第五章 角度调制与解调ppt课件

1、第五章第五章 角度调制与解调电路角度调制与解调电路重点：重点： 1. 1. 调频波的基本特性数学表达式，波形图，频调频波的基本特性数学表达式，波形图，频谱图，频带宽度，谱图，频带宽度， ） 2 2变容二极管直接调频电路的典型电路，工变容二极管直接调频电路的典型电路，工作原理及分析作原理及分析 3 3变容二极管调相变容二极管调相间接调频电路。间接调频电路。4 4鉴频的原理与实现方法。鉴频的原理与实现方法。难点：难点： 1 1调频与调相的区别。调频与调相的区别。 2 2变容二极管直接调频电路。变容二极管直接调频电路。avp8.1 概述 调频FM）、调相PM）-统称为调角 调频调频FMFM）：用调制

2、信号去控制高频振荡频率，）：用调制信号去控制高频振荡频率，使高频振荡的瞬时频率随调制信号规律作线性变化使高频振荡的瞬时频率随调制信号规律作线性变化的过程。的过程。 调相调相PMPM）：用调制信号去控制高频振荡相位，）：用调制信号去控制高频振荡相位，使高频振荡的瞬时相位随调制信号规律作线性变化使高频振荡的瞬时相位随调制信号规律作线性变化的过程。的过程。若为振幅调制若为振幅调制AMAM），那么），那么 设：调制信号为设：调制信号为 ( ) t载波信号为载波信号为 0cos()ccmcVt( )( )( )cmacmV tVktVV t 调幅波的数学表达式调幅波的数学表达式 数，表示单位调制信号电压

3、引起的载波振幅的变化量。数，表示单位调制信号电压引起的载波振幅的变化量。 00( )cos()( )cos()AMccmcV ttVV ttak0,c 不变。其中不变。其中 ，为由调制电路决定的比例常，为由调制电路决定的比例常FMFM： 不变。不变。 ( )( )( )ccfttktcmVPMPM： 00( )()( )()( )ccpttttkt不变。不变。 cmV(各种已调信号比较动画）00( )cos()( )cos()AMccmcV ttVV ttAM：一、调频波、调相波的瞬时频率、瞬时相位一、调频波、调相波的瞬时频率、瞬时相位 （一）、调频（一）、调频Frequency Modula

4、tion Frequency Modulation 简称简称FMFM）设高频载波设高频载波 0cos()ccmcVt 调制信号为调制信号为 ( ) t根据定义，根据定义，FMFM波的瞬时角频率为：波的瞬时角频率为： ( )( )cftktc为中心角频率。为中心角频率。式中式中 fk为由调制电路确定的比例系数，单位是：为由调制电路确定的比例系数，单位是：rad/s.v rad/s.v 表示单位电压引起的角频率的变化量。表示单位电压引起的角频率的变化量。 8.2 角度调制与解调原理 0000( )( )( )( )ttcfctt dttkt dtttFMFM波的瞬时相位为：波的瞬时相位为： 调频波

5、的瞬时角频偏调频波的瞬时角频偏 ( )( )( )ftktt瞬时相位偏移瞬时相位偏移 0( )( )( )tftkt dtt的积分的积分 最大角频偏最大角频偏 max( )mfkt最大相偏最大相偏 0max( )tmfkt dt（二）、调相（二）、调相Phase Modulation Phase Modulation 简称简称PMPM） 设高频载波为设高频载波为 0cos()ccmcVt调制信号为调制信号为 ( ) t瞬时相位瞬时相位00( )( )( )ccpttttkt 瞬时角频率瞬时角频率 ( )( )( )( )cpcdtdttktdtdt式中式中 pk为由调制电路确定的比例系数，单位

6、是为由调制电路确定的比例系数，单位是rad/vrad/v，表示单位电压引起的相位变化量。表示单位电压引起的相位变化量。 调相信号的瞬时相位偏移：调相信号的瞬时相位偏移： ( )( )ptkt瞬时角频偏：瞬时角频偏： ( )( )pdttkdt最大相偏：最大相偏： max( )mpkt最大角频偏：最大角频偏： max( )mpdtkdt二、单音频信号调制时调频波、调相波的数学表达式二、单音频信号调制时调频波、调相波的数学表达式 调制信号为单音频信号调制信号为单音频信号 ( )cosmtVtcosccmcVt高频载波为高频载波为 设设 c1. 1. 调频调频FMFM）( )( )coscosffm

7、mtktk Vtt 其中其中 mfmk V为最大角频偏为最大角频偏 0( )( )sinsintfmffk Vtkt dttMt 其中其中 fmfmk VM 为最大相位偏移，称为调频指数为最大相位偏移，称为调频指数瞬时角频率：瞬时角频率： ( )( )cosccmttt瞬时相位：瞬时相位： ( )( )sinccfttttMt 调频波的数学表达式调频波的数学表达式 ( )cos(sin)FMcmcftVtMt结论：结论：(1) (1) mfmmk VV(2) (2) fmmmmfk VfVMF2. 2. 调相调相PMPM） ( )( )coscosppmptktk VtMt 其中其中 pmpm

8、Mk V 为最大相位偏移，称为调为最大相位偏移，称为调相波的相波的“调相指数调相指数”。 ( )( )sinsinppmmdttkk Vttdt 其中其中 mpmk V调相波的数学表达式调相波的数学表达式 ( )cos(cos)PMcmcptVtMt结论：（1） mppmMk V（2） mpmpk VM ( )( )cosccpttttMt( )( )sinccmttt三、调频波、调相波的时域波形三、调频波、调相波的时域波形单音频调制时调频波、调相波波形单频调制时两种调角信号的比较单频调制时两种调角信号的比较调频信号调频信号调相信号调相信号瞬时频率瞬时频率瞬时相位瞬时相位最大频偏最大频偏调制指

9、数调制指数表达式表达式ttccos)(mttsin)(mctmttsin)(fctmtcos)(pcfmfmmUKpmpmmUK/mfmfUKmmppUKm)sincos()(fccmFMtmtUtu)coscos()(pccmPMtmtUtu例 设一调角信号的表示式为 u=10cos2106t-5cos(2103t)。 试求该调角信号的最大频偏fm并写出载波的表示式； 若该调角信号为一调频信号，且kf=22103rad/s)/V，写出调制信号的表示式； 若该调角信号为一调相信号，且kp=2rad/V,写出调制信号的表示式最大频偏为最大频偏为3p3fm52105 10 (Hz)5(kHz)22

10、2MMf载波表示式为：载波表示式为： uc=10cos(2106t)(V)解：解： 根据调频信号或调相信号的表示式可知，无论该调角根据调频信号或调相信号的表示式可知，无论该调角信号为调频信号还是调相信号，调频指数或调相指数均为信号为调频信号还是调相信号，调频指数或调相指数均为 Mf=Mp=5 Mf=Mp=5调制信号频率为调制信号频率为3321010 (Hz)22F若为调频信号，则调制电压振幅为：若为调频信号，则调制电压振幅为：调制信号的表示式为调制信号的表示式为uW(t)=UWmsin(2103t)(V)=2.5sin(2103t)(V)3mm3f225 102.5(V)22 10fUk 若为

11、调相信号，则调制电压振幅为：若为调相信号，则调制电压振幅为：pmp52.5(V)2MUk调制信号的表示式为调制信号的表示式为uW(t)=2.5cos(2103t)(V) 单音调制时两种调制波的单音调制时两种调制波的 ( ) t和和( ) t均为简谐波，均为简谐波，但是它们的最大角频偏但是它们的最大角频偏 m和调频指数和调频指数 fM（或调相（或调相指数指数 pM）随）随 mV和和变化规律不同，如下图变化规律不同，如下图 mV一定时， m和 fM（或 pM）随 变化的曲线 mM或或mfMF其中其中 2mmf，2 F 例例 有一正弦调制信号，频率为有一正弦调制信号，频率为3003400Hz，调制信

12、号中各频率分量，调制信号中各频率分量的振幅相同，调频时最大频偏的振幅相同，调频时最大频偏 75kHzmf；调相时最大相移 1.5pMrad。fM的最大范围和调相时最大频偏 试求调频时调制指数 mf的变化范围。 所以 maxmin75250(rad)0.3mffMFmaxmax7522(rad)3.4mffMF显然， 1fMF且大于1。 m不变；变化时， 解：在调频时，因为解：在调频时，因为 mfmk V与 无关，当F（ ） mmffMF而所以 minmin1.5 300450(Hz)mpfM Fmaxmax1.5 34005100(Hz)mpfM F显然调相时，随着F（ ） 的变化， mf会产

13、生很大的变化。 而 2mppMMF调相时，因为 PpmMk V与 无关，当F（ ） 变化时， PM不变； 四、调角信号的频谱四、调角信号的频谱cos(sin)FMcmcfVtMt和和cos(cos)PMcmcpVtMt类似；类似； 瞬时相偏瞬时相偏 ( )sin,( )cosFMfPMptMttMt FMPM和和无本质区别，所以，可将单频率调制时的无本质区别，所以，可将单频率调制时的调角信号调频、调相信号写成统一的表达式：调角信号调频、调相信号写成统一的表达式： ( )cos(sin)cmctVtMt其中其中 M M代替代替 fM或或pM，因而调频、调相信号具有相似，因而调频、调相信号具有相似

14、的频谱。的频谱。 (sin)( )cos(sin)Recjt MtcmccmtVtMtVesinRe.cjtjMtcmVeesin()jMtjntnneJM e式中式中 sinjMte是是的周期性函数，其傅立叶级数展开式为：的周期性函数，其傅立叶级数展开式为： 式中式中 sin1()2jMtjn tnJMeedt()nJM是以是以M M为参数的为参数的n n阶第一类贝塞尔函数阶第一类贝塞尔函数贝塞尔函数曲线贝塞尔函数曲线 ()nJM具有下列性质具有下列性质 （1） 随着随着 ()nJMM的增加近似周期性地变化，且其的增加近似周期性地变化，且其峰值下降；峰值下降；（2） () ()()nnnJM

15、nJMJMn为偶数为奇数（3） 2()1nnJM（4对于某些固定的 M，有如下近似关系，有如下近似关系 当当 1nM时，时， ()0nJM (n)( )Re()cjttcmnntVJM e 代入调角信号表达式得：代入调角信号表达式得： 其傅立叶级数展开式为：其傅立叶级数展开式为：0( )()coscmctV JMt+ + 2()cos(2 )cos(2 ) cmccJ M Vtt 3()cos(3 )cos(3 ) cmccJ M Vtt + + + + 1()cos()cos() cmccJ M Vtt由上式得到由上式得到 ( ) t中包含的成分：中包含的成分： 载频：载频： c振幅：振幅：

16、 0()cmV JM第一对边频：第一对边频： c1()cmJ M V振幅：振幅： 第二对边频：第二对边频： 2c 振幅：振幅： 2()cmJM V振幅：振幅： 第第n n对边频：对边频： cn ()cmnV JM结论：调角波的特点结论：调角波的特点 （1 1单频率调制的调角波，有无穷多对边频分量，单频率调制的调角波，有无穷多对边频分量，对称的分布在载频两边，各频率分量的间隔为对称的分布在载频两边，各频率分量的间隔为F F。所以。所以FMFM，PMPM实现的是调制信号频谱的非线性搬移。实现的是调制信号频谱的非线性搬移。 （2各边频分量振幅为 ()mnfcmVJMV，由对应的，由对应的贝塞尔函数确

17、定。奇数次分量上下边频振幅相等，相位相反；偶数次分量上下边频振幅相等，相位相同。调角波的频谱调角波的频谱调角信号的平均功率在单位负载上）调角信号的平均功率在单位负载上）222222011()()()222cmcmcmavVVVPJMJMJM222222011221()()()()()2cmVJMJMJMJMJM22211()22cmncmcnVJMVP载波功率 所以，调制前后功率不变，只是功率的重新分配。所以，调制前后功率不变，只是功率的重新分配。调角信号的频谱宽度 理论上，调角信号的带宽为无限宽，但通常规定 ()ncmcmJM VV的 1%（或10%）可忽略。保留下来的边频分量确定了带宽。保

18、留下来的边频分量确定了带宽。调角信号实际占据的有效频谱宽度为： 2BWLF 式中，L为有效的上边频或下边频分量的数目，F为调制信号的频率。在高质量的通信系统中，取 0.01，即忽略 00()1nJM 在中等质量通信系统中，取在中等质量通信系统中，取 0.1，即忽略 00()10nJM 的分量，相应的的分量，相应的 BW用用0.1BW表示；表示； 的分量，相应的 BW用0.01BW表示； 如果如果L L不是整数，应该用大于并靠近该数值的正整数取不是整数，应该用大于并靠近该数值的正整数取代。用卡森公式近似表示调角信号的有效频谱宽度，即代。用卡森公式近似表示调角信号的有效频谱宽度，即2(1)CRBW

19、MF2()CRmBWfF当1fM，为窄带调制，此时 2CRBWF()mfF 显然，窄带调频时，频带宽度与调幅波基本相同，显然，窄带调频时，频带宽度与调幅波基本相同，窄带调频广泛应用于移动通信台中。窄带调频广泛应用于移动通信台中。当当1M ，为宽带调制时，此时有，为宽带调制时，此时有 2CRmBWf ()mfF8.3 8.3 调频电路调频电路1. 1. 直接调频：用调制信号直接控制振荡器振荡频率，直接调频：用调制信号直接控制振荡器振荡频率，使其不失真地反映调制信号的规律。使其不失真地反映调制信号的规律。2. 2. 间接调频：用调制信号的积分值控制调相器实现间接调频：用调制信号的积分值控制调相器实

20、现调频。调频。3. 3. 调频电路性能指标调频电路性能指标(1) (1) 调频灵敏度调频灵敏度SFSF：当当uW(t)= UWmcosWt时，时，若调频特性线性，那么：若调频特性线性，那么：Df(t)= SFUWmcosWt = DfmcosWt0()FudfSduffuWooottf(t)f(t)uWfmfm当当uW(t)= UWmcosWt时，时，若调频特性非线性，那若调频特性非线性，那么：么：Df(t)= Df0+ Dfm1cosWt+ Dfm2cos2Wt+(2) (2) 非线性失真系数非线性失真系数THDTHD：(3) (3) 中心频率准确度和稳定度中心频率准确度和稳定度2mnn 2

21、m1THDff（1电路组成：（2 2变容二极管特性：变容二极管特性：j0jB(1)nCCuU一、直接调频电路 1 1、变容二极管调频电路、变容二极管调频电路等效电容等效电容，在单频调制信号，在单频调制信号 jC( )cosmtVt的作用下的作用下（3 3调频原理分析调频原理分析 由于振荡回路中仅包含一个电感由于振荡回路中仅包含一个电感L L和一个变容二极管和一个变容二极管回路振荡角频率，即调频特性方程为回路振荡角频率，即调频特性方程为 211( )(1cos)(1cos)nosccjjQntmtLCLCmt为为式中式中 1cjQLC0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

22、率载波角频率），其值由中心角频率载波角频率），其值由 QV控制。控制。 直流偏直流偏置电路置电路高频信号通路高频信号通路正电源部分正电源部分负电源部分负电源部分调制信调制信号通路号通路（4 4变容二极管作为回路部分电容的调频电路变容二极管作为回路部分电容的调频电路原理电路：原理电路：2j12j2jQ1n2jQ(1)C CCCCCC CCCxC调频方程为：调频方程为：2jQ1n2jQ11( )()(1)xLCC CL CCxCC1和和C2对调频特性的影响对调频特性的影响I I、 C1C1对调频特性的影响对调频特性的影响C2C2）C2的接入使总电容减小，的接入使总电容减小，振荡频率升高。振荡频率升

23、高。IIII、 C2C2对调频特性的影响对调频特性的影响C1=0C1=0）C1的接入使总电容增加，的接入使总电容增加，振荡频率降低。振荡频率降低。C1 C1 C1 C1 C1C1C1C1C1C1C1C1C2C2C2C2C2C2C2 C2 C2 C2 C2C2Cj部分接入时的最大频偏部分接入时的最大频偏cm2mnpc2jQ12jQ12121()(1)(1)C CL CCCpppp p1jQ221jQ/,/PCCPCC其中：其中：变容管部分接入时电路的最大角频偏是全部接入时的变容管部分接入时电路的最大角频偏是全部接入时的1/p1/p。载波频率稳定度提高载波频率稳定度提高p p倍。倍。加到变容管上的

24、高频振荡电压振幅也相应减小，对减小调加到变容管上的高频振荡电压振幅也相应减小，对减小调制失真等都是有利的。制失真等都是有利的。当当C1和和C2调节到最佳值后，最大角频偏为：调节到最佳值后，最大角频偏为：式中：式中：高频信号通路高频信号通路调制信调制信号通路号通路直流偏直流偏置电路置电路高频信号通路高频信号通路调制信调制信号通路号通路直流偏直流偏置电路置电路调制信调制信号通路号通路直流偏直流偏置电路置电路高频信号通路高频信号通路调制信号放大调制信号放大振荡倍频振荡倍频2、晶体振荡器调频电路 为了进一步提高频率稳定度，可采用变容二极管晶体直为了进一步提高频率稳定度，可采用变容二极管晶体直接调频电路

25、。接调频电路。 下图是由变容管晶体直接调频振荡电路组成的无线话筒下图是由变容管晶体直接调频振荡电路组成的无线话筒发射机。发射机。变容二极管晶体直接调频振荡电路二、间接调频电路二、间接调频电路调相电路调相电路cf( ) tk uttcfcf00( )( )tt dttku dttk ut0uu dt 积分积分调相调相uWu(t)调频信号调频信号coswctt0uu dt 实现方法：矢量合成法，可变相移法，可变时延法。实现方法：矢量合成法，可变相移法，可变时延法。1 1、矢量合成法、矢量合成法（1 1） 实现原理实现原理 调相信号的数学表示式为：调相信号的数学表示式为：u=Umcosct+kpu(

26、t)；将上式展开，得将上式展开，得 u=Umcoskpu(t)cosct-Umsinkpu(t)sinct 若最大相移很小，满足若最大相移很小，满足那么：那么： coskpu(t)1(误差小于误差小于3%) sinkpu(t)kpu(t)所以：所以：u=Umcosct-Umkpu(t)sinct pmax( )12k u tUmcosct-Umsinct-Umkpu(t)sinct调相调相信号信号 u(t)乘法器乘法器kp加法器加法器移相移相/2主振器主振器（2 2） 实现模型：实现模型：（3 3矢量合成原理矢量合成原理 Umkpu(t)Umcosct2 2、可变相移法、可变相移法（1 1实现

27、原理实现原理晶体振荡器晶体振荡器可控相移网络可控相移网络(wc)=f(uW)uW(t)Umcosctuo(t)=Umcosct+(wc)假设：假设： (wc)=kpuW(t)=MpcosWt那么：那么： uo(t)=Umcosct+ (c)= Umcos(ct+MpcosWt)（2 2） 原理电路：原理电路：调制调制信号信号通路通路直流偏直流偏置电路置电路高频信号通路高频信号通路回路等效电路回路等效电路相频特性相频特性+-c000Z(jw)1Z2jQ0jnj( ),( )arctan11,(1cos)RZCCmtLC n 200c()( )(1cos)utmt 当当m很小时，很小时， 输出电压

28、：输出电压： ocmcZc( )cos()uIZt Mp应限制在应限制在30以下，对于要求大的以下，对于要求大的Mp可采用多级电路可采用多级电路当当w=wc时时n 200c()( )(1cos)utmt0cc0( )(1cos)( )2ntmtt当当 Zc()30时：时：0Z0( )( )arctan2( )etQt cc00Zeec0cep( )( )( )22( )coscosttQQtQ nmtMt CjCjCjC2C3C4C1u1u2u31m1ce() ( )cos(cos)uUj C ZtQ nmt22m12ce()() ( ) cos(2cos)uUj Cj CZtQ nmt33m

29、123ce()()() ( ) cos(3cos)uUj Cj Cj CZtQnmt3 3、可变时延法、可变时延法（1 1实现原理实现原理晶体振荡器晶体振荡器可控时延网络可控时延网络t =f(uW)uW(t)Umcosctuo(t)=Umcosc (t- t)假设：假设： t =kduW(t)= kdUWm cosWt那么：那么： uo(t)=Umcosc( t-t) = Umcos(ct-ckdUWm cosWt) = Umcos(ct-MpcosWt)（2 2） 实现电路框图脉冲调相）：实现电路框图脉冲调相）：锯齿波锯齿波发生器发生器门限检门限检测电路测电路脉脉 冲冲发生器发生器u=U0+

30、uWuAuot1t1touAu3u2u1urtototot t2 2t3t3t（b） 锯齿波锯齿波tTc（a） 输入脉冲输入脉冲（c） 门限检测输入门限检测输入（d） 输出脉冲输出脉冲 时延时延t受电压受电压u的控制，如果锯齿波线性，则的控制，如果锯齿波线性，则t受电压受电压u的的线性控制线性控制其中，其中，k为锯齿波电压变化的斜率。为锯齿波电压变化的斜率。ruukt取：取：r0c02uUTkt那那么：么：r000()uUuukktttt 时延与调制电压呈线性关系时延与调制电压呈线性关系单音调制时，调相信号的调相指数为：单音调制时，调相信号的调相指数为：r000()uUuukktttt tou

31、AU0-uWU0U0+uWtot0t0t tt t0 0urt0t0t tpcmMnt tm tm为为UmUm引起的最大时延，理论上可达引起的最大时延，理论上可达0.5Tc0.5Tc，一般，一般限制在限制在0.4Tc0.4Tcpcc2(0.4)0.8(144 )MnTnT间接调频电路：间接调频电路： 当当W一定时，一定时， Dwm就受到限制，其值与载频就受到限制，其值与载频wc无关，即最大绝对频偏受限。无关，即最大绝对频偏受限。三、间接调频电路和直接调频电路性能上的差别三、间接调频电路和直接调频电路性能上的差别mfM直接调频电路：直接调频电路： 最大相对频偏最大相对频偏(Dwm/wc)受限，最

32、大频偏受限，最大频偏Dwm其值与载频其值与载频wc成正比，提高成正比，提高wc可以增大可以增大Dwm 如果调制信号是由包含如果调制信号是由包含minmax的众多频的众多频率分量组成的复杂信号，则间接调频电路：率分量组成的复杂信号，则间接调频电路：mf maxminMmf maxminpminMM 所以：所以：四、扩展线性频偏的方法四、扩展线性频偏的方法 = c+mcos t假设调频信号的瞬时角频率为：假设调频信号的瞬时角频率为：通过通过n倍频器后：倍频器后：再通过混频器降低载频。再通过混频器降低载频。 =n c+nmcos t绝对频偏扩大绝对频偏扩大n倍倍实现方法实现方法直接调频电路：提高直接

33、调频电路：提高fc，增大，增大Dfm，再通过混频，再通过混频器降低载频器降低载频间接调频电路：降低间接调频电路：降低fc，增大，增大Dfm/ fc ，再通过倍，再通过倍频器提高和扩大频器提高和扩大Dfm例：载频例：载频100MHz100MHz，最大频偏，最大频偏75kHz75kHz，调制信号频率，调制信号频率100-15000Hz100-15000Hz。 采用矢量合成器，在采用矢量合成器，在100kHz100kHz的调制频率上产生的最大频的调制频率上产生的最大频偏为偏为26Hz26Hz。晶体晶体振荡振荡矢量合成矢量合成调相器调相器四倍四倍频器频器四倍四倍频器频器四倍四倍频器频器积分积分器器四倍

34、四倍频器频器混频器混频器三倍三倍频器频器四倍四倍频器频器功率功率放大器放大器uW(t)uW(t)100kHz100kHz100kHz100kHz24.41Hz24.41Hz6.4MHz6.4MHz1.5624kHz1.5624kHz19.2MHz19.2MHz4.67672kHz4.67672kHz6.25MHz6.25MHz4.67672kHz4.67672kHz100MHz100MHz74.98752kHz74.98752kHz12.95MHz12.95MHz100/12=26.18.4 8.4 鉴频电路鉴频电路调角信号的解调：调角信号的解调：调频信号的解调，称为频率检波，即鉴频调频信号的

35、解调，称为频率检波，即鉴频FDFD）调相信号的解调，称为相位检波，即鉴相调相信号的解调，称为相位检波，即鉴相PDPD）鉴频器的功能fcofuAV 理想理想实际实际oftouAVt鉴频实现原理鉴频实现原理 1 1鉴频线性范围：鉴频线鉴频线性范围：鉴频线性范围是指鉴频特性曲线中近似性范围是指鉴频特性曲线中近似直线段的频率范围，用直线段的频率范围，用 max2 f表示。表示。 表明鉴频器实现不失真的解调所允许的频率变化范表明鉴频器实现不失真的解调所允许的频率变化范围。因此要求围。因此要求 max2 f应大于输入调频波最大频偏的两倍，即应大于输入调频波最大频偏的两倍，即 max22mff 也可以称为鉴

36、频器的带宽。也可以称为鉴频器的带宽。max2 f鉴频器的主要指标鉴频器的主要指标 2 2鉴频灵敏度鉴频灵敏度 dS：在中心频率附近，单位频偏产生：在中心频率附近，单位频偏产生的解调输出电压的大小。的解调输出电压的大小。( )cf tf（( )0f t）附近曲线的斜率）附近曲线的斜率( )codf tfSfV(Hz或或V)kHz 显然，鉴频灵敏度越高，意味着鉴频特性曲线越显然，鉴频灵敏度越高，意味着鉴频特性曲线越陡峭，鉴频能力越强。陡峭，鉴频能力越强。 限幅电路限幅电路1. 1. 分类：分类：2. 2. 作用：使输出信号的幅度稳定作用：使输出信号的幅度稳定瞬时限幅（脉冲计数式鉴频器）振幅限幅（斜

37、率鉴频器和相位鉴频器）振幅限幅器振幅限幅器ususuouoo ot tususo ot tuouo3. 3. 电路举例电路举例1 1工作于过压状态的谐振功率放大器工作于过压状态的谐振功率放大器 2 2差分对管差分对管I0us+-iC1iC2REEVccuo+-ttu1oou1iC2iC2tto3 3正反向对接的二极管正反向对接的二极管uiui+ +_ _R RRLRLVD1VD1VD2VD2uouo+ +_ _VD(on)VD(on)-VD(on)-VD(on)o ouiuiuouo/DLDLRRRRR斜率LLRRR斜率p原理电路原理电路p特性曲线特性曲线n斜率鉴频原理斜率鉴频原理利用波形变换

38、电路实现鉴频利用波形变换电路实现鉴频n相位鉴频原理相位鉴频原理n脉冲计数脉冲计数n式鉴频原理式鉴频原理一、斜率鉴频一、斜率鉴频 单失谐回路斜率鉴频器 单失谐回路斜率鉴频器，由单失谐回路斜率鉴频器，由LCLC并联回路构成线性频并联回路构成线性频幅转换网络，二极管幅转换网络，二极管D D与与RCRC构成包络检波器。构成包络检波器。 1 1、单失谐回路斜率鉴频器、单失谐回路斜率鉴频器一、一、 斜率鉴频器斜率鉴频器 单失谐回路斜率鉴频器 图图5.6.125.6.12所示电路为单失谐回路斜率鉴频器，由所示电路为单失谐回路斜率鉴频器，由LCLC并联回路构成线性频并联回路构成线性频幅转换网络，二极管幅转换网

39、络，二极管D D与与RCRC构构成包络检波器。成包络检波器。 1 1、单失谐回路斜率鉴频器、单失谐回路斜率鉴频器下面定性讨论下面定性讨论LCLC并联回路的频并联回路的频幅转换特性。幅转换特性。 1 1、单失谐回路鉴频器、单失谐回路鉴频器 输入的调频波经输入的调频波经LCLC失谐回路变换为调幅失谐回路变换为调幅- -调频波，然调频波，然后经后经V V、C C、R R所组成的包络检波器解调出原调制信号。所组成的包络检波器解调出原调制信号。n电路组成电路组成n工作原理工作原理一、斜率鉴频一、斜率鉴频频频- -幅转换原理幅转换原理 谐振回路的谐振频率谐振回路的谐振频率f0f0和调频信和调频信号中心频率

40、号中心频率fcfc不相等不相等2、双失谐回路、双失谐回路n电路组成n工作原理电路鉴频特性曲线电路鉴频特性曲线3、 集成斜率鉴频电路集成斜率鉴频电路电路组成及工作原理：电路组成及工作原理：1112fLC21212()fL CC5.3.3 相位鉴频电路相位鉴频电路一、频率一、频率- -相位转换网络相位转换网络1. 单回路频相转换网络单回路频相转换网络要求：在调频信号的瞬时频率变化范围内，转换网要求：在调频信号的瞬时频率变化范围内，转换网络的相频特性络的相频特性j(w)是线性。是线性。组成：频率组成：频率-相位转换网络和相位检波器相位转换网络和相位检波器C1RC1R电路电路相频特性相频特性C1RC1

41、R电路电路相频特性相频特性221u111111()1111()11()jCj CRLjCCj CRLjCRLUAU令：令：那么，在失谐不大的情况下那么，在失谐不大的情况下: :01011,()()eRRQCCRLLL CC11u0e02()11j C Rj C RjjQA电压传输系数电压传输系数Au为：为：相频特性：相频特性：当当arctan30时，时，arctan假设：假设： 输入调频信号的瞬时角频率为输入调频信号的瞬时角频率为w(t)=wc+Dw(t)，并且，并且 ： w0=wc，那么：，那么：( )arctan2 e00( )2()22Q e0 ( )2( )2Qtt 相移与瞬时频率增量

42、呈线性关系。相移与瞬时频率增量呈线性关系。2. 双调谐回路频相转换网络双调谐回路频相转换网络原理电路及等效电路原理电路及等效电路 电路初级和次级对称：即电路初级和次级对称：即L1=L2=L, C1=C2=C, r1=r2=r 次级的感应电动势为：次级的感应电动势为：E=jMI1I1为次级开路时，初级电感支路的电流，其值为：为次级开路时，初级电感支路的电流，其值为：111rjLjLUUI忽略初级发反射阻抗，次级电流为：忽略初级发反射阻抗，次级电流为：200/1()1()1errjrjLjQCEEEI次级电压为：次级电压为：11221111ekQMUjjj Cjr LCj UUIMkL1eQr C

43、2( ),( )arctan21 A幅频特性和相频特性分别为：幅频特性和相频特性分别为：21()11ekQjjjjj UAU网络的传输特性为：网络的传输特性为：o ( ( ) ) oA() /2/2相频特性相频特性幅频特性幅频特性当当arctan30，且，且 w0=wc时时0( )2( )2eQtt 相移与瞬时频率增量呈线性关系相移与瞬时频率增量呈线性关系二、相位检波器鉴相器）二、相位检波器鉴相器）1. 乘积型鉴相器乘积型鉴相器要求：在调相信号的瞬时相位变化范围内，网络的输出要求：在调相信号的瞬时相位变化范围内，网络的输出与输入信号相位差成正比。与输入信号相位差成正比。xyxyuo(t)u1(

44、t)u2(t)低通滤低通滤波器波器 乘积型鉴相器乘积型鉴相器u1(t)=U1mcoswtu2(t)=U2mcos(wt-p/2+)假设：假设：若乘法器和滤波器性能为理想，那么：若乘法器和滤波器性能为理想，那么：uo(t)=kU1mU2msin=Adsin 当| /12时，uo(t)Ad1d0( )u tAOAd-Aduo(t)鉴相特性鉴相特性为鉴相灵敏度为鉴相灵敏度鉴相器特性近似线性鉴相器特性近似线性 当U2m260mV时， 如果乘法器采用双差分对平衡调制器，乘法器输出的差如果乘法器采用双差分对平衡调制器，乘法器输出的差值电流为：值电流为：如果滤波器输入阻抗为如果滤波器输入阻抗为Rc，电压传输

45、系数为，电压传输系数为k120( )( )() ()22qu tqu tiI ththKTKT20202m( )()2sinsin(2)qutiI KtKTqIUtKT0co2md( )sinsinkqI Ru tUAKT 当|260mV， U1m260mV时，022()()2iI Kt Kt如果滤波器输入阻抗为如果滤波器输入阻抗为Rc，电压传输系数为，电压传输系数为k0cod2( )kI Ru tA 鉴相器特性线性鉴相器特性线性 当=0时, i平均值=0OK2(wt)tK2(wt-p/2)OtOit当0时, i平均值0K2(wt-p/2+)2000av0022IIIid td td td t

46、i平均值平均电流为ouav 如果滤波器输入阻抗为如果滤波器输入阻抗为Rc，电压传输系数为，电压传输系数为k，鉴，鉴相器输出电压为：相器输出电压为：0avc2IukR 鉴相器鉴相特性为：鉴相器鉴相特性为： 这种鉴相器通过比较两个开关波形的相位实现鉴相，这种鉴相器通过比较两个开关波形的相位实现鉴相，也称为符合门鉴相器。也称为符合门鉴相器。2 2、叠加型鉴相器、叠加型鉴相器2m2U2m2Um( )Utm( )Ut1mU1( ) t2( ) t矢量关系如图：矢量关系如图：i1m1i2m2( )( )cos( )( )( )cos( )utUtttutUttt其中：其中：22m1m2m1m2m12221

47、m2m1( )()sin21() (1sin)2UtUUU UUUK2m1m22m21m/114UUKUU22m1m2m1m2m12221m2m1( )()sin21() (1sin)2UtUUU UUUK假设：假设：u1(t)=U1mcoswt ，u2(t)=U2msin(wt+Dj)2m11m2m1cos2( )arctan1sin2UtUU假设包络检波器的检波电压传输系数为假设包络检波器的检波电压传输系数为hd，那么：，那么：oAV1AV2dmm( )( )uuuUtUt为为DjA的函数。矢量图的函数。矢量图223AVd1m2m11() sin(sin)28uUUKK当当U2m U1m时

48、，时，K1, 忽略忽略3次以上的高次项，那么：次以上的高次项，那么：22AVd1m2md1()sinsin2uUUKA2m21m2m1cos2( )arctan1sin2UtUU2m2U2m2U1mUmUmU=0 02m2U2m2U1mUmUmU2m2U2m2U1mUmUmUuAV=0uAV0ouAvdAdA22AVd1m2md1()sinsin2uUUKA实际特性曲线实际特性曲线三、乘积型鉴相器三、乘积型鉴相器低通滤波器低通滤波器频频-相转相转换网络换网络u1(t)u2(t)uo(t)uAVAuAM电路模型电路模型假设：假设：u1(t)=U1mcoswt ，那么：，那么：22m2m( )co

49、s()sin()2utUtUt2m1m1()10UAUarctan 经双差分对乘法器单端输出的增量电压为：经双差分对乘法器单端输出的增量电压为：其中：其中：12o0e20e2n 10e2mn 0n 10e2mn 0( )( )1()()222( )1()224( 1)cos(21)sin()421( 1)sin(2)sin(2(1)221qu tqu tuI R ththkTkTqu tI R KtkTqI Rnt UtkTnqI RUn tntkTn 经低通滤波器后输出平均分量经低通滤波器后输出平均分量AVu0e2msin2quA I RUkT低通滤波器的传输系数低通滤波器的传输系数鉴频特性

50、曲线鉴频特性曲线ouAv u0e2m2qA I RUkTu0e2m2qA I RUkT考虑考虑A(x)变化后的鉴频特性变化后的鉴频特性注意：仅当注意：仅当 ，A(x) 为为常数，鉴频特性为线性常数，鉴频特性为线性()!sin12!nrnr时，低通滤波低通滤波器器Vcc1AuRcVBB8kW200W450W50WVcc23kW2.5kW0.01mFC1CRLD1D2D3D4D5D6V1V2V3V4V5V6V7V8V9+_us(t)u1(t)u2(t)频相转换网络频相转换网络模拟乘法器模拟乘法器u1(t)u2(t)四、四、 叠加型相位鉴频电路叠加型相位鉴频电路1. 实用电路和等效电路实用电路和等效

51、电路1212D2D1D1D222AV1AV2AVoAV2AV1包络检波包络检波线性网络线性网络2. 解调原理解调原理 u1(t)与与u2(t)正交理由），正交理由），加到加到V1和和V2上的电压为：上的电压为：i112i2121( )( )( )21( )( )( )2utu tututu tut22AVd1m2md1()sinsin2uUUKAecc2()Q 考虑考虑U1m和和U2m变化后的鉴频特性变化后的鉴频特性ouAv dAdAoU U1 mU1 mU2 m3. 变形电路变形电路i112i21211( )( )( )( )( )( )22utu tu tutu tu ti112i2121

52、1( )( )( )( )( )( )22utu tu tutu tu t五、五、 比例鉴频电路比例鉴频电路 比例鉴频器是耦合回路相位鉴频器的变形电路。比例鉴频器是耦合回路相位鉴频器的变形电路。1、电路结构、电路结构2、等效电路、等效电路u1+_u2/2+_u2/2+_V1V2ACBDC3C4RLR1R2U0+_+_uAV+_uAV1uAV2iAV1iAV2u1+_u2/2+_u2/2+_V1V2ACBDC3C4RLR1R2U0+_+_uAV+_uAV1uAV2iAV1iAV23、鉴频特性、鉴频特性同互感耦合相位鉴频器同互感耦合相位鉴频器4、 输出电压输出电压AVAV2AV1L()uiiR由回

53、路方程可得由回路方程可得AV1AV1L1AV2LAV2AV2L2AV1L()()uiRRiRuiRRiR由于由于R1=R2=RAV1AV2AVAV2AV1LLAV1AV2LAV1AV2AV1AV2L()2()2LuuuiiRRRRuuRuuuuRR AV2AV2AV10AV1LAV0AV2AV2LAV1AV1112211uuuUuRuUuuRRuu 输出电压与输出电压与uAV1和和uAV2的比值有关，寄生调幅使得的比值有关，寄生调幅使得uAV1和和uAV2成比例地增加或减小，而其比值几乎不变，即比成比例地增加或减小，而其比值几乎不变，即比例鉴频器具有对寄生调幅的抑制能力例鉴频器具有对寄生调幅的

54、抑制能力缺点：寄生调幅阻塞作用缺点：寄生调幅阻塞作用措施：增加措施：增加R3和和R4六、脉冲均值型鉴频器六、脉冲均值型鉴频器1. 脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器原理框图及波形原理框图及波形AVmmuUUfTtt若调频信号的瞬时频率为：若调频信号的瞬时频率为：f(t)=f0+Df(t), 那么那么AVmm0( )( )uUf tUff ttt限制条件：限制条件：mincm1Tfft或：或：maxmin1ft脉冲序列的平均值脉冲序列的平均值uAV为：为：1鉴频器组成框图鉴频器组成框图2. 符合门鉴频器符合门鉴频器 u u2 u FM uAV u1限幅器限幅器移相器移相器乘法器乘法器低通低通滤波器

55、滤波器限幅器限幅器脉冲序列的平均值脉冲序列的平均值uAV为：为：1m2mAV1m2m 2( - )-2 22(1)U UuU U 相移网络的特性为：相移网络的特性为：2） 波形及鉴频特性曲线波形及鉴频特性曲线e0222fQffouAV鉴频特性曲线鉴频特性曲线:5.4 数字调制与解调电路简介）数字调制与解调电路简介）特点：特点： 抗干扰能力强，便于实现多路复用抗干扰能力强，便于实现多路复用CDMA、TDMA、FDMA），调制电路和解调电路可用），调制电路和解调电路可用软硬件实现。软硬件实现。分类：基本类型有分类：基本类型有ASK(AM)、PSK(PM)和和FSK (FM)定义：定义： 调制信号为

56、数字信号的调制称为数字调制，调制信号为数字信号的调制称为数字调制，又称为键控又称为键控Keying） 。 BASK二进制振幅键控）二进制振幅键控） BPSK二相移相键控）二相移相键控） DPSK二相差分移相键控）二相差分移相键控） QPSK四相移相键控）四相移相键控） FSK （移频键控）（移频键控） 5.4.1 数字信号的再生数字信号的再生原数字信号原数字信号(基带信号基带信号)1110toTs2Ts4Tsto解调后信号解调后信号to时钟信号时钟信号to判决后信号判决后信号1110toTs2Ts4Ts重显后信号重显后信号取样后信号取样后信号touo5.4.2 数字调相与解调电路数字调相与解调

57、电路 PSK(Phase Shift Keying)移相键控，用数字信号移相键控，用数字信号控制载波的相位。分为二相移相键控和多相移相键控控制载波的相位。分为二相移相键控和多相移相键控一、二相移相键控一、二相移相键控BPSK）数字信号数字信号BPSK信号信号“1状态，状态，ak=1, 载波相移载波相移0， “0状态，状态，ak=-1, 载波相移载波相移180载波信号载波信号kskk( ) ( -)(1,1)m tag t kTa码元波形码元波形uc(t)=Ucmsinwctocmccmksck( )( ) sin ( -) sinutUm ttUag t kTt一、一、BPSK信号波形信号波形

58、to1110toTs数字信号数字信号1001m(t)U-Uto载波信号载波信号BPSK信号信号m(t)(b)uc(t)uo(t)乘法器乘法器带通带通滤波器滤波器一、BPSK产生电路uo(t)m(t)(a)uc(t)平衡调平衡调制器制器带通带通滤波器滤波器平平方方带带通通滤滤波波分分频频sin2wctsin2wctsinwct2fcuo(t) =m(t)uc(t)乘法器乘法器低通低通滤波器滤波器u(t)取样判别取样判别电路电路时钟时钟提取电路提取电路uM(t)u(t)=Ucm m(t) sinwct一、一、BPSK相干解调电路相干解调电路载波信号载波信号产生电路产生电路一、一、BPSK解调信号的

59、随机性解调信号的随机性to数字信号数字信号1110Ts1001m(t)U-Uto恢复的载波信号恢复的载波信号uc(t)toBPSK信号信号u(t)to恢复的载波信号恢复的载波信号uc(t)to解调信号解调信号m(t)to解调信号解调信号m(t)二、二相差分移相键控二、二相差分移相键控BDPSK）BDPSK 用数字信号相邻码元的变化控制载波的相位。用数字信号相邻码元的变化控制载波的相位。数字信号数字信号BDPSK信号信号ak=1即即“1状态，状态，bk与与bk-1相同相同, 载波相移载波相移0ak= -1即即“0状态，状态，bk与与bk-1不同不同, 载波相移载波相移180载波信号载波信号ksk

60、k( ) ( -)(1, 1)m ta g t kTa码元波形码元波形uc(t)=Ucmsinwctcmksck( ) ( -)sinu tUb g t kTt其中：其中：kkk 1ba b二、BDPSK信号波形to载波信号载波信号toBDPSK信号信号0101toTs数字信号数字信号1100m(t)U-U二、二、BDPSK差动相干解调电路差动相干解调电路uo(t)u(t)时延时延电路电路Tsxykxy低通低通滤波滤波totou(t)0101toTs1100m(t)u(t-Ts)ou(t) u(t-Ts)uo(t)u(t)时延时延电路电路Tsxykxy低低通通滤滤波波二、二、BDPSK差动相干