高频无线接收机原理及方法

1、2021/8/21一、无线电接收机的总体框图超外差式接收机方框图2021/8/22二、接收机的核心部分-解调器 1.接收机接收的信号 (1)模拟调制信号 普通调幅波(AM) ；双边带调幅波(DSB) ； 单边带调幅波(SSB) ；调频波(FM) ； 调相波(PM)。 (2)数字调制信号 数字振幅键控(ASK) ； 数字频移键控(FSK) ； 数字相位键控(PSK) 。2021/8/23 2.调幅解调器(振幅检波器) (1)分类： 非相干解调(振幅检波器)AM波、等幅波 相干解调(同步检波器) DSB波、SSB波 (2) 二极管大信号二极管大信号检波电路 大信号包络检波是高频输入信号的振幅大于0

2、.5V，利用二极管两端加正向电压时导通，通过二极管对电容C充电，加反向电压时截止，电容C上电压对电阻R放电这一特性实现检波的。 2021/8/24 大信号检波的工作原理 检波电路的主要技术指标 电压传输系数Kd 等效输入电阻Rid 非线性失真系数Kf 2021/8/25 大信号检波器的分析与结论电压传输系数：等幅波 调幅波Rrd33(rad) coscosimimdUUKcoscosimaimadUmUmK等效输入电阻： 2idRR 2021/8/26例1.二极管检波器如图(a)、(b)所示。二极管的导通电阻 =80， =0V, R=10k，C=0.01F，当输入信号电压为 试分别计算图(a)

3、、图(b)的检波输出电压各为多大?drBZUV104652cos2)(3ittuV104652cos2)(3ittuV104652sin2)(3ittu2021/8/27解：1.图(a)二极管为正向连接电压传输系数 由于二极管为正向连接，输入正半周导通，检波输出电压为正， 取正， o33d324.2rad422. 010108033Rr912. 0cosdKdKV104652cos2)(3ittuV824. 1912. 02dimAKUuV104652cos2)(3ittuV824. 1912. 02dimAKUuV104652sin2)(3ittuV824. 1912. 02dimAKUu2

4、021/8/28 2.图(b)二极管为反向连接电压传输系数 由于二极管为反向连接，输入负半周导通，在计算时，可认为 是负值，即 o33d324.2rad422. 010108033Rr912. 0cosdKAudK912. 0dKV104652cos2)(3ittuV824. 1)912. 0(2dimAKUuV104652cos2)(3ittuV824. 1)912. 0(2dimAKUuV104652sin2)(3ittuV824. 1)912. 0(2dimAKUu2021/8/29 例2.二极管检波器如图(a)、(b)所示。二极管的导通电阻rd=80,UBZ =0,R=5k， C=0.

5、01F, Cc =20F, RL=10k，若输入信号电压 (1) (2) 试分别求出 、 、 。 V104652cos5 . 1)(3ittuV104652cos)104cos7 . 01 (5 . 1)(33itttuAuBuidR2021/8/210解：对于图(a)检波器 (1) (2) V104652cos5 . 1)(3ittuo33d330.49rad532. 01058033Rr862. 0cosdKV293. 1862. 05 . 1dimAKUuk5 . 22/idRRV104652cos)104cos7 . 01 (5 . 1)(33itttu862. 0cosdKV104c

6、os905. 0293. 1862. 0)104cos7 . 01 (5 . 133dimAttKUuk5 . 22/idRR2021/8/211 对于图(b)检波器(1)(2)V104652cos5 . 1)(3ittuo33d330.49rad532. 01058033Rr862. 0cosdKV293. 1862. 05 . 1dimAKUuV0Buk5 . 22/idRRV104652cos)104cos7 . 01 (5 . 1)(33itttu862. 0cosdKV104cos905. 0293. 1862. 0)104cos7 . 01 (5 . 133dimAttKUuV10

7、4cos905. 03Btuk5 . 22/idRR2021/8/212 检波器的失真 频率失真 当输入信号是调制频率为 的普通调幅波时，检波器输出端A点的电压的频率包含直流、 ，而输出B点的电压的频率包含 。低通滤波器 具有一定的频率特性，电容C的主要作用是滤除普通调幅波中的载波分量，为此应满足 当C取得过大时，对于检波后输出电压的上限频率 , C的容抗将产生旁路作用。不同 的将产生不同的旁路作用，这样便引起了频率失真。maxmin maxmin maxmin RCRCi1max2021/8/213 不产生频率失真，应满足 耦合电容 的容抗将影响检波器输出的下限频率 ，即 在范围内，电容 上

8、电压降大小不同，在输出端B点的电压会因此而产生频率失真。 不产生频率失真的条件必满足惰性失真当低通滤波器的RC放电时间常数过大时,会产生惰性失真见图所示。 RCmax1cCminmaxmin cCLcmin1RC2021/8/214不产生惰性失真的条件调制信号频率为 时，则不产生惰性失真的条件为 a2a1mmRCmaxmin a2amax1mmRC2021/8/215 负峰切割失真 当输入信号电压为普通调幅波 时，检波器输出端A点的输出 ，而输出端B点因采用了隔直耦合电容 ，其输出 ，在电容 两端建立直流电压 。因为 的电容量大，其上电压可认为在 一周内保持不变。这个电压在通过 和 的分压，将

9、会在 上建立分压电压 。 对二极管D来说是反向电压，当输入普通调幅波的振幅的最小值附近电压数值小于 时，二极管截止，将会产生输出电压波形底部被切割，如图所示，通常称其为负峰切割失真。 ttmUuiaimicos)cos1 (cos)cos1 (aimAtmUucCtUmucoscosimaBcCcosimUcCRLRRURRURU2021/8/216不产生负峰切割失真的条件是 其中 为交流电阻， RRRRRmLLaRLLRRRRR2021/8/217 减小负峰切割失真的检波电路 电路中的直流电阻为 ，而交流电阻 为 在R 一定条件下， 越大， 与 的差别越小，负峰切割失真也就不易产生。 一般取

10、 。 21RRRRL2L21RRRRRR1RRRRR)2 . 01 . 0(12021/8/218 (3) 同步检波器 同步检波器主要用于对抑制载波的双边带调幅波和单边带调幅波进行解调，也可以用来解调普通调幅波。 同步检波器是由相乘器和低通滤波器两部分组成。 它与包络检波器的区别在于检波器的输入除了有需要进行解调的调幅信号电压ui外，还必须外加一个频率和相位与输入信号载频完全相同的本地载频信号电压u0。经过相乘和滤波后得到原调制信号。 2021/8/219 MC1596G同步检波器2021/8/220 3.调相信号解调电路(鉴相器) 鉴相电路通常可分为模拟电路型和数字电路型两大类。而在集成电路

11、系统中，常用的电路有乘积型鉴相和门电路鉴相。 鉴相器的主要指标是 (1)鉴相特性曲线，即鉴相器输出电压与输入信号的瞬时相位偏移的关系。通常要求是线性关系。 (2)鉴相跨导，鉴相器输出电压与输入信号的瞬时相位偏移的关系的比例系数。 (3)鉴相线性范围，通常应大于调相波最大相移的二倍。 (4)非线性失真，应尽可能小。2021/8/221(1) 乘积型鉴相器 这种鉴相电路采用模拟乘法器作为非线性器件进行频率变换，然后通过低通滤波器取出原调制信号。 令 根据U1m和U2m的大小不同，鉴相电路有三种工作情况：u1和u2均为小信号；u1和u2均为大信号；u1为小信号，u2为大信号。)(cos)(1c1m1

12、ttUtu)(sin)(2c2m2ttUtu0)(2t2021/8/222 u1和u2均为小信号(均小于26mV )根据模拟乘法器特性，其输出电流为 式中第二项高频成分经低通滤波器滤除，在负载RL上可得输出电压为 是u1与u2两信号的瞬时相位差。通常可用 表示。 画出uo与 的关系曲线，称其为鉴相器的鉴相特性曲线。这是一个周期性的正弦曲线。 21022ukTqukTqIi tttUUKuuKc1c2m1mM21Msin)(cos)(2sin21)(sin211c2m1mM12m1mMttUUKtUUK)(sin211L2m1mMotRUUKu)(1t)(et)(et2021/8/223 鉴相跨

13、导，其定义为 的单位为V/rad 对于u1、u2均为小信号且 时的鉴相跨导为 小信号正交乘积鉴相特性曲线 线性鉴相范围 0eoedduSSrad6eL2m1mM21RUUKSrad6emax2021/8/224u1为小信号，u2为大信号(大于100mV)因为u2是大信号，双曲正切函数具有开关函数的形式， 对上式按傅氏级数展开为相乘后的输出电流为)(cos)(1c1m1ttUtutUtuc2m2sin)(21M2102th2th2ukTquKukTqukTqIi112th2ukTq)2()0(cctttttukTqccc25sin543sin34sin42th2021/8/225经低通滤波器，在

14、负载RL上得到输出电压为 鉴相特性曲线仍是正弦形,鉴相跨导为 线性鉴相范围仍为 ttttUKicc1c1mM3sin34sin4)(cos)(2sin2)(sin21c1mM11mMttUKtUK)(4sin32)(2sin321c1mM1c1mMttUKttUK)(sin2)(sin21L1mM1L1mMotRUKtRUKuL1mM2RUKSrad6emax2021/8/226u1和u2均为大信号(均大于100mV )乘法器的输出电流i可表示为 因为u1是大信号，双曲正切函数也具有开关函数的形式 傅氏级数展开为)(cos)(1c1m1ttUtutUtuc2m2sin)(2102th2thuk

15、TqukTqIi 112th1ukTq)2/32/()2/2/(cctt)(3cos34)(cos42th1c1c1ttttukTq)(5cos541ctt2102th2thukTqukTqIi 2021/8/227经低通滤波器在负载RL上建立电压为 ttttttIcc1c1c03sin34sin4)(3cos34)(cos4)(2sin8)(sin81c20120ttItI)(34sin38)(32sin381c201c20ttIttI)(4sin38)(2sin381c201c20ttIttI)(3)(6sin)3(8)(3sin)3(81c20120ttItI)(3sin)3(8)(si

16、n81212L0ottRIu11212L0)() 12sin() 12() 1(8nntnnRI2021/8/228对应于 区间，输出电压为对应于 区间，输出电压为 两个输入信号均为大信号时，其鉴相特性为三角波形。 在 区间，鉴相特性是线性的。线性鉴相范围为)(21ooLtRIu)(221ooLtRIu)(2/1t/2)(2/-1t/2)(2/-1t2emax2021/8/229 (2)门电路鉴相器 门电路鉴相器的电路简单，线性鉴相范围大、易于集成化，得到较为广泛的应用。常用的有或门鉴相器和异或门鉴相器。右图(a)是一个异或门鉴相器的原理图。它是由异或门电路和低通滤波器组成。 因为异或门电路的

17、两个输入电平不同时，输出为“1”电平，而其它情况均为“0”电平。2021/8/2304. 调频信号解调电路(鉴频器) 调频信号解调电路可分为三类 (1)调频-调幅调频变换型。通过线性网络把等幅调频波变换成振幅与调频波瞬时频率成正比的调幅调频波，然后用振幅检波器进行振幅检波。例如双失谐回路鉴频器、相位鉴频器和比例鉴频器等。 (2)相移乘法鉴频型。将调频波经过移相电路变成调相调频波，其相位的变化正好与调频波瞬时频率的变化成线性关系，然后将调相调频波与原调频波进行相位比较(鉴相)，通过低通滤波器取出解调信号。因为相位比较器通常用乘法器组成，所以称为相移乘法鉴频。 (3)脉冲均值型。把调频信号通过过零比较器变换成重复频率与调频信号瞬时频率相等的单极性等幅脉冲序列，然后通过低通滤波器取出脉冲序列的平均值，这就恢复出与瞬时频率变化成正比的信号。2021/8/231(1)双失谐回路鉴频器 2021/8/2322021/8/233 (2)相位鉴频器 2021/8/2342021/8/235 相位鉴频电路2021/8/2362021/8/237(3) 比例鉴频器2021/8/238(4)相移乘法鉴频器 2021/8/2392021/8/240三、混频器2021/8/241 通常将输入回路、非线性器件与带通滤波