高頻電子線路課程設(shè)計(jì)

1、題題 目目 高頻電子線路課程設(shè)計(jì) 學(xué)院學(xué)院( (部部) ) 信息工程學(xué)院 專專 業(yè)業(yè) 班班 級(jí)級(jí) 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 一、課程設(shè)計(jì)目的一、課程設(shè)計(jì)目的 1.掌握電子通信系統(tǒng)的基本組成及各部分的作用； 2.進(jìn)一步理解各種調(diào)制與解調(diào)的基本理論和實(shí)現(xiàn)方法； 3.學(xué)會(huì)應(yīng)用 labview 軟件進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)； 4.提高依據(jù)所學(xué)知識(shí)及查閱的課外資料來分析問題解決問題的能力。 二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 內(nèi)容： 1.調(diào)幅調(diào)制與檢波 (1) dsbfc 產(chǎn)生與檢波； （2）dsbsc 產(chǎn)生與檢波； 2.fm 波產(chǎn)生與解調(diào)； 要求： 1.載波頻率為 100khz， 頻率為 5khz 的正弦波作為調(diào)制信號(hào)； 2

2、. dsbfc 和 dsbsc 檢波不可用相同的方法； 即 dsbfc 用包絡(luò)檢波的方法解調(diào)，dsbsc 用相干檢波（同步檢波）的方法解調(diào)。 3. 明確設(shè)計(jì)任務(wù)，合理選擇設(shè)計(jì)方案； 4. 利用 labview 進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)； 三、設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理 （一）電子通信系統(tǒng)的組成（一）電子通信系統(tǒng)的組成 通信是從一地向另一地傳遞和交換信息。 實(shí)現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的 總和稱為通信系統(tǒng)。基于點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信系統(tǒng)的模型可用圖 1 來描述: 信源接收機(jī)發(fā)送機(jī) 噪聲 信宿 圖圖 1 1 通信系統(tǒng)一般模型通信系統(tǒng)一般模型 （1）發(fā)送機(jī)是將信源和信道匹配起來的設(shè)備，它將信源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換成適

3、合在信道 中傳輸?shù)男盘?hào)。變換方式有調(diào)制變換方式、信源編碼、信道編碼。 發(fā)射機(jī)的核心是調(diào)制器， 它的組成如下圖 2： 調(diào)制信號(hào) 載波 調(diào)制器功率放大器 圖圖 2 2 發(fā)送機(jī)組成框圖發(fā)送機(jī)組成框圖 （2）接收機(jī)是完成發(fā)送設(shè)備的反變換的設(shè)備， 即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等。它的任務(wù)是 從帶有干擾的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出相應(yīng)的原始基帶信號(hào)來，對于多路復(fù)用信號(hào)，還包括 解除多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)正確分路。 接受機(jī)的主要設(shè)備是解調(diào)器，它的組成如下圖 3： 電壓放大器轉(zhuǎn)換器解調(diào)器混頻器 本地振蕩器 圖圖 3 3 接收機(jī)組成框圖接收機(jī)組成框圖 （3）調(diào)制器在發(fā)送機(jī)中的位置及解調(diào)器在接收機(jī)中的位置如下圖 4 和圖 5 所示：

4、 圖圖 4 4 調(diào)制器在發(fā)送機(jī)中的位置圖調(diào)制器在發(fā)送機(jī)中的位置圖 圖圖 5 5 解調(diào)器在接收機(jī)中的位置圖解調(diào)器在接收機(jī)中的位置圖 （二）調(diào)制與解調(diào)概述（二）調(diào)制與解調(diào)概述 調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)稱為調(diào)制系統(tǒng)或調(diào)制方式，而且調(diào)制和解調(diào)在一個(gè)通信系統(tǒng)中總是同 時(shí)出現(xiàn)。所謂調(diào)制就是在信號(hào)的發(fā)送端用低頻調(diào)制信號(hào)去控制高頻振蕩信號(hào)的參數(shù)，使高 頻振蕩信號(hào)的某一個(gè)或某幾個(gè)參數(shù)（振幅，頻率或相位）按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律進(jìn)行變化的 過程，這個(gè)高頻振蕩信號(hào)成為載波信號(hào)，而已經(jīng)調(diào)制了的信號(hào)被稱為已調(diào)信號(hào)或已調(diào)波， 即在發(fā)射端把基帶信號(hào)頻譜搬移到給定的信道通帶內(nèi)的過程。所謂解調(diào)就是為了得到原來 的信號(hào)，對在接收端受到的已調(diào)信號(hào)

5、進(jìn)行還原，還原是進(jìn)行反調(diào)制的過程，即在接收端已 搬移到給定的信道通帶內(nèi)頻譜還原為基帶信號(hào)頻譜的過程。調(diào)幅波的解調(diào)即是從調(diào)幅信號(hào) 中取出調(diào)制信號(hào)的過程，通常稱之為檢波。根據(jù)是否需要同步信號(hào)，檢波可分為同步檢波 和包絡(luò)檢波。本課題主要研究二極管包絡(luò)檢波器及采用模擬乘法器構(gòu)成的同步檢波器實(shí)現(xiàn) 調(diào)幅信號(hào)（am）解調(diào)。使載波信號(hào)的頻率按調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化的一種調(diào)制方式稱為調(diào)頻 （fm） ，使載波信號(hào)的相位按調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化的一種調(diào)制方式稱為調(diào)相（pm） ，調(diào)頻和 調(diào)相都表現(xiàn)為高頻載波的瞬時(shí)相位隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化，總稱為角度調(diào)制。 調(diào)制信號(hào)既可以是數(shù)字信號(hào)，也可以是模擬信號(hào)，而高頻載波則可以是正弦信號(hào)或

6、脈 沖序列。當(dāng)調(diào)制信號(hào)是模擬信號(hào)而載波是正弦信號(hào)時(shí)，相應(yīng)的調(diào)制是模擬調(diào)制。模擬調(diào)制 中應(yīng)用最廣泛的是振幅調(diào)制和角度調(diào)制。模擬信號(hào)調(diào)制解調(diào)的目的就是要使基帶信號(hào)經(jīng)過 調(diào)制后能在有線信道上同時(shí)傳輸多路基帶信號(hào)，同時(shí)也適合于無線信道中實(shí)現(xiàn)頻帶信號(hào)的 傳輸。調(diào)制解調(diào)的目的在于減小干擾，提高系統(tǒng)抗干擾能力，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與 信噪比之間的轉(zhuǎn)換。 （三）（三）am 波的調(diào)制與解調(diào)波的調(diào)制與解調(diào) 1dsbfc 的產(chǎn)生：的產(chǎn)生： (1).當(dāng)調(diào)制信號(hào)控制的參數(shù)是載波信號(hào)的振幅時(shí)，就可以使載波信號(hào)的振幅按照調(diào)制信號(hào)的 規(guī)律變化，這種調(diào)制叫做振幅調(diào)制，簡稱普通調(diào)制（am）或雙邊帶全載波調(diào)幅(dsbfc)； a

7、m 過程是用調(diào)制信號(hào)對載波信號(hào)的振幅進(jìn)行控制的過程，為線性調(diào)制即已調(diào)信號(hào)的頻譜 與調(diào)制信號(hào)的頻譜之間呈線性搬移關(guān)系。 振幅調(diào)制是將一個(gè)高頻簡諧信號(hào)（或稱載波）與加直流的測試信號(hào)相乘，使高頻信號(hào) 幅值隨測試信號(hào)的變化而變化。由傅立葉變化的性質(zhì)可知，在時(shí)域中兩個(gè)信號(hào)相乘，則對 應(yīng)在頻域中對這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行卷積。則一個(gè)函數(shù)與單位脈沖函數(shù)卷積的結(jié)果，就是將其圖 形由坐標(biāo)原點(diǎn)平移到該脈沖函數(shù)處。所以，若以高頻余弦信號(hào)與測試信號(hào)相乘，其結(jié)果就 相當(dāng)于把測試信號(hào)（原始信號(hào)）頻譜圖形由原點(diǎn)平移至載波頻率處（正負(fù) fc 處。因?yàn)檎?函數(shù)的頻譜圖形是一對脈沖函數(shù)，所以幅值調(diào)制過程就相當(dāng)于頻率搬移過程。為避免調(diào)幅

8、波的重疊失真，要求載波頻率必須大于測試信號(hào)的最高頻率，實(shí)際應(yīng)用中，往往選擇載波 頻率至少數(shù)倍甚至數(shù)十倍于信號(hào)中的最高頻率。 (2).若載波信號(hào)是頻率為wc的高頻正弦信號(hào)，表達(dá)式是 vc=vcmcoswct 按照調(diào)幅的定義，調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式為 vam（t）=vcm (t) coswct 式中，vam（t）為調(diào)幅信號(hào)的瞬時(shí)值，vm (t)是調(diào)幅信號(hào)的振幅。 在普通調(diào)幅波中，已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)形狀不失真地反映了調(diào)制信號(hào)的變化?？杉俣ㄕ{(diào)制信號(hào) 為頻率是的單音頻正弦信號(hào)，表達(dá)式為 v=vmcost 那么，普通調(diào)幅信號(hào)的瞬時(shí)振幅為 vm (t)=vcm+kvmcost 式中，k 為振幅電路的比例系數(shù)。該式表明

9、，已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)振幅疊加進(jìn)了調(diào)制信號(hào)，受 調(diào)制信號(hào)控制，是調(diào)制信號(hào)的函數(shù)。則普通調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式為 vam（t）= (vcm+kvmcost) coswct= vcm（1+macost） coswct 其中ma=kvmvcm叫做調(diào)幅指數(shù)，它通常以百分?jǐn)?shù)表示。 (3).am 調(diào)幅器模型如下圖 6 所示： 圖圖 6 6 amam 調(diào)幅器模型圖調(diào)幅器模型圖 （4）普通調(diào)幅信號(hào)波形及過調(diào)制時(shí)的波形如下圖 7 所示： 圖圖 7 7 amam 波形及過調(diào)制時(shí)的波形波形及過調(diào)制時(shí)的波形 其中， （a）調(diào)制信號(hào)波形 （b）載波信號(hào)波形 （c）已調(diào)信號(hào)波形 （d）ma =1 時(shí)的過調(diào)制波形 （e）ma 1 時(shí)的

10、過載波形 已調(diào)信號(hào)波形中，虛線所表示的包絡(luò)線形狀與調(diào)制信號(hào)完全相同； 普通調(diào)幅使載波的振幅發(fā)生了變化，而頻率相位保持不變； 如要完整保持調(diào)制信號(hào)形狀，應(yīng)該使瞬時(shí)振幅大于或等于零，否則將會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn) 象，即過調(diào)幅失真。則一般要求調(diào)制度滿足：0 ma 1： 2dsbfc 的檢波：的檢波： （1）大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波器、平均值檢波器統(tǒng)稱為包絡(luò)檢波，適用于普通調(diào)幅波的解調(diào)。 這里選擇包絡(luò)（峰值）檢波的方法對已調(diào)波進(jìn)行解調(diào)。 包絡(luò)檢波：把調(diào)制信號(hào)進(jìn)行偏置，疊加一個(gè)直流分量 a 使偏置后的信號(hào)都具有正電壓，那 么調(diào)幅波的包絡(luò)恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)的形狀。把該調(diào)幅波簡單地整流、濾波就可以恢復(fù)原調(diào)制 信號(hào)。一個(gè)簡單的包

11、絡(luò)檢波器，就是調(diào)幅波兩端中一端經(jīng)過一個(gè)二極管，然后經(jīng)過一個(gè) rc 的并聯(lián)電路，再返回另一端。輸出信號(hào)從 r 兩端取出。實(shí)際該電路就是由一個(gè)二極管 和一個(gè) rc 低通濾波器組成。如果如果原信號(hào)有直流分量，則在整流后準(zhǔn)確地減去所加的 偏置電壓。即實(shí)現(xiàn)了解調(diào)。這種方法調(diào)制稱為非抑制幅值調(diào)制（因?yàn)椋粫?huì)出現(xiàn)信號(hào)過 零線的情況，也就不會(huì)發(fā)生幅值的翻轉(zhuǎn)和相位的變化。與抑制幅值調(diào)制相對）但此種方法 必須要偏置電壓足夠大，使信號(hào)電壓都在零線一側(cè)，否則對調(diào)幅波只是簡單的整流就不能 恢復(fù)原信號(hào)。這種問題可以用相敏檢波技術(shù)解決。 （2）am 包絡(luò)檢波具體原理如下所示： 圖圖 8 am 調(diào)幅波的解調(diào)框圖調(diào)幅波的解調(diào)

12、框圖 圖圖 9 9 二極管峰值包絡(luò)檢波器二極管峰值包絡(luò)檢波器 （a） （b） 圖圖 10 二極管峰值包絡(luò)檢波器原理圖二極管峰值包絡(luò)檢波器原理圖 圖 9 為二極管大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波器電路原理圖，它由輸入回路、檢波二極管 d、rlc 低通濾波器串聯(lián)組成。rlc 電路有兩個(gè)作用：一是作為檢波器的負(fù)載，在其兩端輸出調(diào)制 信號(hào)電壓；二是起載頻濾波作用。因此，必須滿足 l i r c 1 及 l r c 1 即：高頻時(shí)，電容的容抗必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 rl，rlc 電路相當(dāng)于電容 c 或短路；低頻時(shí)，電容 的容抗必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 rl，rlc 電路相當(dāng)于電阻 rl。 當(dāng)輸入信號(hào)的振幅大于 0.5v 時(shí)，檢波器即工作于

13、大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波狀態(tài)。設(shè)二極管 正向?qū)妷簽?0v，則在檢波輸入信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，當(dāng)為正向電壓時(shí)，如圖 10(a)所示， 二極管 d 導(dǎo)通，輸入信號(hào)通過二極管 d 對電容 c 充電，充電快慢可用充電時(shí)間常數(shù) crd 充 來描述，式中d r 為檢波二極管正向?qū)娮?，一般?i t 充 ；當(dāng)為反向電壓 時(shí)，如圖 10(b)所示，二極管截止，電容 c 對 rl 放電，放電快慢可用放電時(shí)間常數(shù) crl 放 來描述。 圖 11 所示為檢波器加入等幅波時(shí)的波形轉(zhuǎn)換圖。圖(a)中虛線所示為檢波器輸入高頻 等幅波，實(shí)線所示為檢波負(fù)載電容 c 上電壓波形；圖(b)為檢波二極管上電流波形圖；圖(c)為 rl

14、c 低通濾波器輸出信號(hào)，即檢波輸出信號(hào)波形圖。 圖圖 1111 加入等幅波時(shí)檢波器各電壓、電流的波形加入等幅波時(shí)檢波器各電壓、電流的波形 圖 12 所示為檢波器加入高頻調(diào)幅波時(shí)的波形轉(zhuǎn)換圖。圖(a)中虛線所示為檢波器輸入 高頻調(diào)幅波，實(shí)線所示為檢波負(fù)載電容 c 上電壓波形；圖(b)為檢波輸出信號(hào)波形圖。 圖圖 1212 輸入為輸入為 amam 信號(hào)時(shí)檢波器的輸出波形圖信號(hào)時(shí)檢波器的輸出波形圖 （四）雙邊帶抑制載波（四）雙邊帶抑制載波 dsbsc 的調(diào)制與解調(diào)的調(diào)制與解調(diào) 1.dsbsc 的產(chǎn)生：的產(chǎn)生： （1）由于載波不攜帶信息，因此為了節(jié)省發(fā)射功率，可以只發(fā)射含有信息的邊帶信號(hào)，而 不發(fā)射載

15、波，得到的調(diào)幅信號(hào)稱為抑制載波的調(diào)幅波，抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號(hào)是沒有 載波只有上下兩個(gè)邊帶的調(diào)幅信號(hào)，則只將載波信號(hào)與調(diào)制信號(hào)相乘即可，單音頻調(diào)制的 雙邊帶調(diào)幅信號(hào)表達(dá)式為 vdsb (t)=k vcv= kvcm coswct vmcost =1/2 kvcm vmcos(c+)t +1/2 kvcm vm cos(c)t 其中，k 為調(diào)制電路的比例系數(shù)。雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的瞬時(shí)振幅為 vdsb (t)= kvcm vmcost 高頻載波信號(hào)的振幅在調(diào)制后受到調(diào)制信號(hào)的控制，但與 am 不同的是，這種變化不再是 在 vcm 基礎(chǔ)上，而是在零值基礎(chǔ)上變化，數(shù)值可正可負(fù)。時(shí)域波形就是把測試信號(hào)由一

16、個(gè) 變成了兩個(gè)，相對稱的。這就可能存在信號(hào)過零線的問題。而在過零線時(shí)，信號(hào)的幅值就 會(huì)發(fā)生由正到負(fù)（或由負(fù)到正）的變化，此時(shí)調(diào)幅波的相位（相對于載波）也相應(yīng)地發(fā)生 了 180 度的相位變化。抑制調(diào)幅波須采用同步解調(diào)，方能反映出原始信號(hào)的幅值和極性。 （2）此調(diào)制波的產(chǎn)生類似 am 的產(chǎn)生電路，只需將直流電平去掉就可以得到雙邊帶調(diào)制 波： 圖圖 13 雙邊帶調(diào)制波電路圖雙邊帶調(diào)制波電路圖 （3）抑制載波雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的有關(guān)波形如下圖 14 所示： 圖圖 14 雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的有關(guān)波形雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的有關(guān)波形 （4）由于 dsb 波的包絡(luò)已不反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，當(dāng)調(diào)制信號(hào)由上半周進(jìn)入負(fù)半周 瞬

17、時(shí)，高頻電流相位出現(xiàn) 180。突變。所以雙邊帶 dsbsc 波形如下圖 15 所示： 圖圖 15 雙邊帶調(diào)制波形雙邊帶調(diào)制波形 2.dsbsc 的檢波：的檢波： （1）同步檢波又稱為相干檢波，有疊加型同步檢波和乘積型同步檢波兩類，其組成框圖如 圖 16 所示。(a)圖所示為疊加型同步檢波器，它是將本地載波與接收到的已調(diào)波信號(hào)相加， 經(jīng)包絡(luò)檢波器后取出原調(diào)制信號(hào)。(b)圖所示為乘積型同步檢波器，它是將本地載波與接收 信號(hào)在檢波器中相乘，經(jīng)低通濾波后，檢出原調(diào)制信號(hào)。因此，利用模擬乘法器的相乘原 理，可以構(gòu)成同步檢波器，其實(shí)驗(yàn)電路如圖(c)所示。 圖圖 1616 同步檢波器的組成方框圖及采用同步檢

18、波器的組成方框圖及采用 14961496 構(gòu)成的同步檢波器構(gòu)成的同步檢波器 采用 mc1496 集成電路構(gòu)成檢波器，載波信號(hào) )(tuc 經(jīng)過電容 c1 加在 8、10 腳之間，調(diào)幅 信號(hào) )(tuam 經(jīng)電容 c2 加在 1、4 腳之間，相乘后信號(hào)由 12 腳輸出，經(jīng) c4、c5、r6 組成的 低通濾波器，在解調(diào)輸出端輸出調(diào)制信號(hào)。 （2）本課題采用乘積型同步解調(diào)：也稱相干解調(diào)。主要用于抑制載波的調(diào)制信號(hào)的解調(diào)， 將調(diào)幅波與原載波信號(hào)再次相乘，則頻域圖形將再一次進(jìn)行搬移，其結(jié)果就是在頻譜圖上， 在正負(fù) 2fc 處有信號(hào)，其幅值變?yōu)樵瓉淼?14.而在原點(diǎn)處也出現(xiàn)了幅值為 1/2 的信號(hào)，所 以

19、用低通濾波器后，再用放大處理來補(bǔ)償，就可以復(fù)現(xiàn)原信號(hào)。這一過程稱為同步解調(diào)。 “同步”是指解調(diào)時(shí)所乘信號(hào)與調(diào)制時(shí)的載波信號(hào)具有相同的頻率和相位。 同步檢波方框圖如下圖 17 所示： 相乘器低通濾波器已調(diào)波 v1 本地載波 vo v 圖圖 17 同步檢波方框圖同步檢波方框圖 （3）乘積型同步檢波器原理圖如下圖 18 所示： 圖圖 18 乘積型同步檢波器原理圖乘積型同步檢波器原理圖 輸入信號(hào)為 dsbsc 信號(hào) us=vmcostcosct 為已調(diào)波，ur=vrmcosct 為本地引入?yún)⒖?電壓，稱同步電壓，要求與輸入載波信號(hào)同頻同相。 第一項(xiàng)與 cost 成正比，是反應(yīng)調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律的有用分量

20、，后兩項(xiàng)為 2c 的雙邊帶 調(diào)制信號(hào)，為無用的寄生分量，通過低通濾波將高頻分量濾除，即可實(shí)現(xiàn)檢波。 （五）頻率調(diào)制與解調(diào)：（五）頻率調(diào)制與解調(diào)： 1. 調(diào)頻波（調(diào)頻波（fm）分析：）分析： 調(diào)頻是利用緩變信號(hào)來控制等幅高頻振蕩波（載波） ，使其振蕩頻率偏移量和信號(hào)電壓成正 比。所以調(diào)頻波是隨信號(hào)幅值而變化的疏密不等的等幅波，調(diào)頻波的頻率隨緩變信號(hào)的幅 值而變化，其頻譜結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，用簡單的信號(hào)函數(shù)難以描述。但經(jīng)過調(diào)頻的信號(hào)，其信息 儲(chǔ)存在頻率中，不易錯(cuò)亂或失真。所以抗干擾能力很強(qiáng)，便于遠(yuǎn)距離傳輸以及數(shù)字處理。 在 lc 諧振回路中，如果使位移、應(yīng)力、應(yīng)變等物理量引起電容傳感器的電容變化，則諧 振

21、回路的振蕩頻率將變化。也就是被測物理量的變化直接引起高頻振蕩波的頻率變化，產(chǎn) 生了調(diào)頻波。 設(shè)調(diào)制信號(hào)為單一頻率信號(hào)u(t)=ucost,未調(diào)載波電壓為uc=uccoswct, 根據(jù)頻率調(diào) 制的定義,調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)角頻率為 它是在c 的基礎(chǔ)上,增加了與 u(t)成正比的頻率偏移。式中 kf 為比例常數(shù)，稱為調(diào)制靈 敏度，單位為 hz/v，或 rad/s/v。則調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)相位 (t)是瞬時(shí)角頻率 (t)對時(shí)間的 積分。即： 式中,0為信號(hào)的起始角頻率。為了分析方便,不妨設(shè)0=0,則有 則 fm 波的表示式為： 從分析可以知道 fm 波的特點(diǎn)： 調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系，而瞬時(shí)相

22、位與調(diào)制信號(hào)的積分成線性關(guān) 系。 最大頻偏：wm=kf|v|max 即wm=kfv 或 fm=wm/2 與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比，表示受調(diào)制信號(hào)的控制程度。fm 信號(hào)瞬時(shí)頻率最大變化量為 2fm。 調(diào)頻指數(shù)mf mf=wm/=fm/f 調(diào)頻指數(shù)實(shí)際上是最大的相位偏移，它與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比，與調(diào)制頻率成反比，它 等于最大頻偏除以調(diào)制頻率。 2調(diào)頻波的產(chǎn)生：調(diào)頻波的產(chǎn)生： 根據(jù)調(diào)頻的定義，調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率與調(diào)制信號(hào)成正比。它的瞬時(shí)相位與調(diào)制信號(hào)的積分 成正比。由此可以得到兩種產(chǎn)生調(diào)頻波的方法： ( )( )( )cos ccfcm ttk utt 0 0 ( )( ) t td 00 0 ( )

23、( )( ) ( )sin sin( ) tt cf t m cfc cfc tdk ud tkudtt tmttt ( )cos( ) cossin fmccf ccf ututkut dt utmt 一是直接調(diào)頻法，用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的頻率，使振蕩頻率跟隨調(diào)制信號(hào)變化，即 這種方法一般是用調(diào)制電壓直接控制振蕩器的振蕩頻率，使振蕩頻率 f(t)按調(diào)制電壓的規(guī)律 變化。若被控制的是 lc 振蕩器，則只需控制振蕩回路的某個(gè)電抗元件(l 或 c)，使其參數(shù) 隨調(diào)制電壓變化,就可達(dá)到直接調(diào)頻的目的。 二是間接調(diào)頻法，使振蕩信號(hào)經(jīng)過的調(diào)相電路，再用調(diào)制信號(hào)的積分去控制調(diào)相電路，使 調(diào)相電路的輸出

24、相位與控制信號(hào)成正比，由于頻率是相位的微分，因此輸出信號(hào)的頻率與 調(diào)制信號(hào)成正比，從而實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。 直接調(diào)頻原理簡單、頻偏較大，但由于振蕩器的頻率直接受控，因此頻率的穩(wěn)定度不高。 而間接調(diào)頻法的核心是調(diào)相，其載波信號(hào)是由晶振產(chǎn)生的，因此頻率穩(wěn)定度高。但間接調(diào) 頻的缺點(diǎn)是頻偏小，必須有擴(kuò)展頻偏電路擴(kuò)展頻偏。 本課題采用直接調(diào)頻法，調(diào)頻波的波形如下圖 19 所示： 圖圖 19 調(diào)頻波的波形調(diào)頻波的波形 3. 調(diào)頻波（調(diào)頻波（fm）的解調(diào)）的解調(diào) 調(diào)頻波的解調(diào)稱為頻率檢波，簡稱鑒頻。鑒頻器的功能是將輸入調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率變化 變換為輸出電壓。對鑒頻器的最能主要指標(biāo)是，鑒頻特性應(yīng)該為線性，且能保證一定的

25、鑒 頻范圍和鑒頻靈敏度。鑒頻的具體方法有多種。調(diào)頻波在進(jìn)入鑒頻前，可能會(huì)受前面各級(jí) 電路的影響，使其振幅發(fā)生變化，這種變化稱為調(diào)頻波的寄生調(diào)幅。當(dāng)鑒頻器解調(diào)這類調(diào) 頻波時(shí)，會(huì)把寄生調(diào)幅的影響反映到輸出電壓上，引起解調(diào)失真，使輸出信噪比下降，因 t0 t0 u (a) (b) t0 (t) (c) c m t0 (d) ifm(t) t (t) 0 2 4 tc2tc mf (t) c (e) ( )cos cm tt ( )sin cf ttmt 此一般在鑒頻器前都要加限幅器以消除寄生調(diào)幅。 （1）鑒頻的類型方法有以下幾種： 斜率鑒頻：將等幅調(diào)頻波通過一線性網(wǎng)絡(luò)，將其頻率變化規(guī)律轉(zhuǎn)移到幅度的變

26、化上， 輸出一調(diào)幅調(diào)頻波，然后再用包絡(luò)檢波器檢出其幅度變化，從而實(shí)現(xiàn)了鑒頻。 正交鑒頻：將調(diào)頻波通過一線性網(wǎng)絡(luò)，將其頻率變化規(guī)律變成附加的相位變化，然后 用相位相位檢波器檢出兩信號(hào)的相位差，從而實(shí)現(xiàn)了鑒頻。正交鑒頻是目前集成電路 中用得最多的鑒頻方法。 脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻：將調(diào)頻波通過一非線性網(wǎng)絡(luò)（前兩種方法都是線性的） 。經(jīng)過，放大、 限幅、微分、脈沖成形，輸出一串寬度為 的調(diào)頻脈沖序列。由于該脈沖序列的疏密 反映輸入信號(hào)瞬時(shí)頻率的變化，將該脈沖序列通過低通濾波器，取出平均分量，便可 得到所需的調(diào)制電壓。脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器的工作頻率最高一般只到 10mhz。但是，脈 沖計(jì)數(shù)鑒頻器的線性鑒頻范圍大，

27、易于集成，這些都是優(yōu)點(diǎn)。 相位鑒頻：可以將等幅的調(diào)頻信號(hào)變成相位也隨瞬時(shí)頻率變化的、既調(diào)頻又調(diào)相的 fmpm 波，是一種性能優(yōu)良的鑒頻電路，它允許輸入調(diào)頻波有較低的信噪比門限水 平。 比例鑒頻：在相位鑒頻器電路基礎(chǔ)上做了一些改進(jìn)，從而具有一定的限幅作用，具有 鑒頻和限幅功能，原理與相位鑒頻類似。 （2）本課題可用斜率鑒頻法也就是振幅鑒頻法對調(diào)頻波進(jìn)行鑒頻： 若能將等幅的調(diào)頻信號(hào)變換成振幅也隨瞬時(shí)頻率變化、既調(diào)頻又調(diào)幅的 fmam 波,就可 以通過包絡(luò)檢波器解調(diào)此調(diào)頻信號(hào)。用此原理構(gòu)成的鑒頻器稱為斜率鑒頻器。所以只要具 有在 fm 信號(hào)頻率范圍內(nèi)具有頻率-電壓變換作用的網(wǎng)絡(luò)都可以獲得 fm-am

28、 波。斜率鑒頻 器原理如下圖 20 所示： (a)斜率鑒頻器框圖； (b)變換電路特性 圖圖 20 斜率鑒頻器原理斜率鑒頻器原理 設(shè)調(diào)制信號(hào)為u=f(t),則調(diào)頻波為: (b) 0 (a) fm u 頻率幅度線 性變換網(wǎng)絡(luò) 包絡(luò)檢波 o u amfm u o u c 對此式直接微分可得到一個(gè) fm-am 波： 顯然微分后的電壓振幅與瞬時(shí)頻率成正比，經(jīng)包絡(luò)檢波器就可以解調(diào)出原來的調(diào)制信號(hào)。 實(shí)現(xiàn)鑒頻的基本思想是將輸入調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率變化規(guī)律不失真地變換為調(diào)頻-調(diào)幅信 號(hào)，然后再進(jìn)行振幅檢波，解調(diào)出原調(diào)制信號(hào)。 a直接時(shí)域微分法微分鑒頻法直接時(shí)域微分法微分鑒頻法 由上式的振幅可知它與調(diào)制信號(hào)是線

29、性關(guān)系，它是通過微分變換得到的，可以通過包絡(luò)檢 波將調(diào)制信號(hào)解調(diào)出來。電路框圖如 21 所示，具體電路如圖 22 所示。 圖圖 21 微分鑒頻原理微分鑒頻原理 圖圖 22 微分鑒頻電路微分鑒頻電路 b斜率鑒頻法斜率鑒頻法單失諧回路斜率鑒頻器單失諧回路斜率鑒頻器 利用失諧回路把調(diào)頻信號(hào)變換成調(diào)幅調(diào)頻波，再通過振幅檢波器檢出調(diào)幅調(diào)頻波的包 0 0 ( )cos( ) ( ) si( )n( ) cf t fmcf t fm cf ututkfd dut utkuktf dt fd 0 0 ( )cos( ) ( ) si( )n( ) cf t fmcf t fm cf ututkfd dut u

30、tkuktf dt fd ufm 包絡(luò)檢波 u uo d dt ui(t) ec c uc(t) ii(t) r cc ec roco uo 絡(luò)，還原出原調(diào)制信號(hào)。圖 23 所示的是單失諧回路斜率鑒頻器的電路及波形變換。 圖圖 23 單失諧回路斜率鑒頻器的電路和波形變換單失諧回路斜率鑒頻器的電路和波形變換 實(shí)際工作中通過調(diào)整 lc 諧振頻率f0，使調(diào)頻波的中心頻率 fc 處于 lc 回路幅頻特性曲線 傾斜部分，接近直線段的中心點(diǎn)，這樣單失諧回路即可將等幅的調(diào)頻波變換成幅度隨瞬時(shí) 頻率變化的調(diào)幅調(diào)頻波，然后再通過二極管峰值包絡(luò)檢波還原出原調(diào)制信號(hào)。 c 斜率鑒頻法斜率鑒頻法雙失諧回路斜率鑒頻器雙

31、失諧回路斜率鑒頻器 雙失諧鑒頻器的輸出是取兩個(gè)帶通響應(yīng)之差，該鑒頻器的傳輸特性或鑒頻特性，如圖 24 中 的實(shí)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(yīng)，頻帶 寬度，失真較小，靈敏度也高于單失諧回路鑒頻器。雙失諧回路斜率鑒頻器的電路及波形 變換如圖 25、26 所示。實(shí)際工作時(shí)，為了保證工作的線性范圍，應(yīng)調(diào)整f02和f03，使f02- f03大于調(diào)頻波最大頻偏fm 的兩倍，且f02-fc=fc-f03。 ufmuiuo ufm t ui t 0 uo t00 (a) ui 0 工作區(qū)(線性區(qū)) fcf0 f ui t f (t) fm t (b) 0 bm 0 uo

32、fa f 圖圖 24 雙失諧鑒頻器的鑒頻特性雙失諧鑒頻器的鑒頻特性 圖圖 25 雙失諧平衡鑒頻器雙失諧平衡鑒頻器 圖圖 26 圖圖 25 各點(diǎn)波形各點(diǎn)波形 四四 仿真結(jié)果仿真結(jié)果 1、dsbfc 的產(chǎn)生與解調(diào)的產(chǎn)生與解調(diào) ufm f01 fc u1 u2 - - uo1 uo2 uo - (a) f f03fcf02 t f (t) (b) f02 f03 t0 ufm (a) t 0 uo1 t uo2 (b) (c) t uo (d) 0 0 將調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)相乘得到 dsbfc 信號(hào)，再利用峰值檢測進(jìn)行包絡(luò)檢波就可從調(diào)幅 波中恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)，具體實(shí)現(xiàn)過程如下：圖一為 dsbfc 產(chǎn)生

33、及解調(diào)程序圖；圖二為 dsbfc 解調(diào)波形圖； 圖一圖一 dsbfc 產(chǎn)生及解調(diào)程序圖產(chǎn)生及解調(diào)程序圖 圖二圖二 dsbfc 解調(diào)波形圖解調(diào)波形圖 2 2、dsbscdsbsc 的產(chǎn)生與解調(diào)的產(chǎn)生與解調(diào) dsbsc 的產(chǎn)生與 dsbfc 的原理相同，在解調(diào) dsbsc 時(shí)選擇采用同步檢波進(jìn)行解調(diào)。 具體實(shí)現(xiàn)過程如下：圖三為 dsbsc 產(chǎn)生及解調(diào)程序圖；圖四為 dsbsc 解調(diào)波形圖； 圖三圖三 dsbsc 產(chǎn)生及解調(diào)程序圖產(chǎn)生及解調(diào)程序圖 圖四圖四 dsbsc 解調(diào)波形圖解調(diào)波形圖 3 3、fmfm 的產(chǎn)生于解調(diào)的產(chǎn)生于解調(diào) 選擇用直接調(diào)頻的方法對調(diào)制信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，然后再用振幅鑒頻的方法進(jìn)行

34、解調(diào)。 具體實(shí)現(xiàn)過程如下：圖五為 fm 產(chǎn)生及解調(diào)程序圖；圖六為 fm 解調(diào)波形圖； 圖五圖五 fm 產(chǎn)生及解調(diào)程序圖產(chǎn)生及解調(diào)程序圖 圖六圖六 fm 解調(diào)波形圖解調(diào)波形圖 五五 心得體會(huì)心得體會(huì) 為期兩周的課程設(shè)計(jì)很快結(jié)束了，通過這兩周的學(xué)習(xí)實(shí)踐加深了我對高頻電子線路這 門課程的了解，并進(jìn)一步理解各種調(diào)制與解調(diào)的基本理論和實(shí)現(xiàn)方法；同時(shí)也初步學(xué)習(xí)和 掌握了用 labview 模擬仿真信號(hào)，我從中受益匪淺。 通過這次課設(shè)使我明白了如何根據(jù)需要選學(xué)參考書，查閱手冊，圖表和文獻(xiàn)資料，對 培養(yǎng)自己獨(dú)立思考深入鉆研有關(guān)問題，自覺分析解決問題的能力有很大的幫助和提高。 特別是在搜集各種相關(guān)資料時(shí)自己下了很大的功夫，學(xué)到了很多以前在書本上看不到的東 西，很多是與實(shí)際有著密切的聯(lián)系的。對相關(guān)資料的消化吸收使我深深的感受到了理論與 實(shí)際相結(jié)合是