高頻電子技術(shù)課件

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6.2.4.4與頻率解調(diào)器配合使用的限幅器6.2.5數(shù)字信號(hào)的相位調(diào)制

6.2.5.1數(shù)字調(diào)相信號(hào)的特點(diǎn)

6.2.5.2兩相調(diào)相信號(hào)的解調(diào)2023/2/516.2.4調(diào)頻波的解調(diào)方法與電路6.2.4.1解調(diào)方法1、利用鎖相環(huán)路實(shí)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(shí)現(xiàn)解調(diào)。因?yàn)檎{(diào)頻波的頻率是隨調(diào)制信號(hào)變化的，所以它們在相同的時(shí)間間隔內(nèi)過零點(diǎn)的數(shù)目將不同。當(dāng)瞬時(shí)頻率高時(shí)，過零點(diǎn)的數(shù)目就多，瞬時(shí)頻率低時(shí)，過零點(diǎn)的數(shù)目就少。利用調(diào)頻波的這個(gè)特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)解調(diào)。2023/2/52直接脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器2023/2/536.2.4.1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(shí)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(hào)。這種方法的方框圖如下圖所示。為了實(shí)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(shí)時(shí)間的方法。在滿足一定條件時(shí)，可以得到相位變化與瞬時(shí)頻率變化成正比的調(diào)相─調(diào)頻波。對于由單頻余弦信號(hào)對載波調(diào)頻所得到的調(diào)頻信號(hào)將其延時(shí)后可表示為：2023/2/546.2.4.1解調(diào)方法（續(xù)2）如果的值較小，使得，則上式可簡化為：可以看出，這是一個(gè)調(diào)相-調(diào)頻波。其中為原調(diào)頻信號(hào)的相角；而則為一附加相位，該附加相位與調(diào)制信號(hào)成正比。因此，這個(gè)附加相位部分包含了調(diào)制信號(hào)的信息。該式表明，調(diào)頻波延時(shí)后，得到一個(gè)調(diào)相-調(diào)頻波。這里需要注意，這個(gè)結(jié)果是在假定較小的情況下得到的，通常取，即要求延時(shí)。2023/2/556.2.4.1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。因?yàn)檎{(diào)頻波的頻率變化與調(diào)制信號(hào)成正比，所以變換后信號(hào)的幅度變化也與調(diào)制信號(hào)成正比。然后用幅度解調(diào)器解調(diào)，即可得到所需信號(hào)。這種方法的方框圖如下圖所示。為了實(shí)現(xiàn)調(diào)頻波到調(diào)幅─調(diào)頻波的變換，可以采用將調(diào)頻波對時(shí)間域微分（差分）的辦法；（相位鑒頻器）對頻率域微分（差分）的辦法。（雙失諧回路鑒頻器）2023/2/561)頻率—相位變換頻率—相位變換是由圖(a)所示的互感耦合回路完成的。由圖(b)的等效電路可知，初級回路電感L1中的電流為解調(diào)電路組成2023/2/57互感耦合回路2023/2/58初級電流在次級回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為感應(yīng)電動(dòng)勢在次級回路形成的電流為考慮初、次級回路均為高Q回路，r1也可忽略。這樣，上式可近似為2023/2/59所產(chǎn)生的相移為：2023/2/510頻率—相位變換電路的相頻特性2023/2/5112)相位—幅度變換根據(jù)圖中規(guī)定的與的極性，這樣，設(shè)在兩個(gè)檢波二極管上的高頻電壓分別為2023/2/5122023/2/513合成矢量的幅度隨與間的相位差而變化(FM―PM―AM信號(hào))，如下圖所示。①f=f0=fc時(shí)，與的振幅相等，即UD1=UD2;②f>f0=fc時(shí)，UD1>UD2，隨著f的增加，兩者差值將加大；③f<f0=fc時(shí)，UD1<UD2,隨著f的增加，兩者差值也將加大。2023/2/514不同頻率時(shí)的與矢量圖2023/2/5153)檢波輸出設(shè)兩個(gè)包絡(luò)檢波器的檢波系數(shù)分別為Kd1,Kd2(通常Kd1=Kd2=Kd)，則兩個(gè)包絡(luò)檢波器的輸出分別為uo1=Kd1UD1,uo2=Kd2UD2。鑒頻器的輸出電壓為2023/2/516鑒頻特性曲線2023/2/5176.2.4.2頻率解調(diào)器的技術(shù)指標(biāo)通常將頻率解調(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）。0f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處鑒頻特性的斜率定義，即鑒頻靈敏度的單位為V/Hz。2、線性范圍。線性范圍是指鑒頻特性近似為直線的范圍，如圖所示。這個(gè)范圍應(yīng)該大于調(diào)頻信號(hào)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(hào)產(chǎn)生的失真稱為鑒頻器的非線性失真。2023/2/5186.2.4.3頻率解調(diào)器電路：1、雙失諧回路鑒頻器這種鑒頻器是利用對調(diào)頻波中心頻率失諧的LC回路，將調(diào)頻波變換為調(diào)幅─調(diào)頻波，然后用二極管峰值包絡(luò)檢波器進(jìn)行幅度檢波完成頻率解調(diào)的。圖中、、構(gòu)成諧振回路，實(shí)現(xiàn)調(diào)頻波到調(diào)幅──調(diào)頻波的變換。

D、、構(gòu)成二極管峰值包絡(luò)檢波器，完成幅度檢波。假定調(diào)頻波的中心頻率，偏離諧振回路的諧振頻率，且，并假定調(diào)頻波的頻偏較小，在瞬時(shí)頻率變化范圍內(nèi)，諧振回路的幅頻與相頻特性可分別用直線近似。下面定性說明。R2R22023/2/5191、雙失諧回路鑒頻器（續(xù)1）

定性說明：00為了擴(kuò)大單失諧回路鑒頻器鑒頻特性線性工作范圍和靈敏度，可使用兩個(gè)單失諧回路鑒頻器的組合，如下圖所示。其中回路1的諧振頻率，回路II的諧振頻率（為調(diào)頻信號(hào)中心頻率），。兩諧振回路的特性曲線相同，僅諧振頻率不同，并將兩個(gè)鑒頻器的輸出之差作為總的輸出，即。2023/2/5201、雙失諧回路鑒頻器（續(xù)2）0返回一返回二RR2023/2/5212、利用相位解調(diào)器的鑒頻器（乘積型相位鑒頻法）前已說明，將調(diào)頻波延時(shí)，當(dāng)滿足一定條件時(shí)，可以得到相位變化規(guī)律與調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律基本相同的調(diào)相波。下面分析相乘過程。檢測出這個(gè)相位變化就可獲得解調(diào)信號(hào)。一種相位檢測方法是將調(diào)頻信號(hào)與其延時(shí)后的信號(hào)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。2023/2/5222、利用相位解調(diào)器的鑒頻器（續(xù)1）若調(diào)頻波為—單頻余弦信號(hào)調(diào)制的信號(hào)，表示為：延時(shí)后的調(diào)頻波可表示為：若，將調(diào)頻信號(hào)與其延時(shí)后的信號(hào)相乘可得：返回2023/2/5232、利用相位解調(diào)器的鑒頻器（續(xù)2）

上式表明，相乘結(jié)果包括兩部分，第一部分為調(diào)制信號(hào)的余弦函數(shù)。第二部分為一在處的調(diào)頻調(diào)相波，它將被低通濾波器濾除，所以，僅第一部分信號(hào)被輸出，即：假定，這個(gè)假定可以在具體電路中實(shí)現(xiàn)，并假定，則上式可近似為：該式表明，當(dāng)滿足，和時(shí)，這種鑒頻方法可以得到與調(diào)制信號(hào)成正比的解調(diào)信號(hào)。鑒頻器中所用延時(shí)電路可用耦合回路和失諧回路實(shí)現(xiàn)。2023/2/5242、利用相位解調(diào)器的鑒頻器（續(xù)3）如圖所示為利用相位解調(diào)器的鑒頻器的具體電路例子。其中，構(gòu)成相乘器電路，從和基極輸入未延時(shí)調(diào)頻波，經(jīng)、C、R和L構(gòu)成的延時(shí)電路延時(shí)后的調(diào)頻波，經(jīng)射極輸出器和耦合至相乘器的基極。相乘輸出經(jīng)、構(gòu)成的低通濾波器濾除高頻分量，從而得到解調(diào)輸出。2023/2/5252、利用相位解調(diào)器的鑒頻器（續(xù)4）2023/2/5263、相位鑒頻器（疊加型相位鑒頻法）（1）工作過程用延時(shí)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(hào)與其延時(shí)后的信號(hào)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(hào)。2023/2/527平衡式疊加型相位鑒頻器框圖2023/2/5282023/2/529合成矢量的幅度隨與間的相位差而變化(FM―PM―AM信號(hào))，如下圖所示。①f=f0=fc時(shí)，與的振幅相等，即UD1=UD2;②f>f0=fc時(shí)，UD1>UD2，隨著f的增加，兩者差值將加大；③f<f0=fc時(shí)，UD1<UD2,隨著f的增加，兩者差值也將加大。2023/2/5303、相位鑒頻器（續(xù)）（2）電路定性說明MABCO是等幅調(diào)頻波。。是用耦合延時(shí)電路將等幅調(diào)頻波變換為調(diào)相─調(diào)頻波。加在二極管上的電壓是用相加電路將等幅調(diào)頻波與其延時(shí)后的調(diào)相─調(diào)頻波信號(hào)相加，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)，即可得到所需輸出電壓。2023/2/5316.2.4.4與頻率解調(diào)器配合使用的限幅器由于調(diào)頻信號(hào)傳輸過程中，信號(hào)通道的頻率特性不理想及外界干擾和內(nèi)部噪聲的影響，在鑒頻器輸入端調(diào)頻信號(hào)的振幅可能發(fā)生變化，從而使鑒頻器的輸出產(chǎn)生附加干擾，以致不能準(zhǔn)確解調(diào)。為此，在鑒頻器前常常接入限幅器。調(diào)頻信號(hào)是一種類似高頻正弦形的信號(hào)，高頻正弦信號(hào)限幅器基本原理與脈沖限幅器類似，但為得到等幅的正弦波，應(yīng)采用雙向限幅器，在限幅器后接帶通濾波器以濾除高次諧波。在實(shí)際電路中，常用差分放大構(gòu)成限幅器。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)集成化，且電路簡單，限幅電平較低。2023/2/5326.2.5數(shù)字信號(hào)的相位調(diào)制用基帶數(shù)字信號(hào)對載波相位進(jìn)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(hào)調(diào)相也稱“相位鍵控”，簡記為PSK。在本節(jié)中，以兩相調(diào)相為例，說明數(shù)字調(diào)相的基本問題。6.2.5.1數(shù)字調(diào)相信號(hào)的特點(diǎn)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。兩相絕對調(diào)相信號(hào)相當(dāng)于抑制載波調(diào)幅。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(gè)碼元的載波相位為基準(zhǔn)來確定。2023/2/5336.2.5.1數(shù)字調(diào)相信號(hào)的特點(diǎn)（續(xù)1）兩相絕對調(diào)相信號(hào)波形圖110100110未調(diào)載波基帶數(shù)字信號(hào)絕對調(diào)相信號(hào)當(dāng)碼元為“1”時(shí)，它的載波相位取與未調(diào)載波相位相同，而當(dāng)碼元為“0”時(shí)，則相反2023/2/5346.2.5.1數(shù)字調(diào)相信號(hào)的特點(diǎn)（續(xù)2）

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(gè)碼元的載波相位為基準(zhǔn)來確定。欲得兩相相對調(diào)相信號(hào)，常用的辦法是先經(jīng)碼變換器將輸入的二進(jìn)制碼變換為相對碼，然后用這個(gè)相對碼做調(diào)制信號(hào)進(jìn)行抑制載波調(diào)幅，就可得到兩相相對調(diào)相。

例如：當(dāng)碼元為“1”時(shí)，它的載波相位取與前一個(gè)碼元的載波相位相同，而當(dāng)碼元為“0”時(shí)，它的載波相位取與前一個(gè)碼元的載波相位差。其示意圖如下圖所示。2023/2/5356.2.5.1數(shù)字調(diào)相信號(hào)的特點(diǎn)（續(xù)3）兩相相對調(diào)相信號(hào)波形圖101101000基帶數(shù)字信號(hào)未調(diào)載波相對調(diào)相信號(hào)2023/2/5366.2.5.2兩相調(diào)相信號(hào)的解調(diào)數(shù)字調(diào)相信號(hào)的解調(diào)通常采用相干解調(diào)。兩相絕對調(diào)相信號(hào)相當(dāng)于抑制載波調(diào)幅信號(hào)，故它可以表示為：其中，為基帶數(shù)字序列的表示式。為碼元持續(xù)時(shí)間；g()表示碼元波形函數(shù)。2023/2/5376.2.5.2兩相調(diào)相信號(hào)的解調(diào)（續(xù)1）令接收端產(chǎn)生的本地載波（這里假定它與調(diào)相信號(hào)的載波信號(hào)同頻同相）為：將調(diào)相信號(hào)與地載波信號(hào)相乘，得：用濾波器濾除上式中第二項(xiàng)位于附近的分量，即可得到解調(diào)輸出信號(hào)：2023/2/5386.2.5.2兩相調(diào)相信號(hào)的解調(diào)（續(xù)2）上述解調(diào)過程的示意圖如下圖所示。101111000絕對調(diào)相實(shí)線虛線101101001返回基帶數(shù)字信號(hào)2023/2/5396.2.5.2兩相調(diào)相信號(hào)的解調(diào)（續(xù)3）討論：與調(diào)幅信號(hào)的相干解調(diào)一樣，調(diào)相信號(hào)相干解調(diào)的關(guān)鍵問題是本地載波的建立問題。通常方法是將調(diào)相波進(jìn)行全波整流，然后從整流信號(hào)中提取出分量，再對其進(jìn)行分頻，以得到頻率的本地載波信號(hào)。由分頻得到的頻率為分量的初相位是不確定的，它可以是零相位，也可以是相位。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(hào)中載波同頻同相，所得的解調(diào)信號(hào)是正確的；一是本地載波與信號(hào)中載波相位差為，故使解調(diào)信號(hào)中碼元的取值與調(diào)制信號(hào)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。則可在解調(diào)器后利用相應(yīng)的碼變換器（模2和）消除本地載波相位不確定性的影響。實(shí)用數(shù)字調(diào)相系統(tǒng)均采用相對調(diào)相。上圖2023/2/540章末小結(jié)-調(diào)幅解調(diào)(1)四種調(diào)幅方式(普通調(diào)幅、雙邊帶調(diào)幅、單邊帶調(diào)幅和殘留邊帶調(diào)幅)對于相同調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的已調(diào)波信號(hào)的時(shí)域波形不一樣,頻譜不一樣,帶寬不完全一樣,調(diào)制與解調(diào)的實(shí)現(xiàn)方式與難度不一樣,適用的通信系統(tǒng)也不一樣。(2)混頻雖然與調(diào)幅、檢波同屬于線性頻譜搬移過程,在工作原理上基本相同,但在參數(shù)和電路設(shè)計(jì)上須認(rèn)真考慮混頻干擾的影響,采取措施盡量避免或減小混頻干擾的產(chǎn)生及引起的失真。(3)從時(shí)域上看,兩信號(hào)相乘是實(shí)現(xiàn)線性頻譜搬移的最直接方法,所以模擬乘法器是進(jìn)行調(diào)幅、檢波和混頻的最常用器件。在有關(guān)專用集成電路里,具有相乘功能的雙差分電路也是最常見的。2023/2/541(4)二極管峰值包絡(luò)檢波器由于電路簡單而被廣泛采用。但要注意,它只適用于普通調(diào)幅信號(hào)的檢波,而且要正確選擇元器件的參數(shù),以免產(chǎn)生惰性失真與底部切割失真。(5)同步檢波(乘積檢波)需要一個(gè)與發(fā)射端載頻同頻同相(或固定相位差)的同步信號(hào)。對于普通調(diào)幅、雙邊帶調(diào)幅和殘留邊帶調(diào)幅,可以從接收已調(diào)波中直接提取同步信號(hào)；而對于單邊帶調(diào)幅,則必須在發(fā)射端另外專門發(fā)送一個(gè)載頻信號(hào)供接收方提取。(6)晶體管倍頻器是一種常用的倍頻電路,在使用時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn):一是倍頻次數(shù)一般不超過3～4;二是要采用良好的輸出濾波網(wǎng)絡(luò)。2023/2/542(7)在調(diào)幅、檢波、倍頻和混頻電路的輸入或輸出端需要采用濾波器,正確設(shè)計(jì)濾波器的類型和參數(shù)是提高電路性能指標(biāo)、減小失真的重要措施。(8)線性頻率變換電路的基本模型是乘法器加濾波器,前者產(chǎn)生新的頻譜(主要是和頻與差頻),后者從中取出有用頻率分量。這里的乘法器不僅指模擬乘法器,也包括具有乘法功能的非線性器件。2023/2/543章末小結(jié)－調(diào)頻解調(diào)

(1)調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率變化Δf(t)與調(diào)制電壓成線性關(guān)系,調(diào)相信號(hào)的瞬時(shí)相位變化Δφ(t)與調(diào)制電壓成線性關(guān)系,