《通信電子線路》第八章

1、第 8 章 角度調(diào)制與解調(diào) （Angle Modulation and Demodulation）8.2 調(diào)相信號產(chǎn)生方法調(diào)相信號產(chǎn)生方法8.3 調(diào)頻信號產(chǎn)生方法調(diào)頻信號產(chǎn)生方法8.8 調(diào)角信號的解調(diào)電路調(diào)角信號的解調(diào)電路任意正弦波信號：任意正弦波信號： )(cos)cos()(tUtUtuomoComC 調(diào)制調(diào)制：用調(diào)制信號：用調(diào)制信號 tUtu cos)(去控制上述三個參量中的一個參數(shù)。去控制上述三個參量中的一個參數(shù)。 則可產(chǎn)生調(diào)制的方式有則可產(chǎn)生調(diào)制的方式有:Amphitude modulation (AM): )cos1 ()()(000tmUtukUtUamamm Frequency

2、 modulation (FM) :)()(tuktfC Phase modulation (PM): )()(0tukttpC 角度調(diào)制角度調(diào)制 振幅調(diào)制方式中振幅調(diào)制方式中 AM DSB 屬于頻譜屬于頻譜線性搬移電路線性搬移電路,調(diào)制信號寄生于已調(diào)調(diào)制信號寄生于已調(diào)信號的振幅變化中信號的振幅變化中FMPM 調(diào)制方式中：調(diào)制方式中：屬于頻譜的非線性搬移電路屬于頻譜的非線性搬移電路,已調(diào)波為等幅波已調(diào)波為等幅波,調(diào)調(diào)制信息寄生于已調(diào)波的頻率和相位變化中制信息寄生于已調(diào)波的頻率和相位變化中 SSB 一、概述一、概述其中：其中： oCtt )(, 總相角，總相角，振幅振幅,C角頻率，角頻率， o

3、為初相角為初相角 mU0FM，PM解調(diào)解調(diào): 從已調(diào)波中取出原調(diào)制信號的過程從已調(diào)波中取出原調(diào)制信號的過程(AM)振幅解調(diào)振幅解調(diào)檢波檢波 (FM)頻率解調(diào)頻率解調(diào)鑒頻鑒頻 (detection) (frequency discrimination)(PM)相位解調(diào)相位解調(diào)檢相檢相(phase detection) uAM當(dāng)進(jìn)行角度調(diào)制當(dāng)進(jìn)行角度調(diào)制 （FM或或PM）后）后 ,其已調(diào)波的角頻率將是時間的函數(shù)其已調(diào)波的角頻率將是時間的函數(shù)即即 。（ （t t） ）t = t（ （t t）角速度）角速度o )t( t = 0實軸實軸初角位移初角位移(相位相位)為為 ，設(shè)旋轉(zhuǎn)矢量的長度為設(shè)旋轉(zhuǎn)矢量的

4、長度為0mU, 且當(dāng)且當(dāng)t=0時，時， o 矢量與實軸之間的瞬時角位移矢量與實軸之間的瞬時角位移(相位相位)為為 )(t ，顯然有：，顯然有： todtttdttdt0)()()()( 而該矢量在實軸上的投影：而該矢量在實軸上的投影：)(cos)(0tUtumC 二、調(diào)角信號的分析與特點二、調(diào)角信號的分析與特點1.瞬時頻率和瞬時相位（瞬時頻率和瞬時相位（ instantaneous frequency and phase）如果設(shè)高頻載波信號為如果設(shè)高頻載波信號為 ： )(cos)cos()(00tUtUtumoCmC t= t 時刻，時刻， 關(guān)系關(guān)系瞬時頻率與瞬時相角的瞬時頻率與瞬時相角的 調(diào)

5、制信號：調(diào)制信號： tUtu cos)(（1）調(diào)頻）調(diào)頻FM：由于：由于已調(diào)波頻率隨調(diào)制信號線性變化已調(diào)波頻率隨調(diào)制信號線性變化，則有：，則有：)()()(ttuktCfC 其中：其中：: 載波角頻率，載波角頻率，F(xiàn)M波的中心頻率波的中心頻率. C： 調(diào)頻靈敏度，調(diào)頻靈敏度， fk)()(tutkf 單位調(diào)制信號振幅引起的頻率偏移單位調(diào)制信號振幅引起的頻率偏移 . )()(tuktF ,瞬時頻率偏移瞬時頻率偏移（簡稱（簡稱頻偏頻偏）寄載了調(diào)制信息，表示瞬時頻率相對于載波頻率的偏移寄載了調(diào)制信息，表示瞬時頻率相對于載波頻率的偏移 .最大頻偏最大頻偏 UktukFFmmax| )(| 由瞬時頻率與

6、所對應(yīng)的瞬時相位的關(guān)系，由瞬時頻率與所對應(yīng)的瞬時相位的關(guān)系， 時時0 o tttCFCFCttdttuktdttukdttt000)()()()()( 其中：其中： )(t ：瞬時相位偏移，瞬時相位偏移， tUkdttuktFtF sin)()(0 2. 調(diào)頻信號與調(diào)相信號的數(shù)學(xué)表示：調(diào)頻信號與調(diào)相信號的數(shù)學(xué)表示：設(shè)：載波：設(shè)：載波：tUtuCmC cos)(0 最大相位偏移：最大相位偏移： UktFmmax| )( tFCmmFMdttuktUtUtu000)(cos)(cos)( 對于單一頻率調(diào)制的對于單一頻率調(diào)制的FM波，由于波，由于 tUtu cos)(一般令一般令 mfm ，稱為，稱

7、為FM波的調(diào)頻指數(shù)，可得一般調(diào)頻信號的波的調(diào)頻指數(shù)，可得一般調(diào)頻信號的 數(shù)學(xué)表達(dá)式：數(shù)學(xué)表達(dá)式： 所以有：所以有： tmtUtUktUtufCmFCmFM sincossincos)(00 注意：與注意：與AM波不同，波不同，m f 一般可大于一般可大于1，且且m f 越大，抗干擾性能越大，抗干擾性能 越好，但頻帶越寬。越好，但頻帶越寬。 )(t ：瞬時相位偏移，瞬時相位偏移， tUkdttuktFtF sin)()(0 由于由于已調(diào)波的相位隨調(diào)制信號線性變化已調(diào)波的相位隨調(diào)制信號線性變化，則有：，則有：)()()(tttukttCpC 其中：其中： to ：為：為載波的相位角載波的相位角。

8、pk：調(diào)相靈敏度調(diào)相靈敏度， )()(tutkp ，單位調(diào)制信號振幅引起的相位偏移。單位調(diào)制信號振幅引起的相位偏移。 )()(tuktp ：瞬時相位偏移瞬時相位偏移，即，即 )(t 相對于相對于 to 的偏移量。的偏移量。(2) 相位調(diào)制：相位調(diào)制：最大相位移：最大相位移： pppmmUktuk max| )( （調(diào)相指數(shù)調(diào)相指數(shù)）另外，由瞬時相位與所對應(yīng)的瞬時頻率之間的關(guān)系，可得：另外，由瞬時相位與所對應(yīng)的瞬時頻率之間的關(guān)系，可得： )()()()(tdttdukdttdtCpC 式中：式中： dttduktp)()( ； PM波波瞬時頻偏瞬時頻偏最大頻偏最大頻偏: Ukdttdukppmm

9、ax|)(| PM波的表達(dá)式為：波的表達(dá)式為： )(cos0tuktUupCmPM 對于單一頻率調(diào)制信號對于單一頻率調(diào)制信號 tUtu cos)(的的PM波：波： coscoscoscos00tmtUtUktUupCmpCmPM 如果設(shè)載波：如果設(shè)載波： tUtuCmC cos)(0 ， 調(diào)制信號：調(diào)制信號： tUtu cos)( FM波波 PM波波(1) 瞬時頻率：瞬時頻率： )()(tuktFC dttduktpC)()( (3) 調(diào)頻信號與調(diào)相信號的比較調(diào)頻信號與調(diào)相信號的比較(2)瞬時相位：瞬時相位： tFCdttuktt0)()( )()(tukttpC (3)最大頻偏最大頻偏 Uk

10、tukFFmmax| )(| Ukdttdukppmmax|)(| (4)最大相移：最大相移： UkdttukmFtFmfmax0|)(| Uktukmppmpmax| )(| (5) 表達(dá)式表達(dá)式: )sincos()(cos)(cos)(0000tmtUdttuktUtUtufCmtfCmmFM )coscos()(cos)(cos)(000tmtUtuktUtUtupCmpCmmPM 討論：（討論：（1）一般調(diào)角信號的表達(dá)式）一般調(diào)角信號的表達(dá)式：sincos)(0oCmtmtUtu m pmmm f（2）FM波：波： Ukfm Ukmff（3）PM波：波： Ukpm Ukmpp可以看出

11、調(diào)相的信號帶寬隨調(diào)制信號頻率的升高而增加，而調(diào)可以看出調(diào)相的信號帶寬隨調(diào)制信號頻率的升高而增加，而調(diào) 頻波則不變，有時把調(diào)頻叫做恒定帶寬調(diào)制。頻波則不變，有時把調(diào)頻叫做恒定帶寬調(diào)制。（3）調(diào)頻波的波形）調(diào)頻波的波形仿真仿真 mm 三調(diào)角信號的頻譜與帶寬三調(diào)角信號的頻譜與帶寬tcUmtUmtUttmUtUtmtUuCmfCmfCmCfmCmfCmFM)(os 21)cos(21cossin sincossincos000000 根據(jù)調(diào)制指數(shù)根據(jù)調(diào)制指數(shù)m(mf與與mp的通用表示符號的通用表示符號)的大小，調(diào)角信號可分成兩的大小，調(diào)角信號可分成兩類。滿足類。滿足/6 條件的調(diào)角信號叫窄帶調(diào)角信號。

12、不滿足這個條件的調(diào)角條件的調(diào)角信號叫窄帶調(diào)角信號。不滿足這個條件的調(diào)角信號叫寬帶調(diào)角信號。信號叫寬帶調(diào)角信號。 當(dāng)當(dāng)/6時，時，sin，cos1。單一頻率調(diào)制的。單一頻率調(diào)制的窄帶調(diào)頻信號窄帶調(diào)頻信號的表示的表示式可近似為：式可近似為：1. 單頻調(diào)制的窄帶調(diào)頻信號的頻譜單頻調(diào)制的窄帶調(diào)頻信號的頻譜fUm0fCfC FfC FmfUm012mfUm012 根據(jù)此式，單頻調(diào)制的窄帶調(diào)頻信號根據(jù)此式，單頻調(diào)制的窄帶調(diào)頻信號的頻譜可以用圖的頻譜可以用圖8.5表示。信號的帶寬表示。信號的帶寬B=2，與與AM調(diào)幅波信號的帶寬相同。它與調(diào)幅波信號的帶寬相同。它與AM調(diào)幅信調(diào)幅信號的不同可通過矢量圖加以說明。

13、圖號的不同可通過矢量圖加以說明。圖8.6(a)示示出了用載波矢量出了用載波矢量 與邊帶矢量與邊帶矢量 和和 合成得到合成得到AM調(diào)幅波調(diào)幅波 的過程。由的過程。由圖可見，它僅僅是幅度大小的改變，而無相位圖可見，它僅僅是幅度大小的改變，而無相位的改變。圖的改變。圖8.6(b)示出了用載波矢量示出了用載波矢量 與邊與邊帶矢量帶矢量 和和 合成得到調(diào)頻信號的過程。合成得到調(diào)頻信號的過程。由圖可見，合成矢量由圖可見，合成矢量 在相位變化的同時，在相位變化的同時，振幅也在改變。其相位變化的正切振幅也在改變。其相位變化的正切CUUUAMUUUCUFMU 圖8.6 調(diào)制信號矢量圖(a)uAM信號矢量圖；(b

14、)uFM信號矢量圖(a)0CUUm 0=UCmaUm 0=U 12maUm 0=U 12(b)0CUFUm 0=UCmfUm 0=U 12mfUm 0=U 12mfUm 012 U 相應(yīng)振幅的相對變化小于相應(yīng)振幅的相對變化小于11%。隨著。隨著mf的的減小，振幅的變化越小，相位的變化也就越接近減小，振幅的變化越小，相位的變化也就越接近于于mfsint。tan( )sinftmt當(dāng)(t)/6時tan( )( )sinfttmt 利用三角函數(shù)展開式，可將單一頻率調(diào)制的調(diào)利用三角函數(shù)展開式，可將單一頻率調(diào)制的調(diào)頻信號表示式展開頻信號表示式展開000( )cos(sin)cos(sin) cossin

15、(sin) sinFMmCfmfCmfCutUtmtUmttUmtt(8.115) 其中，cos(mfsint)和sin(mfsint)可以進(jìn)一步展開成以貝塞爾函數(shù)為系數(shù)的三角函數(shù)級數(shù)20( 1) ()2()!()!fmnmnfmmJmm nm(8.116) 如果用如果用m代替代替m f 或或 m p ，把，把 FM 和和 PM信號用統(tǒng)一的調(diào)角信號來表示信號用統(tǒng)一的調(diào)角信號來表示且令且令 0 o ，則單位頻率調(diào)制的調(diào)角信號的表示式可統(tǒng)一表達(dá)成為，則單位頻率調(diào)制的調(diào)角信號的表示式可統(tǒng)一表達(dá)成為:sincos)(0tmtUtuCm （利用三角公式：（利用三角公式： )sinsincoscos)co

16、s( 可展開成以下級數(shù)：可展開成以下級數(shù)： 1204202cos)(2)(4cos)(22cos)(2)()sincos(nntnmJmJtmJtmJmJtm 012531)12cos()(25sin)(23sin)(2)(2)sinsin(nntnmJtmJtmJmJtm式中：式中： )(mJn稱為第一類稱為第一類Bessel function，當(dāng)，當(dāng)m，n一定時，一定時， 為定系數(shù)為定系數(shù).)(mJn 01212sin) 12sin()(2cos2cos)(2)()(nCnCnnottnmJUttnmJmJUtu 2. 寬帶調(diào)頻信號的頻譜寬帶調(diào)頻信號的頻譜 nCntnmJUtu)cos()

17、()( 貝塞爾函數(shù)具有如下的性質(zhì)：貝塞爾函數(shù)具有如下的性質(zhì)： ()( 1)()()()()()nnfnfnfnfnfnfJmJmJmJmJmJm 第1： n為奇數(shù)時, n為偶數(shù)時, 第2：當(dāng)調(diào)頻指數(shù)mf很小時 第3：對任意mf值，各階貝塞爾函數(shù)的平方和恒等于1，即2()1nfnJm0)(2)(1)(10 fnfffmJmmJmJ nCntnmJUtu)cos()()( 討論：在單一頻率信號調(diào)制下，調(diào)角信號頻譜具有的特點：討論：在單一頻率信號調(diào)制下，調(diào)角信號頻譜具有的特點： 2)2)FM/PM 信號的頻譜由載頻信號的頻譜由載頻 C 和無限對上，下邊頻分量和無限對上，下邊頻分量 )( nC 組成組

18、成. 其中：其中： C 分量：分量： UmJ)(0，其大小決定于，其大小決定于m 上上,下邊頻分量下邊頻分量 )( no : UmJn)(,與與m和和n的大小有關(guān)。的大小有關(guān)。C+C+2C+3C 一般有一般有 :值值越越大大所所占占頻頻帶帶越越寬寬一一定定時時當(dāng)當(dāng)不不計計高高次次邊邊頻頻分分量量可可以以忽忽略略一一定定時時當(dāng)當(dāng)mmJmnmJnmnn,)(:, 0)(: 1)由第一類由第一類Bessel function的性質(zhì)：的性質(zhì)： )()1()(mJmJnnn 各邊頻分量與載頻分量之間的頻率間距為各邊頻分量與載頻分量之間的頻率間距為n，且當(dāng)，且當(dāng)n為偶數(shù)時，上下邊為偶數(shù)時，上下邊頻分量符號

19、相同，而當(dāng)頻分量符號相同，而當(dāng)n=奇數(shù)時，上下邊頻分量符號相反。奇數(shù)時，上下邊頻分量符號相反。 3)不論是不論是FM 還是還是PM信號，信號， , 其其功率與載波功率相等功率與載波功率相等。2()1nfnJmfC7F0.0025fC5FfC6F0.011fC4FfC3F0.1320.0430.3090.486fC2FfC F0.3390.26fCfC F0.339fC2F0.486fC3F0.309fC4F0.132fC5F0.043fC6F0.0110.0025fC7Ffmf =3調(diào)頻信號的頻譜一定一定 一定一定 凡是振幅小于未調(diào)載波振幅的凡是振幅小于未調(diào)載波振幅的10%15%的邊頻的邊頻分

20、量可以忽略不計。分量可以忽略不計。 15. 010. 0| )(| mJn 實際上實際上可以把調(diào)角信號認(rèn)為是有限帶寬的信號可以把調(diào)角信號認(rèn)為是有限帶寬的信號，那么在決定調(diào)角那么在決定調(diào)角信號的帶寬時，要考慮到各高次項的邊頻分量的取舍信號的帶寬時，要考慮到各高次項的邊頻分量的取舍，這取決于實際這取決于實際應(yīng)用中允許解調(diào)后信號的失真程度。應(yīng)用中允許解調(diào)后信號的失真程度。 工程上有兩種不同的工程上有兩種不同的準(zhǔn)則準(zhǔn)則： (1) 比較精確的準(zhǔn)則：比較精確的準(zhǔn)則：FM信號的帶寬包括幅度大于未調(diào)載波振幅信號的帶寬包括幅度大于未調(diào)載波振幅1%以以上的邊頻分量，即上的邊頻分量，即 01.0|)(| fnmJ如

21、果在滿足上述條件下的最高邊頻的次數(shù)為如果在滿足上述條件下的最高邊頻的次數(shù)為n max，則，則FM信號的帶寬信號的帶寬為為 BFM=2nmax 或或 BFM=2nmaxF，其中，其中 2 F利用利用B e s s e l function可得近似公式可得近似公式: FmmBffFM) 1( 2 (2) 常用的工程準(zhǔn)則：常用的工程準(zhǔn)則： 由由Bessel function可得可得 BFM=2(mf+1)F在實際應(yīng)用中也常區(qū)分為：在實際應(yīng)用中也常區(qū)分為： )(22,10)1(2, 1)( ,2, 1為為最最大大頻頻偏偏稱稱為為寬寬帶帶調(diào)調(diào)頻頻波波頻頻帶帶相相同同與與稱稱為為窄窄帶帶調(diào)調(diào)頻頻mmfFM

22、ffFMfFMfffFmBmFmBmAMFBm3.調(diào)角信號帶寬調(diào)角信號帶寬4 對有限頻帶的調(diào)制信號，即對有限頻帶的調(diào)制信號，即F= F minF max， 調(diào)角信號的頻帶為：調(diào)角信號的頻帶為： maxmaxmax,2,10)1(2,12,1mFffBmFmBmFBmmm時時時時時時由相位與頻率之間的關(guān)系：由相位與頻率之間的關(guān)系： )/( ,)()()( ,)()(0sraddttdtraddtttt 在同一調(diào)制信號在同一調(diào)制信號 )(tu 的控制下，形成的的控制下，形成的FM波和波和PM波的表達(dá)式為：波的表達(dá)式為：)(cos)()(cos)(0tuktUtudttuktUtupCPMtfCFM

23、 以上的過程為直接調(diào)頻或直接調(diào)相以上的過程為直接調(diào)頻或直接調(diào)相 )(tu 調(diào)調(diào)頻頻器器 tFCFMdttuktUtu0)(cos)( FM,direct)(tu 調(diào)調(diào)相相器器)(costuktUupCPM PM,direct四四.調(diào)頻與調(diào)相的相互轉(zhuǎn)換調(diào)頻與調(diào)相的相互轉(zhuǎn)換仿真仿真(2) 把把 )(tu 先微分后再調(diào)頻，可以得間接調(diào)相（先微分后再調(diào)頻，可以得間接調(diào)相（indirect PM） 微微分分調(diào)調(diào)頻頻(1)如果把如果把 )(tu 先積分后，再經(jīng)過調(diào)相器，也可得到對先積分后，再經(jīng)過調(diào)相器，也可得到對 )(tu 而言的調(diào)頻波，稱為間接調(diào)頻。（而言的調(diào)頻波，稱為間接調(diào)頻。（indirect fr

24、equency modulation）)(tu tdttu0)(積積分分調(diào)調(diào)相相 tpCFMdttuktUu0)(cos )(tu )(costuktUupCPM )(tudtd 間接調(diào)頻或間接調(diào)相：間接調(diào)頻或間接調(diào)相：仿真仿真 例：例： 角調(diào)波u(t)=10cos(2106 t+10cos2000t)(V)，試確定： （1）最大頻偏；（2）最大相偏；（3）信號帶寬； （4）此信號在單位電阻上的功率；（5）能否確定這是FM波或是PM波？題意分析：題意分析：這是考查角度調(diào)制基本概念的典型題目，包括表達(dá)式、最大頻偏、最大相偏、帶寬和功率等。)(2000cos2000cos10102)(6ttttt

25、ttcmc 解：解：)(10)(2000sin102000sin2120000)(21)(44HzfHzttdttdtfm （1）最大頻偏）最大頻偏)(10 radm )(2210)110(2)1(210 ,13KHzFmBmKHzFfsf )(50110212122WRUP （2）最大相偏（3）信號帶寬（4）單位電阻上的信號功率 不論是FM 還是PM信號，都是等幅信號，其功率與載波功率相等。（5）由于不知調(diào)制信號形式，因此僅從表達(dá)式無法確定此信號FM波還是PM波。tUu3102cosUUU已知調(diào)制信號為（V），mf = mp =10，求此時FM波和PM波的帶寬。若不變，F(xiàn)增大一倍，兩種調(diào)制信

26、號的帶寬如何？若F不變，增大一倍，兩種調(diào)制信號的帶寬如何？若和F都增大一倍，兩種調(diào)制信號的帶寬如何？題意分析：題意分析：調(diào)頻和調(diào)相均為角度調(diào)制，兩者相似但有不同，特別是帶寬與調(diào)制信號的關(guān)系。本題考查的就是這方面的問題。與此有關(guān)的公式和概念要非常清楚。 10,1),(102cos)( 13 fmFMKHzFVtUtu由由于于信信號號對對于于即即已已知知調(diào)調(diào)制制信信號號為為 FUkFfmUkfFMfmffm , ,)2(波波對對于于)(2210)110(2)1(2 3KHzFmBfS 10, pmPM信號信號對于對于)(2210)110(2)1(2 3KHzFmBpS 5, ffmmmfFU即即減

27、減半半不不變變則則增增大大一一倍倍不不變變?nèi)羧?(24102)15(2)1(2 3KHzFmBfS UkmPMfp,波波對對于于)(44102)110(2, 3KHzBmSp 則則不不變變)(4210)120(2)1(23KHzFmBfS )(4210)120(2)1(23kHzFmBpS )(44102)110(2)1(23kHzFmBfS )(84102)120(2)1(23KHzFmBpS 對于PM波，mp也增大一倍，即mp =20，因此(4) F和U均增大一倍，對于FM波，mf不變對于PM波，mp增大一倍，因此（3）F不變，U增大一倍。對于FM波，fm和mf增大一倍，即mf =20，因

28、此8.3 調(diào)頻電路調(diào)頻電路 VCO的特點：的特點：瞬時頻率隨外加控制信號的變化而變化瞬時頻率隨外加控制信號的變化而變化。 )(tu VCO )(cos)(dttuktUtufCFM 通常有：通常有： )()(tkutC ，式中：，式中：U為振蕩信號的振幅，為振蕩信號的振幅， C :當(dāng)當(dāng) 0)( tu時的振蕩頻率，時的振蕩頻率，k f為為:VCO控制靈敏度?？刂旗`敏度。 8.3.1 實現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)相的方法 由于調(diào)頻后的由于調(diào)頻后的FM波中含有許多新的頻率分量，因此波中含有許多新的頻率分量，因此調(diào)頻信號的產(chǎn)生調(diào)頻信號的產(chǎn)生必須利用非線性電路進(jìn)行頻率的變換必須利用非線性電路進(jìn)行頻率的變換，但與頻譜的線

29、性搬移電路是有區(qū)別，但與頻譜的線性搬移電路是有區(qū)別的。的。調(diào)頻信號產(chǎn)生的方法：直接調(diào)頻法（調(diào)頻信號產(chǎn)生的方法：直接調(diào)頻法（direct FM system） 間接調(diào)頻法（間接調(diào)頻法（indirect FM system） 一一 直接調(diào)頻法直接調(diào)頻法 利用壓控振蕩器（利用壓控振蕩器（Voltage Control Oscillator）作為頻率調(diào)制器來產(chǎn)）作為頻率調(diào)制器來產(chǎn)生調(diào)頻（生調(diào)頻（FM）信號）信號VCO中最常用的壓控元件：中最常用的壓控元件：變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管 由晶體管和場效應(yīng)管組成的電抗電路。由晶體管和場效應(yīng)管組成的電抗電路。 直接調(diào)頻法：優(yōu)點：可獲得較大頻偏直接調(diào)頻法：優(yōu)點：可獲得

30、較大頻偏. 缺點：中心頻率穩(wěn)定性差，常采用自動頻率微調(diào)電路來克服。缺點：中心頻率穩(wěn)定性差，常采用自動頻率微調(diào)電路來克服。利用調(diào)相方法實現(xiàn)調(diào)頻。利用調(diào)相方法實現(xiàn)調(diào)頻。高穩(wěn)定度高穩(wěn)定度載波振蕩器載波振蕩器 相位相位調(diào)制器調(diào)制器積分積分 電路電路多級倍頻多級倍頻和混頻器和混頻器寬帶寬帶 )(tuFM)(tu dttu)(窄帶窄帶)(tuFM二間接調(diào)頻法：二間接調(diào)頻法： 但最大頻偏小的缺點可以通過多級倍頻器后獲得符合要求的調(diào)頻頻偏，但最大頻偏小的缺點可以通過多級倍頻器后獲得符合要求的調(diào)頻頻偏，另外采用混頻器變換頻率可以得到符合要求的調(diào)頻波工作范圍。另外采用混頻器變換頻率可以得到符合要求的調(diào)頻波工作范圍

31、。 采用高穩(wěn)定度的晶體振蕩器作為主振級，然后再對這個穩(wěn)定的載采用高穩(wěn)定度的晶體振蕩器作為主振級，然后再對這個穩(wěn)定的載頻信號進(jìn)行調(diào)相，這樣一來就可得中心頻率穩(wěn)定度高的調(diào)頻信號。頻信號進(jìn)行調(diào)相，這樣一來就可得中心頻率穩(wěn)定度高的調(diào)頻信號。在間接調(diào)頻時，要獲得線性調(diào)頻必需以線性調(diào)相為基礎(chǔ)。在間接調(diào)頻時，要獲得線性調(diào)頻必需以線性調(diào)相為基礎(chǔ)。但在實現(xiàn)線性調(diào)但在實現(xiàn)線性調(diào)相時，要求最大瞬時相位偏移相時，要求最大瞬時相位偏移 om30 ，因而線性調(diào)相的范圍很窄，因而線性調(diào)相的范圍很窄，因此轉(zhuǎn)換成的調(diào)頻波的最大頻偏因此轉(zhuǎn)換成的調(diào)頻波的最大頻偏 mf 很小，即：很小，即：m f1，這是間接調(diào)頻，這是間接調(diào)頻法的主

32、要缺點法的主要缺點. )1(DRUuoCjC 一一 PN結(jié)具有電容效應(yīng)：結(jié)具有電容效應(yīng)：擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容(diffusion capacitance)正向偏置正向偏置，電容效應(yīng)比較小。，電容效應(yīng)比較小。 勢壘電容勢壘電容(barrier capacitance)反向偏置反向偏置 ，勢壘區(qū)空間電荷呈現(xiàn)的電容效應(yīng)。，勢壘區(qū)空間電荷呈現(xiàn)的電容效應(yīng)。 所以所以為利用為利用PN結(jié)的電容，結(jié)的電容，PN結(jié)應(yīng)工作在反向偏置狀態(tài)結(jié)應(yīng)工作在反向偏置狀態(tài).8.3.2 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路電路 （Varactor diode direct FM） PN結(jié)反向偏置時，結(jié)電容會隨外加反向偏壓而變化，

33、而專用的變?nèi)荻Y(jié)反向偏置時，結(jié)電容會隨外加反向偏壓而變化，而專用的變?nèi)荻O管，是經(jīng)過特殊工藝處理（控制半導(dǎo)體的摻雜濃度和摻雜的分布）使勢極管，是經(jīng)過特殊工藝處理（控制半導(dǎo)體的摻雜濃度和摻雜的分布）使勢壘電容能靈敏地隨反向偏置電壓的變化而呈現(xiàn)較大變化的壓控變?nèi)菰?。壘電容能靈敏地隨反向偏置電壓的變化而呈現(xiàn)較大變化的壓控變?nèi)菰?。變?nèi)荻O管的結(jié)電容變?nèi)荻O管的結(jié)電容C j與反向電壓與反向電壓uR存在如下關(guān)系：存在如下關(guān)系：式中式中Co： 0 Ru時的電容值（零偏置電容）時的電容值（零偏置電容）:Ru反向偏置電壓，反向偏置電壓，UD：PN結(jié)勢壘電位差。結(jié)勢壘電位差。 VGeVSi3 .0:7 .0:

34、 ：結(jié)電容變化指數(shù)，通常：結(jié)電容變化指數(shù)，通常=1/21/3，經(jīng)特殊工藝制成的超突變結(jié)電容，經(jīng)特殊工藝制成的超突變結(jié)電容=15。 可以看出可以看出C j與與u R之間是非線性關(guān)系，即之間是非線性關(guān)系，即變?nèi)荻O管屬于變?nèi)荻O管屬于非線性電容，這種非線性電容基本上不消耗能量，產(chǎn)生的噪聲量級也非線性電容，這種非線性電容基本上不消耗能量，產(chǎn)生的噪聲量級也較小，是較理想的高效率，低噪聲非線性電容。較小，是較理想的高效率，低噪聲非線性電容。 tmCtmUUCtUUUUUUCUtUUCUtUUoCCjQDooDDoDDoDj cos1cos11cos1cos1)cos(10000設(shè)在變?nèi)荻O管上加一個靜態(tài)

35、工作電壓設(shè)在變?nèi)荻O管上加一個靜態(tài)工作電壓U o和一個單頻調(diào)制信號和一個單頻調(diào)制信號 tUtu cos)(，則結(jié)反偏電壓：，則結(jié)反偏電壓： C j QC juRUO)(tu tUUtuUtuooR cos)()(而結(jié)電容：而結(jié)電容： 其中：其中： DojQUUCC 10為靜態(tài)工作點的結(jié)電容。為靜態(tài)工作點的結(jié)電容。 oDUUUm 表示結(jié)電容調(diào)制深度的調(diào)制指數(shù)。表示結(jié)電容調(diào)制深度的調(diào)制指數(shù)。 為了突出調(diào)頻性能的分析，下圖只畫出了它的高頻交流等效電路，為了突出調(diào)頻性能的分析，下圖只畫出了它的高頻交流等效電路，沒有畫出直流饋電電路，沒有畫出直流饋電電路， 二二 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻性能分析變?nèi)荻O管直接

36、調(diào)頻性能分析1 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻原理電路變?nèi)荻O管直接調(diào)頻原理電路圖中；圖中；C3為高頻偶合電容，為高頻偶合電容，C4為偶合隔直電容，為偶合隔直電容，LB為高頻扼流圈，阻止高為高頻扼流圈，阻止高頻電流經(jīng)過調(diào)制信號源被旁路，右圖為振蕩器交流等效電路，頻電流經(jīng)過調(diào)制信號源被旁路，右圖為振蕩器交流等效電路，C j與振蕩器與振蕩器回路并聯(lián)，回路并聯(lián)，R1，R2為為C j的偏置電路，為的偏置電路，為C j提供靜態(tài)直流偏壓提供靜態(tài)直流偏壓 221RRRUUcco ，而二極管的反偏電壓為：，而二極管的反偏電壓為： )(tuUuoR + uR-) t (v + Uo-演示演示由上電路可知，振蕩頻率為：由上電

37、路可知，振蕩頻率為： LC1 ;而而 2121CCCCCCj為了簡化電路分析，如果設(shè)為了簡化電路分析，如果設(shè)： 2121CCCCCj ，則有則有 jCC 所以：有所以：有 2)cos1(1)cos1(11 tmLCtmLCLCjQjQj 其中：其中： jQoLC1 為未加調(diào)制信號為未加調(diào)制信號（ 0)( tu）時的振蕩頻率時的振蕩頻率， 2 調(diào)頻性能分析即為調(diào)頻振蕩器的中心頻率。即為調(diào)頻振蕩器的中心頻率。DooffoDooooUuktuktUuutmt 其其中中,coscoscos1)(則則討論：討論：1 設(shè)設(shè)=2即滿足線性調(diào)頻即滿足線性調(diào)頻。2 當(dāng)當(dāng)2 則則 2cos1)( tmto （利用

38、級數(shù)展開，忽略高次項，（利用級數(shù)展開，忽略高次項， )x!2)1n(nnx1)x1(2n tcosm)12(2!21tcosm21)t(22o t2costcos)(t2cosm)12(8tcosm2m)12(81)t(m2m0020020 )( t 可近似為：可近似為： tttmtmmtmm2coscos)(2cos)12(8cos2)12(81)(20020020是由是由C jU d的非線性而引起的。的非線性而引起的。 om 0（2） 02 mm ：與調(diào)頻頻率有關(guān)的最大頻偏，與調(diào)頻頻率有關(guān)的最大頻偏， mom （3） omm 22)12(8 ：由于由于C jU d的非線性作用，使頻偏中增加

39、的非線性作用，使頻偏中增加了了的諧波分量（的諧波分量（2）而引起的附加頻偏，會造成調(diào)頻接收時的非線性）而引起的附加頻偏，會造成調(diào)頻接收時的非線性失真，應(yīng)盡量減少這種失真。失真，應(yīng)盡量減少這種失真。另外，定義調(diào)頻靈敏度另外，定義調(diào)頻靈敏度： DoooDomfUUUUUUUmUS 2220調(diào)調(diào)制制信信號號振振幅幅最最大大角角頻頻偏偏其中：（其中：（1） oom 2)12(8 ：為中心頻率的偏移量為中心頻率的偏移量三三 變?nèi)莨苷{(diào)頻器的實際電路變?nèi)莨苷{(diào)頻器的實際電路（1）L1，C1、C2串聯(lián)，串聯(lián)，C3和反向串聯(lián)的兩個變和反向串聯(lián)的兩個變?nèi)荻O管，三個支路并容二極管，三個支路并聯(lián)組成電容反饋三點式聯(lián)組

40、成電容反饋三點式振蕩電路。振蕩電路。 (2) 直流偏置電壓直流偏置電壓- -U Uo o同同時加在兩個變?nèi)荻O管時加在兩個變?nèi)荻O管的正極，調(diào)制信號的正極，調(diào)制信號 )(tu 經(jīng)經(jīng)L4 負(fù)極上，二個二極管的負(fù)極上，二個二極管的動態(tài)偏置為動態(tài)偏置為： 扼流圈加在二極管扼流圈加在二極管)()(0tuUtud （3）兩個變?nèi)荻O管串聯(lián)后的總電容）兩個變?nèi)荻O管串聯(lián)后的總電容 2CCjj C j與與C3串聯(lián)后接入振蕩回路，對振蕩回路來串聯(lián)后接入振蕩回路，對振蕩回路來說是部分接入，與單二極管直接接入比較，說是部分接入，與單二極管直接接入比較，在在 相同的情況下，相同的情況下，m值降低。值降低。mf （4

41、）兩變?nèi)荻O管反向串）兩變?nèi)荻O管反向串聯(lián)，對高頻信號而言，聯(lián)，對高頻信號而言， 加加到兩管的高頻電壓降低一到兩管的高頻電壓降低一半，可減弱高頻電壓對結(jié)半，可減弱高頻電壓對結(jié)電壓的影響，另外在高頻電壓的影響，另外在高頻電壓的任一半周內(nèi)，一個電壓的任一半周內(nèi)，一個變?nèi)莨芗纳娙菰龃?，而變?nèi)莨芗纳娙菰龃?，而另一個減另一個減 少，使結(jié)電容的少，使結(jié)電容的變化不對稱性相互抵消，變化不對稱性相互抵消，從而從而 消弱寄生調(diào)制。消弱寄生調(diào)制。)t (v 一，晶體振蕩器直接調(diào)頻一，晶體振蕩器直接調(diào)頻 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

42、，可以采用直接對晶體振蕩器調(diào)頻的方法。接對晶體振蕩器調(diào)頻的方法。 8.3.3 晶體振蕩器直接調(diào)頻電路 1晶體振蕩器直接調(diào)頻原理晶體振蕩器直接調(diào)頻原理右圖為并聯(lián)型右圖為并聯(lián)型Pierce Oscillator，其振蕩頻率為：其振蕩頻率為： )(210oLgqCCCff 式中：式中：Cg為晶體的動態(tài)電容，為晶體的動態(tài)電容，C o：晶體的靜態(tài)電容，：晶體的靜態(tài)電容， j21LC1C1C11C ， f q：晶體的串聯(lián)諧振頻率：晶體的串聯(lián)諧振頻率。在電路中，當(dāng)在電路中，當(dāng)C j變化時，變化時，CL變化，從而使晶體振蕩器的振蕩頻率也發(fā)生變變化，從而使晶體振蕩器的振蕩頻率也發(fā)生變化，如果壓控元件化，如果壓控

43、元件C j受調(diào)制電壓受調(diào)制電壓 控制，則控制，則Pierce Oscillator就成為一就成為一個個晶體調(diào)頻振蕩器。晶體調(diào)頻振蕩器。)(tv 注意：晶體在電路中呈現(xiàn)為一個等效電感，注意：晶體在電路中呈現(xiàn)為一個等效電感，故只能工作于晶體的串聯(lián)諧振故只能工作于晶體的串聯(lián)諧振頻率頻率f q與并聯(lián)諧振頻率與并聯(lián)諧振頻率f p之間之間，而，而f q與與f p之間的頻率變化范圍只有之間的頻率變化范圍只有431010 oqpfff量級，再加上量級，再加上C j的串聯(lián)，晶體的的串聯(lián)，晶體的可調(diào)振蕩頻率更窄可調(diào)振蕩頻率更窄。 例如載頻為例如載頻為40MHZ的晶體調(diào)頻振蕩器，能獲得最大頻偏只有的晶體調(diào)頻振蕩器，

44、能獲得最大頻偏只有7.5KHZ，所以采用晶體調(diào)頻振蕩器雖然可以獲得較高的頻率穩(wěn)定度，但所以采用晶體調(diào)頻振蕩器雖然可以獲得較高的頻率穩(wěn)定度，但缺點是最大缺點是最大頻偏很小頻偏很小，實際中需要采用擴(kuò)大頻偏的措施。，實際中需要采用擴(kuò)大頻偏的措施。擴(kuò)大頻偏的方法有兩種：擴(kuò)大頻偏的方法有兩種：晶體支路中串接小電感；晶體支路中串接小電感； 利用利用型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行阻抗變換來擴(kuò)展晶體呈現(xiàn)感型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行阻抗變換來擴(kuò)展晶體呈現(xiàn)感 性的工作頻率范圍。性的工作頻率范圍。 2 晶體調(diào)頻振蕩器的實際電路晶體調(diào)頻振蕩器的實際電路 ) t (v 采用串接小電感采用串接小電感L的方法來擴(kuò)大調(diào)頻的頻偏，變?nèi)荻O管的反向偏壓由的方法來擴(kuò)

45、大調(diào)頻的頻偏，變?nèi)荻O管的反向偏壓由UCC經(jīng)穩(wěn)壓管經(jīng)穩(wěn)壓管2CZ14穩(wěn)壓后經(jīng)穩(wěn)壓后經(jīng)RZ2=2.4k和和W1=47k電位器分壓后，經(jīng)電位器分壓后，經(jīng)R=10K電電阻加至變?nèi)莨苷龢O。改變阻加至變?nèi)莨苷龢O。改變47K電位器電位器W1的活動端可以調(diào)整變?nèi)莨艿牡幕顒佣丝梢哉{(diào)整變?nèi)莨艿腢o從而從而改變改變C j ，把調(diào)頻器的中心頻率調(diào)至規(guī)定值。調(diào)制信號，把調(diào)頻器的中心頻率調(diào)至規(guī)定值。調(diào)制信號 經(jīng)經(jīng)4.7K電位器電位器W2加于變?nèi)莨?，改變加于變?nèi)莨?，改?.7K電位器電位器W2的活動頭，可以調(diào)整加在變?nèi)荻O管的活動頭，可以調(diào)整加在變?nèi)荻O管上的調(diào)制信號電壓幅值，從而獲得要求的頻偏。上的調(diào)制信號電壓幅值，從

46、而獲得要求的頻偏。)(tv 直接調(diào)頻：優(yōu)點：可以直接調(diào)頻：優(yōu)點：可以獲得較大的頻偏獲得較大的頻偏。缺點：。缺點：中心頻率穩(wěn)定性差，中心頻率穩(wěn)定性差，常采用常采用AFC電路來克服頻率的偏穩(wěn)。電路來克服頻率的偏穩(wěn)。而下圖為間接調(diào)頻的原理電路而下圖為間接調(diào)頻的原理電路,其關(guān)鍵電路是其關(guān)鍵電路是調(diào)相器調(diào)相器.高穩(wěn)定度高穩(wěn)定度 振蕩器振蕩器 調(diào)相器調(diào)相器 積分器積分器)(tu )(tuFM )(tu8.3.4 間接調(diào)頻電路間接調(diào)頻電路 （indirect FM） 其基本電路是一個高頻放大器，其基本電路是一個高頻放大器，基級輸入高頻載波信號，集電極電流基級輸入高頻載波信號，集電極電流為高頻載波電流為高頻載

47、波電流io (t)經(jīng)過由經(jīng)過由L，C 和和C j組成的諧振回路。在高組成的諧振回路。在高Q值及小失諧值及小失諧條件下，并聯(lián)諧振回路電壓條件下，并聯(lián)諧振回路電壓u與電流與電流iO之間的相移關(guān)系為：之間的相移關(guān)系為： )2(offQarctg io下圖為一個利用變?nèi)荻O管移相的下圖為一個利用變?nèi)荻O管移相的單回路移相器。單回路移相器。+U-)(tu )(tuFM)(tuo演示演示)t (v dt)t (v 若將若將 先經(jīng)積分器積分，則加在變?nèi)莨苌系恼{(diào)制電壓為先經(jīng)積分器積分，則加在變?nèi)莨苌系恼{(diào)制電壓為 ，則單回路輸出的調(diào)相電壓的相移為：，則單回路輸出的調(diào)相電壓的相移為：02ffQ 式中：式中： 6

48、)2(offQarctg f LCf 210并聯(lián)回路諧振頻率并聯(lián)回路諧振頻率(當(dāng)當(dāng)時的回路諧振頻率時的回路諧振頻率)。0)( tufo ；信號頻率；信號頻率 與回路諧振頻率與回路諧振頻率 f0 之差。之差。Q：回路的品質(zhì)因數(shù)。：回路的品質(zhì)因數(shù)。0sfff sf6| 一般當(dāng)一般當(dāng) 時，則有：時，則有：jjjCCCCCC 如果設(shè)如果設(shè)CCj，則，則2)cos1(11 tmLCLCjQj 所以回路的諧振頻率：所以回路的諧振頻率：tsinmftcosffom 2而回路頻率的頻偏移為而回路頻率的頻偏移為:tsinmQ 所以：所以： dttumQ)( )(cos()(dttumQtUtuoFM 故可輸出調(diào)

49、頻信號為：故可輸出調(diào)頻信號為：注意：其中注意：其中m為可變電容的調(diào)制度：為可變電容的調(diào)制度：oDUUUm 調(diào)頻信號的解調(diào)是從調(diào)頻波調(diào)頻信號的解調(diào)是從調(diào)頻波 中恢復(fù)出原調(diào)制中恢復(fù)出原調(diào)制信號信號 的過程，完成調(diào)頻波解調(diào)過程的電路稱為頻率檢波器的過程，完成調(diào)頻波解調(diào)過程的電路稱為頻率檢波器鑒頻器鑒頻器（ frequency discrimination ） )(cosdttumtUuCFM )(tu 常用的鑒頻器有：常用的鑒頻器有：振幅鑒頻器（斜率鑒頻器，振幅鑒頻器（斜率鑒頻器，slope discrimination） 功能：功能：FM波波FMAM波波包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器調(diào)制信號調(diào)制信號相位鑒頻

50、器（相位鑒頻器，相位鑒頻器（相位鑒頻器，phaseshift discrimination） 功能：功能：FM波波PFFM波波相位檢波相位檢波輸出調(diào)制信號輸出調(diào)制信號比率鑒頻器（比率鑒頻器（ratio discrimination）：在相位鑒頻器的基礎(chǔ)上適當(dāng)改進(jìn)，）：在相位鑒頻器的基礎(chǔ)上適當(dāng)改進(jìn)，具有一定的限幅作用，可省去限幅器具有一定的限幅作用，可省去限幅器正交鑒頻器（正交鑒頻器（guadrature discrimination）：利用相乘器實現(xiàn)頻率解調(diào)。）：利用相乘器實現(xiàn)頻率解調(diào)。8.7 調(diào)頻波的解調(diào)調(diào)頻波的解調(diào)方法方法 一一 鑒頻方法鑒頻方法 鑒頻器鑒頻器)(tuuo ）或或 ()(f

51、tuFMB max)(tuuo f )()()(ttuktCfC 或：或： )()(2)(tfftukftfCfC 表明：表明：要實現(xiàn)無失真鑒頻，要求鑒頻器的輸出電壓要實現(xiàn)無失真鑒頻，要求鑒頻器的輸出電壓 與頻偏與頻偏 成線性關(guān)系，上圖為典型鑒頻特性曲線。成線性關(guān)系，上圖為典型鑒頻特性曲線。 )()(tutuo )(tf 由調(diào)頻信號的特征：由調(diào)頻信號的特征：)(2)(tuktff 所以：所以：f fo鑒頻特性曲線：鑒頻特性曲線：二二 鑒頻特性：鑒頻特性： 鑒頻特性可以由鑒頻特性可以由鑒頻特性曲線鑒頻特性曲線來全面描述。來全面描述。 鑒頻特性曲線：鑒頻特性曲線：反映了鑒頻器輸出電壓反映了鑒頻器輸

52、出電壓 與輸入信號電壓與輸入信號電壓 的頻的頻偏偏之間的關(guān)系曲線。之間的關(guān)系曲線。ou)(tuFMf B max)(tuuo f 0| foDfdduS 表明了鑒頻特性曲線在原點（表明了鑒頻特性曲線在原點（ ）處的斜率，反映了鑒頻靈敏度。處的斜率，反映了鑒頻靈敏度。 顯然希望顯然希望SD值應(yīng)盡可能的大值應(yīng)盡可能的大。 0 f對鑒頻特性曲線的主要要求：對鑒頻特性曲線的主要要求：（2）鑒頻器的峰值頻帶寬度）鑒頻器的峰值頻帶寬度B max ，要求要求B max 應(yīng)大于輸入應(yīng)大于輸入FM波波最大頻偏擺動范圍最大頻偏擺動范圍。 mf 2f fo（1）定義：鑒頻跨導(dǎo)）定義：鑒頻跨導(dǎo) 鑒相器是用來比較兩個鑒

53、相器是用來比較兩個同頻輸入電壓同頻輸入電壓 和和 的相位，而輸出電壓的相位，而輸出電壓是兩個輸入電壓相位差的函數(shù)，是兩個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 與兩個輸入電壓的瞬時相位差成正比。與兩個輸入電壓的瞬時相位差成正比。 鑒相器鑒相器)()(11ttu )()(22ttu )(tuo 鑒相器可實現(xiàn)鑒相器可實現(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，以及，以及鎖相鎖相技術(shù)及頻率合成技術(shù)技術(shù)及頻率合成技術(shù)中。如在以后介紹的中。如在以后介紹的相

54、移鑒頻器相移鑒頻器和和正交鑒頻器正交鑒頻器都有具都有具體應(yīng)用。體應(yīng)用。 鑒相器的實現(xiàn)方法：鑒相器的實現(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三三 相位檢波器（鑒相器相位檢波器（鑒相器phase detector）)(: )(11tut )(: )(22tut 其中：其中：的瞬時相位。的瞬時相位。的瞬時相位。的瞬時相位。)()()(21ttktuo 即即2) t (t2cos)2) t (cos(VkV212tcosV)t (tcoskV) t (v) t (kv) t (vorsorosrs,o 則相乘器的輸出信號則相乘器的輸出信號 為：為：)(tuo1 乘積型鑒相器（pr

55、oduct 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)(ttUtuCss 即：即：)()(tuktP 而而)t (vr)t(vs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。)2cos()( tUtuCrr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：)(tvo)(sin212)(cos21)(tVkVtVkVtvrsrso 可見：乘積型鑒相器具有可見：乘積型鑒相器具有正弦形鑒相特性正弦形鑒相特性相乘器相乘器

56、低通濾波器低通濾波器)(tur)(tus)(,0tu)(0tu12|)t(| )()(sintt 另外，如果滿足另外，如果滿足 ，則有，則有 。)t(vK)t(vkVKV21)t(VkV21)t(vPPrsrso 所以所以-) t (vo)t ( )(tvo)(t 即輸出電壓即輸出電壓 與與 成線性關(guān)系，可實現(xiàn)線性鑒相。成線性關(guān)系，可實現(xiàn)線性鑒相。 注意：注意：乘積型鑒相器在電路結(jié)構(gòu)上與同乘積型鑒相器在電路結(jié)構(gòu)上與同步檢波器是相同的，即只要輸入調(diào)相信步檢波器是相同的，即只要輸入調(diào)相信號號 與與 的載波正交，同步檢的載波正交，同步檢波器就變成了乘積型鑒相器。波器就變成了乘積型鑒相器。 ) t (

57、vs) t (vr仿真仿真)t (vo)t (vo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（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)t(vr)t (vs ) t (vs ) t (vr)t (v1d)t (v2d)(tvs)t(tsinV)t(voss )t(vk)t(p )t (vs設(shè)輸入調(diào)相波設(shè)輸入調(diào)相波 為：為：2sin)( tVtvorr而同頻正交載波信號

58、為：而同頻正交載波信號為： )()()()(21tvtvvtvtvvsdsrd 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) t (vs ) t ( vs ) t (vr) t (v1d) t (v2d )t (vo)(tvs)t (v1d) t (v2d)t (vr)t ( ) t (vs )(sin2)(sin2222221tVVVVVtVVVVVrsrsdrsrsd 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，則兩個包絡(luò)檢波器，則兩個包絡(luò)檢波器的輸出電壓為：的輸出電壓為： 2211ddoddoVKvVKv（為調(diào)相調(diào)幅波）（為調(diào)相調(diào)幅波）

59、)(2121dddoooVVKvvtv 而而VrVs 討論：討論：（1）當(dāng)）當(dāng))t (sinVK2)t (v)t (sinVrVs1VrV)t (sinVrVs1Vr)t (sinVrVs21Vr)t (sinVrVs2)VrVs(1VVsdo2d2r1d 同同理理：則：則：仿真仿真 )(sin2)(sin2222221tVVVVVtVVVVVrsrsdrsrsd 12| )t(| 可見：這時的鑒相器具有可見：這時的鑒相器具有正弦鑒相特性，正弦鑒相特性，其線性鑒相范圍為：其線性鑒相范圍為：VrVs )(sin2)(tVrKtvdo （2） 時，同理可推出時，同理可推出由討論（由討論（1），（）

60、，（2）可以看出）可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。ovVrVs （3）當(dāng)）當(dāng)時時)(sin12)(sin1221tVsVtVVdsd )(sin1)(sin12)(ttVKtvsdo 所以：所以： 2sin2cossin12sin2cossin1xxxxxx利用三角函數(shù)公式：利用三角函數(shù)公式：2)(sin22)(tVKtvsdo 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 )(2)(tVKtvsdo 所以：所以： ，可實現(xiàn)線性鑒相。，可實現(xiàn)線性鑒相。波包絡(luò)檢波：把波包絡(luò)檢波：把