第6章角度調(diào)制與解調(diào)2

問題:檢波方式中主要有哪幾種?各針對何種已調(diào)波?峰值包絡(luò)檢波方式中的性能指標(biāo)?乘積同步檢波與平衡同步檢波的指導(dǎo)思想?調(diào)頻與調(diào)相的概念?統(tǒng)稱為什么?已調(diào)波的幅度會(huì)不會(huì)改變?6.1調(diào)角波的性質(zhì)6.2調(diào)頻方法及直接調(diào)頻電路6.3間接調(diào)頻電路6.4限幅器6.5鑒頻器第6章角度調(diào)制與解調(diào)

調(diào)制方式除了調(diào)幅外，還有調(diào)頻和調(diào)相。調(diào)頻：高頻振蕩的頻率隨調(diào)制信號的大小線性地改變。調(diào)相：高頻振蕩的相位隨調(diào)制信號的大小線性地改變。無論是調(diào)頻波還是調(diào)相波統(tǒng)稱為調(diào)角波。6.1

調(diào)角波的性質(zhì)

6.1.1調(diào)頻信號數(shù)學(xué)表達(dá)式設(shè)載波信號電壓為

vc(t)＝Vcmcos(ωct+φ0)式中，ωct+φ0為載波的瞬時(shí)相位；ωc為載波信號的角頻率；φ0為載波初相角（一般地，可以令φ0=0）。設(shè)調(diào)制信號電壓（單音頻信號）為：則有:ω(t)=ωc+Δω(t)=ωc+kfVΩM（6-1）

式中:kf為與調(diào)頻電路有關(guān)的比例常數(shù)，單位為rad/(s·V)；Δω(t)=kfVΩ(t)，稱為角頻率偏移，簡稱角頻移。

Δω(t)的最大值叫最大角頻偏：Δωm=kfVΩM，它表示瞬時(shí)角頻率偏離中心頻率ωc的最大值。對上式積分可得調(diào)頻波的瞬時(shí)相位φf(t)

ω(t)=ωc+Δω(t)=ωc+kfVΩM

圖6.1給出了調(diào)頻波的uΩ(t)、Δφf、Δω(t)和u(t)的波形。此為調(diào)頻指數(shù)，很顯然，它也是最大相角偏移的值，因此它表征改變相角的深度，所以也叫調(diào)角深度。

6.1.2調(diào)相信號數(shù)學(xué)表達(dá)式根據(jù)調(diào)相的定義，載波信號的瞬時(shí)相位φp(t)隨調(diào)制信號VΩ(t)線性變化，即(6―7)φ對式(6―7)求導(dǎo)，可得調(diào)相波的瞬時(shí)角頻率ω(t)為(6―8)調(diào)相信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式為(6―9)

將單音頻信號uΩ(t)＝UΩmcosΩt分別代入式(6―7)、(6―8)、(6―9)，得(6―10)(6―11)(6―12)

6.1.3調(diào)角信號的頻譜和頻譜寬度

1.調(diào)角信號的頻譜用式(6―6)來說明調(diào)角波的頻譜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

利用三角函數(shù)變換式cos(A+B)=cosAcosB-sinAsinB,將式(6-6)變換成

在貝塞爾函數(shù)理論中，可得下述關(guān)系：將式(6―14)和式(6―15)代入式(6―13)，得2.頻譜寬度下面寫出調(diào)頻波和調(diào)相波的頻帶寬度調(diào)頻：調(diào)相：

根據(jù)調(diào)制后載波瞬時(shí)相位偏移大小，可以將角度調(diào)制分為窄帶和寬帶兩種。

當(dāng)m<<1時(shí)

通常將這種調(diào)角信號稱為窄帶調(diào)角信號當(dāng)m>>1時(shí)

通常將這種調(diào)角信號稱為寬帶調(diào)角信號

圖6.5UΩm不變時(shí)調(diào)頻波頻譜圖圖6.6UΩm不變時(shí)調(diào)相波頻譜圖調(diào)相信號頻譜

3.調(diào)頻波的平均功率根據(jù)帕塞瓦爾定理，調(diào)頻波的平均功率等于各個(gè)頻率分量平均功率之和。因此，單位電阻上的平均功率為根據(jù)第一類貝塞爾函數(shù)特性：得調(diào)頻波的平均功率：

講P169例6-1及講義上的例題問題:單音頻調(diào)角時(shí),載波上下有多少對邊頻分量?調(diào)角波的帶寬是無限的嗎?何種情況下的邊頻分量可以忽略不計(jì)？窄帶調(diào)制和寬帶調(diào)制的定義？寬帶調(diào)制下，調(diào)制度越大，通頻帶越寬嗎？分別針對調(diào)頻調(diào)相加以說明。輸出功率與調(diào)制度有關(guān)系嗎？調(diào)角過程只能導(dǎo)致能量從什么向什么轉(zhuǎn)移，總能量變否？在額定功率相同下，調(diào)角波較調(diào)幅波哪個(gè)發(fā)射功率大？6.2調(diào)頻方法及直接調(diào)頻電路

調(diào)頻電路的主要要求如下：

1調(diào)制特性為線性

2調(diào)制靈敏度要高

3中心頻率的穩(wěn)定度要高

4最大頻偏6.2.1調(diào)角方法概述

6.2.2.變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路1、大頻偏直接調(diào)頻電路

變?nèi)荻O管的反向電壓隨調(diào)制信號變化，即(6―25)圖6.7變?nèi)荻O管接入振蕩回路

振蕩頻率可由回路電感L和變?nèi)荻O管結(jié)電容Cj所決定，即變?nèi)荻O管結(jié)電容隨調(diào)制信號電壓變化規(guī)律，即：當(dāng)時(shí)，DDDDDDDD

設(shè)x足夠小，將上式展開成傅里葉級數(shù)，并忽略式中的三次方及其以上各次方項(xiàng)，則：由上式求得調(diào)頻波的最大角頻偏為中心角頻率偏離ωc的數(shù)值為：相應(yīng)地，調(diào)頻波的二次諧波失真系數(shù)為：中心角頻率的相對偏離值為：二次諧波失真分量的最大角頻偏為2、小頻偏直接調(diào)頻電路（部分接入）P180例6-2

問題:調(diào)制特性的線性指的是瞬時(shí)頻率的偏移與什么成比例地變化?調(diào)制靈敏度的概念?變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路主要利用PN結(jié)的什么特性?在電路中變?nèi)荻O管兩端加的調(diào)制電壓和直流偏置的幅值有何要求?要保證二極管處于何種工作狀態(tài)?小頻偏直接調(diào)頻電路的原理?6.2.3晶體振蕩器直接調(diào)頻電路6.2.4電抗管直接調(diào)頻電路6.3間接調(diào)頻電路間接調(diào)頻的方法是：先將調(diào)制信號VΩ積分，再加到調(diào)相器對載波信號調(diào)相，從而完成調(diào)頻。間接調(diào)頻電路方框圖如圖所示。

圖6.14變?nèi)荻O管調(diào)相電路6.3.2調(diào)相電路變?nèi)荻O管多級調(diào)相電路6.3.3擴(kuò)展線性頻偏的方法

問題:電抗管直接調(diào)頻電路主要原理?間接調(diào)頻的原理?它的關(guān)鍵電路是什么?變?nèi)荻O管調(diào)相電路的原理?最大相偏為多少?間接調(diào)頻擴(kuò)展線性頻偏的方法?6.5鑒頻器鑒頻的方法很多，根據(jù)波形變換的不同特點(diǎn)可以分為四種：①斜率鑒頻器;②相位鑒頻器;③脈沖計(jì)數(shù)鑒頻器;④鎖相鑒頻器。下面重點(diǎn)討論斜率鑒頻器，相位鑒頻器。

6.5.2斜率鑒頻器圖6.23斜率鑒頻器實(shí)現(xiàn)模型

1單失諧回路斜率鑒頻器單失諧回路鑒頻原理電路單失諧回路斜率鑒頻器

2平衡斜率鑒頻器

平衡斜率鑒頻器鑒頻特性曲線3.晶體鑒頻器4.集成斜率鑒頻器6.5.3相位鑒頻器圖6.28相位鑒頻器實(shí)現(xiàn)模型相位鑒頻器檢波回路的等效電路V1和V2的相位差關(guān)系：鑒頻特性的分析：電容耦合相位鑒頻器2)乘積型相位鑒頻器3)實(shí)際應(yīng)用電路圖6.30乘積型相位鑒頻器實(shí)現(xiàn)模型圖6.31用MC1596構(gòu)成乘積型相位鑒頻器

6.5.4比例鑒頻器

為了盡可能的去掉或減小寄生調(diào)幅的干擾分量。在相位鑒頻器前通常是需加一級限幅放大,以消除寄生調(diào)幅。對于要求不太高的設(shè)備,例如調(diào)頻廣播和電視接收中,常采用一種兼有抑制寄生調(diào)幅能力的鑒頻器,這就是比例鑒頻器。1.比例鑒頻器的基本電路及工作原理

比例鑒頻器的基本電路L比例鑒頻器等效電路3.比例鑒頻器參數(shù)的選擇4.實(shí)際電路舉例

比例鑒頻器的基本電路如圖所示。它與相位鑒頻器在調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻波變換部分相同,但檢波器部分有較大變化,主要差別是

1.在兩端并接一個(gè)大電容量,其電容量約為10μF,

由于和(R+R)組成電路的時(shí)間常數(shù)很大,約為(0.1～0.2)秒,這樣在檢波過程中,對于15Hz

以上的寄生調(diào)幅變化，電容上的基本保持不變。

2.兩個(gè)二極管中一個(gè)與相位鑒頻器接法方向相反。這樣除了保證兩個(gè)二極管的直流通路外,還使得兩個(gè)檢波器的輸出電壓變成極性相同。因此,兩端就是兩個(gè)檢波電壓之和，即3.把兩個(gè)檢波電容和的連接點(diǎn)d與兩個(gè)電阻連接點(diǎn)e分開,鑒頻器的輸入電壓從d、e兩點(diǎn)取出。因?yàn)椴ㄐ巫儞Q電路與相位鑒頻器相同,所以電壓表達(dá)式為:兩個(gè)檢波器的輸入電壓

UD1,UD2檢波器輸出為

值得注意的是,檢波器只對UD1,UD2的振幅進(jìn)行檢波,檢波后的電壓方向完全由二極管的方向來決定

從圖中可以看出,由于Udc

不變,則

鑒頻器的輸出電壓如下所示:

6.5.5正交鑒頻器五、脈沖均值型鑒頻器(脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器)

調(diào)頻信號變換成單向矩形脈沖序列

調(diào)頻信號瞬時(shí)頻率的變化,直接表現(xiàn)為單位時(shí)間內(nèi)調(diào)頻信號過零值點(diǎn)(簡稱過零點(diǎn))的疏密變化,如圖8-17所示。調(diào)頻信號每周期,有兩個(gè)過零點(diǎn),由負(fù)變?yōu)檎倪^零點(diǎn)稱為"正過零點(diǎn)",如01、03、05等,由正變?yōu)樨?fù)的過零點(diǎn)稱為"負(fù)過零點(diǎn)",02、04、06等。如果在調(diào)頻信號的每一個(gè)正過零點(diǎn)處由電路產(chǎn)生一個(gè)振幅為,寬度為τ的單極性矩形脈沖,這樣就把調(diào)頻信號轉(zhuǎn)換成了重復(fù)頻率與調(diào)頻信號的

瞬時(shí)頻率相同的單向矩形脈沖序列。這時(shí)單位時(shí)間內(nèi)矩形脈沖的數(shù)目就反映了調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率,該脈沖序列振幅的平均值能直接反映單位時(shí)間內(nèi)矩形脈沖的數(shù)目。脈沖個(gè)數(shù)越多,平均分量越大,脈沖個(gè)數(shù)越少,平均分量越小。因此實(shí)際應(yīng)用時(shí),不需要對脈沖直接計(jì)數(shù),而只需用一個(gè)低通濾波器取出這一反映單位時(shí)間內(nèi)脈沖個(gè)數(shù)的平均分量,就能實(shí)現(xiàn)鑒頻。設(shè)調(diào)頻信號通過變換電路得到一個(gè)矩形脈沖序列,并讓這一脈沖序列通過傳輸系數(shù)為的低通濾波器進(jìn)行濾波,則濾波后的輸出電壓為式中Uav表示一個(gè)周期內(nèi)脈沖振幅的平均值；

t是