高频电子技术课件

笫6章调制与解调

6.1幅度调制6.2角度调制

6.2.4调频波的解调方法与电路

6.2.4.1解调方法6.2.4.2频率解调器的技术指标6.2.4.3频率解调器电路6.2.4.4与频率解调器配合使用的限幅器6.2.5数字信号的相位调制

6.2.5.1数字调相信号的特点

6.2.5.2两相调相信号的解调2023/2/516.2.4调频波的解调方法与电路6.2.4.1解调方法1、利用锁相环路实现解调。有关这种解调方法的内容将在第7章锁相环路中讨论。2、利用调频波的过零信息实现解调。因为调频波的频率是随调制信号变化的，所以它们在相同的时间间隔内过零点的数目将不同。当瞬时频率高时，过零点的数目就多，瞬时频率低时，过零点的数目就少。利用调频波的这个特点，可以实现解调。2023/2/52直接脉冲计数式鉴频器2023/2/536.2.4.1解调方法（续1）3、将调频波变换为调相─调频波，使相位的变化与瞬时频率的变化成正比，然后用相位检波器解调，即可得到所需信号。这种方法的方框图如下图所示。为了实现调频波到调相──调频波的变换，通常是用将调频波延时时间的方法。在满足一定条件时，可以得到相位变化与瞬时频率变化成正比的调相─调频波。对于由单频余弦信号对载波调频所得到的调频信号将其延时后可表示为：2023/2/546.2.4.1解调方法（续2）如果的值较小，使得，则上式可简化为：可以看出，这是一个调相-调频波。其中为原调频信号的相角；而则为一附加相位，该附加相位与调制信号成正比。因此，这个附加相位部分包含了调制信号的信息。该式表明，调频波延时后，得到一个调相-调频波。这里需要注意，这个结果是在假定较小的情况下得到的，通常取，即要求延时。2023/2/556.2.4.1解调方法（续3）4、将等幅调频波变换为幅度变化与频率变化成正比的调幅-调频波。因为调频波的频率变化与调制信号成正比，所以变换后信号的幅度变化也与调制信号成正比。然后用幅度解调器解调，即可得到所需信号。这种方法的方框图如下图所示。为了实现调频波到调幅─调频波的变换，可以采用将调频波对时间域微分（差分）的办法；（相位鉴频器）对频率域微分（差分）的办法。（双失谐回路鉴频器）2023/2/561)频率—相位变换频率—相位变换是由图(a)所示的互感耦合回路完成的。由图(b)的等效电路可知，初级回路电感L1中的电流为解调电路组成2023/2/57互感耦合回路2023/2/58初级电流在次级回路产生的感应电动势为感应电动势在次级回路形成的电流为考虑初、次级回路均为高Q回路，r1也可忽略。这样，上式可近似为2023/2/59所产生的相移为：2023/2/510频率—相位变换电路的相频特性2023/2/5112)相位—幅度变换根据图中规定的与的极性，这样，设在两个检波二极管上的高频电压分别为2023/2/5122023/2/513合成矢量的幅度随与间的相位差而变化(FM―PM―AM信号)，如下图所示。①f=f0=fc时，与的振幅相等，即UD1=UD2;②f>f0=fc时，UD1>UD2，随着f的增加，两者差值将加大；③f<f0=fc时，UD1<UD2,随着f的增加，两者差值也将加大。2023/2/514不同频率时的与矢量图2023/2/5153)检波输出设两个包络检波器的检波系数分别为Kd1,Kd2(通常Kd1=Kd2=Kd)，则两个包络检波器的输出分别为uo1=Kd1UD1,uo2=Kd2UD2。鉴频器的输出电压为2023/2/516鉴频特性曲线2023/2/5176.2.4.2频率解调器的技术指标通常将频率解调器称为频率检波器或鉴频器。它的主要特性是鉴频特性（S曲线）。0f衡量鉴频特性的主要指标有：1、灵敏度。鉴频器鉴频特性的灵敏度通常用处鉴频特性的斜率定义，即鉴频灵敏度的单位为V/Hz。2、线性范围。线性范围是指鉴频特性近似为直线的范围，如图所示。这个范围应该大于调频信号最大频偏的两倍。3、非线性失真。由于鉴频特性不是理想直线而使解调信号产生的失真称为鉴频器的非线性失真。2023/2/5186.2.4.3频率解调器电路：1、双失谐回路鉴频器这种鉴频器是利用对调频波中心频率失谐的LC回路，将调频波变换为调幅─调频波，然后用二极管峰值包络检波器进行幅度检波完成频率解调的。图中、、构成谐振回路，实现调频波到调幅──调频波的变换。

D、、构成二极管峰值包络检波器，完成幅度检波。假定调频波的中心频率，偏离谐振回路的谐振频率，且，并假定调频波的频偏较小，在瞬时频率变化范围内，谐振回路的幅频与相频特性可分别用直线近似。下面定性说明。R2R22023/2/5191、双失谐回路鉴频器（续1）

定性说明：00为了扩大单失谐回路鉴频器鉴频特性线性工作范围和灵敏度，可使用两个单失谐回路鉴频器的组合，如下图所示。其中回路1的谐振频率，回路II的谐振频率（为调频信号中心频率），。两谐振回路的特性曲线相同，仅谐振频率不同，并将两个鉴频器的输出之差作为总的输出，即。2023/2/5201、双失谐回路鉴频器（续2）0返回一返回二RR2023/2/5212、利用相位解调器的鉴频器（乘积型相位鉴频法）前已说明，将调频波延时，当满足一定条件时，可以得到相位变化规律与调制信号变化规律基本相同的调相波。下面分析相乘过程。检测出这个相位变化就可获得解调信号。一种相位检测方法是将调频信号与其延时后的信号相乘，其方框图如上图所示。这种方案多用于集成电路鉴频器中。2023/2/5222、利用相位解调器的鉴频器（续1）若调频波为—单频余弦信号调制的信号，表示为：延时后的调频波可表示为：若，将调频信号与其延时后的信号相乘可得：返回2023/2/5232、利用相位解调器的鉴频器（续2）

上式表明，相乘结果包括两部分，第一部分为调制信号的余弦函数。第二部分为一在处的调频调相波，它将被低通滤波器滤除，所以，仅第一部分信号被输出，即：假定，这个假定可以在具体电路中实现，并假定，则上式可近似为：该式表明，当满足，和时，这种鉴频方法可以得到与调制信号成正比的解调信号。鉴频器中所用延时电路可用耦合回路和失谐回路实现。2023/2/5242、利用相位解调器的鉴频器（续3）如图所示为利用相位解调器的鉴频器的具体电路例子。其中，构成相乘器电路，从和基极输入未延时调频波，经、C、R和L构成的延时电路延时后的调频波，经射极输出器和耦合至相乘器的基极。相乘输出经、构成的低通滤波器滤除高频分量，从而得到解调输出。2023/2/5252、利用相位解调器的鉴频器（续4）2023/2/5263、相位鉴频器（叠加型相位鉴频法）（1）工作过程用延时电路将等幅调频波变换为等幅调相─调频波。用相加电路将调频信号与其延时后的信号相加，将等幅调相─调频波变换为调幅─调相─调频波。然后用幅度解调器解调，即可得到所需信号。2023/2/527平衡式叠加型相位鉴频器框图2023/2/5282023/2/529合成矢量的幅度随与间的相位差而变化(FM―PM―AM信号)，如下图所示。①f=f0=fc时，与的振幅相等，即UD1=UD2;②f>f0=fc时，UD1>UD2，随着f的增加，两者差值将加大；③f<f0=fc时，UD1<UD2,随着f的增加，两者差值也将加大。2023/2/5303、相位鉴频器（续）（2）电路定性说明MABCO是等幅调频波。。是用耦合延时电路将等幅调频波变换为调相─调频波。加在二极管上的电压是用相加电路将等幅调频波与其延时后的调相─调频波信号相加，变换为调幅─调相─调频波。然后用幅度解调器解调，即可得到所需输出电压。2023/2/5316.2.4.4与频率解调器配合使用的限幅器由于调频信号传输过程中，信号通道的频率特性不理想及外界干扰和内部噪声的影响，在鉴频器输入端调频信号的振幅可能发生变化，从而使鉴频器的输出产生附加干扰，以致不能准确解调。为此，在鉴频器前常常接入限幅器。调频信号是一种类似高频正弦形的信号，高频正弦信号限幅器基本原理与脉冲限幅器类似，但为得到等幅的正弦波，应采用双向限幅器，在限幅器后接带通滤波器以滤除高次谐波。在实际电路中，常用差分放大构成限幅器。这种电路的优点是易于实现集成化，且电路简单，限幅电平较低。2023/2/5326.2.5数字信号的相位调制用基带数字信号对载波相位进行控制是调相技术的典型应用，是数字通信中一种非常重要的调制方式。数字信号调相也称“相位键控”，简记为PSK。在本节中，以两相调相为例，说明数字调相的基本问题。6.2.5.1数字调相信号的特点数字调相分为绝对调相和相对调相两种。以未调载波的相位作为基准的调制，称为绝对调相。两相绝对调相信号相当于抑制载波调幅。相对调相就是各码元的载波相位，不是以未调载波相位为基准，而是以相邻的前一个码元的载波相位为基准来确定。2023/2/5336.2.5.1数字调相信号的特点（续1）两相绝对调相信号波形图110100110未调载波基带数字信号绝对调相信号当码元为“1”时，它的载波相位取与未调载波相位相同，而当码元为“0”时，则相反2023/2/5346.2.5.1数字调相信号的特点（续2）

相对调相就是各码元的载波相位，不是以未调载波相位为基准，而是以相邻的前一个码元的载波相位为基准来确定。欲得两相相对调相信号，常用的办法是先经码变换器将输入的二进制码变换为相对码，然后用这个相对码做调制信号进行抑制载波调幅，就可得到两相相对调相。

例如：当码元为“1”时，它的载波相位取与前一个码元的载波相位相同，而当码元为“0”时，它的载波相位取与前一个码元的载波相位差。其示意图如下图所示。2023/2/5356.2.5.1数字调相信号的特点（续3）两相相对调相信号波形图101101000基带数字信号未调载波相对调相信号2023/2/5366.2.5.2两相调相信号的解调数字调相信号的解调通常采用相干解调。两相绝对调相信号相当于抑制载波调幅信号，故它可以表示为：其中，为基带数字序列的表示式。为码元持续时间；g()表示码元波形函数。2023/2/5376.2.5.2两相调相信号的解调（续1）令接收端产生的本地载波（这里假定它与调相信号的载波信号同频同相）为：将调相信号与地载波信号相乘，得：用滤波器滤除上式中第二项位于附近的分量，即可得到解调输出信号：2023/2/5386.2.5.2两相调相信号的解调（续2）上述解调过程的示意图如下图所示。101111000绝对调相实线虚线101101001返回基带数字信号2023/2/5396.2.5.2两相调相信号的解调（续3）讨论：与调幅信号的相干解调一样，调相信号相干解调的关键问题是本地载波的建立问题。通常方法是将调相波进行全波整流，然后从整流信号中提取出分量，再对其进行分频，以得到频率的本地载波信号。由分频得到的频率为分量的初相位是不确定的，它可以是零相位，也可以是相位。这就是恢复载波的0，模糊度问题。解调过程也可能出现两种情况：一是本地载波与信号中载波同频同相，所得的解调信号是正确的；一是本地载波与信号中载波相位差为，故使解调信号中码元的取值与调制信号中码元的取值相反。解决恢复载波的模糊度问题的有效办法是利用相对码。则可在解调器后利用相应的码变换器（模2和）消除本地载波相位不确定性的影响。实用数字调相系统均采用相对调相。上图2023/2/540章末小结-调幅解调(1)四种调幅方式(普通调幅、双边带调幅、单边带调幅和残留边带调幅)对于相同调制信号产生的已调波信号的时域波形不一样,频谱不一样,带宽不完全一样,调制与解调的实现方式与难度不一样,适用的通信系统也不一样。(2)混频虽然与调幅、检波同属于线性频谱搬移过程,在工作原理上基本相同,但在参数和电路设计上须认真考虑混频干扰的影响,采取措施尽量避免或减小混频干扰的产生及引起的失真。(3)从时域上看,两信号相乘是实现线性频谱搬移的最直接方法,所以模拟乘法器是进行调幅、检波和混频的最常用器件。在有关专用集成电路里,具有相乘功能的双差分电路也是最常见的。2023/2/541(4)二极管峰值包络检波器由于电路简单而被广泛采用。但要注意,它只适用于普通调幅信号的检波,而且要正确选择元器件的参数,以免产生惰性失真与底部切割失真。(5)同步检波(乘积检波)需要一个与发射端载频同频同相(或固定相位差)的同步信号。对于普通调幅、双边带调幅和残留边带调幅,可以从接收已调波中直接提取同步信号；而对于单边带调幅,则必须在发射端另外专门发送一个载频信号供接收方提取。(6)晶体管倍频器是一种常用的倍频电路,在使用时应注意两点:一是倍频次数一般不超过3～4;二是要采用良好的输出滤波网络。2023/2/542(7)在调幅、检波、倍频和混频电路的输入或输出端需要采用滤波器,正确设计滤波器的类型和参数是提高电路性能指标、减小失真的重要措施。(8)线性频率变换电路的基本模型是乘法器加滤波器,前者产生新的频谱(主要是和频与差频),后者从中取出有用频率分量。这里的乘法器不仅指模拟乘法器,也包括具有乘法功能的非线性器件。2023/2/543章末小结－调频解调

(1)调频信号的瞬时频率变化Δf(t)与调制电压成线性关系,调相信号的瞬时相位变化Δφ(t)与调制电压成线性关系,