,在接收端解調(diào)器之后接上去加重電路，以恢復(fù)原來的調(diào)制信號。,90,1、預(yù)加重電路,2.1kHz以上的頻率分量都被“加重”。,91,2、去加重電路,預(yù)加重與去加重電路總的頻率傳遞函數(shù)近似為一常數(shù)，從而使信號能夠基本不失真地傳到輸出端。,92,第八章 小結(jié),一、基本概念：,1、瞬時(shí)頻率（t）和瞬時(shí)相位（t）：,2、調(diào)頻和調(diào)相的特點(diǎn)：,調(diào)頻：已調(diào)信號的瞬時(shí)頻率與調(diào)制信號成線性關(guān)系。,調(diào)相：FM信號的瞬時(shí)相位與調(diào)制信號成線性關(guān)系。,3、調(diào)頻信號和調(diào)相信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式：,調(diào)角信號的波形為等幅疏密波。,調(diào)頻（相）靈敏度；,瞬時(shí)頻率偏移；,最大頻移；,瞬時(shí)相位偏移；,最大相移；,調(diào)制指數(shù)：,93,4、調(diào)制指數(shù)和最大頻移的關(guān)系：,5、調(diào)頻與調(diào)相的根本區(qū)別：,調(diào)頻為恒定帶寬調(diào)制。,單一頻率調(diào)制時(shí)，