角度调制解调

1、5.3 调频波解调电路调频波解调电路1概念：概念：调频波的解调：调频波的解调：频率检波，简称频率检波，简称鉴频鉴频。调相波的解调：调相波的解调：相位检波，简称相位检波，简称鉴相鉴相。 2作用：作用：从已调波中检出反映在频率或相位变化从已调波中检出反映在频率或相位变化上的调制信号。上的调制信号。 鉴频鉴相采用的方法不尽相同，本章重点讨论调鉴频鉴相采用的方法不尽相同，本章重点讨论调频波的解调频波的解调鉴频鉴频。3特点：特点：限幅与鉴频一般连用限幅与鉴频一般连用统称统称限幅鉴频器限幅鉴频器。 在调频接收机中，因多种原因在调频接收机中，因多种原因( (如频率特性不均、如频率特性不均、干扰等干扰等) )

2、会导致调频信号振幅发生变化。鉴频时，上述会导致调频信号振幅发生变化。鉴频时，上述寄生调幅会反映在输出解调电压上，产生解调失真。解寄生调幅会反映在输出解调电压上，产生解调失真。解决办法决办法在鉴频前加一限幅器以消除寄生调幅，保证在鉴频前加一限幅器以消除寄生调幅，保证加到鉴频器上的调频电压是等幅的。加到鉴频器上的调频电压是等幅的。5.3.1 限幅鉴频实现方法概述限幅鉴频实现方法概述一、鉴频电路性能要求一、鉴频电路性能要求1鉴频电路的功能鉴频电路的功能 将输入调频信号的瞬时频率将输入调频信号的瞬时频率 f 变换为相应解调输变换为相应解调输出电压出电压 vO2鉴频特性鉴频特性 描述描述 vO 随瞬时频

3、偏随瞬时频偏 (f - - fc)的的变化特性，变化特性，如图如图。3鉴频跨导鉴频跨导鉴频特性原点处的斜率鉴频特性原点处的斜率c)(cODffffvS - - 单位单位 V/Hz。 SD 越大，鉴频器将输入瞬时频偏变换为输出解调越大，鉴频器将输入瞬时频偏变换为输出解调电压的能力越强。电压的能力越强。4对鉴频电路性能要求对鉴频电路性能要求 (1) 通频带大于调制信号的最高频率通频带大于调制信号的最高频率 max 。在传。在传输视频信号时，还必须满足相位失真和瞬变失真的要输视频信号时，还必须满足相位失真和瞬变失真的要求。求。(2) 大的鉴频跨导大的鉴频跨导 SD(3) 满足线性和非线性失真的要求。

4、满足线性和非线性失真的要求。二、鉴频的实现方法二、鉴频的实现方法 1利用反馈环路利用反馈环路(例如锁相环例如锁相环)实现鉴频。实现鉴频。(第第 5 章，章，不作介绍不作介绍) 2利用波形变换利用波形变换将输入的调频信号进行特将输入的调频信号进行特定的波形变换，使变换后的波形含有反映瞬时频率变定的波形变换，使变换后的波形含有反映瞬时频率变化的平均分量。再通过低通滤波器输出所需的解调电化的平均分量。再通过低通滤波器输出所需的解调电压。压。这类鉴频器可由这类鉴频器可由三种方法三种方法实现。实现。(1) 斜率鉴频器斜率鉴频器 将输入调频波通过具有合适频率特性的线性网将输入调频波通过具有合适频率特性的线

5、性网络，使输出调频波的络，使输出调频波的振幅振幅按照瞬时频率的规律变化按照瞬时频率的规律变化 通过包络检波器输出反映振幅变化的解调电压。通过包络检波器输出反映振幅变化的解调电压。(2) 相位鉴频器相位鉴频器 将输入调频波通过具有合适频率特性的线性网将输入调频波通过具有合适频率特性的线性网络，使输出调频波的络，使输出调频波的附加相移附加相移按照瞬时频率的规律变按照瞬时频率的规律变化化 。 相位检波器将它与输入调频波的瞬时相位进行相位检波器将它与输入调频波的瞬时相位进行比较，检出反映附加相移变化的解调电压。比较，检出反映附加相移变化的解调电压。 以上均涉及线性网络对输入调频信号的响应特性。以上均涉

6、及线性网络对输入调频信号的响应特性。 通过通过 LP 输出反映平均分量变化的解调电压输出反映平均分量变化的解调电压( (该该等宽脉冲序列含有反映瞬时频率变化的平均分量等宽脉冲序列含有反映瞬时频率变化的平均分量) )。(3) 脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器 将输入调频波通过一非线性变换网络变成将输入调频波通过一非线性变换网络变成调频调频等宽脉冲序列等宽脉冲序列。调频电压调频电压 限幅器限幅器 调频方波调频方波 微分电路微分电路微分脉冲微分脉冲脉冲形成电路脉冲形成电路调频方波调频方波低通滤波器低通滤波器解调电压解调电压v2(t) = F F- -1 F 2(j ) = F F - -1 F 1(

7、j )A(j )(5-3-5) 一般情况下，上述分析是十分困难的，而要给出一般情况下，上述分析是十分困难的，而要给出一个满足要求的线性网络就更困难。只有在个别理想一个满足要求的线性网络就更困难。只有在个别理想情况下才能方便求解，并得出所需结果。情况下才能方便求解，并得出所需结果。 1等幅调频波通过理想微分网络的响应特性等幅调频波通过理想微分网络的响应特性变成变成幅度按调制规律变化的调频波幅度按调制规律变化的调频波三、调频信号通过线性网络的响应三、调频信号通过线性网络的响应 一个理想的微分网络，其频率特性一个理想的微分网络，其频率特性 A(j ) = jA0 ，即有线性的幅频特性和恒值的相频特性

8、：即有线性的幅频特性和恒值的相频特性： 02)(0)(A0 AA它的输出响应它的输出响应( (由由5-3-5) )为为v2(t) = F F- -1 F 1(j )A(j ) = F F - -1 jA0 F1(j )利用付里叶变换的微分特性利用付里叶变换的微分特性)j (jd)(d11 Fttv F F得得ttvAtvd)(d)(102 当当 v1 = V1mcos( ct + Mfsin t) 时时 (Mf= m/ ) )v2(t) = - -A0Vlm( c + mcos t) sin( ct + Mfsin t)(5-3-8)cos(mc1m02mtVAV 此式表明，经过此式表明，经过

9、理想微分网络以后，理想微分网络以后，等幅调频波等幅调频波变成了变成了幅度按调制规律变化的调频波幅度按调制规律变化的调频波，信号的瞬时，信号的瞬时频频率变化率变化不失真地反映在输出调频信号的不失真地反映在输出调频信号的振幅振幅 V2m 上，上，通过包络检波器就可以得所需的解调电压。因此，理通过包络检波器就可以得所需的解调电压。因此，理论上斜率鉴频器用下述模型来实现。论上斜率鉴频器用下述模型来实现。 2等幅调频波通过理想时延网络的响应特性等幅调频波通过理想时延网络的响应特性变为幅度按调制规律变化的调频波变为幅度按调制规律变化的调频波 一理想时延网络，频率特性，即幅频特性恒值，一理想时延网络，频率特

10、性，即幅频特性恒值，相频特性线性相频特性线性根据付里叶变换的时延特性根据付里叶变换的时延特性0j101e )j ()( - - - -FtvF F求得输出响应为求得输出响应为)(e )j ()(010j10120 - - - - -tvAFAtvF F当当 v1(t) = Vlmcos( ct + Mfsin t) 时，时，)(sin)(cos)(0f0c1m02 - - - - tMtVAtv其中其中sin (t- - 0)= sin tcos0- - cos tsin0 若若0 /12/12，则，则 cos0 1，sin0 0，v2(t) 便可近似表示为便可近似表示为 v2(t) A0Vl

11、mcos( ct + Mfsin t) - - Mf0cos t - - c 0 上式表明，通过理想时延网络，当上式表明，通过理想时延网络，当 0 / /12 时，时，输出调频波中附加相移为输出调频波中附加相移为 = - - c 0 - - Mf0 cos t = - - c 0 - - m 0 cos t其中，其中， c 0 为恒定相移，为恒定相移， m 0 cos t 反映了输入调频反映了输入调频波的瞬时频率变化波的瞬时频率变化。因而理论上，相位鉴频器可用下面。因而理论上，相位鉴频器可用下面的模型实现。的模型实现。四、振幅限幅器四、振幅限幅器 作用：将具有寄生调幅的调频信号作用：将具有寄生

12、调幅的调频信号 vS(t) 变换为等变换为等幅的调频信号。幅的调频信号。 典型电路：三极管振幅限幅器、差分对振幅限幅典型电路：三极管振幅限幅器、差分对振幅限幅器。器。1三极管振幅限幅器三极管振幅限幅器(1) 特性：丙类谐振放大器的放大特性特性：丙类谐振放大器的放大特性(2) 电路：工作在过压状态的谐振功率放大器电路：工作在过压状态的谐振功率放大器2差分对振幅限幅器差分对振幅限幅器(1) 电路电路(2) 原理原理输入输入 vS 较大，较大，iC 上下削平，后接谐振回路上下削平，后接谐振回路5.3.2 斜率鉴频器斜率鉴频器一、一、失谐回路斜率鉴频电路失谐回路斜率鉴频电路1 单失谐回路斜率鉴频器单失

13、谐回路斜率鉴频器 电路电路0CC,是失谐在是失谐在LC回回路幅频特性路幅频特性 上上升升 沿或下降沿沿或下降沿线性段的中点。线性段的中点。 工作原理工作原理输入的调频波经输入的调频波经LCLC失谐回路变换失谐回路变换为调幅为调幅- -调频波，调频波，然后经然后经V V、C C1 1、R RL L所组成的包络检所组成的包络检波器解调出原调波器解调出原调制信号。制信号。 电路电路2 双失谐回路斜率鉴频器双失谐回路斜率鉴频器a）L1C1， L1C1的的Q值是相同的值是相同的b） ，而而 对称地失谐在对称地失谐在 的两侧的两侧 （即（即 ）0102C0102,C01CC02-c）包络检波器上下对称包络

14、检波器上下对称 工作原理工作原理 调频波经两个失谐调频波经两个失谐回路转换为两个调回路转换为两个调幅幅-调频波，再经各调频波，再经各自的包络检波器，自的包络检波器，得到两反相的输出得到两反相的输出信号，然后合成得信号，然后合成得到总的输出信号。到总的输出信号。二、集成电路中采用的斜率鉴频器二、集成电路中采用的斜率鉴频器 电路电路 工作原理工作原理 L1C1与与C2构成幅频变换线性网络，将构成幅频变换线性网络，将 输入变换为两个输入变换为两个 幅度按瞬时频率变换的幅度按瞬时频率变换的AM-FM波波FM当当 ，得到，得到 为最大值为最大值V1max， 为最小值为最小值V2min；当当 从从 减小时

15、，使减小时，使L1C1并联回路网络呈感抗，与并联回路网络呈感抗，与C2串联谐振时，串联谐振时，谐振频率为谐振频率为 ，可得，可得 为最大值为最大值V2max，但回路总阻抗接近为零，但回路总阻抗接近为零，所以所以 为最小值为最小值V1min01111L C1( ) t2( ) t01021( ) t2( ) tL1C1与与C2的电抗曲线的电抗曲线和和 幅频特性幅频特性2( ) t1( ) t 分别加到分别加到T1、T2的基极（的基极（ T1 、T2 射随器作为缓冲级，射随器作为缓冲级，在在T1、T2的射极输出后分别加到两个晶体管峰值包络检波的射极输出后分别加到两个晶体管峰值包络检波器器T3、T4

16、的基极，的基极， T3、C3 ， T4 、C4 分别与分别与T5、T6的输入的输入电阻构成检波器），则在电阻构成检波器），则在T5、T6基极分别得到调解电压：基极分别得到调解电压：12,01d1mV02d2mV0102 ， 经经T5，T6差分放大后单端输出差分放大后单端输出 实现了鉴频实现了鉴频d1m2midav()2VVA-鉴频特性曲线鉴频特性曲线5.3.3 相位鉴频器相位鉴频器一、一、相位检波器相位检波器采用乘积鉴相是最常用的方法。 若调相信号为 uPM=Ucmcosct+(t) 其中 (t)=kpu(t) 同步信号与载波信号相差/2, 为cos()sin2rmcrmcuUtUt -cos

17、( )sinsin( )sin2( )2oPMrcmrmcccmrmcukuukU UtttkU Uttt - 用低通滤波器取出uo中的低频分量， 即01sin( )( )22( )( )( )26cmrmcmrmcmrmpkUUkUUuttkUUkututt 式中， k为乘法器增益, 低通滤波器增益为1。 由上式可以看到, 乘积鉴相的线性鉴相范围较小, 只能解调Mp/6的调相信号。 下图是乘积鉴相原理图。 由于相乘的两个信号有90的固定相位差, 故这种方法又称为正交乘积鉴相。 载 波提 取90相 移乘 法 器低 通滤 波 器uPMuruo1 调频信号通过参数恒定的LC回路后, 其振幅和相位都

18、发生了变化。 考虑到正交乘积鉴相的需要, 为了获得90的固定相移, 可以在LC并联回路输入端串联一个小电容C1, 整个频相转换网络可看作是一个分压网络, 电容C1产生90的相移。二、二、 LC并联回路的频相转换特性LRCC1uiu2(a)Q22Q2 Q10(b)三、三、相位鉴频电路 利用频相转换网络将调频信号转换成调频调相信号, 然后经过鉴相器(相位检波器)取出原调制信号, 这就是相位鉴频电路的工作原理。 在相位鉴频电路中, 目前越来越广泛地采用集成化的双差分正交移相式鉴频器。 双差分正交移相式鉴频电路由90频相转换网络和双差分乘积鉴相器组成, 。 LCR150 p10 k0.01 C15.1 p3 kV2200V3u2V4V5V6Rcu3UCC(12 V)低 通滤波器uo8 k45050u