北航通信電路原理課件ch065

1、笫6章 調(diào)制與解調(diào)6.1 幅度調(diào)制6.2 角度調(diào)制 6.2.4 調(diào)頻波的解調(diào)方法與電路 6.2.4.1 解調(diào)方法 6.2.4.2 頻率解調(diào)器的技術(shù)指標(biāo) 6.2.4.3 頻率解調(diào)器電路 6.2.5 數(shù)字信號的調(diào)制 6.2.5.1 數(shù)字調(diào)相信號的特點 6.2.5.2 兩相調(diào)相信號的解調(diào)6.3 自動頻率控制（AFC）2022/8/1916.2.4 調(diào)頻波的解調(diào)方法與電路6.2.4.1 解調(diào)方法（四種）1、利用鎖相環(huán)路實現(xiàn)解調(diào)。有關(guān)這種解調(diào)方法的內(nèi)容將在第7章鎖相環(huán)路中討論。2、利用調(diào)頻波的過零信息實現(xiàn)解調(diào)： 因為調(diào)頻波的頻率是隨調(diào)制信號變化的，所以它們在相同的時間間隔內(nèi)過零點的數(shù)目將不同；當(dāng)瞬時頻率

2、高時，過零點的數(shù)目就多；瞬時頻率低時，過零點的數(shù)目就少；利用調(diào)頻波的這個特點，可以實現(xiàn)解調(diào)。例如BE1調(diào)制度測量儀。2022/8/1926.2.4.1 解調(diào)方法（續(xù)1）3、將調(diào)頻波變換為調(diào)相調(diào)頻波，使相位的變化與瞬時頻率的變化成正比，然后用相位檢波器解調(diào)，即可得到所需信號。這種方法的方框圖如下圖所示：為了實現(xiàn)調(diào)頻波到調(diào)相調(diào)頻波的變換，通常是用將調(diào)頻波延時 t0 時間的方法；在 t0 滿足一定條件時，可以得到相位變化與瞬時頻率變化成正比的調(diào)相調(diào)頻波；相位檢波器可采用模擬乘法器。2022/8/1936.2.4.1 解調(diào)方法（續(xù)2）對于由單頻余弦信號對載波調(diào)頻所得到的調(diào)頻信號，再將其延時 t0 后可

3、表示為：如果t0的值較小，t0 0.2(rad)，即要求延時 t0 0.2/，則上式可簡化為：該式表明，調(diào)頻波延時 t0 后，得到一個調(diào)相-調(diào)頻波。其中前面為原調(diào)頻信號的全相角；而后面則為一附加相位，該附加相位與調(diào)制信號成正比。因此，這個附加相位部分包含了調(diào)制信號的信息。46.2.4.1 解調(diào)方法（續(xù)3）4、將等幅調(diào)頻波變換為幅度變化與頻率變化成正比的調(diào)幅-調(diào)頻波。這種方法的方框圖如下圖所示：因為調(diào)頻波的頻率變化與調(diào)制信號成正比，所以變換后信號的幅度變化也與調(diào)制信號成正比；然后用幅度解調(diào)器解調(diào)，即可得到所需信號。為了實現(xiàn)調(diào)頻波到調(diào)幅調(diào)頻波的變換，可以采用：時間域微分（差分）的辦法；（相位鑒頻器

4、）頻率域微分（差分）的辦法。（雙失諧回路鑒頻器）2022/8/1956.2.4.2 頻率解調(diào)器的技術(shù)指標(biāo)將頻率解調(diào)器稱為頻率檢波器或鑒頻器。它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、靈敏度：鑒頻器鑒頻特性的靈敏度通常用 fc 處鑒頻特性的斜率定義，鑒頻靈敏度的單位為V/Hz。2、線性范圍：鑒頻特性近似為直線的范圍，如下圖BWD所示，應(yīng)該大于調(diào)頻信號最大頻偏的兩倍。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。2022/8/1966.2.4.2 頻率解調(diào)器的技術(shù)指標(biāo)（續(xù)1）4、限幅鑒頻：調(diào)頻接收機中，天線接收到的調(diào)頻信號有可能受到干

5、擾信號的附加幅度調(diào)制和相位調(diào)制；即使接收到的是等幅調(diào)頻波，通過鑒頻器前面各級電路后，也會因電路頻率特性不均勻而導(dǎo)致調(diào)頻信號頻譜結(jié)構(gòu)的變化，從而造成調(diào)頻信號的振幅發(fā)生變化；調(diào)頻波是等幅波，若振幅發(fā)生了變化，稱之為寄生調(diào)幅；寄生調(diào)幅會反映到鑒頻器的解調(diào)電壓上，從而產(chǎn)生解調(diào)失真；因此，一般必須在鑒頻前加一限幅器以消除寄生調(diào)幅，保證加到鑒頻器上的調(diào)頻電壓是等幅的。76.2.4.3 頻率解調(diào)器電路鑒頻電路的工作原理可分為四類：斜率鑒頻電路：將等幅調(diào)頻波的頻率變化規(guī)律轉(zhuǎn)移到幅度的變化上，成為調(diào)幅-調(diào)頻波，然后用包絡(luò)檢波器檢出幅度變化（頻率域微分）。相位鑒頻器是用時間域微分的辦法。正交鑒頻電路：將等幅調(diào)頻波

6、的頻率變化規(guī)律轉(zhuǎn)換為附加相位變化，成為調(diào)相-調(diào)頻波，然后用相位檢波器檢出它同原調(diào)頻波的相位差。正交鑒頻是目前集成電路中用得最多的鑒頻方法。過零鑒頻電路：利用調(diào)頻波的過零信息實現(xiàn)頻率解調(diào)：過零點越多，頻率越高，過零點越少，頻率越低。鎖相鑒頻電路：利用鎖相環(huán)實現(xiàn)頻率解調(diào)。81、斜率鑒頻電路線性變換網(wǎng)絡(luò)包絡(luò)檢波器為了實現(xiàn)等幅調(diào)頻波到調(diào)幅調(diào)頻波的變換，可以采用對調(diào)頻波進行頻率域微分（或時間域微分）的方法；如果線性網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)和頻率成正比關(guān)系，則可實現(xiàn)頻率域微分：斜率鑒頻。將等幅調(diào)頻波和延時后的調(diào)相-調(diào)頻波相加，實現(xiàn)等幅調(diào)頻波到調(diào)幅調(diào)相調(diào)頻波的變換：相位鑒頻為了實現(xiàn)調(diào)頻波到調(diào)相調(diào)頻波的變換，通常是用將

7、調(diào)頻波延時 t0 時間的方法2022/8/1991、斜率鑒頻電路（續(xù)1）單失諧回路的頻域微分特性： 微分 延時 相移微分變換包絡(luò)檢波 調(diào)諧曲線中心位置右側(cè)是否 具有微分特性？2022/8/19101、斜率鑒頻電路（續(xù)2）單失諧回路鑒頻器：準(zhǔn)靜態(tài)條件下的鑒頻特性。單失諧回路鑒頻器 線性范圍有限輸入調(diào)頻波信號和線性變換網(wǎng)絡(luò)滿足以下兩個條件，稱之為滿足了準(zhǔn)靜態(tài)條件：調(diào)頻波的瞬時頻率變化相對于載頻是很慢的，也是很小的：c, c；網(wǎng)絡(luò)的3dB帶寬大于調(diào)頻波的有效頻譜帶寬。準(zhǔn)靜態(tài)條件下，網(wǎng)絡(luò)的輸出響應(yīng)能夠跟得上輸入調(diào)頻波瞬時頻率的變化。2022/8/19111、斜率鑒頻電路（續(xù)3）雙失諧回路鑒頻器：由于采

8、用了平衡電路，上下兩個失諧回路特性的非線性可以互相補償，所以鑒頻器輸出非線性失真減少，線性鑒頻范圍擴大，鑒頻靈敏度提高。問題：如果取f01fc，是否還可以鑒頻？2022/8/19122、正交鑒頻原理和電路線性變換網(wǎng)絡(luò)相位檢波器為了實現(xiàn)調(diào)頻波到調(diào)相調(diào)頻波的變換，通常是將調(diào)頻波延時某一時間，使得相位變化和瞬時頻率變化成正比；前已說明，將調(diào)頻波延時 t0 ，當(dāng)滿足一定條件（ t0 0.2/）時，可以得到相位變化規(guī)律與調(diào)制信號變化規(guī)律基本相同的調(diào)相波；檢測出這個相位變化就可獲得解調(diào)信號。一種相位檢測方法是將調(diào)頻信號與其延時后的信號相乘，其方框圖如上圖所示。這種方案多用于集成電路鑒頻器中。2022/8/

9、19132、正交鑒頻原理和電路（續(xù)1）下面分析相乘過程：調(diào)頻波為一單頻余弦信號調(diào)制的信號，表示為：延時t0后的調(diào)頻波可表示為：若 t0 0.2/，將調(diào)頻信號與其延時后的信號相乘可得：2022年8月19日142、正交鑒頻原理和電路（續(xù)2）上式表明，相乘結(jié)果的第二部分為一在2c處的調(diào)頻調(diào)相波，它將被低通濾波器濾除。僅第一部分信號被輸出，即：假定ct0=/2（正交鑒頻電路）；并假定t0 0.2/mF，則上式可近似為：上式表明，這種鑒頻方法可以得到與調(diào)制信號成正比的解調(diào)信號。鑒頻器中所用的延時電路可用耦合回路和失諧回路實現(xiàn)。152、正交鑒頻原理和電路（續(xù)3）舉例：圖6.3.27所示為利用相位解調(diào)器的鑒

10、頻器的電路。延時電路用失諧回路實現(xiàn)將調(diào)頻信號與其延時后的信號相乘在2c處的調(diào)頻調(diào)相波將被低通濾波器濾除163、相位鑒頻器（1）工作過程：用延時電路將等幅調(diào)頻波變換為等幅調(diào)相調(diào)頻波；用相加電路將調(diào)頻信號與其延時后的信號相加，將等幅調(diào)相調(diào)頻波變換為調(diào)幅調(diào)相調(diào)頻波；然后用幅度解調(diào)器解調(diào)，即可得到所需信號。2022/8/19173、相位鑒頻器（續(xù)1）（2）電路定性說明：V1是等幅調(diào)頻波；V2是調(diào)相調(diào)頻波；VAO和VBO是調(diào)幅調(diào)相調(diào)頻波；S曲線的方向取決于M； S曲線過零點主要取決于C2 ； S曲線的對稱性主要取決于C1 。2022/8/1918調(diào)頻波的解調(diào)方法與電路小結(jié)解調(diào)方法：利用鎖相環(huán)路實現(xiàn)解調(diào)利

11、用調(diào)頻波的過零信息實現(xiàn)解調(diào)將調(diào)頻波變換為調(diào)相調(diào)頻波，使相位的變化與瞬時頻率的變化成正比，然后用相位檢波器解調(diào)將等幅調(diào)頻波變換為幅度變化與頻率變化成正比的調(diào)幅-調(diào)頻波，然后用幅度檢波器解調(diào)鑒頻特性（S曲線）的主要指標(biāo)有：1、靈敏度2、線性范圍3、非線性失真4、限幅鑒頻19調(diào)頻波的解調(diào)方法與電路小結(jié)（續(xù)1）鑒頻電路的工作原理可分為四類：斜率鑒頻電路：將等幅調(diào)頻波的頻率變化規(guī)律轉(zhuǎn)移到幅度的變化上，成為調(diào)幅-調(diào)頻波雙失諧回路鑒頻器正交鑒頻電路：將等幅調(diào)頻波的頻率變化規(guī)律轉(zhuǎn)換為附加相位變化，成為調(diào)相-調(diào)頻波相位鑒頻器：用延時電路將調(diào)頻波變換為調(diào)相調(diào)頻波；用相加電路將等幅調(diào)相調(diào)頻波變換為調(diào)幅調(diào)相調(diào)頻波；然

12、后用幅度解調(diào)器解調(diào)。過零鑒頻電路：利用調(diào)頻波的過零信息實現(xiàn)頻率解調(diào)鎖相鑒頻電路：利用鎖相環(huán)實現(xiàn)頻率解調(diào)206.2.5 數(shù)字信號的調(diào)制數(shù)字信號調(diào)制，特別是正交幅度調(diào)制和相位調(diào)制，應(yīng)用十分廣泛，并且新技術(shù)不斷出現(xiàn)；這部分的內(nèi)容將在后續(xù)課程現(xiàn)代通信原理中有詳盡的討論，這里僅做一些基本的概念性的討論；如果調(diào)制信號為數(shù)字基帶信號，則稱為是數(shù)字調(diào)制；此時，載波被數(shù)字基帶信號調(diào)制，即載波的參數(shù)隨數(shù)字信號而變化。數(shù)字調(diào)制中也有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相，被分別稱為移幅鍵控（ASK），移頻鍵控（FSK）和移相鍵控（PSK）。2022/8/1921ASKFSKPSK2022/8/19226.2.5.1 數(shù)字調(diào)相信號的特點用

13、基帶數(shù)字信號對載波相位進行控制是調(diào)相技術(shù)的典型應(yīng)用，是數(shù)字通信中一種非常重要的調(diào)制方式；數(shù)字信號調(diào)相也稱“相位鍵控”，簡記為PSK；數(shù)字調(diào)相分為絕對調(diào)相和相對調(diào)相兩種；以未調(diào)載波的相位作為基準(zhǔn)的調(diào)制，稱為絕對調(diào)相；其示意圖如下圖所示。相對調(diào)相就是各碼元的載波相位，不是以未調(diào)載波相位為基準(zhǔn)，而是以相鄰的前一個碼元的載波相位為基準(zhǔn)來確定；例如：當(dāng)碼元為“1”時（“0”），它的載波相位取與前一個碼元的載波相位相同（相反）。其示意圖如下圖所示。兩相絕對調(diào)相信號相當(dāng)于抑制載波調(diào)幅。236.2.5.1 數(shù)字調(diào)相信號的特點（續(xù)1）2022/8/19246.2.5.1 數(shù)字調(diào)相信號的特點（續(xù)2）2022/8/

14、19256.2.5.2 兩相調(diào)相信號的解調(diào)兩相調(diào)相信號解調(diào)的討論： 數(shù)字調(diào)相信號相干解調(diào)的關(guān)鍵問題是本地載波的建立。通常是將調(diào)相波進行全波整流，然后從整流信號中提取出2fc 分量，再分頻，以得到頻率fc 的本地載波信號。由分頻得到的頻率為fc 分量的初相位是不確定的（0或 ），這就是恢復(fù)載波的 0，模糊度問題。解調(diào)過程也可能出現(xiàn)兩種情況：一是本地載波與信號中載波同頻同相，所得的解調(diào)信號是正確的；二是本地載波與信號中載波相位差為，故使解調(diào)信號中碼元的取值與調(diào)制信號中碼元的取值相反。解決恢復(fù)載波的模糊度問題的有效辦法是利用相對碼。實用數(shù)字調(diào)相系統(tǒng)均采用相對調(diào)相。266.2.5.2 兩相調(diào)相信號的解

15、調(diào)（續(xù)1）10111100絕對調(diào)相實線 0虛線 101101001基帶數(shù)字信號02022/8/19276.3 自動頻率控制（AFC）1。通信系統(tǒng)中三種反饋控制系統(tǒng)： 自動增益控制（AGC）電路：在輸入信號幅度變化很大的情況下，使輸出信號幅度保持恒定或僅在較小范圍內(nèi)變化的一種自動控制電路。自動頻率控制（AFC）電路：是一種頻率反饋控制系統(tǒng)， AFC電路控制的是信號的頻率；誤差信號是頻率。自動相位控制（APC）電路：又叫鎖相環(huán)路。（Phase Locked Loop，簡稱PLL ），是一種相位反饋控制系統(tǒng)，鎖相環(huán)路控制的是信號的相位； 誤差信號是相位。與負反饋放大器比較：皆是負反饋自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，但

16、是調(diào)節(jié)對象不同（有頻率F與相位P），而且負反饋控制系統(tǒng)中有非線性部件。286.3 自動頻率控制（續(xù)1）2。AFC的電路方框圖：頻率比較器LPF可控頻率電路2022/8/19296.3 自動頻率控制（AFC）（續(xù)2）3。AFC電路的分析方法： 為了分析AFC電路的基本特性，通常采用兩種方法，即分析法和圖解法。 分析法是建立在AFC電路中各部件具有線性特性的基礎(chǔ)上，因而它只在一定的范圍內(nèi)適用。但分析法可以得出描述AFC電路特性的數(shù)學(xué)表示式，因而易于看出各部件性能對AFC電路特性的影響。用分析法分析AFC電路的線性特性，包括跟蹤特性、頻率特性和穩(wěn)定性等。其分析過程與鎖相環(huán)路類似。 圖解法可以考慮各部

17、件的實例特性，對AFC電路進行大范圍工作狀態(tài)的分析。但這種方法僅適用于比較簡單的電路。306.3 自動頻率控制（AFC）（續(xù)3）4。AFC電路的圖解分析方法：下面討論無濾波器AFC電路的工作情況：頻率比較器可控頻率電路上面的兩個特性曲線圖將改畫成下面的兩個圖；用圖解法求聯(lián)立解時，將兩個特性曲線圖畫在同一坐標(biāo)圖上。2022/8/19316.3 自動頻率控制（AFC）（續(xù)4）5。AFC電路的應(yīng)用：混頻器中頻放大器解調(diào)器壓控 振蕩器鑒頻器混頻器中頻放大器鑒頻器壓控 振蕩器低通濾波器 輸出信號 接收信號 輸出信號 接收信號 調(diào)幅接收機AFC電路方框圖：本地振蕩頻率發(fā)生正偏離；中頻放大器頻率也發(fā)生正偏離

18、；鑒頻器輸出電壓降低 LO頻率；中頻頻率偏離的數(shù)值減少。調(diào)頻接收機AFC電路方框圖：調(diào)頻接收機的鑒頻器也是 AFC電路；鑒頻器輸出信號經(jīng)低通濾波器分離；低通濾波器輸出電壓降低 LO頻率；中頻頻率偏離的數(shù)值減少。32調(diào)頻與鑒頻小結(jié)一、調(diào)角波的性質(zhì)：1、基本定義：數(shù)學(xué)表示式；瞬時頻率；瞬時相位；最大頻移；最大相移mF；2、頻譜結(jié)構(gòu)：包含載波分量，還包含無窮多個旁頻分量，各旁頻分量之間的距離是 ，各頻率分量的幅度由貝塞爾函數(shù)決定；調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)制指數(shù)mF 關(guān)系密切。mF 愈大，則具有一定幅度的旁頻數(shù)目愈多；對于某些mF 值，載頻分量或旁頻分量的幅度是零；頻率調(diào)制是一種非線性過程，又稱為非線性調(diào)制；調(diào)制先后總功率為常數(shù)。33調(diào)頻與鑒頻小結(jié)（續(xù)1）二、調(diào)頻波的產(chǎn)生：1、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路：電路簡單；工作頻率高；易于獲得較大的頻偏。2、晶體直接調(diào)頻電路：頻偏小，但中心頻率穩(wěn)定度高。3、間接調(diào)頻：載波中心頻率穩(wěn)定度較好。3、頻帶：理論上說是無窮寬的；是近似有限的；忽略了小于 0.1的分量（集中98-99%的功率）：窄帶調(diào)頻（mF1 ）：寬帶調(diào)頻（恒定帶寬調(diào)頻）： 34調(diào)頻與鑒頻小結(jié)（續(xù)2）三、調(diào)頻波的解調(diào)：1、四種解調(diào)方法：利用鎖相環(huán)路實現(xiàn)解調(diào)；利用調(diào)頻波的過零信息實現(xiàn)解調(diào)；將調(diào)頻波變換為調(diào)相-調(diào)頻波，用相位檢波器解調(diào)；將等幅調(diào)頻波變換為調(diào)幅-調(diào)頻波，用幅度解調(diào)