高频电子线路第八章角度调制和解调.ppt

1,第八章 角度调制和解调,8.1 概述8.2 角波调制信号的分析8.3 调频信号的产生方法和电路8.4 调频信号的解调方法和电路,2,8.1 概述,调幅：载波频率不变，振幅的变化与调制信号成线性关系，信息寄载在振幅的变化中（包络）。,调频:载波振幅不变，瞬时频率的变化与调制信号成线性关系，信息寄载在频率的变化中。,无论调频还是调相，都会使载波的相角发生变化，因此二者统称为角度调制，或称调角。,调频主要用于调频广播、广播电视、通信及遥测等；调相主要用于数字通信系统中的移相键控。,调频和调相两者有许多相同的地方，由于调相的缺点较多，因此在模拟通信系统中，一般都是用调频制。,本章重点讨论调频和鉴频。,鉴频：调频信号的解调。,鉴相：调相信号的解调。,调相:载波振幅不变，瞬时相位的变化与调制信号成线性关系，信息寄载在相位的变化中。,3,8.2 角波调制信号的分析,8.2.1 瞬时频率和瞬时相位8.2.2 调角波的数学表达式8.2.3 调角波的波形8.2.4 调角波的频谱,4,8.2.1 瞬时频率和瞬时相位的概念,调角波的波形（等幅疏密波）：,瞬时频率变换规律：,波形的疏密是变化的，最密集处频率最高，最稀疏处频率最低，每一瞬间的频率各不相同。,调频:载波振幅不变，瞬时频率的变化与调制信号成线性关系，信息寄载在频率的变化中。,调相:载波振幅不变，瞬时相位的变化与调制信号成线性关系，信息寄载在相位的变化中。,5,8.2.1 瞬时频率和瞬时相位的概念,设高频载波信号为：,下图是其旋转矢量图。,(t)t 时刻的瞬时相位,(t)瞬时角频率,以上两式表示瞬时角频率和瞬时相位的关系，是角度调制中的两个基本关系式。,矢量在实轴上的投影为：,6,8.2.2 调角波的数学表达式,一、调频（FM）信号的数学表达式,载波：,调制信号：,由调频的定义：,调频时已调波的瞬时频率(t)与调制信号v成线性关系，振幅不变。,即：,0,kf,表示单位调制信号所引起的频率偏移。,未调制载波的角频率，是FM波的中心频率。,调频灵敏度，,(t),表示瞬时频率相对载波频率的偏移量，寄载了调制信息。,瞬时频率偏移，简称频移或频偏。,最大频移m：,m与调制信号的振幅成正比，与调制信号频率无关。,7,8.2.2 调角波的数学表达式,一、调频（FM）信号的数学表达式,载波：,调制信号：,由调频的定义：,调频时已调波的瞬时频率(t)与调制信号v成线性关系，振幅不变。,即：,0,kf,表示单位调制信号所引起的频率偏移。,未调制载波的角频率，是FM波的中心频率。,调频灵敏度，,(t),表示瞬时频率相对载波频率的偏移量，寄载了调制信息。,瞬时频率偏移，简称频移。,最大频移m。,m与调制信号的振幅成正比，与调制信号频率无关。,由关系式：,设0=0，则有,(t),瞬时相位偏移，简称相移。,最大相位偏移m(t)的最大值,调频指数,调频波的调频指数可大于1，而且通常应用于大于1的情况。,调频指数与调制信号振幅成正比，与调制频率成反比。,对于 F=15kHz，,如调频广播中，,8,调频信号的一般表达式为：,当调制信号为单一频率信号：,9,二、调相（PM）信号的数学表达式,载波：,调制信号：,由调相的定义：,调相时已调波的瞬时相位(t)与调制信号v成线性关系，振幅不变。,即：,0t,kP,表示单位调制信号所引起的相位偏移。,未调制载波的相位角。,调相灵敏度，,(t),表示瞬时相位相对载波相位角0t的偏移量，寄载了调制信息。,瞬时相位偏移，简称相移。,最大相移m。,最大相移m称为调相指数mP：,调相指数与调制信号振幅成正比，与调制频率无关。,10,二、调相（PM）信号的数学表达式,载波：,调制信号：,由调频的定义：,调频时已调波的瞬时相位(t)与调制信号v成线性关系，振幅不变。,即：,0t,kP,表示单位调制信号振幅所引起的相位偏移。,未调制载波的相位角。,调相灵敏度，,(t),表示瞬时相位相对载波相位角0t的偏移量，寄载了调制信息。,瞬时相位偏移，简称相移。,最大相移m。,最大相移m称为调相指数mP：,调相指数与调制信号振幅成正比，与调制频率无关。,调相信号的表达式为：,当调制信号为单一频率信号时：,11,二、调相（PM）信号的数学表达式,载波：,调制信号：,由调频的定义：,调频时已调波的瞬时相位(t)与调制信号v成线性关系，振幅不变。,即：,0t,kP,表示单位调制信号振幅所引起的相位偏移。,未调制载波的相位角。,调相灵敏度，,(t),表示瞬时相位相对载波相位角0t的偏移量，寄载了调制信息。,瞬时相位偏移，简称相移。,最大相移m。,最大相移m称为调相指数mP：,调相指数与调制信号振幅成正比，与调制频率无关。,由关系式：,(t),瞬时频率偏移,m,最大频率偏移：,m与调制信号的振幅和频率成正比。,12,FM、PM信号比较,13,调制指数与最大频移的关系：,都用调制指数m表示，则有：,不论调频还是调相，最大频移都等于调制指数与调制频率之积。,FM、PM信号比较,最大相移、最大频移与调制频率的关系：,mf,mf,mP,mP,FM波的最大频移mf与调制频率无关，最大相移即调频指数mf则与成反比。,PM波的最大频移mP与调制频率成正比，最大相移即调频指数（mP）则与无关。,这是两种调制的根本区别。,14,FM与PM信号的波形：,FM,PM,PM波与FM波相比，只是延迟了一段时间。,15,四、调频与调相的互相转换,在同一调制信号下，FM和PM波的表达式为：,间接调频,间接调相,直接调频,直接调相,16,例：,角调波,试确定：,（2）最大相偏；,（1）最大频偏；,（4）此信号在单位电阻上的功率。,（3）调频还是调相。,最大相偏：,调制指数,最大角频偏：,最大频偏：,因为调制信号形式未知，不能确定是调频还是调相。,信号在单位电阻上的功率：,17,例：,调制信号,载波,调制后瞬时频率,问所进行的是调频还是调相，写出已调波的表达式；调制指数m和最大频偏fm各是多少？,解：,可知瞬时频率与调制信号成线性关系，所进行的是调频。,最大频偏为：,调制指数,=,最大相移m,已调波的表达式为：,18,8.2.3 调角信号的频谱和频带宽度,一、调频（FM）信号的频谱,设V0m=1，则：,利用三角公式：,载波：,调制信号：,是以mf为参数的n阶第一类贝塞尔函数。,当mf和n一定时，,为常数，可由曲线或函数表查得。,19,是以mf为参数的n阶第一类贝塞尔函数。,当mf和n一定时，,为常数，可由曲线或函数表查得。,贝塞尔 函数,载频,第一对边频,第二对边频,第三对边频,由单一频率信号调制的FM波，其频谱具有以下特点：,信号频谱由载频和无限对上、下边频分量0n组成。,各边频分量0n与载频相隔都是调制频率的整数倍。,载频与各边频分量的的振幅=,调制指数mf越大，具有较大振幅的边 频分量就越多，所占的频带就越宽。,理论上边频数目是无穷大的，但对于一定的mf，当时n mf+1时其振幅可以忽略，所以调频信号的频带宽度实际上可认为是有限的。,奇次的上、下边频分量符号相反。,当,时，,20,二、调频（FM）信号的频带宽度,通常规定：凡是振幅小于未调制载波振幅1%的边频分量均可忽略不计，即保留的频谱分量满足|Jn（mf）|0.01；在要求不高的场合，此标准可定为：|Jn（mf）|0.1。,如果忽略小于调制信号振幅10%的边频分量，则频谱宽度为：,根据频带宽度的不同，可分为宽带调频和窄带调频：,窄带调频：,宽带调频：,的宽带调频：,三、调相（PM）信号的频谱和带宽,分析方法同FM，调相信号的频带宽度为：,21,四、FM、PM信号的频带宽度比较,1、两者的频谱结构和频带宽度都与调制指数密切相关，总的规律是：调制指数越大，应该考虑的边频数目越多，频带越宽。,2、当调制信号的幅度一定时，FM波的频带宽度是恒定的，而PM波的频带宽度随调制信号的频率而变化。,带宽与调制频率无关，所以调频制也叫恒定带宽调制。,PM波的频带宽度与调制信号的频率成正比。如果按最高调制频率设计信道，则在调制频率低时有很大余量，系统频带利用不充分，因此在模拟通信系统中，调频制比调相制应用更广。,3、调制信号频率不变，只改变调制信号振幅时，FM和PM信号 的频带宽度都会改变。,22,五、角度调制是非线性调制,对于调幅制来说，调幅波的频谱结构与基带信号的频谱结构完全相同，只是在频率轴上搬移了一个位置，称为线性调制。,在角度调制中，除了基带的频率分量外，调角波中还增加了许多新的组合频率分量，使频谱组成大为复杂。属于非线性调制。,Fmax,0,0,23,六、各频率分量之间的功率分配,因为调频波是一个等幅波，所以它的总功率为常数，不随调制指数的变化而变化。,调制前的总功率,调制后的总功率,调制后，已调波出现许多边频分量，总功率就分配到各分量，随mf的不同，各频率分量之间功率分配的数值也不相同。,举例：,调频波中的载波分量功率 未调载波功率；调频波中的总功率 未调载波功率。标准调幅波中的载波分量功率 未调载波功率；标准调幅波中的总功率 未调载波功率；（大于，等于，小于）,等于,小于或等于,等于,大于或等于,24,第一类贝塞尔函数曲线：,0.5,2.4,1,2,3,4,n=0,1、随着mf 的增加，,3、,4、对于某些mf 值，,2、对于某一固定的mf，,当,时，,近似周期性地变化，且其峰值下降。,贝塞尔函数曲线的性质：,5.5,8.65,25,举例：,调频波的幅度是1V,频谱结构示于下图。,求调频波的最大频偏fm，,调制信号是：,求调频波表示达式中的,26,举例：,调频波的幅度是1V,频谱结构示于下图。,忽略振幅小于调频波振幅的10%的边频分量，则,忽略振幅小于调频波振幅的1%的边频分量，则,27,举例：,调相指数mp=5，假设载波振幅为1V。分别画出调制信号的频率为100Hz和15kHz时调相波的频谱结构，并求出相应的频带宽度BW。,F=100Hz的频谱：,由贝塞尔函数曲线的性质，,频谱中应该有,mp+1=6对边频。,查表得载波及各边频分量的振幅为：,0.18,28,举例：,调相指数mp=5，假设载波振幅为1V。分别画出调制信号的频率为100Hz和15kHz时调相波的频谱结构，并求出相应频带宽度BW。,F=15kHz的频谱：,由贝塞尔函数曲线的性质，,频谱中应该有,mp+1=6对边频。,查表得载波及各边频分量的振幅为：,0.18,29,不同mf对应的Jn(mf)值,30,31,1、什么叫调角？,2、瞬时频率和瞬时相位有什么关系？,3、调频波和调相波的数学表达式,信息寄载在瞬时频率偏移中,信息寄载在瞬时相位偏移中,32,4、,各指什么？,它们之间有什么关系,与调制频率无关。,与调制频率无关。,33,8.3 调频信号的产生方法和电路,8.3.1 调频方法概述,8.3.2 变容二极管直接调频,8.3.3 其他直接调频电路,8.3.3 间接调频,34,8.3 调频信号的产生方法和电路,8.3.1 调频方法概述,产生调频信号的电路叫调频器，对它有四个要求：,（1）已调波的瞬时频率与调制信号成比例地变化，这 是基本要求。,（2）已调波的中心频率具有一定的稳定度。,（3）最大频移与调制频率无关（恒定带宽调制）。,（4）寄生调幅尽可能小（振幅恒定）。,调频方法主要有两类：,（一）直接调频,（二）间接调频,35,一、直接调频原理,基本原理是用调制信号直接线性地改变载波振荡的瞬时频率。,如果载波振荡由LC自激振荡器产生，则振荡频率主要由谐振回路的电感和电容决定，因此只要能用调制信号去控制回路的电感或电容，就能达到控制振荡频率的目的。受电压控制的元件称为压控元件。,在调频电路中最常用的压控元件为变容二极管。,因此，凡是能直接影响载波振荡瞬时频率的元件或参数，只要能够用调制信号去控制它们，并从而使载波振荡瞬时频率按调制信号规律线性地变化，都可以完成直接调频的任务。,直接调频的特点：,优点：调制器与振荡器合二为一，在实现线性调频的要求下，可以获得较大的频偏。,缺点：频率稳定度差，在许多场合需要对载频采取稳频措施，或者对石英晶体振荡器进行直接调频。,36,二、间接调频原理,窄带,宽带,调制器与主振分开，载波中心频率稳定度高。,获得线性调频以线性调相为基础，但在线性调相时，要 求m30，因而线性调相范围很窄，导致调频波的最 大频偏fm很小。,fm小的缺点可以通过多级倍频获得符合要求的调频频 偏，然后通过混频器变换频率即可得到符合要求的调频波 工作范围。,间接调频的特点：,37,8.3.2 变容二极管直接调频,变容二极管是利用PN结的结电容随反向电压变化这一特性制成的一种半导体二极管，是一种电压控制的可变电抗元件。,一、变容二极管的调频原理,变容二极管与反向电压vR存在如下关系：,C0vR=0时的电容值；,vR反向偏置电压；,VDPN结势垒电位差：,Si：0.7V；,Ge：0.3V,结电容的变容指数。,其值随半导体的掺杂浓度及PN结结构的不同而异，缓变结=1/3，突变结=1/2，超突变结=14，最大可达6以上。,若在其上加一静态电压V0和一个调制信号v=V cost，则有：,结电容在vR控制下随时间变化，如图所示：,若把受到调制信号控制的变容二极管接入载波振荡器的振荡回路，则振荡频率亦受到调制信号的控制，适当地选择管子的特性和工作状态，可以使振荡频率的变化近似地与调制信号成线性关系，这样就实现了调频。,38,变容管结电容与调制信号的关系：,39,二、变容二极管直接调频电路分析,C3：高频耦合电容；,C4：隔直电容；,LB：高频扼流圈,R1、R2为偏置电路，提供Cj静态偏压：,调制信号：,二极管的反向偏压为：,40,调频性能分析：,电路为电容三点式振荡电路，振荡频率为：,未加调制信号时的振荡频率，为调频振荡器的中心频率。,（1）假设=2,能够实现线性调频。,41,（2）假设2,利用展开式：（|x|1）,忽略3次及以上的高次方项，则：,42,（2）假设2,有与调制信号成正比的成分：,有常数成分，中心频率产生了偏移：,有与调制信号谐波成正比的成分，频率调制过程产生了非线性失真。,为了减小非线性失真，在变容管调频电路中，总是设法使变容管工作在=2 的区域。,调频灵敏度：,43,三、变容管调频器的实际电路：,L1；(C1、C2)；C3；Cj1、Cj2组成电容三点式振荡电路。,负电压V0加在变容管的阳极，调制信号经扼流圈加在变容管阴极。,变容管对振荡回路来说是部分接入，与直接接入相比，最大频偏 会变小，调频灵敏度降低，但振荡器的中心频率稳定度提高。,两个变容管反向串联，可减弱高频电压对结电容的影响，并有助于削弱寄生调制。,去耦滤波电路,44,8.3.3 其他直接调频电路,在要求调频波中心频率稳定度较高，而频偏较小的场合，可以采用直接对晶体振荡器调频的方法。,一、石英晶体振荡器直接调频,1、晶体振荡器直接调频原理,电路中晶体当作等效电感元件用。,工作频率在 和 之间。,电路的振荡频率为：,电路中，变容管电容Cj变化时，CL变化，从而使振荡频率发生变化。若用调制信号控制Cj，则振荡器成为一个晶体调频振荡器。,45,2、晶体调频振荡器的特点,频率稳定度较高。,频偏小。,扩大频偏的措施：串电感或并电感。,3、晶体调频振荡器的实际电路。,46,8.3.4 间接调频,先将调制信号进行积分处理，再进行调相而得到调频波，其方框如下图所示。,优点：载波中心频率稳定度较好。,实现间接调频的关键是调相器，常用的调相方法有：谐振回路法。矢量合成法。脉冲调相法。（广泛用于调频广播发射机中）,47,1、变容二极管调相电路,基本电路是一个高频谐振放大器，变容管接在谐振回路中。,加在变容管两端的电压为：vR=V0+Vcost,如果设CCj，则振荡回路的C Cj，回路的谐振频率为：,48,1、变容二极管调相电路,在高Q值及失谐较小条件下，电压、电流间的相移是：,相移与调制信号成正比，实现了线性调相，最大调制指数为/6。,49,若将v先经积分器积分，然后加在变容管两端，则变容管两端的电压变为：,得到的将是一个调频信号。,50,2、矢量合成法调相电路,51,8.4 调频信号的解调(鉴频）,8.4.1 概述,8.4.2 振幅鉴频器（斜率鉴频器）,8.4.3 相位检波器（鉴相器）,8.4.4 相位鉴频器,8.4.5 比例鉴频器,8.4.6 正交鉴频器,52,8.4.1 概述,鉴频是指从调频信号中恢复出原调制信号的过程。,（一）振幅鉴频器（斜率鉴频器）,首先进行波形变换，将等幅调频波变换成幅度随瞬时频率变化的调幅波（即FMAM波），然后用包络检波器将振幅的变化检测出来。,常用的鉴频器主要有如下几类：,53,（二）相位鉴频器,首先进行波形变换，将等幅调频波变换成相位随瞬时频率变化的既调频又调相的FMPM波，然后将此FMPM信号与原调频信号一起加到相位检波器（鉴相器）上，从而解调出原调制信号。,相位鉴频法的关键是鉴相器，有乘积型和叠加型两种。,（三）比例鉴频器,在相位鉴频器的基础上进行适当改进后具有自动限幅作用的鉴频器，可省去限幅器。,（四）正交鉴频器,实际上是一种乘积型相位鉴频器。由移相网络、乘法器和低通滤波器组成。,54,鉴频器的技术指标：,鉴频器的主要特性是鉴频特性（S曲线）。,衡量鉴频特性的主要指标有：,1、鉴频灵敏度。鉴频特性的灵敏度通常用f0处鉴频特性的斜率定义，即：,2、线性范围。线性范围是指鉴频特性近似为直线的范围，如图的Bmax。这个范围应该大于调频信号最大频偏的两倍，即：,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。,（V/Hz）,55,8.4.2 振幅鉴频器（斜率鉴频器）,一、失谐回路振幅鉴频器,这种鉴频器利用对调频波中心频率失谐的LC回路，将FM波变换为FMAM波，然后用二极管峰值包络检波器进行振幅检波从而完成调频信号的解调。,图中R1、L1、C1 构成谐振回路，实现FM波到FMAM波的变换。,D、R2、C2 构成二极管峰值包络检波器，完成振幅检波。,56,定性说明：,FM信号工作在并联谐振回路的失谐区，当FM电流流经回路时，由于瞬时频率随调制信号而变化，对于不同的瞬时频偏，失谐回路的阻抗不同，回路的输出电压将会随瞬时频偏的变化而变化，从而完成FM到FMAM信号的变换，再经包络检波器检波，即可得出原调制信号。,特点：鉴频特性的线性范围小，解调后失真较大，是一种原 始类型的鉴频器。,57,双失谐回路振幅鉴频器：,为了扩大单失谐回路鉴频特性的线性工作范围，常使用两个单失谐回路鉴频器的组合。,两谐振回路的特性曲线相同，只是谐振频率不同，并将两个鉴频器的输出之差作为总的输出，即。,f01 fC f02；,f02-fC=fC-f01。,fC为调频信号中心频率：,回路I的谐振频率为f01；,回路II的谐振频率为f02；,58,8.4.3 相位鉴频器,利用回路的相位频率特性来实现调幅调频波变换，应用较广泛。,常用的相位鉴频电路有两种：互感耦合相位鉴频器和电容耦合相位鉴频器，重点介绍前者。,59,一、互感耦合相位鉴频器,利用耦合回路次级电压和初级电压间的相移随频率变化的特性来实现鉴频，其电路原理图如图所示：,1、电路结构和基本原理,电路由两部分构成：,移相网络（调频调幅变换器）,包络检波器,60,1）移相网络：,互感为M的电容耦合双调谐回路组成移相网络，v1经移相网络后生成PMFM波v2。,v1经耦合电容在扼流圈LC上产生的电压v3=v1，其等效电路如图所示：,2）包络检波器：,和,组成平衡式包络检波器，,输出电压为：,61,2、工作原理分析,互感耦合相位鉴频器的工作分为三个过程：,（1）移相网络的频率相位变换，实现FM信号到 FMPM信号的转换。,（2）加法器的相位幅度变换，实现FM PM信号到 FM PM AM信号的转换。,（3）包络检波器的差动检波，最终实现调频信号的 解调。,62,（1）频率相位变换,初、次级回路的参数相同，都谐振于调频信号的中心频率f0，若忽略次级回路对初级回路的影响，则初级回路中流过L1的电流i1近似为：,次级回路感应的电动势为：,忽略检波电路对次级回路的影响，次级回路的阻抗Z2为：,次级回路的电流i2为：,63,次级回路的电流i2为：,次级回路两端的电压为：,64,式中，广义失谐是与信号频率有关的量，所以当调频波的频率变化时，v2与v1之间的幅值和相位关系都会随之变化。,但在输入信号频率f0附近，幅度变化不大，而相位变化明显。v2与v1之间的相位差为：/2-，相频特性曲线如图所示：,在一定的频率范围内，v2与v1的相位差与频率之间具有线性关系，实现了频率相位的变换。,f=f0，次级回路谐振，相位差为/2；,f f0，次级回路呈感性，相位差为0/2；,f f0，次级回路呈容性，相位差为/2；,65,（2）相位幅度变换和检波,上、下检波器的输入端高频电压为：,（1）f=f0，次级回路谐振，相位差为/2；矢量图如图所示：,由图可知：,设检波器的传输系数：,则有：,所以：,66,由矢量图可知：,（2）f f0，次级回路呈感性，相位差为0/2；,由矢量图可知：,（3）f f0，次级回路呈容性，相位差为/2；,67,综合以上的讨论：,互感耦合相位鉴频器具有图示的鉴频特性曲线：,68,综上所述：,互感耦合鉴相器中的耦合双调谐回路是一个频相变换器，它把FM波v1变换成FMPM波v2，而v1、v2经叠加后，变换成两个AMFM波vd1、vd2，经包络检波器后，即可获得原调制信号，其过程为：,69,8.4.4 比例鉴频器,在相位鉴频器中，输入信号振幅的变化必将使输出电压大小发生变化。,因此，噪声、干扰及电路频率特性的不均匀性所引起的输入信号的寄生调幅，都将直接在相位鉴频器的输出信号中反映出来。,为去掉这种虚假信号，必须在鉴频之前预先进行限幅。,比例鉴频器是在相位鉴频器的基础上进行改进后得到的具有自动限幅作用的鉴频器。,可以说比例鉴频器的限幅作用是以降低输出为代价的。,下面将证明：在电路参数相同的条件下，比例鉴频器的输出只有相位鉴频器的一半。,它只要求前级中放提供零点几伏的电压就能正常工作，无须另加限幅器，可使调频接收机的电路简化、体积缩小、降低成本。,70,一、电路结构,比例鉴频与互感耦合相位鉴频器的区别：,1）D2的极性反接。,2）比例鉴频器在A、B两端并联了一个大电容CO，CO与（R1+R2）组成较大的时间常数，使A、B两端电压在检波 过程中，基本维持不变。,3）输出电压引出位置不同。比例鉴频器从C、D两端引出，并 有一端接地。,71,二、工作原理,比例鉴频中的移相网络与相位鉴频器是相同的。,其等效电路如图所示：,f f0，0，v1、v2相位差为0/2,f f0，0，v1、v2相位差为/2,f=f0，=0，v1、v2相位差为/2,72,设两个检波器的传输系数均为Kd，则它们的输出电压为：,比例鉴频器的输出电压为：,电路参数相同条件下，比例鉴频器的输出只有相位鉴频器的一半。,73,f=f0，=0，v1、v2相位差为/2,由矢量图知：,74,由矢量图知：,f f0，0，v1、v2相位差为0/2,75,由矢量图知：,ff0，0，v1、v2相位差为/2,76,综合以上的讨论：,比例鉴频器具有图示的鉴频特性曲线：,只要工作在比例鉴频器的线性鉴相区，就可以还原出原调制信号。,相位鉴频器的鉴频特性,在电路参数相同的条件下，相位鉴频器的鉴频跨导是比例鉴频器的2倍。,77,三、比例鉴频器的自限幅原理,比例鉴频的输出电压只取决于FM波瞬时频率的变化，而与输入FM波的振幅无关。,假设FM波瞬时频率不变，f=常量，而由于传输过程中的寄生干扰调幅使输入FM波的幅度发生变化，则由于：,78,当FM波振幅,可见，频率变化时，Vd1、Vd2朝相同的方向变化，因此比值Vd1/Vd2维持不变，所以输出电压VO与调频波的振幅变化无关，这就是比例鉴频器本身所具有的自限幅作用。,总的说来，比例鉴频器的输出电压VO并不决定于Vd1、Vd2本身的大小，而只取决于它们的比例或比值。比例鉴频器的名称由此而来。,79,当输入FM波的瞬时频率变化时，即有：,可见，频率变化时，Vd1、Vd2朝相反的方向变化，即一个变大时另一个减小，所以鉴频器的输出电压随频率的变化而变化，这就是鉴频的过程。,80,8.4.5 正交鉴频器,一、电路组成框图,电路由移相器、相乘器和低通滤波器组成。,输入信号一般来自调频接收机中放限幅电路（中频载波为6.5MHz或10.7MHz的中频信号），参考信号vr(t)与vFM(t)同频正交，即vr(t)与vFM(t)在载频上有/2的固定相位差。,81,二、正交鉴频器的性能分析,设输入FM波vFM(t)为单一频率的调制信号，即：,而经/2移相后的vr(t)信号，对载波有固定的/2 相移，但对各边频分量则产生相位滞后，即时间迟延，即：,相乘器的输出为：,82,相乘器的输出为：,经低通滤波器后，将高频分量滤除，并由三角公式：,83,84,可见正交鉴频器的输出电压和原调制信号成正比，只是增加了一个附加的固定相移，这是通过线性网络传输而形成的时间延迟。,正交鉴频器的核心是相乘器，便于集成化，在集成电路调频接收机中，调频信号的解调常采用正交鉴频器。,85,例 某互感耦合相位鉴频器中回路的有效Q值为QL=60，调频信号的中心频率为f0=10MHz，求最大鉴频带宽Bm。（假设相移|/6时，可实现线性鉴频）。,86,在线性鉴频情况下，若输出电压的最大值为Vom=0.8V，则该鉴频器的鉴频跨导SD=？,87,8.5 调频发射机和调频接收机的组成,一、调频发射机的组成,间接调频器,调频广播频段范围是：,信号带宽：,留10kHz余量，接收机带宽约为200kHz,能容纳的频道为：,88,二、调频接收机的组成（超外差接收机）,镜频干扰：,位于调频广播波段之外，故而可以抑制中频干扰。,中频的选择：,AFC电路的作用是微调本振频率，保证中频稳定。,静噪电路的目的是使接收机在没有收到信号时，自动将低频放大器闭锁，使噪声不在终端出现。当有信号出现时，噪声小，又能自动解除闭锁，使信号通过低放输出。,89,三、调频系统中的噪声,对于输入白噪声，,功率谱不随频率变化的噪声,调幅制的输出噪声呈矩形，在整个调制频率,范围内，所有噪声都一样大。,而调频制的噪声电压谱呈三角形，,随调制频率的增高，噪声电压也增大。,对信号来说，如话音、音乐等，其信号能量不是均匀分布，而是在较低的范围内集中了大部分能量，高频部分能量较少，,因而导致频率高频端信噪比降低到不允许的程度。,与调频噪声谱相反，,改善输出端的信噪比，可以采用预加重与去加重措施。,预加重：,在调制器之前，有目的、人为地改变调制信号，,使其高频端得到加强（提升），以提高调制频率高端的信噪比。,去加重：,信号经过预加重后，产生了失真，为消除失真，,在接收端解调器之后接上去加重电路，以恢复原来的调制信号。,90,1、预加重电路,2.1kHz以上的频率分量都被“加重”。,91,2、去加重电路,预加重与去加重电路总的频率传递函数近似为一常数，从而使信号能够基本不失真地传到输出端。,92,第八章 小结,一、基本概念：,1、瞬时频率（t）和瞬时相位（t）：,2、调频和调相的特点：,调频：已调信号的瞬时频率与调制信号成线性关系。,调相：FM信号的瞬时相位与调制信号成线性关系。,3、调频信号和调相信号的数学表达式：,调角信号的波形为等幅疏密波。,调频（相）灵敏度；,瞬时频率偏移；,最大频移；,瞬时相位偏移；,最大相移；,调制指数：,93,4、调制指数和最大频移的关系：,5、调频与调相的根本区别：,调频为恒定带宽调制。,单一频率调制时，调角信号的频谱结构为：,信号频谱由载频和无限对上、下边频分量0n组成。,各边频分量0n与载频相隔都是调制频率的整数倍。,载频与各边频分量的的振幅由对应的各阶贝塞尔函数函数值确定。偶数次的上、下边频分量符号相同，奇数次的上、下边频分量符号相反。,调制指数m越大，具有较大振幅的边频分量就越多，所占的频带就越宽。,6、调角信号的频谱：,94,7、调角信号带宽的计算：,|Jn（mf）|0.1,单音调制,限带信号调制,例：当调制信号的振幅和频率都增加为原来的3倍，则单音调制的AM、FM、PM信号的带宽将如何变化？,BW=3BW,BW=2Fmax,BW=2(mf+1)F,BW=2(mP+1)F,BW=3BW,当m1,BW=9BW,95,8、调频信号的功率分配：,96,二、调频电路,基本要求：已调波的瞬时频率与调制信号成线性关系。,调频方法,直接调频：,间接调频：,压控振荡器；,频偏大，中心频率稳定度低,频偏小，,中心频率稳定度高。,调频电路,变容二极管直接调频电路,晶体振荡器直接调频电路,间接调频电路,97,三、调频信号的解调,基本要求：输出信号与调频信号的频偏成线性关系。,（鉴频）,鉴频特性曲线：,（V/Hz）,鉴频跨导：,线性范围：,鉴频器：,振幅鉴频器（斜率鉴频器）：,相位鉴频器：,比例鉴频器：,正交鉴频器：,失谐回路振幅鉴频器,差分峰值振幅鉴频器,互感耦合相位鉴频器,98,2、鉴相器,输出：,线性鉴相：,1）乘积型鉴相器,有正弦形鉴相特性；,可以实现线性鉴相。,2）叠加型鉴相器,A）当VSVr，或VrVS时，输出电压的大小决定于小的输入信号，且线性鉴相范围是,B）当VS=Vr 时，输出电压增加 倍，线性鉴相范围扩展为,99,3、相位鉴频器,互感耦合相位鉴频器：,4、比例鉴频器,互感耦合回路+叠加型鉴相器,在互感耦合鉴相器基础上改进得来，具有自限幅作用，鉴频前无需限幅电路。,电路参数相同条件下，比例鉴频器的输出只有互感相位鉴频器的一半。,5、正交鉴频器,100,a(t),b(t),x(t),调制器,两路互相独立的信号a(t)和b(t)分别调制角频率为c的两个互相差90度的正弦波，通常用cos ct 和sin ct 表示，并称它们是互相正交的。,调制后的两路信号相加得到输出信号x(t)，表示为：,101,正交幅度调制与解调器：,a(t),b(t),a(t),b(t),x(t),调制器,解调器,x(t),输入信号x(t)被两个正交的正弦波相乘：,滤除2 c分量，分别得到解调输出a(t)和b(t)。,正交幅度调制与解调是一种特殊的复用技术，利用两个频率相同但相位相差90度的正弦波作为载波，以调幅的方法同时传送两路互相独立的信号的一种调制方式。,这种调制方式的已调信号所占频带仅为两路信号中的较宽者而不是二者之和，可以节省传输带宽。,102,调频灵敏度：,瞬时频率偏移：,最大频移：,瞬时相位：,最大相移：,调频指数：,数学表达式：,103,调相灵敏度：,瞬时相位偏移：,最大相移：,最大频移：,调相指数：,数学表达式：,瞬时频率：,