高頻無線接收機原理及方法

1、一、無線電接收機的總體框圖超外差式接收機方框圖二、接收機的核心部分-解調(diào)器 1.接收機接收的信號 (1)模擬調(diào)制信號 普通調(diào)幅波(AM) ；雙邊帶調(diào)幅波(DSB) ； 單邊帶調(diào)幅波(SSB) ；調(diào)頻波(FM) ； 調(diào)相波(PM)。 (2)數(shù)字調(diào)制信號 數(shù)字振幅鍵控(ASK) ； 數(shù)字頻移鍵控(FSK) ； 數(shù)字相位鍵控(PSK) 。 2.調(diào)幅解調(diào)器(振幅檢波器) (1)分類： 非相干解調(diào)(振幅檢波器)AM波、等幅波 相干解調(diào)(同步檢波器) DSB波、SSB波 (2) 二極管大信號二極管大信號檢波電路 大信號包絡(luò)檢波是高頻輸入信號的振幅大于0.5V，利用二極管兩端加正向電壓時導(dǎo)通，通過二極管對電

2、容C充電，加反向電壓時截止，電容C上電壓對電阻R放電這一特性實現(xiàn)檢波的。 大信號檢波的工作原理 檢波電路的主要技術(shù)指標(biāo) 電壓傳輸系數(shù)Kd 等效輸入電阻Rid 非線性失真系數(shù)Kf 大信號檢波器的分析與結(jié)論電壓傳輸系數(shù)：等幅波 調(diào)幅波Rrd33(rad) coscosimimdUUKcoscosimaimadUmUmK等效輸入電阻： 2idRR 例1.二極管檢波器如圖(a)、(b)所示。二極管的導(dǎo)通電阻 =80， =0V, R=10k，C=0.01F，當(dāng)輸入信號電壓為 試分別計算圖(a)、圖(b)的檢波輸出電壓各為多大?drBZUV104652cos2)(3ittuV104652cos2)(3it

3、tuV104652sin2)(3ittu解：1.圖(a)二極管為正向連接電壓傳輸系數(shù) 由于二極管為正向連接，輸入正半周導(dǎo)通，檢波輸出電壓為正， 取正， o33d324.2rad422. 010108033Rr912. 0cosdKdKV104652cos2)(3ittuV824. 1912. 02dimAKUuV104652cos2)(3ittuV824. 1912. 02dimAKUuV104652sin2)(3ittuV824. 1912. 02dimAKUu 2.圖(b)二極管為反向連接電壓傳輸系數(shù) 由于二極管為反向連接，輸入負半周導(dǎo)通，在計算時，可認(rèn)為 是負值，即 o33d324.2r

4、ad422. 010108033Rr912. 0cosdKAudK912. 0dKV104652cos2)(3ittuV824. 1)912. 0(2dimAKUuV104652cos2)(3ittuV824. 1)912. 0(2dimAKUuV104652sin2)(3ittuV824. 1)912. 0(2dimAKUu 例2.二極管檢波器如圖(a)、(b)所示。二極管的導(dǎo)通電阻rd=80,UBZ =0,R=5k， C=0.01F, Cc =20F, RL=10k，若輸入信號電壓 (1) (2) 試分別求出 、 、 。 V104652cos5 . 1)(3ittuV104652cos)1

5、04cos7 . 01 (5 . 1)(33itttuAuBuidR解：對于圖(a)檢波器 (1) (2) V104652cos5 . 1)(3ittuo33d330.49rad532. 01058033Rr862. 0cosdKV293. 1862. 05 . 1dimAKUuk5 . 22/idRRV104652cos)104cos7 . 01 (5 . 1)(33itttu862. 0cosdKV104cos905. 0293. 1862. 0)104cos7 . 01 (5 . 133dimAttKUuk5 . 22/idRR 對于圖(b)檢波器(1)(2)V104652cos5 .

6、1)(3ittuo33d330.49rad532. 01058033Rr862. 0cosdKV293. 1862. 05 . 1dimAKUuV0Buk5 . 22/idRRV104652cos)104cos7 . 01 (5 . 1)(33itttu862. 0cosdKV104cos905. 0293. 1862. 0)104cos7 . 01 (5 . 133dimAttKUuV104cos905. 03Btuk5 . 22/idRR 檢波器的失真 頻率失真 當(dāng)輸入信號是調(diào)制頻率為 的普通調(diào)幅波時，檢波器輸出端A點的電壓的頻率包含直流、 ，而輸出B點的電壓的頻率包含 。低通濾波器 具有

7、一定的頻率特性，電容C的主要作用是濾除普通調(diào)幅波中的載波分量，為此應(yīng)滿足 當(dāng)C取得過大時，對于檢波后輸出電壓的上限頻率 , C的容抗將產(chǎn)生旁路作用。不同 的將產(chǎn)生不同的旁路作用，這樣便引起了頻率失真。maxmin maxmin maxmin RCRCi1max 不產(chǎn)生頻率失真，應(yīng)滿足 耦合電容 的容抗將影響檢波器輸出的下限頻率 ，即 在范圍內(nèi)，電容 上電壓降大小不同，在輸出端B點的電壓會因此而產(chǎn)生頻率失真。 不產(chǎn)生頻率失真的條件必滿足惰性失真當(dāng)?shù)屯V波器的RC放電時間常數(shù)過大時,會產(chǎn)生惰性失真見圖所示。 RCmax1cCminmaxmin cCLcmin1RC不產(chǎn)生惰性失真的條件調(diào)制信號頻率為

8、 時，則不產(chǎn)生惰性失真的條件為 a2a1mmRCmaxmin a2amax1mmRC 負峰切割失真 當(dāng)輸入信號電壓為普通調(diào)幅波 時，檢波器輸出端A點的輸出 ，而輸出端B點因采用了隔直耦合電容 ，其輸出 ，在電容 兩端建立直流電壓 。因為 的電容量大，其上電壓可認(rèn)為在 一周內(nèi)保持不變。這個電壓在通過 和 的分壓，將會在 上建立分壓電壓 。 對二極管D來說是反向電壓，當(dāng)輸入普通調(diào)幅波的振幅的最小值附近電壓數(shù)值小于 時，二極管截止，將會產(chǎn)生輸出電壓波形底部被切割，如圖所示，通常稱其為負峰切割失真。 ttmUuiaimicos)cos1 (cos)cos1 (aimAtmUucCtUmucoscosi

9、maBcCcosimUcCRLRRURRURU不產(chǎn)生負峰切割失真的條件是 其中 為交流電阻， RRRRRmLLaRLLRRRRR 減小負峰切割失真的檢波電路 電路中的直流電阻為 ，而交流電阻 為 在R 一定條件下， 越大， 與 的差別越小，負峰切割失真也就不易產(chǎn)生。 一般取 。 21RRRRL2L21RRRRRR1RRRRR)2 . 01 . 0(1 (3) 同步檢波器 同步檢波器主要用于對抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波和單邊帶調(diào)幅波進行解調(diào)，也可以用來解調(diào)普通調(diào)幅波。 同步檢波器是由相乘器和低通濾波器兩部分組成。 它與包絡(luò)檢波器的區(qū)別在于檢波器的輸入除了有需要進行解調(diào)的調(diào)幅信號電壓ui外，還必須外加

10、一個頻率和相位與輸入信號載頻完全相同的本地載頻信號電壓u0。經(jīng)過相乘和濾波后得到原調(diào)制信號。 MC1596G同步檢波器 3.調(diào)相信號解調(diào)電路(鑒相器) 鑒相電路通?？煞譃槟M電路型和數(shù)字電路型兩大類。而在集成電路系統(tǒng)中，常用的電路有乘積型鑒相和門電路鑒相。 鑒相器的主要指標(biāo)是 (1)鑒相特性曲線，即鑒相器輸出電壓與輸入信號的瞬時相位偏移的關(guān)系。通常要求是線性關(guān)系。 (2)鑒相跨導(dǎo)，鑒相器輸出電壓與輸入信號的瞬時相位偏移的關(guān)系的比例系數(shù)。 (3)鑒相線性范圍，通常應(yīng)大于調(diào)相波最大相移的二倍。 (4)非線性失真，應(yīng)盡可能小。(1) 乘積型鑒相器 這種鑒相電路采用模擬乘法器作為非線性器件進行頻率變換

11、，然后通過低通濾波器取出原調(diào)制信號。 令 根據(jù)U1m和U2m的大小不同，鑒相電路有三種工作情況：u1和u2均為小信號；u1和u2均為大信號；u1為小信號，u2為大信號。)(cos)(1c1m1ttUtu)(sin)(2c2m2ttUtu0)(2t u1和u2均為小信號(均小于26mV )根據(jù)模擬乘法器特性，其輸出電流為 式中第二項高頻成分經(jīng)低通濾波器濾除，在負載RL上可得輸出電壓為 是u1與u2兩信號的瞬時相位差。通?？捎?表示。 畫出uo與 的關(guān)系曲線，稱其為鑒相器的鑒相特性曲線。這是一個周期性的正弦曲線。 21022ukTqukTqIi tttUUKuuKc1c2m1mM21Msin)(c

12、os)(2sin21)(sin211c2m1mM12m1mMttUUKtUUK)(sin211L2m1mMotRUUKu)(1t)(et)(et 鑒相跨導(dǎo)，其定義為 的單位為V/rad 對于u1、u2均為小信號且 時的鑒相跨導(dǎo)為 小信號正交乘積鑒相特性曲線 線性鑒相范圍 0eoedduSSrad6eL2m1mM21RUUKSrad6emaxu1為小信號，u2為大信號(大于100mV)因為u2是大信號，雙曲正切函數(shù)具有開關(guān)函數(shù)的形式， 對上式按傅氏級數(shù)展開為相乘后的輸出電流為)(cos)(1c1m1ttUtutUtuc2m2sin)(21M2102th2th2ukTquKukTqukTqIi11

13、2th2ukTq)2()0(cctttttukTqccc25sin543sin34sin42th經(jīng)低通濾波器，在負載RL上得到輸出電壓為 鑒相特性曲線仍是正弦形,鑒相跨導(dǎo)為 線性鑒相范圍仍為 ttttUKicc1c1mM3sin34sin4)(cos)(2sin2)(sin21c1mM11mMttUKtUK)(4sin32)(2sin321c1mM1c1mMttUKttUK)(sin2)(sin21L1mM1L1mMotRUKtRUKuL1mM2RUKSrad6emaxu1和u2均為大信號(均大于100mV )乘法器的輸出電流i可表示為 因為u1是大信號，雙曲正切函數(shù)也具有開關(guān)函數(shù)的形式 傅氏

14、級數(shù)展開為)(cos)(1c1m1ttUtutUtuc2m2sin)(2102th2thukTqukTqIi 112th1ukTq)2/32/()2/2/(cctt)(3cos34)(cos42th1c1c1ttttukTq)(5cos541ctt2102th2thukTqukTqIi 經(jīng)低通濾波器在負載RL上建立電壓為 ttttttIcc1c1c03sin34sin4)(3cos34)(cos4)(2sin8)(sin81c20120ttItI)(34sin38)(32sin381c201c20ttIttI)(4sin38)(2sin381c201c20ttIttI)(3)(6sin)3(8

15、)(3sin)3(81c20120ttItI)(3sin)3(8)(sin81212L0ottRIu11212L0)() 12sin() 12() 1(8nntnnRI對應(yīng)于 區(qū)間，輸出電壓為對應(yīng)于 區(qū)間，輸出電壓為 兩個輸入信號均為大信號時，其鑒相特性為三角波形。 在 區(qū)間，鑒相特性是線性的。線性鑒相范圍為)(21ooLtRIu)(221ooLtRIu)(2/1t/2)(2/-1t/2)(2/-1t2emax (2)門電路鑒相器 門電路鑒相器的電路簡單，線性鑒相范圍大、易于集成化，得到較為廣泛的應(yīng)用。常用的有或門鑒相器和異或門鑒相器。右圖(a)是一個異或門鑒相器的原理圖。它是由異或門電路和低

16、通濾波器組成。 因為異或門電路的兩個輸入電平不同時，輸出為“1”電平，而其它情況均為“0”電平。4. 調(diào)頻信號解調(diào)電路(鑒頻器) 調(diào)頻信號解調(diào)電路可分為三類 (1)調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換型。通過線性網(wǎng)絡(luò)把等幅調(diào)頻波變換成振幅與調(diào)頻波瞬時頻率成正比的調(diào)幅調(diào)頻波，然后用振幅檢波器進行振幅檢波。例如雙失諧回路鑒頻器、相位鑒頻器和比例鑒頻器等。 (2)相移乘法鑒頻型。將調(diào)頻波經(jīng)過移相電路變成調(diào)相調(diào)頻波，其相位的變化正好與調(diào)頻波瞬時頻率的變化成線性關(guān)系，然后將調(diào)相調(diào)頻波與原調(diào)頻波進行相位比較(鑒相)，通過低通濾波器取出解調(diào)信號。因為相位比較器通常用乘法器組成，所以稱為相移乘法鑒頻。 (3)脈沖均值型。把調(diào)頻信號通