购买

¥ 24.9

加入VIP
  • 专属下载特权
  • 现金文档折扣购买
  • VIP免费专区
  • 千万文档免费下载

上传资料

关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 第7章角度调制与解调——高频电路

第7章角度调制与解调——高频电路.ppt

第7章角度调制与解调——高频电路

教育文库
2018-12-05 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《第7章角度调制与解调——高频电路ppt》,可适用于IT/计算机领域

《通信电子线路》第章角度调制与解调第章角度调制与解调角度调制信号分析调频器与调频方法调频电路鉴频器与鉴频方法鉴频电路《通信电子线路》第章角度调制与解调概述在无线通信中频率调制和相位调制是又一类重要的调制方式。、频率调制又称调频(FM)它是使高频振荡信号的频率按调制信号的规律变化(瞬时频率变化的大小与调制信号成线性关系)而振幅保持恒定的一种调制方式。调频信号的解调称为鉴频或频率检波。、相位调制又称调相(PM)它的相位按调制信号的规律变化振幅保持不变。调相信号的解调称为鉴相或相位检波。《通信电子线路》第章角度调制与解调、角度调制特点:调频和调相统称为角(度)调(制)角度调制属于频谱的非线性变换即已调信号的频谱结构不再保持原调制信号频谱的内部结构且调制后的信号带宽通常比原调制信号带宽大得多因此角度调制信号的频带利用率不高但其抗干扰和噪声的能力较强。另外角度调制的分析方法和模型等都与频谱线性搬移电路不同。《通信电子线路》第章角度调制与解调、调频与调相的关系调频波和调相波都表现为高频载波瞬时相位随调制信号的变化而变化只是变化的规律不同而已。由于频率与相位间存在微分与积分的关系调频与调相之间也存在着密切的关系即调频必调相调相必调频。一般来说在模拟通信中调频比调相应用广泛而在数字通信中调相比调频应用普遍。本章只着重讨论模拟调频。《通信电子线路》第章角度调制与解调角度调制信号分析一、调频信号的时域分析、调频信号的表达式与波形设调制信号为单一频率信号uΩ(t)=UΩcosΩt未调载波电压为uC=UCcosωct则根据频率调制的定义调频信号的瞬时角频率为:()它是在ωc的基础上增加了与uΩ(t)成正比的频率偏移。式中kf为比例常数(调频灵敏度)。《通信电子线路》第章角度调制与解调调频信号的瞬时相位φ(t)是瞬时角频率ω(t)对时间的积分即:式中为信号的起始角频率。为了分析方便不妨设φ=则式()变为:()()《通信电子线路》第章角度调制与解调式中为调频指数。FM波的表示式为()图画出了频率调制过程中调制信号、调频信号及相应的瞬时频率和瞬时相位波形。《通信电子线路》第章角度调制与解调图调频波波形《通信电子线路》第章角度调制与解调、调频信号的基本参数在调频信号中有三个基本参数:()载波角频率ωc:是没有受调时的载波角频率。()调制信号角频率Ω:它反映了受调制的信号的瞬时频率变化的快慢。()最大角频偏Δωm:是相对于载频的最大角频偏与之对应的频偏Δfm=Δωmπ也反映了瞬时频率摆动的幅度。调频广播中规定最高频偏为千赫在频率调制中最大角频偏Δωm是衡量信号频率受调制的程度的重要参数也是衡量调频信号质量的重要参数。《通信电子线路》第章角度调制与解调()调频波的调制指数mf:mf=ΔωmΩ=ΔfmFmf与UΩ成正比。《通信电子线路》第章角度调制与解调二、调频信号的频域分析.调频波的展开式因为式()中的是周期为πΩ的周期性时间函数可以将它展开为傅氏级数其基波角频率为Ω即()式中Jn(mf)是宗数为mf的n阶第一类贝塞尔函数它可以用无穷级数进行计算:()《通信电子线路》第章角度调制与解调它随mf变化的曲线如图所示调频波的级数展开式为:()特殊点验证:在图中除J(mf)外在mf=的其他各阶函数值均为这意味着当没有角度调制时除了载波外不含其他频率分量。《通信电子线路》第章角度调制与解调图第一类贝塞尔函数曲线《通信电子线路》第章角度调制与解调.调频波的频谱结构和特点将()式进一步展开有 uFM(t)=UC[J(mf)cosωctJ(mf)cos(ωcΩ)tJ(mf)cos(ωcΩ)tJ(mf)cos(ωcΩ)tJ(mf)cos(ωcΩ)tJ(mf)cos(ωcΩ)tJ(mf)cos(ωcΩ)t…]()由()式可得单一频率调频波是由许多频率分量组成的而不像振幅调制那样单一低频调制时只产生两个边频(AM、DSB)因此调频属于非线性变换。其分布规律如图所示。《通信电子线路》第章角度调制与解调图单频调制时FM波的振幅谱(a)Ω为常数(b)Δωm为常数(图中忽略了幅度较小的边频分量)《通信电子线路》第章角度调制与解调()单一频率调制的调频信号是由载波分量和无穷多对对称于载频两侧的边频率分量组成的每个变频分量的间隔为调制频率Ω或F。因此调频是非线性频谱的搬移。()载波分量和每对边频分量的振幅由对应的各阶贝塞尔函数来确定mf不同它们的振幅也发生变化在某些mf值时可能会使某些频率分量振幅为零。()偶数的边频分量符号相同。如将这对边频分量相加则可合成为一DSB信号且相位与载波相同。奇数的边频分量符号相反。如将一对奇频分量相加则合成矢量与载波垂直。见图。()当mf越大具有较大振幅的边频分量数目就越多。《通信电子线路》第章角度调制与解调图―调频信号的矢量表示《通信电子线路》第章角度调制与解调当调频波的调制指数mf较小时由图可知|J(mf)|>>|J(mf)|>>|J(mf)|…,此时可认为调频波只由ωc和ωc±Ω边频构成。这种调频波称为窄带调频(NBFM)。《通信电子线路》第章角度调制与解调、调频信号的带宽从原理上讲调频波包含无穷多频率分量其带宽是没有意义的。但从工程上看幅度较大的边频分量是不多的。()确定带宽的准则通常选取有影响边频分量的的准则是:信号的频带宽度应包括幅度大于未调载波以上的边频分量即|Jn(mf)|≥不过在要求不高的场合此标准也可定为甚至。对于不同mf值有用边频数目(n)可查贝塞尔函数表。满足|Jn(mf)|≥的nmf与mf的关系曲线如图所示。《通信电子线路》第章角度调制与解调图|Jn(mf)|≥时的nmf曲线《通信电子线路》第章角度调制与解调()宽带调频与窄带调频及带宽由图可见当mf很大时nmf趋近于。宽带调频(WBFM):是指调频时其调制指数mf>>的调频。因此宽带调频时应将n=mf的边频包括在频带内此时带宽为:Bs=nF=mfF=Δfm()窄带调频(NBFM):是指调频时其调制指数mf很小的调频如mf<。窄频带调频此时Bs=F()()卡森带宽:对于一般情况调频波的带宽可以取为:Bs=(mf)F=(ΔfmF)()《通信电子线路》第章角度调制与解调更准确的调频波带宽计算公式为:()当调制信号不是单一频率时由于调频是非线性过程其频谱要复杂得多。比如有F、F两个调制频率则根据式()可写出思考:如果有多个信号进行频率调制则带宽如何计算?Bs=(mfmax)Fmax=(ΔfmmaxFmax)《通信电子线路》第章角度调制与解调调频广播中每个电台所占频带宽宽约为千赫:带宽=(频偏音频)×单声道为千赫立体声为千赫。因而在调频广播中可将音频信号的高音频率扩大至千赫。所以调频电台的节目听起来要比调幅广播高音丰富、清晰、逼真。特别是在聆听立体声高保真音乐节目时更是调幅广播无法比拟的。调频广播的另一个特点是抗干扰能力强。因为干扰主要是影响载波的幅度对载波的频率几乎没有影响。因此在接收机中用限幅器很容易将干扰消除掉。其频率带宽要比振幅调制大得多故FM调制只用于超短波或频率更高的波段。《通信电子线路》第章角度调制与解调三、调频波的功率调频信号uFM(t)在电阻RL上消耗的平均功率为由于余弦项的正交性总和的均方值等于各项均方值的总和由式()可得()()()根据贝塞尔函数的性质有:《通信电子线路》第章角度调制与解调()式说明调频波的平均功率与未调载波的平均功率相等。当调制指数mf由零增加时已调制的载波功率下降而分散给其他边频分量。这就是说调频的过程就是进行功率的重新分配而总功率不变即调频器可以看作是一个功率分配器。《通信电子线路》第章角度调制与解调四、调频波与调相波的比较.调相波调相波是其瞬时相位以未调载波相位φc为中心按调制信号规律变化的等幅高频振荡。如uΩ(t)=UΩcosΩt并令φ=则其瞬时相位为φ(t)=ωctΔφ(t)=ωctkpuΩ(t)=ωctΔφmcosΩt=ωctmpcosΩt()从而得到调相信号为uPM(t)=UCcos(ωctmpcosΩt)()式中Δφ(t)=kpUΩ=mp称为最大相偏mp称为调相指数。kp=Δφ(t)UΩ称为调相灵敏度。统称为调制系数《通信电子线路》第章角度调制与解调调相波的瞬时频率为:()式中Δωc=mpΩ=kpUΩΩ为调相波的最大频偏它不仅与调制信号的幅度成正比而且还与调制信号频率成正比(这与FM不同)。《通信电子线路》第章角度调制与解调至于PM波的频谱及带宽其分析方法与FM相同。调相信号带宽为:Bs=(mp)F()图调频与调相的关系《通信电子线路》第章角度调制与解调.调频波与调相波的比较强调:()角度调制是非线性调制在单频调制时会出现(ωc±nΩ)分量在多频调制时还会出现交叉调制(ωc±nΩ±kΩ…)分量。()调频的频谱结构与mf密切相关。mf大频带宽。()与AM制相比角调方式的设备利用率高因其平均功率与最大功率一样。《通信电子线路》第章角度调制与解调表调频波与调相波的比较表《通信电子线路》第章角度调制与解调调频器与调频方法一、调频器调频器:实现调频的电路称为调频器(频率调制器)或调频电路。调频特性:是指调频器的调制特性即是指输出已调信号频率(或频偏)随输入信号(调制信号)的变化规律。一般而言调频特性要求如下:()调制特性线性要好。()最大频偏要满足要求。()调制灵敏度要高。()载波性能要好。《通信电子线路》第章角度调制与解调二、调频方法.直接调频法这种方法一般是用调制电压直接控制振荡器的振荡频率使振荡频率f(t)按调制电压的规律变化。若被控制的是LC振荡器则只需控制振荡回路的某个元件(L或C)使其参数随调制电压变化就可达到直接调频的目的。特点:A振荡器与调制器合二为一B在实现线性调频的要求下可以获得较大的频偏C频率稳定度差D电路相对简单。《通信电子线路》第章角度调制与解调.间接调频法基本思想是:先将调制信号积分然后对载波进行调相如图(a)所示。实现间接调频的关键是如何进行相位调制。通常实现相位调制的方法有如下三种:()矢量合成法。这种方法主要针对的是窄带的调频或调相信号。对于单音调相信号 uPM=Ucos(ωctmpcosΩt)=Ucosωctcos(mpcosΩt)Usin(mpcosΩt)sinωct当mp≤π时上式近似为:uPM≈UcosωctUmpcosΩtsinωct()sinx=xx^!x^!()^(k)*x^(k)(k)!cosx=(x^)(!)(x^)(!)(x^)(!)x《通信电子线路》第章角度调制与解调从()可以看出:当调相指数较小时调相波可由两个信号合成得到一种窄带调相方法(NBPM)如图(b)所示。窄带调相方法(NBPM)方法与普通AM波(乘法器实现载波与调制信号相乘)的实现方法((a))非常相似其主要区别仅在载波的相位上(在NBPM中乘法器载波的相位要移相度sin)。《通信电子线路》第章角度调制与解调图矢量合成法调幅、调相和调频积分电路f(t)放大器∑cosctAMf(t)放大器∑cosctPMsinct(a)(b)f(t)∑cosctFMsinct(c)《通信电子线路》第章角度调制与解调()可变移相法可变移相法就是利用调制信号控制移相网络或谐振回路的电抗或电阻元件来实现调相。应用最广是变容二极管调相。例如用调制信号uΩ(t)=UΩcosΩt去控制一个并联谐振回路的电容uΩ(t)=时谐振频率f等于载波频率fc。如图《通信电子线路》第章角度调制与解调从图中可以看出对于载波来说附加相位随调制信号而改变但由于谐振回路的非线性以及调制信号对电容也不是完全的线性控制因此使的这种方法也只能用于窄带调制。另外从幅频特性知道电压幅度也随调制信号变化因此会产生寄生调幅。()可变延迟法调相将载波信号通过一可控延时网络,而延时时间τ受调制信号控制,即:τ=kduΩ(t)则输出信号为:u=Ucosωc(tτ)=Ucos[ωctkdωcuΩ(t)]由此可知,输出信号已变成调相信号了。《通信电子线路》第章角度调制与解调调频电路一、直接调频电路、变容二极管直接调频电路)变容二极管调频原理变容二极管结电容Cj与在其两端所加反偏电压u之间存在着如下关系:()式中C为变容二极管零偏时的电容uφ为变容二极管PN结的势垒电位差(硅管v锗管v)为结电容变化指数。《通信电子线路》第章角度调制与解调图变容管的Cj~u曲线缓变结突变结超突变结(~)Cj===uV(a)CjpFuV(b)《通信电子线路》第章角度调制与解调静态工作点为UQ时变容二极管结电容为()设在变容二极管上加的调制信号电压为uΩ(t)=UΩcosΩt则:()《通信电子线路》第章角度调制与解调将式()代入式()得:()式中称为电容调制度表示结电容受调制信号调变的程度。《通信电子线路》第章角度调制与解调)变容二极管直接调频性能分析下面分两种情况讨论。()Cj为回路总电容。图为一变容二极管直接调频电路Cj作为回路总电容接入回路。由此可知若变容管上加uΩ(t)就会使得Cj随时间变化(时变电容)如图(a)所示此时振荡频率为:()式中为不加调制信号的振荡频率。《通信电子线路》第章角度调制与解调图变容管作为回路总电容全部接入回路Lc、Cb保证直流通路阻止高频信号电感三点式振荡器TextRbRbReEcCcLCcVDuEQCbLc(a)Cc《通信电子线路》第章角度调制与解调线性调频:在上式中若=则得:()其中即频率与调制信号成正比这种调频称为线性调频。一般情况下≠这时式()可以展开成幂级数:《通信电子线路》第章角度调制与解调()式中是调制过程产生的中心频率漂移是由于Cj~u不是线性关系为最大角频偏是调制电路的重要参数为二次谐波最大频偏是由于Cj~u的非线性引起。《通信电子线路》第章角度调制与解调二次谐波失真系数可用下式求出:()根据调频灵敏度的定义有:()《通信电子线路》第章角度调制与解调总结特点:A、调制灵敏度高输出频偏大B、调频振荡器的中心频率由CQ决定而由于CQ随温度、电源电压变化大故频率稳定度低C、振荡回路的高频电压完全作用在变容管上因此存在寄生调制如图所示。D、当偏压较小时若变容管上高频电压过大可能导致二极管正向导通也将引起中心频率不稳。《通信电子线路》第章角度调制与解调图加在变容管上的电压在全接入时高频振荡电压也加在了变容二极管上由于uCj特性的非线性使的高频电压带来的电容的平均值不一样因此会带来频率不完全按调制信号变化中心频率不稳定也会带来寄生调制。因此应避免在低偏压下工作。《通信电子线路》第章角度调制与解调()Cj作为回路部分电容接入回路。在实际应用中,通常γ≠,Cj作为回路总电容将会使调频特性出现非线性,输出信号的频率稳定度也将下降。因此,通常利用对变容二极管串联或并联电容的方法来调整回路总电容C与电压u之间的特性。C串联Cj和C并联Cj对频率的影响如图。可以看出可以通过调整串、并电容实现线性调频但串联或并联电容后调制信号的控制能力减弱最大频偏将减小。图是一个变容二极管直接调频电路和它的等效电路《通信电子线路》第章角度调制与解调串联电容影响Cj较大的区域即影响低频端u并联电容影响Cj比较小的区域即影响高频端图Cj与固定电容串、并联后的特性《通信电子线路》第章角度调制与解调图―变容二极管直接调频电路举例(a)实际电路(b)等效电路高频扼流圈《通信电子线路》第章角度调制与解调将图―(b)的振荡回路简化为图―,这就是变容管部分接入回路的情况。这样,回路的总电容为图―部分接入的振荡回路其中C=()PF《通信电子线路》第章角度调制与解调振荡频率为:()则总电容为:()《通信电子线路》第章角度调制与解调将上式泰勒展开后得:()在式()中《通信电子线路》第章角度调制与解调从式(―)可以看出,当Cj部分接入时:因此:部分接入时最大频偏比全接入时小了p倍而且p越大频偏越小。C越小C越大p也就越大Cj对整个回路的影响也越小即调制信号的控制能力减弱致使频偏变小但同时整个回路受温度影响也减小中心频率的稳定度将提高。()()()《通信电子线路》第章角度调制与解调晶体振荡器直接调频电路为得到高稳定度调频信号,须采取稳频措施,如增加自动频率微调电路或锁相环路。还有一种稳频的简单方法是直接对晶体振荡器调频。图―晶体振荡器直接调频电路(a)实际电路(b)交流等效电路(b)(a)《通信电子线路》第章角度调制与解调这个电路是并联型皮尔斯晶体振荡器通过变容二极管使电路的振荡频率在串联和并联频率之间改变。总电容为:若定义晶体的接入系数为:振荡频率为:采用晶体振荡器直接调频稳定度高当频偏非常小实际应用时一般需要扩大频偏。()()()《通信电子线路》第章角度调制与解调二、间接调频电路根据间接调频的原理,由于积分电路可以用简单的RC积分器实现,故可控相移网络是间接调频电路的关键部件。可控相移网络有多种实现电路,变容二极管相移网络是其中应用最广的一种。图是一个变容二极管调相电路。它将受调制信号控制的变容管作为振荡回路的一个元件。Lc、Lc为高频扼流圈分别防止高频信号进入直流电源及调制信号源中。高Q并联振荡电路的电压、电流间相移为:《通信电子线路》第章角度调制与解调图单回路变容管调相器《通信电子线路》第章角度调制与解调当Δφ<π时tanφ≈φ上式简化为设输入调制信号为UΩcosΩt根据上节()式可得其瞬时频偏(此处为回路谐振频率的偏移)为:()当Δφ<π时tanφ≈φ上式简化为()上式表明:回路产生的相移随输入调制信号的变化而变化。《通信电子线路》第章角度调制与解调图三级回路级联的移相器耦合电容减小级间影响调节各回路Q产生相同相移上面这种电路的频偏很小应该采取扩大频偏措施。图是一种由三级振荡回路组成的调相电路以便增大频偏。《通信电子线路》第章角度调制与解调鉴频器与鉴频方法一、鉴频器、概念角调波的解调就是从角调波中恢复出原调制信号的过程。频率检波器(鉴频器):调频波的解调电路称为频率检波器或鉴频器(FD)为了消除干扰通常鉴频器中包含限幅器。相位检波器(鉴相器):调相波的解调电路称为相位检波器或鉴相器(PD)。detector鉴频器实际是一个频率电压变换器。《通信电子线路》第章角度调制与解调图鉴频器及鉴频特性、鉴频器的主要参数()鉴频特性(曲线):是指鉴频器的输出电压u与输入电压瞬时频率f或频偏之间的关系曲线。理想鉴频特性曲线应是一条直线但实际上往往有弯曲呈S形如下图所示。《通信电子线路》第章角度调制与解调()鉴频器的主要参数)鉴频器的中心频率f鉴频器的中心频率f对应于鉴频特性曲线原点处的频率。通常由于鉴频器在中频放大器之后故中心频率与中频频率相同。)鉴频带宽Bm鉴频带宽Bm:是指鉴频器能够不失真地解调所允许输入信号频率变化的最大范围。在图中:若ΔfA=fAfc=fcfB则Bm=ΔfA《通信电子线路》第章角度调制与解调)鉴频器的线性度鉴频器的线性度:是指鉴频特性曲线在鉴频带宽内的线性特性。)鉴频跨导SD鉴频跨导SD:是指鉴频器在载频处的斜率它表示单位频偏所能产生的解调输出电压。鉴频跨导又叫做鉴频灵敏度。用公式表示为:()鉴频跨导也可以理解为将输入频率转换为输出电压的能力或效率因此又称为鉴频效率。《通信电子线路》第章角度调制与解调二、鉴频方法、鉴频方法的分类()直接鉴频法:是直接从调频信号的频率中提取原来调制信号的方法。主要有脉冲计数鉴频法。()间接鉴频法:先对FM信号进行变换和处理从而间接恢复出调制信号如波形变换法、锁相环解调、调频负反馈解调、正交鉴频等。其中波形变换法应用最广其又可分为振幅鉴频法和相位鉴频法两大类。《通信电子线路》第章角度调制与解调、直接脉冲计数式鉴频法调频信号的信息寄托在已调波的频率上。从某种意义上讲信号频率就是信号电压或电流波形单位时间内过零点(或零交点)的次数。对于脉冲或数字信号信号频率就是信号脉冲的个数。基于这种原理的鉴频器称为零交点鉴频器或脉冲计数式鉴频器。《通信电子线路》第章角度调制与解调图直接脉冲计数式鉴频器《通信电子线路》第章角度调制与解调、振幅鉴频法调频波振幅恒定故无法直接用包络检波器解调。鉴于二极管峰值包络检波器线路简单、性能好能否把包络检波器用于调频解调器中呢?若能将等幅的调频信号变换成振幅也随瞬时频率变化、既调频又调幅的FM―AM波就可以通过包络检波器解调此调频信号。用此原理构成的鉴频器称为振幅鉴频器。其工作原理如图所示。《通信电子线路》第章角度调制与解调(a)振幅鉴频器框图(b)变换电路特性图振幅鉴频器原理《通信电子线路》第章角度调制与解调()直接时域微分法原理:设调制信号为uΩ=f(t)调频波为:()()对此式直接微分可得 由上式可以看出:电压u的振幅与瞬时相位成正比故上式为一个FMAM波。然后利用包络检波器从此FMAM波提取出原调制信号即可。《通信电子线路》第章角度调制与解调图微分鉴频原理由上面的分析可以看出直接时域微分法鉴频器由两大部分组成即微分器和包络检波器。直接时域微分法鉴频器的特点:原理简单但由于器件的非线性等原因其鉴频线性范围是相当有限的。下图为一微分法鉴频器原理电路。《通信电子线路》第章角度调制与解调图微分鉴频电路平衡支路《通信电子线路》第章角度调制与解调()斜率鉴频法概述:前面鉴频器的微分器的作用也可以用其他网络来完成如低通、高通、带通网络等。使用得最多的是带通网络。)单调谐回路斜率鉴频法原理:图为单调谐回路斜率鉴频原理电路及工作原理这是利用调谐回路幅频特性倾斜部分对FM波解调的因此成为斜率鉴频法。另外由于是利用调谐回路的失(离)谐状态所以又称为失(离)谐回路法。不足:线性度较差线性范围较小。改进:采用三调谐回路的双离谐平衡鉴频器(见下面)。《通信电子线路》第章角度调制与解调图单回路斜率鉴频器《通信电子线路》第章角度调制与解调()双失(离)谐平衡鉴频法双离谐平衡鉴频器电路如图所示有三个调谐回路它们的谐振频率分别满足:且:原理:双离谐平衡鉴频器的输出是取两个带通响应之差即该鉴频器的传输特性或鉴频特性。《通信电子线路》第章角度调制与解调图双离谐平衡鉴频器《通信电子线路》第章角度调制与解调图图各点波形《通信电子线路》第章角度调制与解调()集成双失谐斜率鉴频器-差分峰值斜率鉴频器LC与C:频幅变换线性网络将FM变换为AMFM波v、v。V、V射随器V、C和V、C为两个包络检波器V、C为差动放大器。移相网络u为FM信号u为FMAM信号图a差分峰值斜率鉴频器《通信电子线路》第章角度调制与解调图bc差分峰值斜率鉴频器《通信电子线路》第章角度调制与解调、相位鉴频法相位鉴频法的原理框图如图所示。图中的变换电路具有线性的频率相位转换特性它可以将等幅的调频信号变成相位也随瞬时频率变化的、既调频又调相的FM―PM波。图相位鉴频法的原理框图《通信电子线路》第章角度调制与解调相位鉴频法的关键是相位检波器。相位检波器或鉴相器就是用来检出两个信号之间的相位差完成相位差电压变换作用的部件或电路。设输入鉴相器的两个信号分别为(有度的固定相差):()()上述两个信号同时作用于鉴相器鉴相器的输出电压uo是瞬时相位差的函数即:()通常u为调相波u为参考信号。与调幅信号的解调类似也有乘积型和叠加型两类。《通信电子线路》第章角度调制与解调)乘积型相位鉴频法利用乘积型鉴相器实现鉴频的方法称为乘积型相位鉴频法或积分鉴频法。在乘积型相位鉴频器中线性相移网络通常是单谐振回路(或耦合回路)而相位检波器为乘积型鉴相器如图所示。图乘积型相位鉴频法产生附加相移变成FMPM波完成鉴相《通信电子线路》第章角度调制与解调设:其中:f和Q分别为谐振回路的谐振频率和品质因素f=fc。设乘法器的乘积因子为K则经过相乘器和低通滤波器后的输出电压为:()由上式可知:乘积型相位鉴频器的鉴频特性呈正弦形。当时可见鉴频器输出与输入信号的频偏成正比。《通信电子线路》第章角度调制与解调特别需要说明的是:由于鉴频器是频谱的非线性变换所以不能简单用乘法器来实现因此上述电路模型是有局限的:即只有在频偏较小时才成立。乘积型相位鉴频器实际上是一种正交鉴频器。)叠加型相位鉴频法利用叠加型鉴相器实现鉴频的方法称为叠加型相位鉴频法。对于叠加型鉴相器就是先将u和u(式()和()相加把两者的相位差的变化转换为合成信号的振幅变化然后用包络检波器检出其振幅变化从而达到鉴相的目的。《通信电子线路》第章角度调制与解调()《通信电子线路》第章角度调制与解调()()可以看出鉴相特性为正弦形。在相偏比较小时近似为线性关系。但由于其中具有直流分量因此可用平衡电路如图。其中:或:《通信电子线路》第章角度调制与解调图―平衡式叠加型相位鉴频器框图输出为:()《通信电子线路》第章角度调制与解调需要指出的是:叠加型鉴频器的工作过程包括两个阶段:a、通过叠加将两个信号电压之间的相位差变换为合成信号的包络变化(PMAM)b、利用包络检波器检出调制信号《通信电子线路》第章角度调制与解调鉴频电路一、叠加型相位鉴频电路、互感耦合相位鉴频器互感耦合相位鉴频器又称福斯特―西利(Foster―Seeley)鉴频器图是其典型电路。相移网络为耦合回路。《通信电子线路》第章角度调制与解调图互感耦合相位鉴频器《通信电子线路》第章角度调制与解调()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L中的电流为(其中Zf为次级映射电阻):()图互感耦合回路LUIrCrCLU(a)rCLUEI(b)《通信电子线路》第章角度调制与解调考虑初、次级回路均为高Q回路r也可忽略,r若互感M较小反映电阻可忽略。这样上式可近似为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《通信电子线路》第章角度调制与解调()(a)ξ=QΔff则上式变为(b)上式中A=kQ为耦合因子为次级回路的阻抗角。《通信电子线路》第章角度调制与解调图频率相位变换电路的相频特性上式表明:U与U之间的幅度和相位关系都随输入信号的频率(广义失谐)变化变化关系如下图所示。《通信电子线路》第章角度调制与解调由上图可以看出在一定的频率范围内与间相差与频率之间具有线性关系因而互感耦合回路可做线性相移网络其中的固定相差是由互感形成的。应当注意由于由耦合回路产生而相移网络由谐振回路近似形成的因此的幅度随频率变化。《通信电子线路》第章角度调制与解调()相位幅度变换根据图中规定的与的极性图电路可简化为图。这样在两个检波二极管上的高频电压分别为:() UUUUDUDUUU《通信电子线路》第章角度调制与解调合成矢量的幅度随与间的相位差而变化(FM―PM―AM信号)如图所示。①f=f=fc时与的振幅相等即UD=UD②f>f=fc时UD>UD随着f的增加两者差值将加大③f<f=fc时UD<UD随着f的增加两者差值也将加大。《通信电子线路》第章角度调制与解调()检波输出设两个包络检波器的检波系数分别为Kd=Kd=Kd,两个包络检波器的输出分别为uo,uo。从而得到鉴频器的输出电压为:()《通信电子线路》第章角度调制与解调电容耦合相位鉴频器(了解)二、比例鉴频器输出与两个电容之比成正比、电路结构比例鉴频器是一种类似于叠加型相位鉴频器而又具有自限幅(软限幅)能力的鉴频器其基本电路如图(a)所示。它与互感耦合相位鉴频器电路的区别有以下三个方面:()包络检波器的两个二极管顺接()在电阻(RR)两端并接一个大电容C容量约在μF数量级。时间常数(RR)C很大约~s远大于低频信号的周期。()接地点和输出点改变。《通信电子线路》第章角度调制与解调图―(a)比例鉴频器电路两二极管顺接负载并联大电容相当一个恒压源《通信电子线路》第章角度调制与解调图比例鉴频器电路及特性RLCCLCRRiiDfUo(b)(c)UUUUUUVDVDVDVDuD比例鉴频uDucucO《通信电子线路》第章角度调制与解调工作原理图(b)是图(a)的简化等效电路电压、电流如图所示。由电路理论可得i(RRL)iRL=uc()i(RRL)iRL=uc()uo=(ii)RL()当R=R=R时可得()()《通信电子线路》第章角度调制与解调由上式可见在电路参数相同的条件下输入调频信号也相等比例鉴频器的输出电压与互感耦合或电容耦合相位鉴频器相比要小一半。根据()式有:当f=fc时UD=UDi=i但以相反方向流过负载RL所以输出电压为零当f>fc时UD>UDi>i输出电压为负当f<fc时UD<UDi<i输出电压为正。说明:其鉴频特性如图(c)所示它与互感耦合或电容耦合相位鉴频器的鉴频特性的极性相反。当然通过改变两个二极管连接的方向或耦合线圈的绕向(同名端)可以使鉴频特性反向。《通信电子线路》第章角度调制与解调另一方面输出电压也可由下式导出:()其中:E=UcUc为电容C两端的电压。上式说明比例鉴频器输出电压取决于两个检波电容上电压的比值故称为比例鉴频器。《通信电子线路》第章角度调制与解调自限幅原理因为输出电压可写成:当输入频率变化时uc和uc向相反的方向变化使输出改变也随输入信号频率改变。但当输入信号幅度发生变化时它们向同向改变但比值几乎不变因此起到了自限幅作用。()《通信电子线路》第章角度调制与解调另一方面因为电容C很大故E基本恒定且作为两个二极管的固定负偏压。当输入信号增大时导通角增大电流基波分量增大使输入电阻减低回路Q值减小导致回路电压和相位都下降达到稳幅的目的。因此要求:()回路的无载Q值要足够高以便当检波器输入电阻Ri随输入电压幅度变化时能引起回路Qe明显的变化。()要保证时常数(RR)C大于寄生调幅干扰的几个周期。存在问题在克服寄生调幅的同时比例鉴频器存在着过抑制与阻塞现象。《通信电子线路》第章角度调制与解调图―减小过抑制及阻塞的措施过抑制是指输入电压在寄生调幅的作用下瞬间增大由于Kd和Ri下降过多回路Qe下降太多相位减少过快使输出电压uo不升反降的现象。这会引起解调失真。阻塞是指输入信号幅值瞬时大幅度下降时因E的反压作用使二极管反向截止造成在一段时间内不能收到信号。解决方法是使二极管反偏压随输入信号发生变化。RREo《通信电子线路》第章角度调制与解调三、乘积型相位鉴频器(略讲)、乘积型相位鉴频原理乘积型相位鉴频器实际上是一种正交鉴频器它由移相网络、乘法器和低通滤波器三部分组成。调频信号一路直接加至乘法器另一路经相移网络移相后(参考信号)加至乘法器。由于调频信号和参考信号同频正交因此称之为正交鉴频器。移相网络如图(a)所示其传输函数为:()《通信电子线路》第章角度调制与解调图移相网络机器相频特性《通信电子线路》第章角度调制与解调其中可见u与u(实际上是ur与us)之间的相位差为相频特性曲线见图(b)。若设()《通信电子线路》第章角度调制与解调当Δff<<时上式可写为()可见鉴频器的输出与输入调频信号的频偏成正比。

VIP尊享8折文档

用户评价(0)

关闭

新课改视野下建构高中语文教学实验成果报告(32KB)

抱歉,积分不足下载失败,请稍后再试!

提示

试读已结束,如需要继续阅读或者下载,敬请购买!

文档小程序码

使用微信“扫一扫”扫码寻找文档

1

打开微信

2

扫描小程序码

3

发布寻找信息

4

等待寻找结果

我知道了
评分:

/112

第7章角度调制与解调——高频电路

¥24.9

会员价¥19.92

VIP

在线
客服

免费
邮箱

爱问共享资料服务号

扫描关注领取更多福利