高频电子技术第7章-解调的基本原理课件

1、7.1 模拟幅度调制信号的解调7.2 模拟角度调制信号的解调7.3 数字信号解调的基本原理（简介）711 振幅解调的基本原理712 二极管包络检波电路713 同步检波电路解调与调制过程相反，从高频调幅波中取出原调制信号的过程，称为振幅解调，也称振幅检波，简称检波。振幅解调和调制、混频电路一样都属于频谱搬移电路，它们都可以用相乘器和滤波器组成的电路模型来实现。检波电路输入信号是高频已调波，而参考信号是与已调信号的载波同频同相的等幅同步信号，输出为低频信号，采用低通滤波器。 图7-1（a）中， 为一等幅余弦电压，要求其与被解调的调幅波的载频同频同相，故把它称为同步信号，同时把这种检波电路称为同步检

2、波电路。设输入的调幅波信号 为一单边带调幅信 号，载频为 ，其频 谱如图7-1（b）所示。 图7-1 振幅解调电路的基本工作原理 （a检波电路组成模型 （b）频谱搬移过程例7-1同步检波电路模型如图7-1（a）所示，当输入信号 为双边带调幅信号，已知 低通滤波器具有理想特性，试写出输出电压 和 表示式。 解：相乘器输出电压为上式右边第一项是所需的解调输出电压，而第二项为高频分量，可被低通滤波器滤除，所以低通滤波器输出电压为可见，图7-1（a）所示同步检波电路同样可对双边带调幅信号进行解调。1工作原理 二极管包络检波电路如图7-2（a）所示，它由二极管V和 低通滤波器串联组成。一般要求输入信号的

3、幅度在05 V以上，所以二极管处于大信号工作状态，故又称为大信号检波器。 图7-2 二极管包络检波器及其检波波形 （a）电路 （b）电压波形 （c）电流波形当输入信号 的幅度增大或减小时，检波器输出电压 也将随之近似成比例地升高或降低。当输入信号为调幅波时，检波器输出电压 就随着调幅波的包络线而变化，从而获得调制信号，完成了检波作用，其检波波形如图7-3所示。由于输出电压 的大小与输入电压的峰值接近相等，故把这种检波器称为峰值包络检波器。 图7-3 调幅波包络检波波形2检波效率与输入电阻（1）检波效率 若检波电路输入调幅波电压为 ，由于包络检波电路输出电压与输入高频电压振幅成正比，所以，检波器

4、输出电压 等于 （7-2） 式中， 称为检波电压传输系数，又称检波效率。 小于1，而近似等于1，实际电路中 在80左右。当 R足够大时， 为常数，故为线性检波（2）输入电阻 对于高频输入信号源来说，检波电路相当于一个负载，此负载就是检波电路的输入电阻 ，它定义为输入高频电压振幅对二极管电流中基波分量振幅之比。根据输入检波电路的高频功率与检波负载所获得的平均功率近似相等，可求得检波电路的输入电阻 （7-3） 3惰性失真与负峰切割失真（1）惰性失真 为了提高检波效率和滤波效果，常希望选取较大的RC值，但是当RC选得过大，电容器上的端电压便不能紧跟输入调幅波的幅度下降而及时放电，这样，输出电压将跟不

5、上调幅波的包络变化而产生失真，如图7-4所示，这种失真称为惰性失真。 图7-4 惰性失真波形调制信号角频率 越高，调幅系数 越大，包络下降速度就越快，惰性失真就越严重。要克服这种失真，必须减小RC的数值，使电容器的放电速度加快，因此要求 （7-4）在多频调制时，作为工程估算，式（7-4）中 应取最大调幅系数， 应取最高调制角频率，因为在这种情况下最容易产生惰性失真。 （2）负峰切割失真在实际电路中，检波电路的输出端一般需要经过一个隔直电容 C，与下级电路相连接，如图7-5（a）所示。当检波电路输入单频调制的调幅信号时，如图7-5（b）所示，如调幅系数 比较大时，因检波电路的直流负载电阻R与交流

6、负载电阻 数值相差较大，有可能使输出的低频电压 在负峰值附近被削平，如图7-5（c）所示，把这种失真称为负峰切割失真。 图7-5 负峰切割失真 （a）检波电路 （b）输入电压波形 （c）输出电压波形根据分析， 与 满足下面关系 （7-5）式（7-5）中， 为多频调制时的最大调幅系数。式（7-5）说明 ， 与R 大小越接近，不产生负峰切割失真所允许的 值就越接近于1，或者说，当 一定时， 越大、 R越小，负峰切割失真就越不容易产生。4二极管并联检波电路二极管并联检波电路如图7-7所示。并联检波器与串联检波器的工作原理相似。图7-7 二极管并联检波电路与串联检波电路比较，由于并联检波器中R通过C

7、直接与输入信号源并联，因而R必然消耗输入高频信号的功率。根据能量守恒原理，可以求得并联检波器的输入电阻为 （7-6）1乘积型同步检波电路图7-8所示为采用MC1496双差分对集成模拟相乘器组成的同步检波电路。 图7-8 MC1496乘积型同步检波电路2叠加型同步检波电路叠加型同步检波电路是将需解调的调幅信号与同步信号先进行叠加，然后用二极管包络检波电路进行解调的电路，其电路如图7-9所示。图7-9 叠加型同步检波电路设输入调幅信号 = 同步信号 ,则它们相叠加后的信号为 （7-7）令包络检波电路的检波效率为 ，则检波输出电压为 （7-8）721 鉴频特性及鉴频的实现方法722 斜率鉴频器723

8、 相位鉴频器724 脉冲计数式鉴频器725 限幅器1鉴频特性鉴频电路的输出电压 与输入调频信号瞬时频率f 之间的关系曲线称为鉴频特性曲线，如图7-11所示。 图7-11 鉴频特性曲线通常将鉴频特性曲线在中心频率 处的斜率 称为鉴频灵敏度（也称鉴频跨导），即 （7-9） 的单位为VHz。鉴频特性曲线越陡峭， 就越大，表明鉴频电路将输入信号频率变化转换为电压变化的能力就越强。721 鉴频特性及鉴频的实现方法2鉴频的实现方法（1）斜率鉴频器 先将等幅调频信号 送入频率振幅线性变换网络，变换成幅度与频率成正比变化的调幅一调频信号，然后用包络检波器进行检波，还原出原调制信号。 图7-12 斜率鉴频器实现

9、模型721 鉴频特性及鉴频的实现方法（2）相位鉴频器 先将等幅的调频信号 送入频率一相位线性变换网络，变换成相位与瞬时频率成正比变化的调相一调频信号，然后通过相位检波器还原出原调制信号。图7-13 相位鉴频器实现模型721 鉴频特性及鉴频的实现方法（3）脉冲计数式鉴频器 先将等幅的调频信号 送入非线性变换网络，将它变为调频等宽脉冲序列，该等宽脉冲序列含有反映瞬时频率变化的平均分量，通过低通滤波器就能输出反映平均分量变化的解调电压。图7-14 脉冲计数式鉴频器实现模型721 鉴频特性及鉴频的实现方法（4）锁相鉴频器 利用锁相环路进行鉴频，这种方法在集成电路中应用甚广。锁相鉴频器工作原理将在第8章

10、锁相环路中介绍。721 鉴频特性及鉴频的实现方法1基本原理 图7-15 斜率鉴频器工作原理 a）变换网络 （b）调频信号变为调幅调频信号 （c）单失谐回路鉴频器 把调频信号电流 加到LC并联谐振回路上，如图7-15（a）所示。将并联回路谐振频率 调离调频波的中心频率 ，使调频信号的中心频率 工作在谐振曲线一边的A点上，如图7-15（b）所示，这时LC并联回路两端电压的振幅为 。当频率变至 ，时，工作点移到B ，回路两端电压的振幅增加到 。当频率变至 时，工作点移到C点，回路两端电压振：减小到 ，如图7-15（b）所示。利用上述原理构成的鉴频器原理电路如图7-15（c）所示，常称它为单失谐回路斜

11、率鉴频。722 斜率鉴频器 2双失谐回路斜率鉴频器 为了扩大鉴频特性的线性范围，实用的斜率鉴频器都是采用两个单失谐回路斜率鉴频器构成的平衡电路，如图7-16（a）所示。图中，二次侧有两个失谐的并联谐振回路，所以称为双失谐回路斜率鉴频器。 图7-16 双失谐回路斜率鉴频器 （a）电路 （b）电压谐振曲线 （c）鉴频特性722 斜率鉴频器3集成斜率鉴频器电路识读 在集成电路中，广泛采用的斜率鉴频器电路如图7-17（a）所示。 并联回路的电抗曲线和 的电抗曲线示于图7-17（b）中， 为 并联回路的谐振频率， 为 回路的串联谐振频率. 图7-17 集成电路中采用的斜率鉴频电路 （a）鉴频器电路 （b

12、）频幅变换网络电抗曲线722 斜率鉴频器利用鉴相器构成的鉴频器称为相位鉴频器。鉴相器有多种实现电路，大体上可归纳为数字鉴相器和模拟鉴相器两大类。采用乘积型鉴相器构成相位鉴频器的称为乘积型相位鉴频器，它的组成模型如图7-19（a）所示；采用叠加型鉴相器构成相位鉴频器的称为叠加型相位鉴频器，它的组成模型如图7-19（b）所示。 图7-19 相位鉴频器组成模型（a）乘积型相位鉴频器 （b）叠加型相位鉴频器1乘积型相位鉴频器（1）单谐振回路频相变换网络在乘积型相位鉴频器中，广泛采用 单谐振回路作为频率相位变换网络，其电路如图7-20（a）所示。图7-20 单谐振回路频相变换网络（a）电路 （b）频率特

13、性曲线723 相位鉴频器由图可写出电路的电压传输系数为 （7-10）令代入式（7-10），则得 （7-11）在失谐不太大的情况下，式（7-11）可简化为 （7-12）由此可以得到变换网络的幅频特性和相频特性分别为 （7-13） （7-14）723 相位鉴频器 根据式（7-13）和式（7-14）作出网络的幅频特性和相频特性曲线，如图7-20（b）所示。图7-20 单谐振回路频相变换网络（a）电路 （b）频率特性曲线723 相位鉴频器（2） 乘积型相位鉴频器电路识读 图7-21所示为某集成电路中乘积型相位鉴频器电路，图中 构成双差分对模拟相乘器， 、 为直流偏置电路。图7-21 集成电路中相位鉴频

14、器电路723 相位鉴频器2叠加型相位鉴频器（1）叠加型鉴相器实用中常采用叠加型平衡鉴相器，电路如图7-22所示。图7-22 叠加型平衡鉴相器723 相位鉴频器图7-23 叠加型鉴相器鉴相特性曲线723 相位鉴频器（2）叠加型相位鉴频器电路识读图7-24所示为常用的叠加型相位鉴频器电路，称为互感耦合相位鉴频器。图7-24 互感耦合回路叠加型相位鉴频器723 相位鉴频器 图中 和 均调谐在调频信号的中心频率 上，并构成互感耦合双调谐回路，作为鉴频器的频率一相位变换网络。 为隔直流电容，它对输入信号频率呈短路状态， 为高频扼流圈，它在输入信号频率上的阻抗很大，接近于开路，但对低频信号阻抗很小，近似短

15、路。 、 及 、 构成包络检波电路。723 相位鉴频器 脉冲计数式鉴频器有各种实现电路，图7-25所示为一种实现电路的组成及其工作波形。图7-25 脉冲计数式鉴频器组成及其工作波形 （a）电路组成 （b）工作波形调频信号在产生和处理过程中总是或多或少地附带有寄生调幅，这种寄生调幅或是固有的，或是由噪声和干扰产生的，在鉴频前必须通过限幅器将它消除掉。图 7-26 典型限幅特性1二极管限幅器 二极管限幅器由于电路简单，结电容小，工作频带宽而得到广泛的应用。图7-27（a）所示为常用的并联型双向二极管限幅电路。 图7-27 二极管限幅器（a）电路 （b）工作波形 725 限幅器2差分对限幅器 差分对

16、限幅器由单端输入、单端输出的差分放大器组成，如图7-28（a）所示，图7-28（b）示出了差分对放大器差模传输特性。 图7-28 差分对限幅器 （a）电路 （b）差模传输特性及限幅波形 725 限幅器 图7-29所示为单片集成鉴频器中限幅放大电路，它由六级差分放大器组成，当工作频率在10.7 MHz以下时，中频增益可达50 dB，限幅电平约为0.21 mV，工作稳定可靠，温度稳定性也较好。图7-29 集成电路中限幅放大电路 725 限幅器731 2ASK信号的解调732 2FSK信号的解调733 相移键控的解调 2ASK信号有两种基本的解调方法，即非相干解调（包络检波法）与相干解调（同步检测法

17、）。 简单地说，非相干解调是指接收端不需要恢复载波信号即可实现解调的方法；相干解调法则是在接收端必须恢复与发送端一致的载波才能实现解调的方法。12ASK信号的非相干解调 2ASK非相干解调方框图如图7-30所示。 图7-30 2ASK非相干解调方框图 731 2ASK信号的解调 带通滤波器的作用是使2ASK信号完整地通过，经包络检波器后，输出其包络。低通滤波器（LPF）的作用是滤除高频杂波，使基带信号（包络）通过。抽样判决器包括抽样、判决及码元形成，经抽样、判决后将码元再生，即可恢复出数字序列。定时抽样脉冲（位同步信号）是很窄的脉冲，通常位于每个码元的中央位置，其重复周期等于码元的宽度。 73

18、1 2ASK信号的解调2 2ASK信号的相干解调2ASK相干解调方框图如图7-31所示。相干解调就是同步解调，要求接收机产生一个与发送载波同频、同相的本地载波信号，称其为同步载波或相干载波。图7-31 2ASK相干解调方框图 731 2ASK信号的解调设输入信号为 ，本地载波为 ，则乘法器输出 （7-20）低通滤波器输出 （7-21）式中， k为低通滤波器传输系数。根据相干解调的定义，本地载波应与发送端载波同频、同相，即式（7-21）中， ， ，最终输出 （7-22） 731 2ASK信号的解调 2FSK信号同样有两种基本的解调方法，即非相干解调（包络检波法）与相干解调（同步检测法）。但是，由

19、于从FSK信号中提取载波较困难，目前多采用非相干解调的方法，如鉴频法、分路滤波包络检波法、过零点检测法等。1分路滤波包络检波法 图7-32 分路滤波包络检波法方框图732 2FSK信号的解调 当频移宽度较大时，可把2FSK信号看成是两个幅移键控信号的叠加，此时，利用两个中心频率为 ； 的带通滤波器将两路分别代表1码和0码的信号进行分离，经包络检波器后分别取出它们的包络。抽样判决器起比较器作用，把两路包络信号同时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。732 2FSK信号的解调分路滤波包络检波法方框图各点波形如图7-33所示。图7-33 分路滤波包络检测法各点波形 2过零点检测法 过零

20、点检测法的基本思想是：2FSK信号的过零数随不同的载波而异，即频率高则过零点数目多，频率低则过零点数目少，因此通过检测过零点数目可以判断载波的异同。过零点检测法方框图如图7-34所示。图7-34 过零点检测法方框图732 2FSK信号的解调 将FSK信号经限幅、微分、整流得到与频率变化相应的单极性脉冲序列（该序列代表调频波的过零点数），然后经脉冲形成电路形成一定宽度的脉冲，经低通滤波器形成相应的数字信号，实现过零检测，各点波形如图7-35所示。 图7-35 过零点检测法各点波形732 2FSK信号的解调1 绝对调相的解调绝对调相解调原理框图如图7-36所示。 2PSK信号相干解调的过程实际上是输入已调信号与本地载波信号进行极性比较的过程，故常称为极性比较法解调。图7-36 2PSK解调