第6章角度调制与解调2

问题:检波方式中主要有哪几种?各针对何种已调波?峰值包络检波方式中的性能指标?乘积同步检波与平衡同步检波的指导思想?调频与调相的概念?统称为什么?已调波的幅度会不会改变?6.1调角波的性质6.2调频方法及直接调频电路6.3间接调频电路6.4限幅器6.5鉴频器第6章角度调制与解调

调制方式除了调幅外，还有调频和调相。调频：高频振荡的频率随调制信号的大小线性地改变。调相：高频振荡的相位随调制信号的大小线性地改变。无论是调频波还是调相波统称为调角波。6.1

调角波的性质

6.1.1调频信号数学表达式设载波信号电压为

vc(t)＝Vcmcos(ωct+φ0)式中，ωct+φ0为载波的瞬时相位；ωc为载波信号的角频率；φ0为载波初相角（一般地，可以令φ0=0）。设调制信号电压（单音频信号）为：则有:ω(t)=ωc+Δω(t)=ωc+kfVΩM（6-1）

式中:kf为与调频电路有关的比例常数，单位为rad/(s·V)；Δω(t)=kfVΩ(t)，称为角频率偏移，简称角频移。

Δω(t)的最大值叫最大角频偏：Δωm=kfVΩM，它表示瞬时角频率偏离中心频率ωc的最大值。对上式积分可得调频波的瞬时相位φf(t)

ω(t)=ωc+Δω(t)=ωc+kfVΩM

图6.1给出了调频波的uΩ(t)、Δφf、Δω(t)和u(t)的波形。此为调频指数，很显然，它也是最大相角偏移的值，因此它表征改变相角的深度，所以也叫调角深度。

6.1.2调相信号数学表达式根据调相的定义，载波信号的瞬时相位φp(t)随调制信号VΩ(t)线性变化，即(6―7)φ对式(6―7)求导，可得调相波的瞬时角频率ω(t)为(6―8)调相信号的数学表达式为(6―9)

将单音频信号uΩ(t)＝UΩmcosΩt分别代入式(6―7)、(6―8)、(6―9)，得(6―10)(6―11)(6―12)

6.1.3调角信号的频谱和频谱宽度

1.调角信号的频谱用式(6―6)来说明调角波的频谱结构特点。

利用三角函数变换式cos(A+B)=cosAcosB-sinAsinB,将式(6-6)变换成

在贝塞尔函数理论中，可得下述关系：将式(6―14)和式(6―15)代入式(6―13)，得2.频谱宽度下面写出调频波和调相波的频带宽度调频：调相：

根据调制后载波瞬时相位偏移大小，可以将角度调制分为窄带和宽带两种。

当m<<1时

通常将这种调角信号称为窄带调角信号当m>>1时

通常将这种调角信号称为宽带调角信号

图6.5UΩm不变时调频波频谱图图6.6UΩm不变时调相波频谱图调相信号频谱

3.调频波的平均功率根据帕塞瓦尔定理，调频波的平均功率等于各个频率分量平均功率之和。因此，单位电阻上的平均功率为根据第一类贝塞尔函数特性：得调频波的平均功率：

讲P169例6-1及讲义上的例题问题:单音频调角时,载波上下有多少对边频分量?调角波的带宽是无限的吗?何种情况下的边频分量可以忽略不计？窄带调制和宽带调制的定义？宽带调制下，调制度越大，通频带越宽吗？分别针对调频调相加以说明。输出功率与调制度有关系吗？调角过程只能导致能量从什么向什么转移，总能量变否？在额定功率相同下，调角波较调幅波哪个发射功率大？6.2调频方法及直接调频电路

调频电路的主要要求如下：

1调制特性为线性

2调制灵敏度要高

3中心频率的稳定度要高

4最大频偏6.2.1调角方法概述

6.2.2.变容二极管直接调频电路1、大频偏直接调频电路

变容二极管的反向电压随调制信号变化，即(6―25)图6.7变容二极管接入振荡回路

振荡频率可由回路电感L和变容二极管结电容Cj所决定，即变容二极管结电容随调制信号电压变化规律，即：当时，DDDDDDDD

设x足够小，将上式展开成傅里叶级数，并忽略式中的三次方及其以上各次方项，则：由上式求得调频波的最大角频偏为中心角频率偏离ωc的数值为：相应地，调频波的二次谐波失真系数为：中心角频率的相对偏离值为：二次谐波失真分量的最大角频偏为2、小频偏直接调频电路（部分接入）P180例6-2

问题:调制特性的线性指的是瞬时频率的偏移与什么成比例地变化?调制灵敏度的概念?变容二极管直接调频电路主要利用PN结的什么特性?在电路中变容二极管两端加的调制电压和直流偏置的幅值有何要求?要保证二极管处于何种工作状态?小频偏直接调频电路的原理?6.2.3晶体振荡器直接调频电路6.2.4电抗管直接调频电路6.3间接调频电路间接调频的方法是：先将调制信号VΩ积分，再加到调相器对载波信号调相，从而完成调频。间接调频电路方框图如图所示。

图6.14变容二极管调相电路6.3.2调相电路变容二极管多级调相电路6.3.3扩展线性频偏的方法

问题:电抗管直接调频电路主要原理?间接调频的原理?它的关键电路是什么?变容二极管调相电路的原理?最大相偏为多少?间接调频扩展线性频偏的方法?6.5鉴频器鉴频的方法很多，根据波形变换的不同特点可以分为四种：①斜率鉴频器;②相位鉴频器;③脉冲计数鉴频器;④锁相鉴频器。下面重点讨论斜率鉴频器，相位鉴频器。

6.5.2斜率鉴频器图6.23斜率鉴频器实现模型

1单失谐回路斜率鉴频器单失谐回路鉴频原理电路单失谐回路斜率鉴频器

2平衡斜率鉴频器

平衡斜率鉴频器鉴频特性曲线3.晶体鉴频器4.集成斜率鉴频器6.5.3相位鉴频器图6.28相位鉴频器实现模型相位鉴频器检波回路的等效电路V1和V2的相位差关系：鉴频特性的分析：电容耦合相位鉴频器2)乘积型相位鉴频器3)实际应用电路图6.30乘积型相位鉴频器实现模型图6.31用MC1596构成乘积型相位鉴频器

6.5.4比例鉴频器

为了尽可能的去掉或减小寄生调幅的干扰分量。在相位鉴频器前通常是需加一级限幅放大,以消除寄生调幅。对于要求不太高的设备,例如调频广播和电视接收中,常采用一种兼有抑制寄生调幅能力的鉴频器,这就是比例鉴频器。1.比例鉴频器的基本电路及工作原理

比例鉴频器的基本电路L比例鉴频器等效电路3.比例鉴频器参数的选择4.实际电路举例

比例鉴频器的基本电路如图所示。它与相位鉴频器在调频-调幅调频波变换部分相同,但检波器部分有较大变化,主要差别是

1.在两端并接一个大电容量,其电容量约为10μF,

由于和(R+R)组成电路的时间常数很大,约为(0.1～0.2)秒,这样在检波过程中,对于15Hz

以上的寄生调幅变化，电容上的基本保持不变。

2.两个二极管中一个与相位鉴频器接法方向相反。这样除了保证两个二极管的直流通路外,还使得两个检波器的输出电压变成极性相同。因此,两端就是两个检波电压之和，即3.把两个检波电容和的连接点d与两个电阻连接点e分开,鉴频器的输入电压从d、e两点取出。因为波形变换电路与相位鉴频器相同,所以电压表达式为:两个检波器的输入电压

UD1,UD2检波器输出为

值得注意的是,检波器只对UD1,UD2的振幅进行检波,检波后的电压方向完全由二极管的方向来决定

从图中可以看出,由于Udc

不变,则

鉴频器的输出电压如下所示:

6.5.5正交鉴频器五、脉冲均值型鉴频器(脉冲计数式鉴频器)

调频信号变换成单向矩形脉冲序列

调频信号瞬时频率的变化,直接表现为单位时间内调频信号过零值点(简称过零点)的疏密变化,如图8-17所示。调频信号每周期,有两个过零点,由负变为正的过零点称为"正过零点",如01、03、05等,由正变为负的过零点称为"负过零点",02、04、06等。如果在调频信号的每一个正过零点处由电路产生一个振幅为,宽度为τ的单极性矩形脉冲,这样就把调频信号转换成了重复频率与调频信号的

瞬时频率相同的单向矩形脉冲序列。这时单位时间内矩形脉冲的数目就反映了调频波的瞬时频率,该脉冲序列振幅的平均值能直接反映单位时间内矩形脉冲的数目。脉冲个数越多,平均分量越大,脉冲个数越少,平均分量越小。因此实际应用时,不需要对脉冲直接计数,而只需用一个低通滤波器取出这一反映单位时间内脉冲个数的平均分量,就能实现鉴频。设调频信号通过变换电路得到一个矩形脉冲序列,并让这一脉冲序列通过传输系数为的低通滤波器进行滤波,则滤波后的输出电压为式中Uav表示一个周期内脉冲振幅的平均值；

t是