高频电子线路第七章 角度调制与解调

1、1第七章第七章 模拟角度调制与解调电路模拟角度调制与解调电路7.1 7.1 概述概述7.2 7.2 角度调制与解调原理角度调制与解调原理 7.3 7.3 调频电路调频电路 7.4 7.4 鉴频电路鉴频电路 7.6 7.6 集成调频、鉴频电路芯片介绍集成调频、鉴频电路芯片介绍7.7 7.7 章末小结章末小结7.5 7.5 自动频率控制电路自动频率控制电路27.1 7.1 概述概述 频率调制频率调制和和相位调制相位调制合称为角度调制。角度合称为角度调制。角度调制和解调属于调制和解调属于非线性频率变换非线性频率变换，比属于线性频，比属于线性频率变换的振幅调制与解调在原理和电路实现上都率变换的振幅调制

2、与解调在原理和电路实现上都要困难一些。要困难一些。 由于角度调制信号在由于角度调制信号在抗干扰抗干扰方面比振幅调制方面比振幅调制信号要好的多，所以虽然要占用更多的带宽，但信号要好的多，所以虽然要占用更多的带宽，但仍得到了广泛的应用。仍得到了广泛的应用。 其中，在模拟通信方面，调频制比调相制更其中，在模拟通信方面，调频制比调相制更加优越，故大多采用调频制。加优越，故大多采用调频制。37.2 7.2 角度调制与解调原理角度调制与解调原理7.2.17.2.1调角信号的时域特性调角信号的时域特性1 1调频信号调频信号 设高频载波为设高频载波为uc=Ucmcosct，调制信号为，调制信号为u(t)，则调

3、，则调频信号的瞬时角频率频信号的瞬时角频率 )()(tuktfc瞬时相位瞬时相位 00( )( )( )ttcftt dttkud 调频信号调频信号 0cos( ) tFMcmcfuUt kud 其中其中k kf f为比例系数。为比例系数。 4 其最大角频偏其最大角频偏mm和调频指数和调频指数( (最大相偏最大相偏)M)Mf f分别定义为：分别定义为：max| )(|tukfmmax0|)(|dttukMtff 若调制信号是单频信号，即若调制信号是单频信号，即u u (t)=U(t)=Ummcostcost，则可，则可写出相应的调频信号：写出相应的调频信号：)sincos()sincos(tM

4、tUtUktUufccmmfccmFM2 2调相信号调相信号设高频载波为设高频载波为u uc c=U=Ucmcmcoscosc ct t，调制信号为，调制信号为u(t)，瞬时角频率瞬时角频率dttdukdttdtpc)()()(t)=ct+kpu(t)则调相信号的瞬时相位则调相信号的瞬时相位5 调相信号)(costuktUupccmPM其中kp为比例系数。其最大角频偏m和调相指数(最大相偏)Mp分别定义为：max|)(|dttdukpmmax| )(|tukMpp若调制信号是单频信号，即u(t)=Umcost，则可写 出相应的调相信号)coscos(tUktUumpccmPM)coscos(t

5、MtUpccm63 3调频信号与调相信号时域特性的比较调频信号与调相信号时域特性的比较调频信号与调相信号的相同之处在于：调频信号与调相信号的相同之处在于： (1)二者都是等幅信号二者都是等幅信号 (2)二者的频率和相位都随调制信号而变化，均产生二者的频率和相位都随调制信号而变化，均产生频偏与相偏。频偏与相偏。调频信号与调相信号的区别在于：调频信号与调相信号的区别在于： (1)二者的频率和相位都随调制信号变化的规律不一二者的频率和相位都随调制信号变化的规律不一样，但是由于频率与相位是微积分关系，故二者是有密样，但是由于频率与相位是微积分关系，故二者是有密切联系的。切联系的。7 (2)可以看出，调

6、频信号的调频指数可以看出，调频信号的调频指数Mf与调制频率有关，与调制频率有关，最大频偏与调制频率无关，而调相信号的最大频偏与调制频最大频偏与调制频率无关，而调相信号的最大频偏与调制频率有关，调相指数率有关，调相指数Mp与调制频率无关。与调制频率无关。 (3)从理论上讲，调频信号的最大角频偏从理论上讲，调频信号的最大角频偏mc，由于，由于载频载频c很高，故很高，故m可以很大，即调制范围很大。由于相位以可以很大，即调制范围很大。由于相位以2为周期，所以调相信号的最大相偏为周期，所以调相信号的最大相偏(调相指数调相指数)Mp，故，故调制范围很小。调制范围很小。调频调相波形示意图89图图7.2.1给

7、出了调制信号分别为单频正弦波和三角波给出了调制信号分别为单频正弦波和三角波时的调频信号和调相信号的有关波形。时的调频信号和调相信号的有关波形。 107.2.2 7.2.2 调角信号的频谱调角信号的频谱调角信号表达式：调角信号表达式：)sincos()(tMtUtuccm式中调角指数式中调角指数MM统一代替了统一代替了MMf f与与MMp p。可展开为：sin)sinsin(cos)sincos()(ttMttMUtucccm利用贝塞尔函数理论中的两个公式： (M)cos4t2Jt(M)cos22J(M)Jt)cos(Msin420t(M)sin52Jt(M)sin32Jt(M)sin2Jt)s

8、in(Msin531其中其中J Jn n(M)(M)是宗数为是宗数为MM的的n n阶第一类贝塞尔函数。阶第一类贝塞尔函数。代入式（代入式（7.2.87.2.8）可得到：）可得到：1112cos2cos)(2sinsin)(2cos)()(210ttMJttMJtMJUtuccccm ttMJttMJttMJcccsin5sin)(2cos4cos)(2sin3sin)(2543tMJttMJtMJUcccccm)2)cos()cos()cos(cos)(210tMJttMJtcccc)4)cos()3cos()3)cos()2cos(43 )5cos()5)cos()4cos(5ttMJtcc

9、c分析表达式和曲线可以看出单频调角信号频谱有以下特点分析表达式和曲线可以看出单频调角信号频谱有以下特点: (1)由载频和无穷多组上、下边频组成，这些频率分量满由载频和无穷多组上、下边频组成，这些频率分量满足足cn，振幅为，振幅为Jn(M)Ucm，n=0,1,2。Ucm是调角信号是调角信号振幅。振幅。 当当n为偶数时，两边频分量振幅相同，相位相同；当为偶数时，两边频分量振幅相同，相位相同；当n为为奇数时，两边频分量振幅相同，相位相反。奇数时，两边频分量振幅相同，相位相反。1314 (2)当当M确定后，各边频分量振幅值不是随确定后，各边频分量振幅值不是随n单调变化，单调变化，且有时候为零。因为各阶

10、贝塞尔函数随且有时候为零。因为各阶贝塞尔函数随M增大变化的规律增大变化的规律均是衰减振荡，而各边频分量振幅值与对应阶贝塞尔函数均是衰减振荡，而各边频分量振幅值与对应阶贝塞尔函数成正比。成正比。 (3)随着随着M值的增大，具有较大振幅的边频分量数目增值的增大，具有较大振幅的边频分量数目增加，载频分量振幅呈衰减振荡趋势，在个别地方（如加，载频分量振幅呈衰减振荡趋势，在个别地方（如M=2.405，5.520时），载频分量为零。时），载频分量为零。 (4)若调角信号振幅不变，若调角信号振幅不变，M值变化，则总功率不变，值变化，则总功率不变，但载频与各边频分量的功率将重新分配。但载频与各边频分量的功率将

11、重新分配。角度调制波形图157.2.3 7.2.3 调角信号的带宽调角信号的带宽 根据调角信号的频谱特点可以看到，虽然理论上它的频根据调角信号的频谱特点可以看到，虽然理论上它的频带无限宽，但具有较大振幅的频率分量还是集中在载频附近，带无限宽，但具有较大振幅的频率分量还是集中在载频附近，且上下边频在振幅上是对称的。且上下边频在振幅上是对称的。 当当M1时时(工程上只需工程上只需M0.25)，即对于窄带调角信号，即对于窄带调角信号，有有近似公式近似公式tMtMtMsin)sinsin(, 1)sincos(可以化简为：可以化简为：)cos(2)cos(2cos)(tMtMtUtuccccmsin)

12、sinsin(cos)sincos()(ttMttMUtucccm16 此时的频谱由载频和一对振幅相同、相位相反的上下边此时的频谱由载频和一对振幅相同、相位相反的上下边频组成，带宽频组成，带宽FBW2 对于非窄带调角信号，通常定义有效带宽（简称带宽）对于非窄带调角信号，通常定义有效带宽（简称带宽）FMBW)1(2当调制信号当调制信号F F不同时，调频、调相信号的频谱分布：不同时，调频、调相信号的频谱分布：如图所示1718例例7.1 已知音频调制信号的最低频率已知音频调制信号的最低频率Fmin=20Hz，最高频率，最高频率Fmax=15kHz，若要求最大频偏，若要求最大频偏fm=45kHz，求出

13、相应调频信号的，求出相应调频信号的调频指数调频指数Mf、带宽、带宽BW和带宽内各频率分量的功率之和和带宽内各频率分量的功率之和(假定假定调频信号总功率为调频信号总功率为1W)，画出，画出F=15kHz对应的频谱图，并求出对应的频谱图，并求出相应调相信号的调相指数相应调相信号的调相指数Mp、带宽和最大频偏。、带宽和最大频偏。解：调频信号的调频指数Mf与调制频率成反比，即FfMmmf所以radFfMmf22502010453minmaxradFfMmf31015104533maxminkHzBW1201015) 13(2319 因为因为F=15kHz对应的对应的Mf=3，从表中可查出，从表中可查出

14、J0(3)=-0.261，J1(3)=0.339，J2(3)=0.486，J3(3)=0.309，J4(3)=0.132由此可以画出对应调频信号带宽内的频谱图，由此可以画出对应调频信号带宽内的频谱图，共共9条谱线，条谱线，如图所示。如图所示。 因为调频信号总功率为因为调频信号总功率为1W，故，故Ucm=1.414V，所，所以带宽内功率之和以带宽内功率之和WnnncmncmJJUJUJ996. 0) 3(2) 3(2) 3(22) 3(41220412222020 调相信号的最大频偏是与调制信号频率成正比的，为保调相信号的最大频偏是与调制信号频率成正比的，为保证所有调制频率对应的最大频偏不超过证

15、所有调制频率对应的最大频偏不超过45kHz，故除了最高，故除了最高调制频率外，其余调制频率对应的最大频偏必然小于调制频率外，其余调制频率对应的最大频偏必然小于45kHz。另外，调相信号的调相指数。另外，调相信号的调相指数MMp p与调制频率无关。与调制频率无关。由由fm=MpF 可得可得 31015104533maxmaxFfMmp所以所以HzFMfpm60203minminkHzBW1201015) 13(23217.2.4 调角信号的调制原理调角信号的调制原理调频原理调频原理实现频率调制的方式一般有两种：一是直接调频，实现频率调制的方式一般有两种：一是直接调频， 二是间接调频。二是间接调频

16、。(1) (1) 直接调频直接调频 根据调频信号的瞬时频率随调制信号成线性根据调频信号的瞬时频率随调制信号成线性变化这一基本特性变化这一基本特性, , 可以将调制信号作为可以将调制信号作为压控振压控振荡器荡器的控制电压的控制电压, , 使其产生的振荡频率随调制信使其产生的振荡频率随调制信号规律而变化号规律而变化, , 压控振荡器的中心频率即为载波压控振荡器的中心频率即为载波频率频率。显然。显然, , 这是实现调频的最直接方法这是实现调频的最直接方法, , 故称为故称为直接调频。直接调频。22(2) (2) 间接调频间接调频23242. 2. 调相原理调相原理 实现相位调制的基本原理是使角频率为

17、实现相位调制的基本原理是使角频率为 c c的高频载波的高频载波u uc c(t)(t)通过一个可控相移网络，此网络产生的相移通过一个可控相移网络，此网络产生的相移受调受调制电压制电压u u (t)(t)控制，满足控制，满足=k=kp pu u (t)(t)的关系，所以网络输的关系，所以网络输出就是满足调相信号了。图示给出了可控相移网络调相原出就是满足调相信号了。图示给出了可控相移网络调相原理图。理图。可控相移网络调相原理图可控相移网络调相原理图25调相信号又可写成：调相信号又可写成：cpdkk是一比例函数。cos( )cos( )cos()( )( )PMcmcppcmcccmcpdcuUtk

18、 utkUtutUtkutk ut 267.2.5 调角信号的解调原理鉴相原理鉴相原理采用乘积鉴相是最常用的方法。若调相信号为)(costtUuccmPM其中)()(tuktp同步信号与载波信号相差/2，为tUtUucrmcrmrsin)2cos(则有tttUkUukuuccrmcmrPMosin)(cos)(2sin)(sin2tttUkUcrmcm27用低通滤波器取出用低通滤波器取出uo中的低频分量中的低频分量)(2)(sin201tUkUtUkUurmcmrmcm)()(2tutukUkUprmcm6| )(|t式中式中k k为乘法器增益，低通滤波器增益为为乘法器增益，低通滤波器增益为1

19、 1。 由于相乘的两个信号有由于相乘的两个信号有90的固定相位差，故这种方法的固定相位差，故这种方法又称为又称为正交乘积鉴相。正交乘积鉴相。正交乘积鉴相原理图正交乘积鉴相原理图282.鉴频原理鉴频原理 从式从式(7.2.1)所示调频信号表达式来看所示调频信号表达式来看, 由于随调制信号由于随调制信号u(t)成线性变化的瞬时角频率与相位是微分关系成线性变化的瞬时角频率与相位是微分关系, 而相位而相位与电压又是三角函数关系与电压又是三角函数关系, 所以要从调频信号中直接提取所以要从调频信号中直接提取与与u(t)成正比的电压信号很困难。成正比的电压信号很困难。292.2.鉴频原理鉴频原理(a)(b)

20、鉴频原理图鉴频原理图30调频制与调相制比较调频制与调相制比较 调角制的抗干扰性可以比调幅制好，调频制在带宽利调角制的抗干扰性可以比调幅制好，调频制在带宽利用和抗干扰性方面又比调相制好，所以，用和抗干扰性方面又比调相制好，所以，在模拟通信系统在模拟通信系统中广泛采用调频制而很少用调相制。中广泛采用调频制而很少用调相制。由于调频系统占用频由于调频系统占用频带很宽，所以调频通信的工作频段被安排在几十兆赫兹甚带很宽，所以调频通信的工作频段被安排在几十兆赫兹甚至几千兆赫兹的高频段。至几千兆赫兹的高频段。 在以后的各节电路讨论中，我们将注意力着重放在调在以后的各节电路讨论中，我们将注意力着重放在调频和鉴频

21、电路方面。由于调频可以由调相间接实现，鉴频频和鉴频电路方面。由于调频可以由调相间接实现，鉴频也可以由鉴相间接实现，所以实际上也涉及到一些调相和也可以由鉴相间接实现，所以实际上也涉及到一些调相和鉴相电路。鉴相电路。317.3 7.3 调频电路调频电路7.3.1 调频电路的主要性能指标调频电路的主要性能指标1. 1. 调频线性特性调频线性特性 调频电路输出信号的瞬时频偏与调制电压的关系称调频电路输出信号的瞬时频偏与调制电压的关系称为调频特性。为调频特性。 显然显然, , 理想调频特性应该是理想调频特性应该是线性的线性的, , 然而实然而实际电路会产生一些非线性失真际电路会产生一些非线性失真, ,

22、应尽量设法使其减小。应尽量设法使其减小。2. 调频灵敏度调频灵敏度 单位调制电压变化产生的角频偏称为调频灵敏度单位调制电压变化产生的角频偏称为调频灵敏度Sf ，即即Sf=d/du。在线性调频范围内。在线性调频范围内, Sf相当于式相当于式(7.2.1)中的中的kf。 3. 最大线性调制频偏最大线性调制频偏(简称最大线性频偏简称最大线性频偏) 实际电路的调频特性从整体上看是非线性的实际电路的调频特性从整体上看是非线性的, 其中线其中线性部分能够实现的最大频偏称为最大线性频偏。性部分能够实现的最大频偏称为最大线性频偏。324. 4. 载频稳定度载频稳定度 调频电路的载频调频电路的载频( (即中心频

23、率即中心频率) )稳定性是接收电路能够稳定性是接收电路能够正常工作而且不会造成邻近信道互相干扰的重要保证。正常工作而且不会造成邻近信道互相干扰的重要保证。 不同调频系统对载频不同调频系统对载频稳定度的要求是不同的稳定度的要求是不同的, 如调频如调频广播系统要求载频漂移不超过广播系统要求载频漂移不超过2 kHz, 调频电视伴音系调频电视伴音系统要求载频漂移不超过统要求载频漂移不超过500 Hz。 337.3.2 7.3.2 直接调频电路直接调频电路 变容二极管调频电路变容二极管调频电路是广泛采用的一种直接调频电路。是广泛采用的一种直接调频电路。为了提高中心频率稳定度，可以加入晶振，但加入晶振为了

24、提高中心频率稳定度，可以加入晶振，但加入晶振后又会使最大线性频偏减少。采用倍频和混频措施可以扩后又会使最大线性频偏减少。采用倍频和混频措施可以扩展晶振变容二极管调频电路的最大线性频偏。展晶振变容二极管调频电路的最大线性频偏。变容二极管调频电路变容二极管调频电路 假定其振荡电路仅包括一个等效电感假定其振荡电路仅包括一个等效电感L和一个变容二极和一个变容二极管组成的等效电容管组成的等效电容Cj，则在单频调制信号，则在单频调制信号u(t)=Umcost的作用下，回路振荡角频率可写成：的作用下，回路振荡角频率可写成：22)1 ()cos1 ()cos1 (11)(ncncnjQjxtmtmLCLCt3

25、4jQcLC1 其中其中 是是u u =0=0时的振荡角频率，即调频电路时的振荡角频率，即调频电路中心角频率，中心角频率， 是归一化调制信号电压，是归一化调制信号电压，x x11。QBUUutmxcos当变容二极管变容指数当变容二极管变容指数n=2时，有时，有 这种情况称为这种情况称为线性调频，无非线性失真。线性调频，无非线性失真。( )(1)(1)( )ccBQcBQutxUUutuUU故角频偏为故角频偏为35 当当n2时，时，回路振荡角频率可展开为：回路振荡角频率可展开为：)22)(12(2! 31) 12(2! 2121 )(32 xnnnxnnxntc其中线性角频偏部分其中线性角频偏部

26、分 uUUunnxtQBcc)(22)(最大线性角频偏表达式：最大线性角频偏表达式：cmn2调频灵敏度表达式：调频灵敏度表达式：)(2QBcfUUnS还可写成：还可写成：mncm2 变容二极管调频电路及原理变容二极管调频电路及原理36（a）(b)变容二极管部分接入调频电路变容二极管部分接入调频电路37382.2.晶振变容二极管调频电路晶振变容二极管调频电路 在晶振变容二极管调频电路里，常采用晶振与变容二在晶振变容二极管调频电路里，常采用晶振与变容二极管串联的方式，如书中给出的一个例子。晶体变容二极极管串联的方式，如书中给出的一个例子。晶体变容二极管压控振荡器也可以看作是晶振变容二极管调频电路。

27、管压控振荡器也可以看作是晶振变容二极管调频电路。 正如第正如第4章第章第4.4 、4.5节所指出的，晶振的频率控制范节所指出的，晶振的频率控制范围很窄，仅在串联谐振频率围很窄，仅在串联谐振频率fs与并联谐振频率与并联谐振频率fp之间，所以之间，所以晶振调频电路的最大相对频偏晶振调频电路的最大相对频偏fm/fc只能达到只能达到0.01%左右，左右，最大线性频偏最大线性频偏fm也就很小。也就很小。 晶振变容二极管调频电路的突出优点是载频（中心频率晶振变容二极管调频电路的突出优点是载频（中心频率）稳定度高，可达）稳定度高，可达1010-5-5左右，左右，因而在调频通信发送设备中得因而在调频通信发送设

28、备中得到了广泛的应用。到了广泛的应用。393.3.扩展直接调频电路最大线性频偏的方法扩展直接调频电路最大线性频偏的方法 设调频电路产生的单频调频信号的瞬时角频率为：ttUkmcmfccoscos1经过n倍频电路之后，瞬时角频率变成：tnnmccos2 可见可见n n倍频电路可将调频信号的载频和最大频偏同时扩大倍频电路可将调频信号的载频和最大频偏同时扩大为原来的为原来的n n倍，但最大相对频偏仍保持不变。倍，但最大相对频偏仍保持不变。 若将瞬时角频率为若将瞬时角频率为 2 2调频信号与固定角频率为调频信号与固定角频率为 3 3=(n+1)=(n+1) c c的高频正弦信号进行混频，则差频为的高频

29、正弦信号进行混频，则差频为tnmccos23440扩展直接调频电路最大线性频偏原理图扩展直接调频电路最大线性频偏原理图417.3.3 7.3.3 间接调频电路间接调频电路变容二极管相移网络变容二极管相移网络(a)(a)变容二极管可控相移网络变容二极管可控相移网络42 (a)图给出了变容二极管图给出了变容二极管相移网络的实用电路，相移网络的实用电路，(b)是是其高频等效电路。对于高频其高频等效电路。对于高频载波来说，三个载波来说，三个0.001F的的小电容短路；对于低频调制小电容短路；对于低频调制信号来说，三个信号来说，三个0.001F的的小电容开路，小电容开路，4.7F电容短电容短路。路。(b

30、)交流通路 借助下图所示并联借助下图所示并联LCLC回路阻抗的幅频特性和相频特回路阻抗的幅频特性和相频特性，将输入视为电流信号，输出视为电压信号，我门来性，将输入视为电流信号，输出视为电压信号，我门来讨论以下三种不同的情况。讨论以下三种不同的情况。43(a)(b)44 (1)若若LC回路中心角频率恒定为回路中心角频率恒定为w0，输入载波的角频率，输入载波的角频率wc=w0，则称回路处于谐振状态，输出载波信号的频率不，则称回路处于谐振状态，输出载波信号的频率不变，相移为零。变，相移为零。 (2)若若LC回路中心角频率仍恒定为回路中心角频率仍恒定为w0，输入是载频，输入是载频wc=w0的等幅单调频

31、电流信号，瞬时角频偏为的等幅单调频电流信号，瞬时角频偏为mcost，则回，则回路处于失谐状态，如图路处于失谐状态，如图(a)所示。所示。 (3)与情况与情况(2)相反相反,若输入是角频率恒为若输入是角频率恒为c的载波信号的载波信号,LC回路的中心角频率回路的中心角频率(t)发生变化发生变化,满足满足(t)=0+mcost,且且0=c，如图，如图(b)所示，显然，所示，显然， 回路也处于失谐状态，不过回路也处于失谐状态，不过是由于回路阻抗特性曲线的左右平移而产生的。这时输出是由于回路阻抗特性曲线的左右平移而产生的。这时输出电压的振幅变化与相位变化的情况与电压的振幅变化与相位变化的情况与(2)完全

32、相似，从图中完全相似，从图中可以很清楚地看到。可以很清楚地看到。45LCLCj j回路中心角频率表达式，在回路中心角频率表达式，在mm较小时，有：较小时，有：20)cos1 (1)(njtmLCt)cos21 (0tmn)(0t因为输入载波角频率因为输入载波角频率 c c=0 0，所以瞬时角频率差为：，所以瞬时角频率差为：tmnttccos2)()(0当失谐不大时，回路输出电压与输入电流的相位差为：当失谐不大时，回路输出电压与输入电流的相位差为：0)(2arctan1arctan)(tQgLCte466| )(|t当当 时，有时，有近似式：近似式：0)(2)(tQte可求得：可求得：tMtnm

33、Qtpecoscos)(三级单回路变容二极管相移网络组成的间接调频电路三级单回路变容二极管相移网络组成的间接调频电路式中式中Q Qe e是是LCLCj j回路有载品质因数。回路有载品质因数。472.2.扩展间接调频电路最大线性频偏的方法扩展间接调频电路最大线性频偏的方法 由变容二极管相移网络的分析和式可知，调相电路由变容二极管相移网络的分析和式可知，调相电路的调相指数的调相指数MMp p受到变容管参数的限制，而调相信号的最受到变容管参数的限制，而调相信号的最大频偏大频偏f fmm又与又与MMp p成正比，故成正比，故f fmm也受到限制。因此，也受到限制。因此，间接调频电路的最大线性频偏受调相

34、电路性能的影响，间接调频电路的最大线性频偏受调相电路性能的影响，也受到限制。这与直接调频电路的最大相对线性频偏受也受到限制。这与直接调频电路的最大相对线性频偏受限制不一样。限制不一样。 为了扩展间接调频电路的最大线性频偏，同样可以采为了扩展间接调频电路的最大线性频偏，同样可以采用倍频和混频的方法。用倍频和混频的方法。48 例例7.2 已知调制信号频率范围为已知调制信号频率范围为40Hz15kHz，载频，载频为为90MHz，若要求用间接调频的方法产生最大频偏为，若要求用间接调频的方法产生最大频偏为75 kHz的调频信号，其中调相电路的调频信号，其中调相电路Mp=0.5/6，如何实现？，如何实现？

35、 解：解：(1)(1)若单独进行调相，则若单独进行调相，则MMp p=0.5=0.5的调相电路对于最的调相电路对于最低调制频率低调制频率F Fminmin和最高调制频率和最高调制频率F Fmaxmax能够产生的频偏是不同能够产生的频偏是不同的，分别为：的，分别为：HzFMfpm20405 . 0minminkHzFMfpm5 . 710155 . 03maxmax (2)(2)现采用包括调相电路在内的间接调频电路，则产生调现采用包括调相电路在内的间接调频电路，则产生调频信号的最大相偏频信号的最大相偏MMf f就应该是内部调相电路实际最大相偏就应该是内部调相电路实际最大相偏MMp p, ,有有M

36、pmmffFfUkM49显然，此时的实际最大相偏显然，此时的实际最大相偏MMp p ，与调制频率成反比，与调制频率成反比设输入间接调频电路的单频调制信号为：设输入间接调频电路的单频调制信号为：tUumcos11经增益为经增益为1 1的积分电路输出后为：的积分电路输出后为：tUtUummsinsin212u2即为输入调相电路的信号因此有即为输入调相电路的信号因此有:12mpmppUkUkM50 可见，由于相同振幅的各调制分量经过积分电路后，振可见，由于相同振幅的各调制分量经过积分电路后，振幅减小，且减幅程度与频率成反比，故造成不同调制频率分幅减小，且减幅程度与频率成反比，故造成不同调制频率分量在

37、调相电路里所获得的实际最大相偏量在调相电路里所获得的实际最大相偏MMp p不一样，最小调不一样，最小调制频率制频率F Fminmin分量获得的分量获得的MMp p最大。因为只有最大。因为只有F Fminmin分量才能获分量才能获得得0.50.5这一实际最大相偏，故可求得此间接调频电路可获得这一实际最大相偏，故可求得此间接调频电路可获得的最大线性频偏的最大线性频偏: :HzFfMpm20405 . 0min (3)(3)因为间接调频电路尽能产生最大频偏为因为间接调频电路尽能产生最大频偏为20Hz20Hz的调频的调频信号信号, ,与要求与要求75 kHz75 kHz相差甚远相差甚远, ,故可以在教

38、低载频故可以在教低载频f fc1c1上进行调上进行调频频, ,然后用倍频方法同时增大载频与最大频偏。因为要求的相然后用倍频方法同时增大载频与最大频偏。因为要求的相对频偏对频偏 ，故故f fc1c1=20=201200=24kHz1200=24kHz。 120011090107563cmff51 由于由于24 kHz24 kHz作为载频太低，所以可采用倍频和混频相结作为载频太低，所以可采用倍频和混频相结合的方法。一种方案如图所示。合的方法。一种方案如图所示。 527.4 7.4 鉴频电路鉴频电路7.4.1 7.4.1 鉴频电路的主要性能指标鉴频电路的主要性能指标 1.1.鉴频线性特性鉴频线性特性

39、 2.2.鉴频线性范围鉴频线性范围 3.3.鉴频灵敏度鉴频灵敏度7.4.2 LC7.4.2 LC回路的频幅和频相转换特性回路的频幅和频相转换特性1.LC1.LC并联回路的频相转换特性并联回路的频相转换特性(a)(b)9090频相转换网络及其相频特性频相转换网络及其相频特性531121)(CjZZuuHpp网络电压传输函数网络电压传输函数在失谐不大时，可求得在失谐不大时，可求得01/21/)(eQjgCjH其中其中LgQCCLe0101,)(1可得到网络的相移函数可得到网络的相移函数)(2)(2arctan2)(10ttQte54若 ，有：6| )(|1t01)(2)(tQte设输入单频调频信号

40、的相位为：设输入单频调频信号的相位为：10( )( )sintcfcfttkudtMt则在则在 c c=0 0的情况下，输出信号的相位为的情况下，输出信号的相位为cfefctukQtMtttt)(22sin)()()(10552.LC2.LC并联回路的频幅转换特性并联回路的频幅转换特性频幅转换原理图频幅转换原理图56设输入单频信号为：设输入单频信号为：0( )cos( )tFMcmcfutUtkud输出信号振幅表达式：输出信号振幅表达式：)()()(00tukSUtSUtUfmmmmm3.LC3.LC频幅、频相转换特性分析中应注意的几个问题频幅、频相转换特性分析中应注意的几个问题调频信号的频谱

41、即没有产生线性搬移，更没有发生非线调频信号的频谱即没有产生线性搬移，更没有发生非线性变化，而仅仅是其中各个频率分量的振幅和相位发生性变化，而仅仅是其中各个频率分量的振幅和相位发生了变化而已。了变化而已。577.4.3 7.4.3 斜率鉴频电路斜率鉴频电路1.1.差分峰值鉴频电路差分峰值鉴频电路 差分峰值鉴频电路原理图58L L1 1C C1 1回路与回路与C C2 2串并联后的电抗特性串并联后的电抗特性鉴频特性曲线鉴频特性曲线592.2.双失谐回路鉴频器双失谐回路鉴频器 图示双失谐回路鉴频器利用两个失谐图示双失谐回路鉴频器利用两个失谐LCLC回路进行频幅回路进行频幅转换，然后分别进行二极管包络

42、检波，输出是两个检波电转换，然后分别进行二极管包络检波，输出是两个检波电压的差值。压的差值。(a)(b)双失谐回路鉴频器及其鉴频特性双失谐回路鉴频器及其鉴频特性uo(t)=u1(t)u2(t)=Am()(t)607.4.4 7.4.4 相位鉴频电路相位鉴频电路 利用频相转换网络将调频信号转换成调频利用频相转换网络将调频信号转换成调频调相信号，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，目前越来越广泛的鉴频电路的工作原理。在相位鉴频电路中，目前越来越广泛的采用集成化的双差分正交移相式鉴

43、频器。采用集成化的双差分正交移相式鉴频器。双差双差分正分正交移交移相式相式鉴频鉴频器原器原理图理图61设输入单频调频信号设输入单频调频信号 110cos( )tcfuUtkud可得到可得到2210cos( )2tcfuUtkud210sin( )tcfUtkud 在在 u u1 1、u u2 2满足线性输入条件下，乘法器输出满足线性输入条件下，乘法器输出12312110sin()sin22( )2tcfkUUukuutkud k k为乘法器增益。其中低频分量为：为乘法器增益。其中低频分量为： 1210sin2UkUu当 时 ，6|1uQUUkkQUkUUkUucefce212112102假定低

44、通滤波器增益为假定低通滤波器增益为1 1，则，则u uo o就是输出的解调信号。就是输出的解调信号。62 7.4.5 7.4.5 限幅电路限幅电路 已调波信号在发送、传输和解收过程中，不可避免的要已调波信号在发送、传输和解收过程中，不可避免的要受到各种干扰。受到各种干扰。 调频信号的振幅上的寄生调幅对鉴频的危害：调频信号的振幅上的寄生调幅对鉴频的危害： 若采用斜率鉴频，需要把调频信号转换成调频若采用斜率鉴频，需要把调频信号转换成调频调幅调幅信号，显然，寄生调幅会叠加在调频信号，显然，寄生调幅会叠加在调频调幅信号的振幅上调幅信号的振幅上，因此在检波时会产生失真。，因此在检波时会产生失真。 若采用

45、相位鉴频，则可知，仅在调频信号振幅若采用相位鉴频，则可知，仅在调频信号振幅U U1 1U U2 2恒定恒定的情况下，鉴频后的信号的情况下，鉴频后的信号u uo o才与原调制信号才与原调制信号 u u 呈线性关系，呈线性关系，所以寄生调幅对所以寄生调幅对U U1 1U U2 2的影响也会使的影响也会使u uo o产生失真。产生失真。637.4.6 7.4.6 加重电路与静噪电路加重电路与静噪电路 分析表明，在鉴频电路输出端，噪声功率密度与频率分析表明，在鉴频电路输出端，噪声功率密度与频率平方成正比，即大部分噪声功率分布在高频段，而话音，平方成正比，即大部分噪声功率分布在高频段，而话音，音乐等信号能量大部分却处于低频段，两者正好相反，音乐等信号能量大部分却处于低频段，两者正好相反，限幅器的作用限幅器的作用如图所示如图所示。在鉴频电路中还经常采用静噪电路在鉴频电路中还经常采用静噪电