08_03 第21讲 角度解调方法与电路

1、College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 第第21讲讲 角度解调（鉴频）角度解调（鉴频） 第第8章章 角度调制与解调角度调制与解调 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 调角波包括调角波包括调频波调频波和和调相波调相波 调频波的解调称为频率检波调频波的解调称为频率检波, ,简称简称鉴频鉴频; ;完完 成鉴频功能的电路称为成鉴频功能的电路称为鉴频器鉴频器; ; 调相波的解调称为相位检波调相波的解调称为相

2、位检波, ,简称简称鉴相鉴相, ,完完 成鉴相功能的电路称为成鉴相功能的电路称为鉴相器鉴相器。 重点讨论重点讨论鉴频鉴频。 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 对调频波而言，调制信息包含在已调对调频波而言，调制信息包含在已调 信号瞬时频率的变化中，所以解调的任务信号瞬时频率的变化中，所以解调的任务 就是把已调信号瞬时频率的变化不失真地就是把已调信号瞬时频率的变化不失真地 转变成电压变化，即实现转变成电压变化，即实现“频率频率- -电压电压” 转换。完成这一功能的电路，称为转换。完成这一功能的电

3、路，称为频率解频率解 调器调器，简称，简称鉴频器鉴频器。 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 8.8.1 8.8.1 相位鉴频器的工作原理相位鉴频器的工作原理 8.8.2 8.8.2 相位鉴频器回路参数的选择相位鉴频器回路参数的选择 8.8 相位鉴频器相位鉴频器 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 先将输入调频信号和经过相移网络后的信号相先将输入调频信号和经过相移网络后的信号相 加加(或相减或

4、相减)，产生振幅反映附加相位，产生振幅反映附加相位变化的调幅变化的调幅 波，而后通过包络检波器检出振幅的变化，就可完波，而后通过包络检波器检出振幅的变化，就可完 成鉴相功能。成鉴相功能。 )(t o v 相加器相加器包络检波器包络检波器 )(t r v )( s tv 1. 数学模型数学模型 8.8.1 8.8.1 相位鉴频器的工作原理相位鉴频器的工作原理 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 0 )(ta )(t )(tb )(t )(tb )()(tbta )( 0 t )(t 调频信号调频

5、信号)sincos()( 00 tmtVta f )()()(cos)( 00 ttVt bm b )(cos 00 tV )( 2 )(cos 0 ttV bm )()(cos)()()( 0 tttVtbta 22 0 )(cos)(sin)(tVtVVtV bmbm )(sin2 0 22 0 tVVVV bmbm )(sin 2 1 22 0 0 22 0 t VV VV VV bm bm bm 8.8.1 8.8.1 相位鉴频器的工作原理相位鉴频器的工作原理 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信

6、息工程学院 O )(ta )(t )(tb )(t )(tb )()(tbta )( 0 t )(t )()(cos)()()( 0 tttVtbta )(sin 2 1)( 22 0 0 22 0 t VV VV VVtV bm bm bm 令令 M VV VV 22 0 0 2 bm bm )(sin 2 1 1 22 0 tMVV bm 当当1M )(t 当当 较小时，较小时， 12 )( t 例如例如 )( 2 1 1 22 0 tMVV bm )(sin )(cos arctan)( 0 tVV tV t bm bm 上述分析表明，包络上述分析表明，包络V(t)的变化反映的变化反映的

7、变化，的变化， 8.8.1 8.8.1 相位鉴频器的工作原理相位鉴频器的工作原理 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 )(t o v 相加器相加器 相加器相加器 包络包络 检波器检波器 包络包络 检波器检波器 相加器相加器 )(tb)(t d1 v )(t d2 v 但它们之间的关系是非线性的，因而包络检波器的输出解但它们之间的关系是非线性的，因而包络检波器的输出解 调电压是失真的。在实际电路中，为了减小失真，广泛采用平调电压是失真的。在实际电路中，为了减小失真，广泛采用平 衡鉴相电路。衡鉴相

8、电路。 )(tb )(ta )(sin 2 1)( 22 0 0 22 0 t VV VV VVtV bm bm bm 8.8.1 8.8.1 相位鉴频器的工作原理相位鉴频器的工作原理 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 O )(t )(tb )()(tbta )( 1 t )(tb )(t )(tb )(tb )(ta )( 0 t )()(tbta )( 2 t 2 2 0 2, 1 )(cos )(sin )( tV tVV tV bm bm )(sin 2 1 22 0 0 22 0

9、t VV VV VV bm bm bm 22 02, 1 )(cos)(sin)(tVtVVtV bmbm )(sin 2 1 22 0 0 22 0 t VV VV VV bm bm bm ) )(sin 2 1)(sin 2 1()()( 22 0 0 22 0 0 22 021 t VV VV t VV VV VVtVtV bm bm bm bm bm 8.8.1 8.8.1 相位鉴频器的工作原理相位鉴频器的工作原理 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 .)(sin 16 1 )(sin

10、 8 1 )(sin 2 1 1 )(sin1)(sin 2 1 3322 22 0 0 tMtMtM tMt VV VV bm bm .)(sin 8 1 )(sin)()( 33 22 021 tMtMVVtVtV bm 比较可见，用平衡鉴相电路可在输出解调电压中抵消直流比较可见，用平衡鉴相电路可在输出解调电压中抵消直流 项和项和sin的二次方项及其以上的各偶次方项，并使的二次方项及其以上的各偶次方项，并使sin 项幅值项幅值 增强为二倍。增强为二倍。 ) )(sin 2 1)(sin 2 1()()( 22 0 0 22 0 0 22 021 t VV VV t VV VV VVtVtV

11、 bm bm bm bm bm 8.8.1 8.8.1 相位鉴频器的工作原理相位鉴频器的工作原理 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 2. 实现电路实现电路 移相网络移相网络 )(ta )(tb )(tb- 包络检波包络检波 8.8.1 8.8.1 相位鉴频器的工作原理相位鉴频器的工作原理 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 O )(t )(tb )()(tbta )( 1 t )(tb )(

12、t )(tb )(tb )(ta )( 0 t )()(tbta )( 2 t ab 2 1 V ab12 2 1 VV ab12 2 1 VV ab 2 1 V 12 V L1C1和和L2C2构成互感耦合的双调谐回路，作为相位鉴频器构成互感耦合的双调谐回路，作为相位鉴频器 的相移网络；的相移网络；两个二极管包络检波器构成相位鉴频器的平衡鉴两个二极管包络检波器构成相位鉴频器的平衡鉴 相电路，相电路，L3为高频扼流圈，为高频扼流圈， C0为耦合电容，对输入信号频率呈为耦合电容，对输入信号频率呈 短路；对输入信号频率呈开路，用来为包络检波器的平均电流短路；对输入信号频率呈开路，用来为包络检波器的平

13、均电流 提供通路。提供通路。 8.8.1 8.8.1 相位鉴频器的工作原理相位鉴频器的工作原理 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 8.8.2 8.8.2 相位鉴频器回路参数的选择相位鉴频器回路参数的选择 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 由该曲线可以看出，耦合很弱（即由该曲线可以看出，耦合很弱（即很小）时，很小）时， 线性范围小，鉴频跨导高。一般，当线性范围小，鉴频跨导高。一般，当1.5以

14、后，非以后，非 线性就已经相当严重。反之，耦合比较紧，线性范围线性就已经相当严重。反之，耦合比较紧，线性范围 就大，而鉴频跨导就小。但当就大，而鉴频跨导就小。但当以上时，非线性以上时，非线性 又严重起来。因此，通常选取又严重起来。因此，通常选取。 由于由于，当回路品质因数，当回路品质因数L不变时，逐不变时，逐 渐加强耦合，鉴频跨导随之下降，但线性范围则随渐加强耦合，鉴频跨导随之下降，但线性范围则随 之加宽。之加宽。 8.8.2 8.8.2 相位鉴频器回路参数的选择相位鉴频器回路参数的选择 College of Electrical and Information Engineering 电气与

15、信息工程学院电气与信息工程学院 以上分析时假定理想调频波，即输入信号以上分析时假定理想调频波，即输入信号V12振幅恒定。振幅恒定。 8.9 8.9 比例鉴频器比例鉴频器 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 abd1 VVV 2 1 12 abd VVV 2 1 122 )( 21dddo VVkv ) 2 ( 2 12 1 j abe V V O )(t )(tb )()(tbta )( 1 t )(tb )(t )(tb )(tb )(ta )( 0 t )()(tbta )( 2 t ab

16、V 2 1 abVV 2 1 12 abVV 2 1 12 abV 2 1 12 V 8.9 8.9 比例鉴频器比例鉴频器 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 )( 21dddo VVkv )( 2 1 d d o V V fv )2( 221dddd VVVk ) 2 1)( 21 2 21 dd d ddd VV V VVk ) 1 2 1)( 2 1 21 d d ddd V V VVk 常数 21dd VV )( 2 1 d d o V V fv )( 21ddo VVfv 8.9 8

17、.9 比例鉴频器比例鉴频器 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 6C V 常数 abd VVV 2 1 121 abd VVV 2 1 122 )( 21dddo VVkv )( 21dddo VVkv oddo vv 2 1 1 Vk oddo vv 2 1 2 Vk )( 2 21dd d VV k )( 21ddo VVfv 1. 工作原理工作原理 1ddV k 2ddV k 常数 21dd VV 8.9 8.9 比例鉴频器比例鉴频器 College of Electrical and

18、Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 2. 实现电路实现电路 移相网络移相网络 )(ta )(tb )(tb- 包络检波包络检波 8.9 8.9 比例鉴频器比例鉴频器 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 3. 动态限幅特性动态限幅特性 V 12 限幅原理：限幅原理： iD ， VC6 C6不变 不变 Rid id Av V 12 1ddV k 2ddV k 8.9 8.9 比例鉴频器比例鉴频器 College of Electrical and

19、Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 8.10.1 8.10.1 脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器 8.10.2 8.10.2 符合门鉴频器符合门鉴频器 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 脉冲计数式鉴频器是根据第二类鉴频方法制成的，它的脉冲计数式鉴频器是根据第二类鉴频方法制成的，它的 突出优点是线性好，频带宽，同时它能工作于一个相当宽的突出优点是线性好，频带宽，同时它能工作于一个相当宽的 中心频率范围（不像前述几种鉴频器必须工作于某一中心频中心

20、频率范围（不像前述几种鉴频器必须工作于某一中心频 率上，否则将产生附加的直流输出）。率上，否则将产生附加的直流输出）。 8.10.1 8.10.1 脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 fV av 8.10.1 8.10.1 脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 8.10.1 8.10.1 脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器 Col

21、lege of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 符合门鉴频器是根据第三类鉴频方法制成的，符合门鉴频器是根据第三类鉴频方法制成的， 它的突出优点是只有一个调谐回路，在集成电路中它的突出优点是只有一个调谐回路，在集成电路中 用起来十分方便。这种鉴频器的集成电路产品不仅用起来十分方便。这种鉴频器的集成电路产品不仅 包含鉴频器本身，还包括性能优良的限幅器。包含鉴频器本身，还包括性能优良的限幅器。 2 fk 8.10.2 8.10.2 符合门鉴频器符合门鉴频器 College of Electrical and Info

22、rmation Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 8.10.2 8.10.2 符合门鉴频器符合门鉴频器 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 )(2 2 0 ff fk ) 24 1 ( 0 fk V T VV 8.10.2 8.10.2 符合门鉴频器符合门鉴频器 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 电路举例：电路举例： 三级差分宽带放大器三级差分宽带放大器 稳压电路

23、稳压电路 全波双平衡符合门检波器全波双平衡符合门检波器 8.10.2 8.10.2 符合门鉴频器符合门鉴频器 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 电路举例：电路举例： 8.10.2 8.10.2 符合门鉴频器符合门鉴频器 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 本章小节 本章介绍频谱变换电路，它包括本章介绍频谱变换电路，它包括线性变换线性变换 和和非线性变换非线性变换两大类。两大类。 1 1 模拟

24、乘法器模拟乘法器的用途十分广泛，特别在频谱的用途十分广泛，特别在频谱 变换电路中应用。变换电路中应用。 例如，振幅调制、混频、例如，振幅调制、混频、 倍频、同步检测、鉴频、鉴相等均可以用模拟倍频、同步检测、鉴频、鉴相等均可以用模拟 乘法器来实现。乘法器来实现。 2 2 用调制信号去控制高频振荡的幅度，使其用调制信号去控制高频振荡的幅度，使其 幅度的变化量随调制信号成正比地变化，这一幅度的变化量随调制信号成正比地变化，这一 过程称为幅度调制。过程称为幅度调制。 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院

25、 经过幅度调制后的高频振荡称为幅度调制经过幅度调制后的高频振荡称为幅度调制 波（简称调幅波）。波（简称调幅波）。 根据频谱的结构不同，可分为根据频谱的结构不同，可分为普通调幅普通调幅（AMAM） 波波, ,抑制载波的抑制载波的双边带调幅双边带调幅（DSBDSB/SCAM/SCAM）波和）波和 抑制载波的抑制载波的单边带调幅单边带调幅（SSBSSB/SC AM/SC AM）波。）波。 普通调幅波产生电路可采用低电平调制电路普通调幅波产生电路可采用低电平调制电路 （模拟乘法器），也可采用高电平调制电路。（模拟乘法器），也可采用高电平调制电路。 College of Electrical and I

26、nformation Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 抑制载波调幅波的产生电路一般可采用晶体二极管抑制载波调幅波的产生电路一般可采用晶体二极管 平衡、环形调制电路，晶体二极管桥式调制电路和利平衡、环形调制电路，晶体二极管桥式调制电路和利 用模拟乘法器产生用模拟乘法器产生DSBDSBSCSC调幅波。调幅波。 3 3 解调是调制的逆过程。幅度调制波的解调简称检解调是调制的逆过程。幅度调制波的解调简称检 波，其作用是从幅度调制波中不失真地检出调制信号波，其作用是从幅度调制波中不失真地检出调制信号 来。来。 从频谱上看，就是将幅度调制波的边带信号不从频谱上看，就是将幅度调

27、制波的边带信号不 失真地搬到零频附近。对于大信号检波可采用二极管失真地搬到零频附近。对于大信号检波可采用二极管 串联型检波器，对于小信号检波宜采用同步解调。而串联型检波器，对于小信号检波宜采用同步解调。而 对于抑制载波调幅波只能采用同步检波器才能解调。对于抑制载波调幅波只能采用同步检波器才能解调。 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 4 4 混频电路是超外差接收机的重要组成部分。混频电路是超外差接收机的重要组成部分。 它的基本功能是在保持调制类型和调制参数不变它的基本功能是在保持调制类型和调制

28、参数不变 的情况下，将高频振荡的频率的情况下，将高频振荡的频率f fS S变换为固定频率变换为固定频率 的中频的中频f fI I，以利于提高接收机的灵敏度和选择性。，以利于提高接收机的灵敏度和选择性。 因此，混频电路也是典型的频谱搬移电路。混频因此，混频电路也是典型的频谱搬移电路。混频 电路可采用二极管平衡和环形混频电路、三极管电路可采用二极管平衡和环形混频电路、三极管 混频电路，亦可采用模拟乘法器混频电路，后者混频电路，亦可采用模拟乘法器混频电路，后者 比前两种混频电路输出的信号频谱更纯。比前两种混频电路输出的信号频谱更纯。 College of Electrical and Informa

29、tion Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 5 5在通信系统中，角度调制及解调不同于频谱搬移电在通信系统中，角度调制及解调不同于频谱搬移电 路，它是用低频信号去调制高频振荡的相角或者从已路，它是用低频信号去调制高频振荡的相角或者从已 调波中检出调制信号进行的频谱变换调波中检出调制信号进行的频谱变换, ,这种变换属非线这种变换属非线 性变换。如果高频振荡器的频率变化量和调制信号成性变换。如果高频振荡器的频率变化量和调制信号成 正比则称正比则称FMFM。 如果高频振荡器的相位变化量和调制信如果高频振荡器的相位变化量和调制信 号成正比则称号成正比则称PMPM。由于频率的变化和相位的变化都表。由于频率的变化和相位的变化都表 现为总相角的变化，因此，将现为总相角的变化，因此，将FMFM和和PMPM统称为调角。统称为调角。 6 6实现调频的方法有两种，一是实现调频的方法有两种，一是直接调频直接调频，二是，二是间接间接 调频调频。其中利用。其中利用变容二极管直接调频变容二极管直接调频应用最多。应用最多。 College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院