通信电子电路第4章_调制、解调与变频电路

1、第四章：调制、解调与变频电路第四章：调制、解调与变频电路信息与通信工程学院信息与通信工程学院1 1综述与内容提要综述与内容提要基带信号与基带传输基带信号与基带传输调制解调的定义调制解调的定义调制解调的作用：调制解调的作用：提高频率以便于辐射提高频率以便于辐射实现实现信道复用信道复用：频分、时分、码分复用：频分、时分、码分复用改善系统性能改善系统性能调制解调的分类及本章的讨论内容调制解调的分类及本章的讨论内容变频变频必须牢记载波、调必须牢记载波、调制信号的定义制信号的定义频率变换过程及其分类频率变换过程及其分类2调幅原理调幅原理( (一一) )00( )cos()cos(2)ccmcmv tVt

2、Vf t高频载高频载波为：波为：调幅波的表达式及波形图调幅波的表达式及波形图( (一一) )设初始相位为零设初始相位为零调幅的定义调幅的定义调制信号为：调制信号为：( )coscos2mmvtVtfVt 已调波：已调波：0co)(coss()cAmMmVkvtVtt3调幅原理调幅原理( (二二) )调幅波的表达式及波形图调幅波的表达式及波形图( (二二) )调幅度调幅度( (调幅系数调幅系数) )：/amcmmkVV000( )(cos)cos1coscos1coscosmAMcmmcmcmcmakVvtVkVttVttVVmttmaxmin(1),(1)AMcmaAMcmaVVmVVmmax

3、min100%2AMAMacmVVmV(0,1am 4调幅原理调幅原理( (三三) )调幅波的频谱及频谱宽度调幅波的频谱及频谱宽度调幅过程实际上是调幅过程实际上是一种频率搬移过程一种频率搬移过程调幅波的频谱宽度调幅波的频谱宽度BWBW是是调制信号最高频调制信号最高频率的两倍率的两倍实际上调制信号常实际上调制信号常常不是简单的单频信常不是简单的单频信号，而是号，而是由许多频率由许多频率分量组成的分量组成的0000( )1coscos11coscos()cos()22AMcmacmacmacmvtVmttVtm Vtm Vt5调幅原理调幅原理( (四四) )调幅波的功率调幅波的功率LR设负载为设负

4、载为 ，则：，则：212cmCLVPR214SSBacPm P2122DSBSSBacPPm P212aAMCDSBCmPPPP已调波的输出功率大于载波功率，增加已调波的输出功率大于载波功率，增加的部分就是的部分就是上、下边频功率之和上、下边频功率之和，也是用，也是用于于传送信息的有用功率传送信息的有用功率所增加的功率与所增加的功率与 的关系的关系am调幅波中包含有用信息的边带功率很小调幅波中包含有用信息的边带功率很小6调幅原理调幅原理( (五五) )双边带调制和单边带调制方式双边带调制和单边带调制方式( (一一) )若在传输前若在传输前将载频抑将载频抑制掉制掉，就可以在不影，就可以在不影响信

5、息传输的条件下响信息传输的条件下大大大大节省发射机的发节省发射机的发射功率射功率只传输两个边带的调只传输两个边带的调制方式即为抑制载频制方式即为抑制载频的双边带调制，简称的双边带调制，简称为双边带调制，为双边带调制，DSBDSB00( )cos()cos() 2acmDSBm Vvttt0000( )1coscos11coscos()cos()22AMcmacmacmacmvtVmttVtm Vtm Vt7调幅原理调幅原理( (六六) )双边带调制和单边带调制方式双边带调制和单边带调制方式( (二二) )双边带调制双边带调制的时域波形的时域波形双边带调制双边带调制的带宽的带宽单边带调制，单边带

6、调制，SSBSSB单边带调制单边带调制的带宽及优的带宽及优点点单边带调制单边带调制要求收、发要求收、发两端的载波两端的载波严格同步严格同步8调幅原理调幅原理( (七七) )残留边带调制方式残留边带调制方式请自行学习请自行学习9低电平调幅电路简介低电平调幅电路简介低电平调幅电路是在低电平调幅电路是在发射机的末前级产生发射机的末前级产生已调波已调波，再经过，再经过线性高频功率放大器线性高频功率放大器放大放大后达到所需要的发射功率后达到所需要的发射功率由于起调制作用的非线性器件工作在中、由于起调制作用的非线性器件工作在中、小信号状态，因此较易获得小信号状态，因此较易获得高度线性的调高度线性的调幅波幅

7、波，可用来产生普通调幅、单双边带波，可用来产生普通调幅、单双边带波质量较好、采用较多的是用质量较好、采用较多的是用乘法器乘法器构成的构成的调幅电路调幅电路10普通振幅调制电路普通振幅调制电路载波电压加载波电压加在在4 4端端输入馈通电输入馈通电压压调零电路调零电路接在接在8 8端端调制电压加调制电压加在在9 9端端外加可调直外加可调直流电压加在流电压加在1212端端0( )cos(1cos)( )( )cosymaxccmv tVVtVmtv tv tVt 00000( )(1cos)coscoscos()cos() 2acmacmcmv tkVmtVtm kVVkVVttt /ammVV故可

8、通过故可通过调整偏压调整偏压改变调幅系数改变调幅系数的大小的大小11双边带调幅双边带调幅( (平衡调幅器平衡调幅器) )电路电路0( )cos( )cosxmycmv tVtv tVt0000( )coscoscos()cos() mcmmcmv tkVt VtkV Vtt 乘法器的乘法器的8 8端端和和1212端必须加端必须加入馈通电压调入馈通电压调零电路以便进零电路以便进行精确调零，行精确调零，否则在输出端否则在输出端会出现很大的会出现很大的载漏电压载漏电压12单边带调幅电路单边带调幅电路( (一一) )可在左图所示可在左图所示电路后面使用电路后面使用适当的适当的滤波器滤波器以得到以得到单

9、边带单边带调幅信号调幅信号，即，即滤波法滤波法滤波法要求带滤波法要求带通滤波器具有通滤波器具有极为陡峭的、极为陡峭的、接近于矩形接近于矩形的的衰减特性衰减特性解决方法之一为采用移相法解决方法之一为采用移相法13单边带调幅电路单边带调幅电路( (二二) )单音调制的上边带信号可以表示为：单音调制的上边带信号可以表示为：移相法不再需要移相法不再需要制作制作衰减特性极衰减特性极其陡峭其陡峭的滤波器的滤波器000( )cos()coscossinsincmmcmmcmmv tKV VtKV VttKV Vtt 移相法的缺点：移相法的缺点：要求移相网络在要求移相网络在整个频带范围内整个频带范围内都要准确

10、地移相都要准确地移相909014二极管调幅电路二极管调幅电路单二极管调幅电路单二极管调幅电路二极管平衡调幅电路二极管平衡调幅电路二极管环形调幅电路二极管环形调幅电路其原理均利用了二极管器件的其原理均利用了二极管器件的非线性非线性可自学或参照可自学或参照4.4(4.4(变频原理与变频原理与电路电路) )中的相关内容中的相关内容15高电平调幅电路高电平调幅电路( (一一) )高电平调幅电路高电平调幅电路是由是由发射机最后发射机最后一级一级直接产生满直接产生满足发射功率要求足发射功率要求的的已调波已调波为获得大的输出功率和高效率，用为获得大的输出功率和高效率，用调制信调制信号号控制谐振放大电路的控制

11、谐振放大电路的输出功率输出功率来实现调来实现调幅，即直接利用功放级晶体管工作在乙类幅，即直接利用功放级晶体管工作在乙类或丙类的或丙类的非线性状态非线性状态实现实现频谱的搬移作用频谱的搬移作用主要用来产生主要用来产生普通调幅波普通调幅波。其突出优点是。其突出优点是整机效率高整机效率高，适用于，适用于大型通信大型通信或或广播设备广播设备的的普通调幅发射机普通调幅发射机主要有主要有集电极调幅集电极调幅、基极调幅基极调幅以及以及集电极集电极- -基极基极( (或发射极或发射极) )组合调幅组合调幅16高电平调幅电路高电平调幅电路( (二二) )集电极调幅电路集电极调幅电路即用即用调制信号调制信号改改变

12、高频谐振功率变高频谐振功率放大器的放大器的集电极集电极电源电压电源电压，以实，以实现调幅现调幅( )cosCCCmvtVVt基极调幅电路即基极调幅电路即用用调制信号调制信号改变改变高频谐振功率放高频谐振功率放大器的大器的基极电源基极电源电压电压，以实现调，以实现调幅幅( )cosBBBmv tVVt17检波器综述检波器综述调幅波的解调又称作调幅波的解调又称作振幅检波振幅检波，把，把高高频已调波频已调波还原为还原为低频信号低频信号的装置叫做的装置叫做幅度检波器幅度检波器，简称为，简称为检波器检波器检波方式的分类及其适用场合：检波方式的分类及其适用场合：平方平方律检波律检波和和峰值包络检波峰值包络

13、检波适用于适用于解调普解调普通的调幅波通的调幅波；乘积检波乘积检波还可以还可以解调双解调双边带及单边带调幅信号边带及单边带调幅信号检波器必须利用检波器必须利用非线性元件非线性元件来完成来完成检波器的技术指标：检波器的技术指标：检波效率检波效率 要高要高dK检波器的输入电阻检波器的输入电阻 要大要大iR检波失真要小检波失真要小检波器的滤波器的滤波性能要好检波器的滤波器的滤波性能要好18大信号峰值包络检波的工作原理大信号峰值包络检波的工作原理( (一一) )大信号二极管检波的物理过程大信号二极管检波的物理过程19大信号峰值包络检波的工作原理大信号峰值包络检波的工作原理( (二二) )由于电容上的由

14、于电容上的波动电压波动电压略小于略小于载波电载波电压的峰值压的峰值，只要设法把，只要设法把波动的高频部波动的高频部分滤除掉分滤除掉，就可以得到，就可以得到有用的检波输有用的检波输出信号电压出信号电压，如选择较大的，如选择较大的时间常数时间常数输出电压既包含输出电压既包含低频分量低频分量、直流分量直流分量，也包含也包含锯齿型电压锯齿型电压20大信号峰值包络检波的性能指标大信号峰值包络检波的性能指标( (一一) )电压传输系数电压传输系数dK峰值包络检波峰值包络检波时，输出电压的大小接近于时，输出电压的大小接近于输入电压的振幅。一般地说，这种检波方输入电压的振幅。一般地说，这种检波方式式电压传输系

15、数较大电压传输系数较大，可达，可达0.90.9以上以上输入电阻输入电阻iR对于对于串联检波电路串联检波电路来说，在大信号检波时，来说，在大信号检波时，当负载电阻远大于二极管正向导通时的等当负载电阻远大于二极管正向导通时的等效电阻时，检波器的效电阻时，检波器的输入电阻大约等于负输入电阻大约等于负载电阻的一半载电阻的一半。因此。因此负载电阻越大，则检负载电阻越大，则检波器的输入电阻也越大波器的输入电阻也越大，它对前级的影响，它对前级的影响也越小也越小决定电压传输系数的因素为决定电压传输系数的因素为 和和drLR21大信号峰值包络检波的性能指标大信号峰值包络检波的性能指标( (二二) )惰性失真惰性

16、失真( (对角切割失真对角切割失真) )产生原因产生原因防止方法：防止方法：必须在任何一个高必须在任何一个高频信号周期内频信号周期内输入输入信号包络信号包络下降最快下降最快的时刻，保证电容的时刻，保证电容器器 通过负载通过负载 的的放电速度放电速度大于大于包络包络下降速度下降速度CLR2max1aLamR Cm510LcR C2max1510aLcamR Cm22大信号峰值包络检波的性能指标大信号峰值包络检波的性能指标( (三三) )负峰切割失真负峰切割失真电路结构说明电路结构说明22L iLLiR rRRRr负峰切割失真的产生负峰切割失真的产生原理原理避免负峰切割失避免负峰切割失真的条件和方

17、法真的条件和方法1222122LLLLiLLiRRRRrRRRr22iaLiLrRmRrR23大信号峰值包络检波的性能指标大信号峰值包络检波的性能指标( (四四) )还需要考虑电容还需要考虑电容 对调制信号上限频对调制信号上限频率率 以及电容以及电容 对下限频率对下限频率 的的影响，必须保证影响，必须保证 和和 ，才能避免检波器的频率，才能避免检波器的频率失真失真CCCmaxminmax1/()LRC2max1/()iCrC24乘积型同步检波器乘积型同步检波器( (一一) )可用于解调抑制载波的双边带及单边可用于解调抑制载波的双边带及单边带信号带信号rv其特点为在接收端提供一个与载波同其特点为

18、在接收端提供一个与载波同步的本地振荡信号步的本地振荡信号 ，又称相干信号，又称相干信号可使用由模拟乘法器构成的乘积检波可使用由模拟乘法器构成的乘积检波或由二极管构成的平衡同步检波电路或由二极管构成的平衡同步检波电路普通调幅普通调幅波的解调波的解调电路电路0 时：时：相干解调相干解调的原理的原理00001( )cos22211cos(2)cos(2)1s44co2cmrmcmrcmrmmcmrmamracmkV VkV Vv tkV VtkV V mtttkVmV00( )(1cos)cos,( )cos()AMcmarrmvtVmtt v tVt25乘积型同步检波器乘积型同步检波器( (二二)

19、 )001( )cosco1os2s22cacmramcmrmkm V Vtv tkm V Vtt模拟乘法器检波的优点：检波线性好；模拟乘法器检波的优点：检波线性好；对同步信号的幅度大小无严格要求对同步信号的幅度大小无严格要求00( )coscos,( )cosDSBacmrrmvtm Vtt v tVt 26正交振幅调制与解调正交振幅调制与解调( (一一) )使用两个独立的基带信号对两个频使用两个独立的基带信号对两个频率相同，但相位相差率相同，但相位相差9090的正弦载的正弦载波分别进行波分别进行抑制载波的双边带调制抑制载波的双边带调制Quadrature Amplitude Modulat

20、ion, QAMQAM由由两路振幅调制构成两路振幅调制构成，这两，这两路振幅调制的载波路振幅调制的载波同频正交同频正交，调制，调制信号信号相互独立相互独立，在同一带宽内利用，在同一带宽内利用频谱的正交性质频谱的正交性质实现实现两路并行两路并行的数的数字信息传输字信息传输27正交振幅调制与解调正交振幅调制与解调( (二二) )0( )coscv tt000( )( )cos( )sinIQv tv ttvtt已调波所占频带仅为两路信号中的较已调波所占频带仅为两路信号中的较宽者，而非两路频带之和，从而可以宽者，而非两路频带之和，从而可以节省传输带宽，提高传输效率节省传输带宽，提高传输效率28正交振

21、幅调制与解调正交振幅调制与解调( (三三) )20000000( )cos( )cos( )sincos11( )( )cos2( )sin222IQIIQv ttv ttvtttv tv ttvtt20000000( )sin( )cossin( )sin11( )( )sin2( )cos222IQQIQv ttv tttvttvtv ttvtt29正交振幅调制与解调正交振幅调制与解调( (四四) )只要只要两路载波严格正交两路载波严格正交，两路信号，两路信号之间就之间就不会有干扰不会有干扰可以实现可以实现两路信号并行传输两路信号并行传输，而不，而不用额外的带宽用额外的带宽与数字调制结合后

22、，可采用多进制与数字调制结合后，可采用多进制方式，传输效率高，抗干扰能力强方式，传输效率高，抗干扰能力强30调角波综述调角波综述用调制信号调制高频载波的用调制信号调制高频载波的角频率或角频率或相位相位，使其随调制信号规律变化，可，使其随调制信号规律变化，可以称为以称为调角波调角波。其表现为。其表现为载波的总瞬载波的总瞬时相角的变化时相角的变化调角波的特点是载波的调角波的特点是载波的角度角度随基带调随基带调制信号的幅度变化，而载波的制信号的幅度变化，而载波的幅度幅度保保持不变持不变调角波是调角波是频率的非线性搬移频率的非线性搬移，增加了，增加了许多许多组合频率组合频率，因而属于，因而属于非线性调

23、制非线性调制鉴频鉴频即将调制信号从调频信号中解调即将调制信号从调频信号中解调出来的过程；出来的过程；鉴相鉴相即将调制信号从调即将调制信号从调相信号中解调出来的过程相信号中解调出来的过程31调角波的基本概念调角波的基本概念在没有进行调制时：在没有进行调制时：即不论是调频还是调相都要引起即不论是调频还是调相都要引起相角相角的变化的变化，故可把调频与调相统称为，故可把调频与调相统称为角角度调制度调制0( )cos()cos ( )cmcmv tVtVt00( )( ),tttt 在角度调制时：在角度调制时：00( )( ),( )( )tdttortddt 32调频波调频波(FM)(FM)的表示式及

24、波形的表示式及波形频率调制是使载波信号的振荡频率按频率调制是使载波信号的振荡频率按照调制信号振幅的瞬时值变化的过程照调制信号振幅的瞬时值变化的过程( )cos)mif vtVt000( )( )coscosfffmftk vtk Vtt：最大角频偏：最大角频偏f00( )sinffttmt ：调制指数说明：调制指数说明了调制深度，了调制深度，可可取任意值取任意值fmfffk Vfmf00( )cos( )cos(sin)FMcmfcmfvtVtVtmt 33调相波调相波(PM)(PM)的表示式及波形的表示式及波形调相波是使载波信号的相角按照调制调相波是使载波信号的相角按照调制信号的变化规律而发

25、生偏移的过程信号的变化规律而发生偏移的过程( )cos)mif vtVt000000( )( )coscospppmpttk vttk Vttmt：调相指数：调相指数pppmmk V 0( )sinpptt 为最大角频偏为最大角频偏p00( )cos(cos)PMcmpvtVtmt 调相波的时域波形调相波的时域波形34调角波的进一步分析调角波的进一步分析调角波是载波振幅始终保持不变的疏调角波是载波振幅始终保持不变的疏密波密波单音调制的调频波和调相波的表示式，单音调制的调频波和调相波的表示式，均可用均可用 ( (或或 ) )以及定义截然不同的以及定义截然不同的三个参数三个参数 、 和和 ( (或

26、或 ) )来描述来描述fmpm0fp在调频波中，在调频波中， 与与 成正比，而成正比，而与与 无关；无关； 与与 成正比，而成正比，而与与 成反比成反比ffmk VmV/ffmmk VmV在调相波中，在调相波中， 与与 成正比，而成正比，而与与 无关；无关； 与与 和和 的乘积的乘积成正比成正比ppmmk VmVppmk VmV35例例设一组正弦调制信号的频率为设一组正弦调制信号的频率为3003400Hz3003400Hz，用该调制信号进行调频时，最大频偏为用该调制信号进行调频时，最大频偏为75kHz75kHz；调相时，最大相偏为；调相时，最大相偏为1.5rad1.5rad。试。试求调频时调制

27、指数的变化范围；调相时最求调频时调制指数的变化范围；调相时最大频偏的变化范围大频偏的变化范围调频时：调频时：3maxmin3minmax75 1025030075 10223400fmfffffffk Vfmffmffmf故在调频电路中，最大角频偏不变，但调故在调频电路中，最大角频偏不变，但调频指数有很大变化频指数有很大变化调相时：调相时：maxmaxminmin1.5 34005.11.5 300450pppmppppfm fk Vffm fkHzfm fHz故在调相电路中，调相指数不变，但最大故在调相电路中，调相指数不变，但最大角频偏有很大变化角频偏有很大变化36调角波的频谱调角波的频谱0

28、000( )cos(sin)( )cos(cos)FMcmfPMcmpvtVtmtvtVtmt 00( )cos(sin)cmv tVtmt 000100002000030000( )( )cos()( )cos()cos()( )cos(2 )cos(2 )( )cos(3 )cos(3 )cmcmcmcmv tV JmtV J mttV JmttV J mtt 调角波信号的频谱由载波频率和无穷多个调角波信号的频谱由载波频率和无穷多个边频组成，相邻两边频之间的频差均为边频组成，相邻两边频之间的频差均为随着随着m m值的增大，具有较大振幅的边频分值的增大，具有较大振幅的边频分量数目增加，载频分

29、量振幅呈衰减趋势量数目增加，载频分量振幅呈衰减趋势调角波的总功率为常数，不随调制指数的调角波的总功率为常数，不随调制指数的变化而改变。变化而改变。m m变化对各频率功率的影响变化对各频率功率的影响37调角波的频谱宽度调角波的频谱宽度理论上为无限宽，但有效带宽有限理论上为无限宽，但有效带宽有限窄带调制窄带调制(1)m 此时调角信号的频谱由载频此时调角信号的频谱由载频 和一对和一对振幅相同、相位相反的上下变频组成。振幅相同、相位相反的上下变频组成。带宽带宽c2BW 宽带调制宽带调制忽略掉那些振幅小于载频幅度忽略掉那些振幅小于载频幅度10%10%的边的边频分量后，调角信号的有效频谱宽度频分量后，调角

30、信号的有效频谱宽度为为2(1)2()BWm m m较大时，较大时， 。此时调角波的有此时调角波的有效频谱宽度基本上与调制频率效频谱宽度基本上与调制频率 无关无关2BW 多频时？多频时？考虑最高频率考虑最高频率38三种基本调制方式的比较三种基本调制方式的比较( (一一) )抗干扰性抗干扰性抗干扰能力的含义抗干扰能力的含义在单频干扰情况下，在单频干扰情况下，AMAM、FMFM与与PMPM调调制的已调波信号的电压信噪比的比制的已调波信号的电压信噪比的比值大约等于各自调制指数值大约等于各自调制指数 、 与与 的比值。的比值。注意：调幅与调角中调制注意：调幅与调角中调制系数的定义有所不同系数的定义有所不

31、同fmpmam抗常见天电或工业用电干扰的能力抗常见天电或工业用电干扰的能力调角波的缺点：占据较宽的传送频带调角波的缺点：占据较宽的传送频带39三种基本调制方式的比较三种基本调制方式的比较( (二二) )信号频谱宽度信号频谱宽度易知随着调制信号频率高易知随着调制信号频率高低的变化，调相波的频谱低的变化，调相波的频谱有效宽度是变化的有效宽度是变化的故在右图所示情况中，调故在右图所示情况中，调频信号具有更好的带宽利频信号具有更好的带宽利用率及抗干扰能力用率及抗干扰能力因此在模拟通信系统中广因此在模拟通信系统中广泛采用调频制而很少采用泛采用调频制而很少采用调相制，调相只作为实现调相制，调相只作为实现间

32、接调频的中间过程间接调频的中间过程调制信号的角频率调制信号的角频率 改变时，改变时， 与调制频率与调制频率 成反比；而成反比；而 则与则与 无关，因此两者的谱宽有很大的区别无关，因此两者的谱宽有很大的区别/ffmmk Vppmmk V40三种基本调制方式的比较三种基本调制方式的比较( (三三) )振振幅幅( )cmaVm vt调幅信号调幅信号00( )fm vt000( )tftmvd0( )pdvtmdt00( )ptm vt调频信号调频信号调相信号调相信号恒值恒值恒值恒值角角频频率率相相角角表表达达式式00t00( )cos()cmaVm vtt000cos( )cmtfVtmvd00co

33、s( )cmpVtm v41调频电路的工作原理综述调频电路的工作原理综述频率调制是对于频率调制是对于调制信号频谱进行非调制信号频谱进行非线性变换线性变换，不是线性搬移，不能简单，不是线性搬移，不能简单地用乘法器和滤波器来实现地用乘法器和滤波器来实现直接调频法直接调频法利用调制信号直接控制振利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率荡器的振荡频率，从而获得调频信号，从而获得调频信号间接调频法间接调频法通过调相实现调频通过调相实现调频，其频，其频偏较小，不易获得较深调制，线路也偏较小，不易获得较深调制，线路也比较复杂比较复杂产生调频信号时的主要技术要求：产生调频信号时的主要技术要求：调频失真要小调频失真

34、要小中心频率要具有一定的频率稳定度中心频率要具有一定的频率稳定度调制灵敏度调制灵敏度 要尽可能高一要尽可能高一些些/mSf V 42例题例题( (一一) )332cos3103cos410 ( )vtt V4/fkkHz V75cos210 ( )cvt V设调制信号为设调制信号为 ，载波信号为载波信号为 ，调频灵敏度，调频灵敏度为为 ，试写出此，试写出此FMFM信号表达式信号表达式7( )2102( )ftk vt解：解：0733( )5cos( )165cos(210sin(310 )6sin(410 )3tFMvtt dtttt43例题例题( (二二) )已知载波信号为已知载波信号为 ，

35、调制，调制信号为信号为 ，试分别写出以，试分别写出以下两种情况下已调波的表达式及带宽下两种情况下已调波的表达式及带宽1.1.调频，且调频，且2.2.调相，且调相，且60( )4cos250 10 ( )v tt V3( )3cos25 10 ( )vtt V 2/fkkHz V3/pkrad V解：解：6330( )( )250 1026 10 cos25 10ftk vtt 1.2fm 630( )4cos(250 101.2sin25 10)( )FMvtttV 2(1)22fBWmfkHz63000( )( )250 109cos25 10pttk vttt 9pm 630( )4cos

36、(250 109cos25 10 )( )PMvttt V 2(1)100pBWmfkHz44例题例题( (三三) )解：解：频率为频率为100MHz100MHz的载波被频率为的载波被频率为10kHz10kHz的正弦的正弦信号进行频率调制，最大频偏为信号进行频率调制，最大频偏为100kHz100kHz。求：求：1.1.求此时调频波的带宽。求此时调频波的带宽。2.2.若若 加倍，加倍， 不变，带宽是多少不变，带宽是多少? ?3.3.若若 和和 都增大一倍，带宽又如何变化都增大一倍，带宽又如何变化? ?4.4.若在第二问的基础上将调制信号频率加若在第二问的基础上将调制信号频率加倍，带宽又如何变化倍

37、，带宽又如何变化? ?mvfkmvfk100/1010fmkHzkHz2(101) 10220BWkHzkHz200ffmfk VkHz2(200 10)420BWkHzkHz400ffmfk VkHz2(40010)820BWkHzkHz200ffmfk VkHz2(20020)440BWkHzkHz45直接调频电路直接调频电路( (一一) )变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路必须使必须使决定振荡频率的调谐回路的电决定振荡频率的调谐回路的电感感 或电容或电容 随调制信号的大小作相随调制信号的大小作相应地变化应地变化。可使用。可使用非线性器件非线性器件来完成来完成LC/20001(1

38、cos),2jffmtfLC一般应尽量选取一般应尽量选取 的二极管，这的二极管，这时可以时可以加大调制深度、增加频偏而加大调制深度、增加频偏而不影响非线性失真不影响非线性失真2该方式的优、缺点请自行阅读课本该方式的优、缺点请自行阅读课本46直接调频电路直接调频电路( (二二) )晶振变容管直接调频电路晶振变容管直接调频电路具体原理及电路请自行阅读课本具体原理及电路请自行阅读课本可获得比变容二极管直接调频电可获得比变容二极管直接调频电路路更高的中心频率稳定性更高的中心频率稳定性；但调；但调制制灵敏度低灵敏度低，不易获得大的频偏不易获得大的频偏47间接调频电路：可变移相法调相电路间接调频电路：可变

39、移相法调相电路( (一一) )直接调频电路的优点：直接调频电路的优点：容易取得大的容易取得大的频偏频偏；缺点：；缺点：频率稳定度低频率稳定度低调相与调频有调相与调频有9090的相位差的相位差设积分电路中设积分电路中有有1/RC ,fmpfpmfk Vkmk VkRC可与式可与式4.2.64.2.6对照对照( )sinmVvttRC0( )cos(sin)FMCmfvtVtmt48间接调频电路：可变移相法调相电路间接调频电路：可变移相法调相电路( (二二) )积分积分- -调相式间接调频电路调相式间接调频电路中，在回路中，在回路端电压的相位随调制信号改变的同时，端电压的相位随调制信号改变的同时，

40、回路等效阻抗的模值回路等效阻抗的模值也随之变化，从也随之变化，从而导致了而导致了调相波振幅的变化调相波振幅的变化，产生了，产生了不必要的不必要的寄生调幅寄生调幅，而且相位偏移越，而且相位偏移越大，这种寄生调幅也越大。同时，大，这种寄生调幅也越大。同时，调调相的非线性失真相的非线性失真也会随相位的偏移而也会随相位的偏移而明显增大。为了防止明显的寄生调幅明显增大。为了防止明显的寄生调幅和过大的非线性失真，必须和过大的非线性失真，必须对相移的对相移的大小加以限制大小加以限制。因此，这种。因此，这种间接调频间接调频电路一般不能够直接取得频偏过大的电路一般不能够直接取得频偏过大的信号！信号！49间接调频

41、电路：可变延时法调相电路间接调频电路：可变延时法调相电路请自行学习请自行学习50利用乘法器产生调频波利用乘法器产生调频波积分式调频振荡器积分式调频振荡器01RC( )vtV()k vV1/Vk优点：可得到较大的频偏优点：可得到较大的频偏和良好的线性调制和良好的线性调制对于一个理想积分器来说，积分器输对于一个理想积分器来说，积分器输入电压的增大或减小，对电容充放电入电压的增大或减小，对电容充放电速度的影响分别与减小或增大积分时速度的影响分别与减小或增大积分时间常数相等效间常数相等效()k vV01vV51扩展线性频偏的方法扩展线性频偏的方法52鉴频器综述鉴频器综述鉴频器即鉴频器即频率检波器频率检

42、波器，可以把调频，可以把调频波中心频率的变化变换为电压的变波中心频率的变化变换为电压的变化，即完成化，即完成频率电压频率电压的变换作用的变换作用目前主要有四种实现鉴频的方法：目前主要有四种实现鉴频的方法：斜率鉴频斜率鉴频相位鉴频相位鉴频脉冲计数式鉴频脉冲计数式鉴频利用门电路或锁相环路进行鉴频利用门电路或锁相环路进行鉴频鉴频器特性的主鉴频器特性的主要指标：要指标：灵敏度灵敏度线性范围线性范围非线性失真非线性失真53斜率鉴频器斜率鉴频器( (一一) )斜率鉴频器工作原理：利用斜率鉴频器工作原理：利用LCLC谐振谐振回路的谐振特性回路的谐振特性对不同频率的信号对不同频率的信号呈现呈现不同阻抗不同阻抗

43、，对调频波进行，对调频波进行调频调频- -调幅变换调幅变换，得到，得到调频调频- -调幅波调幅波，再进，再进行行振幅检波振幅检波，得到解调输出电压，得到解调输出电压调频调频- -调幅变换特性取决于调幅变换特性取决于谐振特性谐振特性曲线的斜率曲线的斜率，故称为斜率鉴频器，故称为斜率鉴频器54斜率鉴频器斜率鉴频器( (二二) )单失谐回路斜率鉴频器单失谐回路斜率鉴频器虚线左边为调频虚线左边为调频- -调幅变换器调幅变换器虚线右边为振幅检波器虚线右边为振幅检波器调频调频- -调幅变换器中谐振回路的谐振频率高调幅变换器中谐振回路的谐振频率高于或低于信号中心频率，于或低于信号中心频率，“失谐回路失谐回路

44、”即即由此得名由此得名本电路中鉴本电路中鉴频灵敏度与频灵敏度与线性鉴频范线性鉴频范围相互矛盾围相互矛盾输出波形失输出波形失真较大，质真较大，质量不高量不高55斜率鉴频器斜率鉴频器( (三三) )双失谐回路斜率鉴频器双失谐回路斜率鉴频器集成电路中采用的斜率鉴频器集成电路中采用的斜率鉴频器请自行学习请自行学习56相位鉴频器相位鉴频器( (一一) )乘积型相位鉴频器乘积型相位鉴频器利用利用线性鉴相特性线性鉴相特性完成完成鉴频功能鉴频功能：通过：通过线性移相网络线性移相网络把调频信号的把调频信号的瞬时频率变瞬时频率变化化转化为转化为相位变化相位变化，而后鉴相，而后鉴相57相位鉴频器相位鉴频器( (二二

45、) )振幅检波型相位鉴频器振幅检波型相位鉴频器( (一一) )利用双调谐耦合回路利用双调谐耦合回路初次级回路电压的相初次级回路电压的相位差在一定频率范围内与频率近似成线性位差在一定频率范围内与频率近似成线性关系的特性关系的特性，把等幅调频波变换成幅度随，把等幅调频波变换成幅度随瞬时频率变化的调幅瞬时频率变化的调幅- -调频波，然后用包调频波，然后用包络检波器将振幅的变化检波出来络检波器将振幅的变化检波出来58相位鉴频器相位鉴频器( (三三) )振幅检波型相位鉴频器振幅检波型相位鉴频器( (二二) )对于不同频率的输入信号对于不同频率的输入信号 ，次级回路阻，次级回路阻抗的性质和大小发生了变化，

46、因而使抗的性质和大小发生了变化，因而使 的的相位变化，合成电压的幅度随之变化，结相位变化，合成电压的幅度随之变化，结果使输出电压果使输出电压 的幅度发生了变化，从而的幅度发生了变化，从而提取出了调制信号，完成了鉴频任务提取出了调制信号，完成了鉴频任务1V0V2I112212/2/2DDVVVVVV59相位鉴频器相位鉴频器( (四四) )振幅检波型相位鉴频器振幅检波型相位鉴频器( (三三) )3142|dDdDVVVV03412|()dDDVVVVV相位鉴频器的优点：线性相位鉴频器的优点：线性较好，鉴频灵敏度较高，较好，鉴频灵敏度较高，电路简单，应用较广泛；电路简单，应用较广泛；缺点是工作频带较

47、窄缺点是工作频带较窄由于调频波在产生和传输过程中总是由于调频波在产生和传输过程中总是会带有寄生调幅，而相位鉴频器本身会带有寄生调幅，而相位鉴频器本身难以抑制这些寄生调幅引起的输出波难以抑制这些寄生调幅引起的输出波形失真。为了消除寄生调幅，必须在形失真。为了消除寄生调幅，必须在输入端加限幅器，这就增加了设备的输入端加限幅器，这就增加了设备的复杂性。故而引入了比例鉴频器复杂性。故而引入了比例鉴频器60比例鉴频器比例鉴频器请自行学习请自行学习61脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器( (一一) )将输入信号先进行宽带放大和限幅，将输入信号先进行宽带放大和限幅，然后进行微分，得到一串等幅等宽的然后进行微分

48、，得到一串等幅等宽的脉冲，并在规定时间内计算脉冲的个脉冲，并在规定时间内计算脉冲的个数，从而实现解调数，从而实现解调有时也可省去脉冲形成电路有时也可省去脉冲形成电路62脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器( (二二) )运算放大器运算放大器 组成过零比较器组成过零比较器1A运算放大器运算放大器 组成微分电路组成微分电路2A运算放大器运算放大器 组成精密半波整流器组成精密半波整流器3A电容电容 为低通滤波器为低通滤波器4C63鉴相器的工作原理鉴相器的工作原理( (一一) )在模拟电子线路中，通常采用在模拟电子线路中，通常采用乘法器乘法器作相作相位检波。鉴相器由位检波。鉴相器由乘法器和低通滤波器乘法器

49、和低通滤波器构构成成当加到乘法器两个输入信号的当加到乘法器两个输入信号的频率相同频率相同但但相位不同相位不同时，其时，其输出电压输出电压将与将与输入信号的输入信号的相位差相位差成比例。利用这个特性，可用乘法成比例。利用这个特性，可用乘法器构成鉴相器电路，使之能够将两个器构成鉴相器电路，使之能够将两个同频同频率信号率信号之间的之间的相位差相位差转换成转换成输出电压输出电压64鉴相器的工作原理鉴相器的工作原理( (二二) )0(cos )/2pxmymvkk V V鉴相特性呈余弦性质鉴相特性呈余弦性质相位应该选择在相位应该选择在 附近附近2两个输入均为小信号两个输入均为小信号( (频率相同，相位差

50、频率相同，相位差为为 ) )( )cos,( )cos()xxmyymv tVt v tVt0( )( )( )coscos(2)/ 2xyxmymv tkv t v tkV Vt65鉴相器的工作原理鉴相器的工作原理( (三三) )02cosxmymvkV V设输入信号设输入信号 为开为开关信号，将其用傅立关信号，将其用傅立叶级数展开并将相乘叶级数展开并将相乘结果经过低通滤波器，结果经过低通滤波器，可得：可得：( )xv t 为大信号，为大信号， 为小信号正弦波为小信号正弦波( )xv t( )yv t66鉴相器的工作原理鉴相器的工作原理( (四四) )将输入用将输入用傅立叶级数傅立叶级数展开

51、展开后并将相乘结果后并将相乘结果经过经过低通滤波器低通滤波器，可，可得：得：0(1 2 /),0(2 /3),2xmymxmymkV VvkV V 线性鉴相器线性鉴相器工作波形略工作波形略设设 与与 均为大信号均为大信号( (开关信号开关信号) )( )xv t( )yv t67乘积型相位鉴频器工作原理乘积型相位鉴频器工作原理移相网络可采用移相网络可采用并联谐振回路并联谐振回路或或耦合回路耦合回路用于大信号鉴相的乘法器，其用于大信号鉴相的乘法器，其输出直流的输出直流的电压电压与与相移相移 成正比成正比问题的关键为问题的关键为找出具有线性移相特性的找出具有线性移相特性的移相网络移相网络68变频器

52、概述变频器概述变频：把已调信号的变频：把已调信号的载频载频变换成某一变换成某一固定的频率固定的频率( (一般称为中频一般称为中频) )，且在频，且在频率变换过程中，调制类型率变换过程中，调制类型( (如调幅、如调幅、调频等调频等) )和调制参数和调制参数( (如调制频率、调如调制频率、调制指数等制指数等) )都不改变都不改变实现变频作用的电路就称为变频器实现变频作用的电路就称为变频器例如调幅广播中的中频为例如调幅广播中的中频为465kHz465kHz，调频，调频广播中的中频为广播中的中频为10.7MHz10.7MHz0f变频是一种频谱搬移过程，将已调波变频是一种频谱搬移过程，将已调波的载波频率

53、从原来的高频的载波频率从原来的高频 变为中变为中频频 ，而调制信号的频谱和振幅的变，而调制信号的频谱和振幅的变化规律保持不变，故可用振幅调制或化规律保持不变，故可用振幅调制或解调的类似方法来实现变频解调的类似方法来实现变频lf若输入信号为调频波若输入信号为调频波0cos(sin)FMcmfvVtmt0cos()sincos(sin)llmrflmlfvVtmtVtmt若输入信号为调幅波若输入信号为调幅波0(1cos)cosAMcmavVmtt0(1cos)cos()(1cos)cosllmarlmalvVmttVmtt混频器与变频器的混频器与变频器的定义及区别定义及区别69变频器的作用变频器的

54、作用70变频电路的性能指标变频电路的性能指标变频增益：指变频增益：指输出中频电压振幅输出中频电压振幅与与输入输入高频电压振幅高频电压振幅之比之比/vClmcmAVV噪声系数：输入端信噪比与输出端信噪噪声系数：输入端信噪比与输出端信噪比之比比之比/iillSNFSN选择性：要求中频回路的矩形系数接近选择性：要求中频回路的矩形系数接近于于1 1失真与干扰：变频器的失真有失真与干扰：变频器的失真有频率失真频率失真和和非线性失真非线性失真，此外还有各种，此外还有各种非线性干扰非线性干扰。因此要求变频器件最好工作在其特性曲线因此要求变频器件最好工作在其特性曲线的的平方项区域平方项区域，使之既能完成，使之

55、既能完成频率变换频率变换，又能又能防止失真防止失真，抑制各种干扰抑制各种干扰71二极管大信号变频二极管大信号变频( (一一) )使用二段直折线代替二极管特性使用二段直折线代替二极管特性,(0.5)( ),(0.5)rmrrrrmrrVif nTtnTv tVifnTtnT ( )( )( )icrv tv tv t00(),( )sin2rrmcmrmif vVv tVf tV 0(),( )0rrmif vVv t 72二极管大信号变频二极管大信号变频( (二二) )00(),( )sin2rrmcmrmif vVv tVf tV 0( )( )( )crmv tv tVH t开关开关函数函

56、数1,(0.5)( )0,(0.5)(1)rrrrnTtnTH tnTtnT 可使用傅立叶级数展开开关函数，并代入可使用傅立叶级数展开开关函数，并代入至至 中，得：中，得：0( )v t00011102002( 1)cos(21)11sin2(21)1( 1)sin(21)1(21)sin(sin()sin(2) 1)2cmrnrmrrnncmrnrcmrmVntnVntnVtntVtv tVt实现变频功能，非线性特性是根本，实现变频功能，非线性特性是根本，频率搬移是目的频率搬移是目的本电路优点：高频产物少，且输出中的无本电路优点：高频产物少，且输出中的无用高频分量频率均远离有用信号频率用高频

57、分量频率均远离有用信号频率采用滤波器选出其采用滤波器选出其中一个边频即可中一个边频即可73晶体管变频电路的构成方法晶体管变频电路的构成方法由于电路组态由于电路组态和本振电压注和本振电压注入方式不同，入方式不同，晶体管变频电晶体管变频电路可以有多种路可以有多种形式形式不论本振电压不论本振电压注入方式如何，注入方式如何， 和和 都是加在都是加在晶体管的基极晶体管的基极和发射极之间，和发射极之间，利用晶体管的利用晶体管的发射结的非线发射结的非线性实现了二极性实现了二极管变频，经过管变频，经过晶体管放大后，晶体管放大后，再由调谐回路再由调谐回路选出需要的中选出需要的中频信号频信号cvrv不同方式下对本

58、振的影响和适用频率范围不同方式下对本振的影响和适用频率范围不同不同74晶体管混频、变频电路示例晶体管混频、变频电路示例75晶体管混频器的工作原理晶体管混频器的工作原理( (一一) )可以把本振电压可以把本振电压看作是变化看作是变化的的偏置电压偏置电压，用，用以以控制控制晶体管晶体管T T的的工作点工作点( )rv t晶体管集电极电流：晶体管集电极电流：( )( )crciG tv t2310( )( )( )( )rrrrrGtG tGGtGt11( )cosrrrGtGt11100( ) ( )cos()cos() /2crcrcmrriGt v tG Vtt晶体管的跨导晶体管的跨导 随随

59、变化而成变化而成为时变参数为时变参数( )rv t( )rG t76晶体管混频器的工作原理晶体管混频器的工作原理( (二二) )11100( ) ( )cos()cos() /2crcrcmrriGt v tG Vtt10cos() / 2lrcmriG Vt中频电流：中频电流：1/ 2lmrcmIG V中频电流振幅：中频电流振幅：1/2rrGG混频跨导：混频跨导：时变参数法实际上是把混频器看作一个小时变参数法实际上是把混频器看作一个小信号调谐放大器，只是其跨导值是时变的，信号调谐放大器，只是其跨导值是时变的，并且输出与输入的信号频率也不同并且输出与输入的信号频率也不同本振电压本振电压 的选择：的选择：( )rv t一般混频器晶体管的静态工作点电流选一般混频器晶体管的静态工作点电流选在在1mA1mA或更小些，这些是指加有本振电或更小些，这些是指加有本振电压后的值。对于一般小功率高频管，最压后的值。对于一般小功率高频管，最佳的本振电压有效值约为