高频电子线路角度与解调

1、 )(cos)(tUtum)(t tttdd)()( tttt00d)()()()()(tukttfc调频灵敏度，单位为 V)rad/(s)()()(tukttfcc)()(d)()()(000ttttukttctfctfcmFMttuktUtu0d)(cos)(低频信息体现在高频调频波的瞬时角频率的变化上 )cos()(tUtum ttUktmcmfccos)cos()()sin()sin()(tmttUkttfcmfc)sin(cos)(tmtUtufcmFM最大角频率偏移 最大相位偏移（又称为调频指数） mfmUkmfm角频率偏移的最大值由调制信号的最大值（即调制信号的振幅）决定 。调制

2、信号的频率变大时，最大相位偏移会减小。 (a) 调制信号 (b) 瞬时角频率 (c) 瞬时相位偏移 (d) 调频波瞬时角频率较大时，调频信号波动加快，表现为调频波的波形变得更加密集 )()()(tuktttpc调频灵敏度，单位为 rad/V)()()(tukttttpccttukttpccdd)()()(低频信息通过对高频调频波的瞬时附加相移的影响而被高频调频波所携带 。 )(cos)(tuktUtupcmPM )cos()(tUtum tmttUkttpcmpccos)cos()()sin()sin()(tttmtmcpc)cos(cos)(tmtUtupcmPM最大相位偏移（又称为调相指数

3、） 最大角频率偏移 mppUkmpmm相位偏移的最大值由调制信号的最大值（即调制信号的振幅）决定 。fmm调频时写为 (a) 调制信号 (b) 瞬时相位偏移 (c) 瞬时角频率 (d) 调相波 调相波波形的疏密情况仍然由瞬时角频率的大小决定 瞬时量的递推顺序如下： 调频波： tmfctUtuttttukttu0)(cos)(d)()()()()(调相波： dttdttuktttupc)()()()()()(cos)(tUtum最大值之间的递推关系如下： 调频波： 调相波： mfmfmmmUkUpmmppmmUkmU调频时，最大角频率偏移与调制信号角频率无关；调相时，最大相位偏移与调制信号角频率

4、无关。 )sin(cos)(tmtUtufcmFM)sin(sin()sin()sin(cos()cos()(tmttmtUtufcfcmFM都是周期函数，可展开为傅立叶级数（其角频率成分都是都是周期函数，可展开为傅立叶级数（其角频率成分都是的整数倍）的整数倍）角频率成分为角频率成分为 nc再与简谐函数相乘 在载频的两侧以为间距分布着无限多的边频。 调频（以及调相）过程是非线性频率变换过程 )(2) 1(2mCRmBW调角波的最大相位偏移 调角波的最大角频率偏移 1m rad)12(m 2CRBW对于窄带调角波，除载频外需要考虑的边频只有一对，其频谱结构与普对于窄带调角波，除载频外需要考虑的边

5、频只有一对，其频谱结构与普通调幅波相同。但为何一个成为调角波，另一个却是普通调幅波呢？通调幅波相同。但为何一个成为调角波，另一个却是普通调幅波呢？)cos(cos)(tmtUtupcmPM )cos(sin()sin()cos(cos()cos(tmttmtUpcpcm)sin()cos()cos()(ttmtUtucpcmPM)cos()cos()cos()cos()cos(1)(ttmUtUttmUtucamcmcamAM缓变的相量缓变的相量 电路符号电路符号 高频等效电容高频等效电容 nBjjUuCC)1(0 二极管结电容 无外加电压时的结电容 PN结的内建电压 变容指数 )(tuUuQ

6、 u为正向压降，但变容二极管一般为正向压降，但变容二极管一般处于反偏状态，并且所加电压为静处于反偏状态，并且所加电压为静态偏压与调制信号之和，故有：态偏压与调制信号之和，故有： uCjonBjjUuCC)1(0 )(tuUuQ njQjxCC)1 ( 施加反向静态偏压时所获得的结电容 nBQjjQUUCC)1 (0归一化的调制电压 QBUUtux)()(tujC调制信号调制信号变容二极管结电容变容二极管结电容 含变容二极管谐振回路的典型结构 直流及低频通路 高频通路 低频短路、高频开路 低频开路、高频短路 低频开路、高频短路 并联谐振回路 变容二极管获得了适当的反向静态偏压，而调制信号也能够有

7、效地加入 2)1(1)(ncjxLCt 施加静态偏压时的振荡角频率，即未受调制时的振荡角频率，即载波角频率jQcLC1 QBccUUtuxt)(1)1()( )(2)(21)21()(tuUUnUUtunxntQBccQBcc 调频灵敏度为调频灵敏度为 QBcUUnkf 12 最大角频率偏为最大角频率偏为QBmcmUUUn 2 对于直接调频电路而言，因调制而产生的最大角频偏与对于直接调频电路而言，因调制而产生的最大角频偏与载波角频率成正比。这一点与间接调频电路是不同的。载波角频率成正比。这一点与间接调频电路是不同的。 对于谐振回路而言，对于谐振回路而言，Cj可以部分接入。此时施加到变容二极管的

8、调制可以部分接入。此时施加到变容二极管的调制电压对整个谐振回路的影响会减小，因而调频灵敏度将降低，但非线电压对整个谐振回路的影响会减小，因而调频灵敏度将降低，但非线性失真及频率不稳定性也会有所削弱。性失真及频率不稳定性也会有所削弱。 变容二极管部分接入变容二极管部分接入回路的直接调频电路回路的直接调频电路 高频交流通路高频交流通路 电容三点式电容三点式振荡器振荡器 变容二极管变容二极管晶体振荡器直晶体振荡器直接调频电路接调频电路 高频交流通路高频交流通路 它是一个电容三点式振荡器，同时又是一个并联型晶体振荡器 tpcmpcmottukktUtuktUtu01d)(cos)(cos)( 调频波的

9、标准形式为调频波的标准形式为 ： tfcmttuktU0d)(cos pfkkk1 实现间接调频所需的积分电路可以采用实现间接调频所需的积分电路可以采用简单简单RC积分电路。积分电路。 1 RC时，大部分电压加在电阻上，故：时，大部分电压加在电阻上，故：RitutuR )()( dt)(1dt1)(tuRCiCtuRCk11 积分系数 )sin()cos()cos()(ttmtUtucpcmPM )2cos()cos()cos( ttmUtUcpmcm mcmXjHY )( )(cH 如果网络中存在可变电抗元件，如果网络中存在可变电抗元件，由于它的电抗元件参数受到低频由于它的电抗元件参数受到低

10、频调制信号的控制，因而调制信号的控制，因而低频调制低频调制信号控制了网络的传输函数信号控制了网络的传输函数使高频输出信号振幅和相位都受到低频调制信号的控制，成为调相使高频输出信号振幅和相位都受到低频调制信号的控制，成为调相-调幅波。调幅波。 ()( )()()ccHcH jutH j输出信号振幅网络中可变电抗元件网络传输函数输出信号的相位调相调相调幅调幅 mcmXjHY )( )(cH 如果网络中存在可变电抗元件，如果网络中存在可变电抗元件，由于它的电抗元件参数受到低频由于它的电抗元件参数受到低频调制信号的控制，因而调制信号的控制，因而低频调制低频调制信号控制了网络的传输函数信号控制了网络的传

11、输函数调相调相调幅调幅 如果选择适当的网络元件参数，并对调制信号的变化范围作出一定如果选择适当的网络元件参数，并对调制信号的变化范围作出一定限制，限制，可以使网络传输函数的模基本不变可以使网络传输函数的模基本不变，于是输出信号的振幅基本，于是输出信号的振幅基本上不随调制信号的变化而变化，上不随调制信号的变化而变化，输出信号就成为调相波输出信号就成为调相波。此网络就成。此网络就成为调相电路，称为为调相电路，称为可变相移法调相电路可变相移法调相电路，又称可控相移网络。，又称可控相移网络。 RLC并联谐振回路是一个线性网络，当它的激励信号是载波电流时，传并联谐振回路是一个线性网络，当它的激励信号是载

12、波电流时，传输函数就是阻抗输函数就是阻抗 ，如果将其中的并联电容取为变容二极管，并且，如果将其中的并联电容取为变容二极管，并且适当选取元件参数，此网络就成为可变相移法调相电路。适当选取元件参数，此网络就成为可变相移法调相电路。 )(cjZ 未加调制信号时，谐振未加调制信号时，谐振角频率为角频率为: 阻抗的大小随谐振角频率的变化曲线阻抗的大小随谐振角频率的变化曲线 阻抗角随谐振角频率的变化曲线阻抗角随谐振角频率的变化曲线 jQQLC10调节相关的元件参数，可调节相关的元件参数，可以使未加调制信号时的谐以使未加调制信号时的谐振角频率振角频率 cQ0加调制信号之后,结电容随调制信号的变化而变化，导致

13、谐振角频率0随调制信号的变化而变化基本不变变化较快 C对于高频是短路对于高频是短路的的;并且对于调制信号并且对于调制信号而言它的容抗也足够而言它的容抗也足够小，因而小，因而R和和C构成积构成积分器分器 输入载波信号经放大后，使输入载波信号经放大后，使并联谐振回路获得电流激励并联谐振回路获得电流激励放大部分放大部分谐振部分谐振部分积分部分 ttmccos)(N倍频器倍频器tnntnmccos)( n倍频器能够改变载波角频率和最大角频偏，使这倍频器能够改变载波角频率和最大角频偏，使这两者同时增大到原值的两者同时增大到原值的n倍，但相对角频偏倍，但相对角频偏 不变。而且倍频器不会影响调制信号的角频率

14、不变。而且倍频器不会影响调制信号的角频率，不会改变所携带的低频信息的性质。不会改变所携带的低频信息的性质。 cm混频器混频器ttmccos)(L( )coscLmtt 混频器能够改变载波角频率，但不会对最大角频偏产混频器能够改变载波角频率，但不会对最大角频偏产生影响。由此可见，混频后相对角频偏生影响。由此可见，混频后相对角频偏 会增大。会增大。 cm一般而言，利用调频电路产生调频波后，可以先用倍频一般而言，利用调频电路产生调频波后，可以先用倍频器扩展其最大角频偏，然后再用混频器将载波角频率降器扩展其最大角频偏，然后再用混频器将载波角频率降低到需要的数值。低到需要的数值。两次倍频后，中心频率为两

15、次倍频后，中心频率为2MHz，最大频偏为，最大频偏为2kHz；经下混频后，中心频率；经下混频后，中心频率为为0.5MHz，最大频偏为，最大频偏为2kHz；再经倍频后，中心频率为；再经倍频后，中心频率为5MHz，最大频偏为，最大频偏为20kHz。而放大器的带宽如果足够宽的话，它不会改变调频信号的频率。而放大器的带宽如果足够宽的话，它不会改变调频信号的频率。 1鉴频特性鉴频特性2线性范围线性范围鉴频特性线性部鉴频特性线性部分的频率变化范分的频率变化范围称为线性范围围称为线性范围3鉴频灵敏度鉴频灵敏度鉴频特性线性部分鉴频特性线性部分的斜率称为调频灵的斜率称为调频灵敏度，又称鉴频跨敏度，又称鉴频跨导，

16、记为导，记为 dS 将振幅为将振幅为Xm、瞬时角频率为、瞬时角频率为(t)的调频波作用在线性网络上，输出信号将的调频波作用在线性网络上，输出信号将是振幅为是振幅为 的的调频调频-调幅波调幅波。这种调频。这种调频-调幅波的振幅与瞬时角频调幅波的振幅与瞬时角频率率(t)有关，有关， 或者说振幅的变化反映了瞬时角频率的变化。或者说振幅的变化反映了瞬时角频率的变化。线性网络起到线性网络起到了从频率到振幅的变换作用了从频率到振幅的变换作用。如果对此调频。如果对此调频-调幅波进行调幅波进行振幅检波振幅检波，就恢复，就恢复了原调制信号。了原调制信号。 mXtjH)( 由单失谐回路和二极管包络检波器组成。由单

17、失谐回路和二极管包络检波器组成。在输入调频波的情况下，所谓失谐是指谐振回路与调频波的载波失谐。在输入调频波的情况下，所谓失谐是指谐振回路与调频波的载波失谐。斜率斜率振幅振幅变换网络变换网络 包络检波包络检波电路电路 为了获得近似线性的鉴频为了获得近似线性的鉴频特性，应该使载波角频率位特性，应该使载波角频率位于中的于中的A点或点或A点。点。 检检波波输输出出电电压压调调幅幅波波的的振振幅幅调调频频-)()(tjZt ： 为了扩展鉴频特性的线性范围，实用的斜率鉴频器常常采用两个单失谐回路为了扩展鉴频特性的线性范围，实用的斜率鉴频器常常采用两个单失谐回路构成的平衡电路。构成的平衡电路。 上下两个失谐

18、回路的幅频特性曲线形状相同，上下两个失谐回路的幅频特性曲线形状相同，但谐振角频率不同，分别记为但谐振角频率不同，分别记为01和和02。 上下两个谐振回路在相同的调频信号作用下，产生两个调频上下两个谐振回路在相同的调频信号作用下，产生两个调频-调幅调幅波波u1和和u2，鉴频器总的输出电压，鉴频器总的输出电压 )()(21tjZtjZd 由于上下两个回路的由于上下两个回路的幅频特性相互补偿，因幅频特性相互补偿，因而使双失谐回路斜率鉴而使双失谐回路斜率鉴频器的失真减小。频器的失真减小。 )(1tu调调频频波波)()()( HjejHjH )(2tu调调频频调调相相波波 产生了与瞬时频率有关的附产生了

19、与瞬时频率有关的附加相移加相移)(tH )(tuHo ：鉴鉴相相器器输输出出电电压压 )(t 利用鉴相来利用鉴相来实现鉴频，故实现鉴频，故称相位鉴频器称相位鉴频器 乘积型相位鉴频器由乘积型相位鉴频器由频率频率-相位变换网络相位变换网络和和乘积型鉴相器乘积型鉴相器构成。构成。(1)乘积型鉴相器乘积型鉴相器 由模拟乘法器和低通滤波器构成由模拟乘法器和低通滤波器构成 tmttUtu011d)(cos)( tHmtttUtu022)(d)(cos)( tHmmMHmmMotttUUAtUUAu02121)(d)(2cos21)(cos21 仅与附加相移有关的低频信号 高频项 )(cos2121tUUA

20、uHmmMo (2)单谐振回路频相变换网络单谐振回路频相变换网络 kQHH2)()(假定在假定在Q Q附近，附近，频相变换网络的相频特性为：频相变换网络的相频特性为： 则则整个乘积型相位鉴频器整个乘积型相位鉴频器（即（即频率频率-相位变换网络相位变换网络连同连同乘积型鉴相器乘积型鉴相器）的输出为：）的输出为： )sin(212cos212121 kUUAkUUAummMmmMo正弦鉴频特性，可以近似为线性鉴频 是频相变换网络的设计目标，说明固定相移是不可缺少的 固定相移 与频率有关的相移 )sin(2121 kUUAkmmM低低频频输输出出电电压压与与频频率率有有关关的的相相移移角角频频率率的

21、的变变化化：单谐振回路频相变换网络单谐振回路频相变换网络 211111()1111uj CRj LuAjuj Cj CRj LLCCjRCj1111 0011)(eujQRCjjA)(110CCL LRQe0 其中其中在在0附近附近 001021)( euQjRCjjA相频特性为相频特性为 0000)(22)(22)( eezQQarctg乘积型鉴相器的输出（也就是整个乘积型相位鉴频器的输出）为乘积型鉴相器的输出（也就是整个乘积型相位鉴频器的输出）为 002121)(2sin21)(cos21 emmMZmmMoQUUAtUUAu0021)( emmMQUUA由于单谐振回路频相变换网络相频特性

22、为由于单谐振回路频相变换网络相频特性为 0000)(22)(22)( eezQQarctg 叠加型相位鉴频器由叠加型相位鉴频器由频率频率-相位变换网络相位变换网络和和叠加型鉴相器叠加型鉴相器构成构成 (1)叠加型鉴相器叠加型鉴相器叠加型鉴相器是将两个存在相位差的高频输入信号叠加后，再进行包络检波。由叠加型鉴相器是将两个存在相位差的高频输入信号叠加后，再进行包络检波。由于于叠加后的高频信号叠加后的高频信号的大小与相位差有关的大小与相位差有关，因而包络检波后的低频电压值也与相，因而包络检波后的低频电压值也与相位差有关，即相位差的变化转化为输出电压的变化，从而实现了鉴相。为了获得位差有关，即相位差的

23、变化转化为输出电压的变化，从而实现了鉴相。为了获得较大的线性鉴相范围，通常采用叠加型平衡鉴相器。较大的线性鉴相范围，通常采用叠加型平衡鉴相器。)()()(211tututus 212( )( )( )sutu tu t+ tmttUtu011d)(cos)( tHmtttUtu022)(d)(cos)( 输入调频波 经过频率-相位变换网络后得到的调频-调相波 22)()(kQHH设设加到上下两个包络检波电路的高频输入电压分别为 tmtmsttUttUtututu02012112d)(cosd)(cos)()()( tmtmsttUttUtututu02012122d)(cosd)(cos)()

24、()( 2221212221222121222111sin1mmmmmmmmmmmmmsUUUUUUUUUUUUU 2221212221222121222121sin1mmmmmmmmmmmmmsUUUUUUUUUUUUU 22212121212)(mmmmdmsmsdoooUUUUuuuuu(2)叠加型相位鉴频器实例叠加型相位鉴频器实例 其中的频相变换网络采用了互其中的频相变换网络采用了互感耦合双调谐回路，因此这种叠感耦合双调谐回路，因此这种叠加型相位鉴频器又被称为互感耦加型相位鉴频器又被称为互感耦合相位鉴频器。合相位鉴频器。 )(21)()(211tututus2121( )( )( )2sutu tu t 两个二极管包络检波器获两个二极管包络检波器获得的高频输入电压分别得的高频输入电压分别: 互感耦合双调谐回路互感耦合双调谐回路叠加型鉴相器叠加型鉴相器112111iriMjiLju221222iriMjiLju)(1222iCju当初级和次级之间为弱耦合时，可以忽略 忽略 1111uLji12222)1()(iCLjrMji)1()(2221212CLjrLCMjuujAu互感耦合双调谐回路互感耦合双调谐回路)1()(2221212CLjrLCM