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7角度调制与解调.ppt

7角度调制与解调

艾尔小茜茜
2018-09-12 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《7角度调制与解调ppt》,可适用于工程科技领域

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调频收发信机及附属电路调频多重广播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)模拟信号调制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。而数字信号频率调制称为频移键控(FSK)、相位调制又称调相(PM)模拟信号调制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。类似的数字信号相位调制称为相位键控(PSK)第章角度调制与解调、角度调制的特点: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。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。同样鉴频和鉴相也可相互利用即可以用鉴频的方法实现鉴相也可以用鉴相的方法实现鉴频。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。本章只者重讨论模拟调频。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。rads·V最大角频偏瞬时角频率偏移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φ为信号的起始相位。为了分析方便不妨设φ=则:瞬时相偏调频指数FM波的表示式为第章角度调制与解调调频信号的瞬时频率与调制信号成线性关系而瞬时相位与调制信号的积分成线性关系。第章角度调制与解调图―调频波波形uC=UCcosωctuΩ(t)=UΩcosΩt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频率参数:()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。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。第章角度调制与解调图调频波Δfm、mf与F的关系()调频波的调制指数mf:mf=ΔωmΩ=ΔfmF。调频指数实际上是最大的相位偏移它与调制信号的振幅成正比与调制频率成反比它等于最大频偏除以调制频率。调频波的几个参数之间的关系如图所示。第章角度调制与解调.调频波的展开式式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:是mf的函数二、调频信号的频域分析第章角度调制与解调因而调频波的级数展开式为:第章角度调制与解调.调频波的频谱结构和特点 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…]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。Jn(mf)=Jn(mf),n为偶数Jn(mf)=-Jn(mf),n为奇数第章角度调制与解调mfJn(mf)––n=n=n=n=mf一定并不是n越大Jn(mf)越小mf〈时才成立。对于mf大于的情况有些边频分量会增大但随n增大时总趋势使边频分量振幅减小。mf越大具有较大振幅的边频分量就越多且有些边频分量振幅超过载频分量振幅。当mf为某些值时载频分量可能为零mf为其它某些值时某些边频分量振幅可能为零。图第一类贝塞尔函数曲线除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。第章角度调制与解调mfJ(mf)J(mf)J(mf)J(mf)J(mf)J(mf)J(mf)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为常数通过改变Δωm来改变mf时Δωm越大mf就越大有影响的边频数目就越多但边频间隔不变小因此频谱被展宽。通过改变F来改变mf时F越小mf就越大边频数目就越多但边频间隔也变小因此频谱并没展宽。这说明信号带宽几乎不受调制频率的影响。mf相同时频谱的结构相同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。对于不同的mf值有用边频的数目(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。第章角度调制与解调图|Jn(mf)|≥时的nmf曲线当mf很大时nmf趋近于。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)对于复杂信号的调频带宽的表示为:Bs=(m)Fmax=(ΔfmmaxFmax)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根据贝塞尔函数的性质有:FM第章角度调制与解调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。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。φ(t)=ωctΔφ(t)=ωctkpuΩ(t)=ωctΔφmcosΩt=ωctmpcosΩt从而得到调相信号为uPM(t)=UCcos(ωctmpcosΩt)与调频信号相比:mp=kpUΩmf=kfUΩΩΔφ(t):瞬时相偏kp:调相灵敏度Δφm:最大相位偏移mp:调相指数(mp=Δφm)如uΩ(t)=UΩcosΩt,并令φ=,则其瞬时相位为第章角度调制与解调调相波的瞬时频率为: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)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由于mp与F无关调制频率变化时Bs随之变化。如果按最高调制频率设计信道则在调制频率低时有很大的余量系统利用不充分。因此在模拟通信中调相方式用的很少。第章角度调制与解调第章角度调制与解调图―调相波波形uC=UCcosωctuΩ(t)=UΩcosΩtΔφ(t)=kpuΩ(t)=kpUΩcosΩtuPM(t)=UCcos(ωctmpcosΩt)φ(t)=ωctΔφ(t)=ωctmpcosΩt第章角度调制与解调从图中可见FM信号与PM信号相比只是有了一个相位的延时若不知道原始调制信号从单频调制信号的波形上无法分辨是FM波还是PM波。若先对调制信号积分再调相则输出信号为调频波若先对调制信号微分再调频则输出信号为调相波。图―调频与调相的关系虽然都是调角但调频是由调制信号线性地控制高频载波的频率。调频信号的瞬时频率与调制信号成线性关系而瞬时相位与调制信号的积分成线性关系。而调相由调制信号线性地控制高频载波的相位。调相信号的瞬时相位与调制信号成线性关系而瞬时频率与调制信号的微分成线性关系。第章角度调制与解调、调频波与调相波的比较第章角度调制与解调例已知u(t)=cos(t)V调角信号表达式为uo(t)=cos(t)cos(t)V试判断该调角信号是调频信号还是调相信号并求调制指数、最大频偏、载波频率和载波振幅。解=tcos(t)附加相位正比于调制信号故为调相信号。调相指数mp=rad载波频率fc=(Hz)fm=mpF最大频偏振幅Um=V==kHz第章角度调制与解调例一组频率为Hz的余弦调制信号振幅相同调频时最大频偏为kHz调相时最大相移为rad试求调制信号频率范围内:()调频时mf的变化范围()调相时fm的范围解()调频时fm与调制频率无关恒为kHz。故第章角度调制与解调()调相时mP与调制频率无关恒为rad。故第章角度调制与解调在调频器中调制信号幅度UΩ减小时已调波的最大频偏Δωm也随着减小。              调频波中的总功率与未调载频功率是相等的       调频波中频偏越大频带也越宽。调频波的调频指数与调制信号幅度成正比与调制信号频率成反比。调相波的调相指数与调制信号频率无关与调制信号幅度有关。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。一般而言调频特性如图所示其要求如下:()调制特性线性度要好。()最大频偏要满足要求。()调制灵敏度要高。()载波性能要好。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。(一般控制变容二极管)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电路相对简单。D频率稳定度差。电压控制的可变电容元件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。若先对调制信号uΩ(t)进行积分,得到u(t)=∫tuΩ(t)dt,然后将u(t)作为调制信号对载频信号进行调相,则由式可得到:u(t)=Uccos[ωctkpu(t)]=Uccosωctkp∫tuΩ(t)dt对于uΩ(t)来说,上式是一个调频信号表达式。因此,将调制信号积分后调相,是实现调频的另外一种方式,称为间接调频。或者说,间接调频是借用调相的方式来实现调频。第章角度调制与解调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说明在调相指数很小时调相波可以由两个信号合成。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在NBPM中乘法器载波的相位要移相度uPM≈UcosωctUmpcosΩtsinωct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。可控相移网络的种类很多。最常用的是LC并联谐振回路。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。第章角度调制与解调()可变延时法可变延时法是将载波信号通过一可控延时网络延时时间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。第章角度调制与解调、扩大调频器线性频偏的方法最大频偏Δfm与调制线性是调频器的两个互相矛盾的指标。当要求绝对绝对频偏一定而载波频率较低时可先在较高的fc上进行调制然后通过混频将载频降下来而频偏的绝对数值保持不变。对于直接调频电路,调制特性的非线性随最大相对频偏Δfmfc的增大而增大。当难以制成高频调频器时可以先在较低的载波频率上实现调频然后通过倍频再混频的方法来扩大频偏。第章角度调制与解调倍频通过倍频器后瞬时频率增大到原来的n倍即:这种方法使绝对频偏和载波频率都增大了但相对频偏不变。混频通过混频器后瞬时频率为:这种方法绝对频偏不变。因此可以先在高频端调制然后再通过多级混频把载波频率减低使它达到规定值。这样就可以在比较低的载波频率下获的比较大的绝对频偏。第章角度调制与解调混频通过混频器后瞬时频率为:这种方法绝对频偏不变。因此可以先在高频端调制然后再通过多级混频把载波频率减低使它达到规定值。这样就可以在比较低的载波频率下获的比较大的绝对频偏。第章角度调制与解调当难以制成高频调制器时可以先在较低的载波频率上实现调制然后通过倍频将所有频率提高最后通过混频使载频值达到规定值。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:C:零偏置时的结电容uφ:PN结的势垒电压(导通电压)u:加到变容二极管上的电压γ:结电容变化指数(取决于PN结工艺结构)取值~。第章角度调制与解调图变容管的Cj~u曲线缓变型突变型超突变型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:是调制信号为零时的静态电容称为电容调制度,它表示结电容受调制信号调变的程度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。图变容管作为回路总电容全部接入回路振荡回路的简化高频电路u调制信号EQ使二极管反偏Cc隔直防止UQ通过L短路Lc高扼圈对高频开路对u短路使其加在Cj上Cb高频旁路电感三点式振荡器第章角度调制与解调若变容管上加uΩ(t)就会使得Cj随时间变化(时变电容)此时振荡频率为:式中为不加调制信号的振荡频率。若γ=,则得第章角度调制与解调第章角度调制与解调一般情况下≠可以展开成幂级数:忽略高次项上式可近似为:中心频率有偏移m越大偏移越大线性调频项二次谐波项。由调制特性非线性引起。m越大失真越大当m足够小时可忽略中心频率的偏离和谐波失真项则第章角度调制与解调最大频偏调频灵敏度可见:将变容二极管全部接入振荡回路来构成直接调频电路时为减小非线性失真和中心频率的偏离应设法使变容二极管工作在γ=的区域若γ≠则应限制调制信号的大小。为减小γ≠所引起的非线性以及因温度、偏置电压等对CjQ的影响所造成的调频波中心频率的不稳定在实际应用中常采用变容二极管部分接入振荡回路方式。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≠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。图部分接入的振荡回路变容管部分接入回路的一般电路可简化为图这样回路的总电容为:第章角度调制与解调振荡频率为式中P为大于的数第章角度调制与解调可以看出当Cj部分接入时其最大频偏为:因此瞬时频偏为:上式说明最大频偏是全接入的p。其控制灵敏度减少了p倍。全接入时第章角度调制与解调因此: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。(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寄生调制也将减小非线性也会减小。总之:采用变容二极管LC振荡器实现直接调频时电路相对简单但由于晶体管以及变容二极管的非线性作用以及它们的参数易受环境温度等影响因此中心频率稳定度不是很高具有高次谐波失真同时还会带来寄生调幅严重时可能会产生间歇振荡等。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)等效电路振荡回路电容经μH电感加至两管负端对高频而言,两变容管是串联的,总变容管电容Cj’=Cj。这样加到每个变容管的高频电压就降低一半从而可以减弱高频电压对电容的影响同时采用反向串联组态在高频信号的任意半周期内一个变容管的寄生电容增大另一个则减小二者相互抵消能减弱寄生调制。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)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。总并联电容为: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。()()()第章角度调制与解调二、间接调频电路间接调频的关键是调相。回路参数移相电路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。图单回路变容管调相器第章角度调制与解调设输入调制信号为UΩcosΩt,则其瞬时频偏(此处为回路谐振频率的偏移)为:并联谐振电路的电压、电流间相移为:上式说明回路产生的相移按调制信号的规律变化若调制信号先积分后在加入则输出信号的频率将随积分前调制信号的规律变化。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)。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器:是一个将输入调频波的瞬时频率f(或频偏Δf)变换为相应的解调输出电压uo的变换器。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。第章角度调制与解调)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。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:就是先对调频信号进行变换或处理再从变换后的信号中提取原调制信号的鉴频方法。又可分为振幅鉴频法和相位鉴频法两大类。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?显然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。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的振幅与瞬时频率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。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。第章角度调制与解调()斜率鉴频法概述:鉴频器的微分器的作用也可以用其他网络来完成,只要在所需频率范围内具有线性幅频特性即可。如低通、高通、带通网络等。使用得最多的是带通网络。)单失谐回路斜率鉴频法第章角度调制与解调图单回路斜率鉴频器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:采用双失谐斜率鉴频器。利用幅频特性曲线的线性区进行频率幅度变换第章角度调制与解调)双离谐平衡鉴频器双失谐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如图中的实线所示。其中虚线为两回路的谐振曲线。从图看出它可获得较好的线性响应失真较小灵敏度也高于单回路鉴频器。不足:不容易调整第章角度调制与解调图―双离谐平衡鉴频器平衡包络检波器Uo随频率f的变化特性就是将两个失谐回路的幅频特性相减后的合成特性这个特性正好是一个“S”形鉴频特性。第章角度调制与解调合成鉴频特性曲线形状除了与两回路的幅频特性曲线形状有关外主要取决于f、f配置。若配置恰当两回路幅频特性曲线中的弯曲部分就可相互补偿合成一条线性范围较大的鉴频特性曲线。否则间隔过大合成的鉴频特性曲线会在fc附近出现弯曲过小则线性范围不能有效扩展。第章角度调制与解调、相位鉴频法调相原理首先通过移相网络将调频信号转化为调频调相      信号使相位的变化与瞬时频率的变化成正比      再将调频信号和调频调相信号送入相位检波器      (即鉴相器)检测出两信号的相位差从而将      调制信号恢复出来。图相位鉴频法的原理框图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。在相位鉴频时,u常为输入调频波,u是u经过移相网络后的信号。与调幅信号的解调类似也有乘积型和叠加型两类。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(Quadrature)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。Δ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。)叠加型相位鉴频法A、工作原理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us和us’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。第章角度调制与解调其中:第章角度调制与解调或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。第章角度调制与解调图平衡式叠加型相位鉴频器框图平衡式叠加型相位鉴频器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。第章角度调制与解调图直接脉冲计数式鉴频器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。第章角度调制与解调图互感耦合相位鉴频器调频信号u通过C的耦合加到扼流圈L上通过互感耦合回路的耦合得到与输入调频信号u同频但有附加相移的调频调相信号u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。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第章角度调制与解调ξ=QΔff则上式变为上式中A=kQ为耦合因子为次级回路的阻抗角。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。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。应当注意与鉴相器不同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但在回路通带之内幅度基本不变。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:第章角度调制与解调图图的简化电路第章角度调制与解调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KdKd(通常Kd=Kd=Kd)则两个包络检波器的输出分别为uo=KdUDuo=KdUD。鉴频器的输出电压为:第章角度调制与解调图鉴频特性曲线第章角度调制与解调通过对鉴频器进行定量分析可知其输出电压为:上式称为鉴频方程表示鉴频器的输出特性。式中Ic以为前面限幅级输出电流Re为初级回路本身的谐振电阻是A和的函数见图所示。第章角度调制与解调图以A为参变量的Φ(ξ)~ξ曲线特点()是ξ的奇函数()A增加时Φmax值增大且与纵轴距离增大。当A>时约在ξ=A处出现最大值。这时对应的峰值带宽Bm=kf。()A较小时耦合很弱但鉴品频跨导高。反之A较大时耦合很强但鉴品频跨导小。()A>后线性变坏因此一般取A在~第章角度调制与解调图SD~A曲线A=kQ第章角度调制与解调二、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。第章角度调制与解调图比例鉴频器电路及特性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()()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这在自动频率控制系统中要特别注意。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。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。第章角度调制与解调调频收发信机及附属电路一、调频发射机图是一种调频发射机的框图。其载频fc=~MHz输入调制信号频率为Hz~kHz最大频偏为kHz。由图可知调频方式为间接调频。由高稳定度晶体振荡器产生fc=kHz的初始载波信号送入调相器由经预加重和积分的调制信号对其调相。调相输出的最大频偏为Hz调制指数mf<。第章角度调制与解调图调频发射机框图第章角度调制与解调二、调频接收机图为广播调频接收机典型方框图。为了获得较好的接收机灵敏度和选择性除限幅级、鉴频器及几个附加电路外其主要方框均与AM超外差接收机相同。调频广播基本参数与发射机相同。第章角度调制与解调图调频接收机方框图第章角度调制与解调三、附属与特殊电路大家知道在频率或相位解调电路中除比例鉴频器具有自动限幅功能外其他解调器均无限幅功能为了抑制寄生调幅需在中放级使用限幅电路。、限幅电路振幅限幅器的性能可由图(b)所示的限幅特性曲线表示。图中Up表示限幅器进入限幅状态的最小输入信号电压称为门限电压。对限幅器的要求主要是在限幅区内要有平坦的限幅特性门限电压要尽量小。第章角度调制与解调图―限幅器及其特性曲线第章角度调制与解调瞬时频偏控制(IDL)电路实际也是一个限幅器。(见教材)第章角度调制与解调预加重及去加重电路()调幅与调频制的噪声频谱理论证明对于输入白噪声调幅制的输出噪声频谱呈矩形在整个调制频率范围内即所有噪声都一样大。然而调频制的噪声频谱(电压谱)呈三角形见图(b)随着调制频率的增高噪声也增大。调制频率范围愈宽输出的噪声也愈大。然而调制信号的频谱结构也不是均匀的一般来讲其能量集中在低频部分而高频部分的能量较小。这恰好与噪声频谱相反为了提高高频部分的信噪比在调制前可有意识地将高频部分加强预加重。第章角度调制与解调图调频解调器的输出噪声频谱(a)功率谱(b)电压谱第章角度调制与解调()预加重与去加重电路由于调频噪声频谱呈三角形或者说与ω成线性关系使我们联想到将信号作相应的处理即要求预加重网络的特性为H(jω)=jω第章角度调制与解调图预加重网络及其特性(a)预加重网络(b)频率响应第章角度调制与解调去加重网络及其频响曲线如图所示。从图看出当ω<ω时预加重和去加重网络总的频率传递函数近似为一常数这正是使信号不失真所需要的条件。图去加重网络及其特性第章角度调制与解调采用预、去加重网络后对信号不会产生变化但对信噪比却得到较大的改善如图所示。图预、去加重网络对信噪比的改善第章角度调制与解调静噪电路由于在调频接收中存在门限效应因此在系统设计时要尽可能地降低门限值。为了获得较高的输出信噪比在鉴频器的输入端的输入信噪比要在门限值之上。但在调频通信和调频广播中经常会遇到无信号或弱信号的情况这时输入信噪比就低于门限值输出端的噪声就会急剧增加。第章角度调制与解调图静噪电路举例第章角度调制与解调图静噪电路接入方式第章角度调制与解调调频多重广播一、调频立体声广播调频立体声广播方式图示出了调频立体声广播的系统图。左声道信号(L)和右声道信号(R)经各自的预加重在矩阵电路中形成和信号(LR)和差信号(LR)。和信号(LR)照原样成为主信道信号差信号(LR)经平衡调制器对副载波进行抑制载波的调幅成为副信道信号。第章角度调制与解调图调频立体声广播发射机的系统图第章角度调制与解调调频立体声接收机调频立体声接收机的框图如图所示在鉴频器之前与单声道调频接收机的组成相同。图调频立体声接收机的框图第章角度调制与解调图立体声解调器工作方式(a)开关方式(b)矩阵方式第章角度调制与解调二、电视伴音的多重广播电视伴音的多重广播就是电视伴音的立体声广播。图为某电视伴音多重广播的发射机框图。和信号被作为主信道信号发送差信号经限幅器、IDC电路和低通滤波器后作为副信道信号对行扫描频率fH的二倍频信号(副载波)进行调频并与主信道信号合成后送到伴音发射机。第章角度调制与解调图电视伴音多重广播的发射机框图第章角度调制与解调在接收端电视机中的伴音处理电路框图如图所示。对图像中放的输出进行检波取出伴音中频对它放大后进行鉴频得到复合伴音信号。它含有主信道信号、副信道信号和控制信号。对此复合信号进行处理和转换即可得到立体声伴音的输出。第章角度调制与解调图电视伴音处理电路框图

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