第三章調(diào)頻器模塊制作與測(cè)試

3.3.2調(diào)頻器模塊制作與測(cè)試相位調(diào)制可分為兩種：一種是頻率調(diào)制，簡(jiǎn)稱調(diào)頻（FM）；另一種是相位調(diào)制，簡(jiǎn)稱調(diào)相（PM）。角度調(diào)制和解調(diào)電路都屬于頻譜非線性變換電路調(diào)頻（FM）：載波的幅度不變，而瞬時(shí)角頻率ωC(t)隨調(diào)制信號(hào)uΩ作線性變化。調(diào)相（PM）：載波的幅度不變，而瞬時(shí)相位C(t)隨調(diào)制信號(hào)uΩ作線性變化。uΩ

→ωCuΩ

→(t)前一項(xiàng)目研究的振幅調(diào)制，是使高頻載波的振幅受調(diào)制信號(hào)的控制，使它依照調(diào)制頻率作周期性的變化，變化的幅度與調(diào)制信號(hào)的強(qiáng)度成線性關(guān)系，但載波的頻率和相位則保持不變，不受調(diào)制信號(hào)的影響，高頻振蕩振幅的變化攜帶著信號(hào)所反映的信息。本項(xiàng)目則研究如何利用高頻振蕩的頻率或相位的變化來(lái)攜帶信息，這叫做頻率調(diào)制或相位調(diào)制，簡(jiǎn)稱調(diào)頻或調(diào)相，統(tǒng)稱相位調(diào)制。uC=UCmcos(ωct+φ0)調(diào)相調(diào)頻uΩuΩ調(diào)頻波的解調(diào)稱為鑒頻或頻率檢波，調(diào)相波的解調(diào)稱鑒相或相位檢波。與調(diào)幅波的檢波一樣，鑒頻和鑒相也是從已調(diào)信號(hào)中還原出原調(diào)制信號(hào)。調(diào)頻比調(diào)幅抗干擾能力強(qiáng)：外來(lái)的各種干擾如:工業(yè)和天電干擾等，對(duì)已調(diào)波的影響主要表現(xiàn)為產(chǎn)生寄生調(diào)幅，形成噪聲。調(diào)頻制可以用限幅的方法，消除干擾所引起的寄生調(diào)幅。而調(diào)幅制中已調(diào)幅信號(hào)的幅度是變化的，因而不能采用限幅，也就很難消除外來(lái)的干擾。調(diào)頻波比調(diào)幅波頻帶寬另外，信號(hào)的信噪比愈大，抗干擾能力就愈強(qiáng)。而解調(diào)后獲得的信號(hào)的信噪比與調(diào)制系數(shù)有關(guān)，調(diào)制系數(shù)越大，信噪比越大。由于調(diào)頻系數(shù)遠(yuǎn)大于調(diào)幅系數(shù)，因此，調(diào)頻波信噪比高，調(diào)頻廣播中干擾噪聲小。調(diào)頻較調(diào)幅功率利用率高調(diào)頻較調(diào)幅的好處:mf

高瞬時(shí)頻率與瞬時(shí)相位之間的關(guān)系準(zhǔn)備知識(shí)圖.簡(jiǎn)諧振蕩的矢量表示1.調(diào)角波的性質(zhì)調(diào)角波的電壓表達(dá)式：數(shù)學(xué)表達(dá)式⑴調(diào)頻波FM

設(shè)載波uC＝UCmcosω0t，調(diào)制信號(hào)uΩ瞬時(shí)角頻率:ωf

（t）=ω

0＋kf

uΩ調(diào)頻波令：uΩ＝UΩmcosΩt

ωf(t)=ω

0＋kf

UΩm

cosΩt=ω

0＋?ω

fmcosΩtω

0—載波角頻率，即調(diào)頻波中心角頻率,kf—調(diào)頻靈敏度，表示單位調(diào)制信號(hào)幅度引起的頻率變化，單位rad/s.V或Hz/V⊿ω

fm——調(diào)頻波最大角頻偏，表示FM波頻率擺動(dòng)的幅度，⊿ω

fm=kf

UΩm

FM波表達(dá)式∴ψ(t)=∫ωf（t）dt

ω

f（t）=ω

0＋kf

UΩm

cosΩt調(diào)頻系數(shù):是調(diào)頻時(shí)在載波信號(hào)的相位上附加的最大相位偏移，單位rad。則uFM＝UCmcos

ψ(t)=Ucmcos(ω

Ct+mfsinΩt)用DDS函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)調(diào)頻波uFM，并看波形。設(shè)置調(diào)制信號(hào)頻率上鍵進(jìn)入調(diào)頻功能模式按設(shè)置載波波形按設(shè)置載波頻率按設(shè)置載波幅度按菜單：1即可選擇調(diào)制波形為正弦波默認(rèn)為正弦波按上鍵按上鍵設(shè)置調(diào)制信號(hào)頻偏載波信號(hào)為正弦波:f=500K,vp-p

=2v,調(diào)制信號(hào):f=2KHz,調(diào)制頻偏為10KHz例：設(shè)載頻f0=12MHz,載波振幅U0m=5V,調(diào)制信號(hào)uΩ(t)=1.5sin6280t(V),調(diào)頻靈敏度kf=25kHz/V,試導(dǎo)出調(diào)頻波表達(dá)式,并求:(1)調(diào)制信號(hào)頻率和調(diào)頻波中心頻率;(2)最大頻偏,調(diào)頻系數(shù)和最大相偏;(3)調(diào)制信號(hào)頻率減半時(shí)的最大頻偏和相偏;(4)調(diào)制信號(hào)振幅加倍時(shí)的最大頻偏和相偏.uΩ(t)=1.5sin6280t(V)=UΩmsinΩt,f0=12MHzω（t）=ω

0＋kf

UΩm

sinΩtΨ（t）=∫ω

（t）dt(2)調(diào)頻系數(shù),最大頻偏,最大相偏(3)調(diào)制信號(hào)頻率減半時(shí)的最大頻偏和相偏;不變加倍(4)調(diào)制信號(hào)振幅加倍時(shí)的最大頻偏和相偏.加倍加倍調(diào)頻波頻偏受調(diào)制信號(hào)幅度控制，與調(diào)制信號(hào)頻率無(wú)關(guān)圖畫出了調(diào)頻波瞬時(shí)頻率、瞬時(shí)相位隨調(diào)制信號(hào)(單音信號(hào))變化的波形圖以及調(diào)頻波的波形圖。

圖8-1調(diào)頻時(shí)的波形圖

圖（a）為調(diào)制信號(hào)v，圖(b)為調(diào)頻波，當(dāng)v為波峰時(shí)，頻率o+m為最大；當(dāng)v為波谷時(shí)，頻率o–m為最小。⑵調(diào)相波PM①瞬時(shí)相位若調(diào)制信號(hào)為

ψ（t）=ω0t＋kpUΩm

cosΩt=ω

0t+mpcosΩt令：mp=kp

UΩmω0——載波角頻率kp——調(diào)相靈敏度，表示單位調(diào)制信號(hào)幅度引起的相位變化，單位rad/Vmp——調(diào)相系數(shù)，即最大相位偏移，表示PM波相位擺動(dòng)的幅度，mp=kp

UΩm單位為rad。②PM波表達(dá)式uPM(t)＝U0mcos（

ω0t+mpcosΩt

）ω（t）=dψ（t）/dt=ω0－mpΩsinΩt=ω0－

?ωpmsinΩt

?ωpm=mpΩ=kp

UΩmΩ

—PM波最大角頻偏調(diào)相系數(shù)mp=?ωpm/Ω=?fm/F關(guān)系與調(diào)頻波一樣仍成立調(diào)頻、調(diào)相比較FM：

?ωfm=kf

UΩm

mf＝?ωfm/Ω=?fm/F=kf

UΩm

／ΩPM：

?ωpm=mpΩ=kp

UΩmΩmp=?ωpm/Ω=?fm/F相同點(diǎn)：載波幅度不變、

調(diào)制系數(shù)

m=?ωm/Ω=⊿fm/F不同點(diǎn)：FM的?ω

fm∝

UΩm

與Ω無(wú)關(guān)

PM的?ω

pm∝

UΩm

、?ω

pm∝

Ω

由此可知，調(diào)頻波的最大頻移與調(diào)制頻率無(wú)關(guān)，則與成反比；與成正比，則與無(wú)關(guān)。幾乎維持恒定，調(diào)相波的頻譜寬度則隨的不同而有劇烈變化。調(diào)頻指數(shù)調(diào)相波的最大頻移調(diào)相指數(shù)這是兩種調(diào)制的根本區(qū)別。正是由于這一根本區(qū)別，調(diào)頻波的頻譜寬度對(duì)于不同的（2）調(diào)頻波和調(diào)相波的頻譜和頻帶寬度由于調(diào)頻波和調(diào)相波的方程式相似，因此只要分析其中一種的頻譜，則對(duì)另一種也完全適用。根據(jù)貝塞爾函數(shù)可以知道，調(diào)頻波的頻譜有無(wú)窮多個(gè)，見(jiàn)右圖。并且調(diào)制指數(shù)mf

越大，具有較大振幅的邊頻分量就越多。在給定mf的情況下我們認(rèn)為凡是振幅小于未調(diào)制載波振幅的1％(或10％，根據(jù)不同要求而定)的邊頻分量均可忽略不計(jì)，保留下來(lái)的頻譜分量就確定了調(diào)頻波的頻帶寬度。頻譜寬度近似公式：（保留大于調(diào)制載波10%的變頻分量的帶寬）寬帶調(diào)頻：窄帶調(diào)頻由此我們可以看出寬帶調(diào)頻器帶寬為最大頻偏的兩倍，而窄帶調(diào)頻帶寬約等于調(diào)制頻率的兩倍。調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)越大，邊頻分量也就越多。但當(dāng)調(diào)制信號(hào)振幅恒定時(shí)，調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)mf與調(diào)制頻率F成反比，當(dāng)F減小時(shí)，mf增大，譜線增加，但譜線間距減小，因此所占頻帶寬度略有下降，基本不變，是一種恒定帶寬調(diào)制的方法。調(diào)相波的指數(shù)mp與調(diào)制頻率F無(wú)關(guān)，所以mp不隨F變化，但F變化時(shí)，譜線間距跟著變化，因此帶寬也跟著變化，是一種非恒定帶寬的調(diào)制，這就是調(diào)頻制比調(diào)相制得到廣泛應(yīng)用的原因。例3.3.3

利用近似公式(3.3.26)和（3.3.27）計(jì)算以下三種情況下調(diào)頻波的頻帶寬度：(1)=50kHz，=0.1kHz(為最高調(diào)制頻率)

(2)=50kHz，=1kHz

(3)=50kHz，=10kHz

(1)=2(50+0.1)≈100kHz(2)=2(50+1)=102kHz(3)=2(50+10)=120kHz從上例可以看出，盡管調(diào)制頻率變化了100倍，但頻帶寬度變化卻非常小。但對(duì)于調(diào)相波來(lái)說(shuō)假如調(diào)制頻率變化了100倍，其頻帶寬度也會(huì)近似的按比例增加100倍。調(diào)頻廣播最高工作頻率Fmax

=15K,調(diào)頻指數(shù)mf=5rad,求(1)最大頻偏?fm,

fbw,(2)給定?fm=75KHz,求F=1KHz,和10KHz時(shí)的帶寬。(1)?fm=mfFmax

=5×15=75KHzfBW

=2（?fm+F）=2(75+15)=180K(2)F=1KHz,fBW=2（⊿fm+F）=2×(75+1)=152KHz

F=10KHz,fBW

=170KHz例2.設(shè)調(diào)角信號(hào)表達(dá)式u＝5cos〔2×106t＋5cos（2×103t）〕V，試指出該調(diào)角信號(hào)是調(diào)頻,還是調(diào)相信號(hào)？求(1)調(diào)制指數(shù)、載波頻率以及最大頻偏、最大相偏、通頻帶各為多少？

(2)原調(diào)制信號(hào)uΩ

(kf=2KHz,KP=1rad/v)uFM=

U0mcos（

ω0t+mfcosΩt

）uPM=U0mcos（ω0t+mpcosΩt

）Mf=MP=5＝?Φm?fm=mfF=5x1=5KfBW

=2（?fm+F）=2(5+1)=12KuFM=

U0mcos（

ω0t+mfcosΩt

）mfcosΩt=設(shè)uΩ=-UΩmsinΩtUΩm=2.5v(2)原調(diào)制信號(hào)uΩ調(diào)頻波調(diào)相波uPM=Ucmcos（ωCt+mpcosΩt

）mpcosΩt＝kp

uΩuPM＝UCmcosФ（t）=Ucmcos（ωCt+mpcosΩt

）uFM=

Ucmcos（

ωCt+mfcosΩt

）（3）調(diào)頻器性能指標(biāo)①最大頻偏最大頻偏指在正常調(diào)制電壓作用下，調(diào)頻電路所能達(dá)到的最大頻率偏離。

不同調(diào)頻系統(tǒng)對(duì)最大頻偏有不同的要求，

如調(diào)頻廣播要求

電視伴音要求無(wú)線電話要求②調(diào)頻器帶寬寬帶調(diào)頻器帶寬為最大頻偏的兩倍，而窄帶調(diào)頻帶寬約等于調(diào)制頻率的兩倍。③調(diào)制靈敏度單位電壓引起的頻率偏離量，稱為調(diào)制靈敏度，其單位為調(diào)頻、調(diào)幅比較調(diào)頻優(yōu)點(diǎn)：⒈抗干擾性強(qiáng)⒉功率管利用率高⒊信號(hào)傳輸保真度高調(diào)頻缺點(diǎn)：⒈只能工作在超短波以上波段⒉電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的電路叫做調(diào)頻器。對(duì)它有四個(gè)主要要求：(1)已調(diào)波的瞬時(shí)頻率與調(diào)制信號(hào)成比例地變化。這是基本要求。(2)未調(diào)制時(shí)的載波頻率，即已調(diào)波的中心頻率具有一定的穩(wěn)定度(視應(yīng)用場(chǎng)合不同而有不同的要求)。(3)最大頻移與調(diào)制頻率無(wú)關(guān)。(4)無(wú)寄生調(diào)幅或寄生調(diào)幅盡可能小。2.調(diào)頻的方法調(diào)頻的方法主要有兩類：A.用調(diào)制信號(hào)直接控制載波的瞬時(shí)頻率——直接調(diào)頻?！猽Ω或iΩ直接去改變振蕩回路的諧振頻率來(lái)獲得調(diào)頻波?；驹恚赫袷幓芈穬啥瞬⒔右粋€(gè)電抗元件X，利用調(diào)制電壓去控制電抗元件的電感或電容，從而得到頻率隨調(diào)制信號(hào)變化的調(diào)頻波。變?nèi)荻O管或反向偏置的半導(dǎo)體PN結(jié)，可以作為電壓控制可變電容元件；具有鐵氧體磁芯的電感線圈，可以作為電流控制可變電感元件。方法是在磁芯上繞一個(gè)附加線圈，當(dāng)這個(gè)線圈中的電流改變時(shí)，它所產(chǎn)生的磁場(chǎng)隨之改變，引起磁芯的磁導(dǎo)率改變(當(dāng)工作在磁飽和狀態(tài)時(shí))，因而使主線圈的電感量改變，于是振蕩頻率隨之產(chǎn)生