第六章角度調(diào)制和解調(diào)任意正弦波信號(hào)：

其中：,總相角，振幅，角頻率，為初相角如果利用調(diào)制信號(hào)去控制三個(gè)參量中的某個(gè)，可產(chǎn)生調(diào)制的作用:amphitudemodulationAM:frequencymodulationFM:phasemodulationPM:角度調(diào)制AM調(diào)制方式中AMDSB屬于頻譜線性搬移電路,調(diào)制信號(hào)寄生于已調(diào)信號(hào)的振幅變化中FMPM調(diào)制方式中：屬于頻譜的非線性搬移電路,已調(diào)波為等幅波,調(diào)制信息寄生于已調(diào)波的頻率和相位變化中SSB6.1概述休息1休息2第六章角度調(diào)制和解調(diào)FM，PMω從已調(diào)波中檢取出原調(diào)制信號(hào)的過程稱為解調(diào)(AM)振幅解調(diào)——檢波

(FM)頻率解調(diào)——鑒頻detection(frequencydiscrimination)(PM)相位解調(diào)——檢相(phasedetection)AMωωωωωωωω休息1休息2第六章角度調(diào)制和解調(diào)當(dāng)進(jìn)行角度調(diào)制（FM或PM）后,其已調(diào)波的角頻率將是時(shí)間的函數(shù)即?？捎糜覉D所示的旋轉(zhuǎn)矢量表示ω(t)t=tω(t)t=0實(shí)軸設(shè)旋轉(zhuǎn)矢量的長(zhǎng)度為,且當(dāng)t=0時(shí)，初相角為，t=t時(shí)刻，

矢量與實(shí)軸之間的瞬時(shí)相角為，顯然有：而該矢量在實(shí)軸上的投影：6.2調(diào)角信號(hào)的分析

一.調(diào)角信號(hào)的分析與特點(diǎn)1.瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位（instantaneousfrequencyandphase）如果設(shè)高頻載波信號(hào)為：休息1休息2第六章角度調(diào)制和解調(diào)

調(diào)制信號(hào)：（1）調(diào)頻FM：由于已調(diào)波頻率隨調(diào)制信號(hào)線形變化，則有：其中：①:載波角頻率，F(xiàn)M波的中心頻率.②：調(diào)頻靈敏度，

單位調(diào)制信號(hào)振幅引起的頻率偏移

.③,瞬時(shí)頻率偏移（簡(jiǎn)稱頻偏）,寄載了調(diào)制信息，表示瞬時(shí)頻率相對(duì)于載波頻率的偏移.④最大頻偏另外，由瞬時(shí)頻率與所對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)相位的關(guān)系，若設(shè)

則有：

其中：⑤：瞬時(shí)相位偏移，

2.調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)的數(shù)學(xué)表示：設(shè)：載波：⑥最大相位偏移：一般令

，稱為FM波的調(diào)頻指數(shù)，于是一般調(diào)頻信號(hào)的

數(shù)學(xué)表達(dá)式：

所以有：

注意：與AM波不同，mf一般可大于1，且mf

越大，抗干擾性能越好，但頻帶越寬。

對(duì)于單一頻率調(diào)制的FM波，由于

第六章角度調(diào)制和解調(diào)由于已調(diào)波的相位隨調(diào)制信號(hào)線形變化，則有：其中：①：為載波的相位角。

②：調(diào)相靈敏度，

，單位調(diào)制信號(hào)振幅引起的相位偏移.③：瞬時(shí)相位偏移，即相對(duì)于

的偏移量。2．相位調(diào)制：④最大相位移：

（調(diào)相指數(shù)）另外，由瞬時(shí)相位與所對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)頻率之間的關(guān)系，可得：式中：⑤

；PM波瞬時(shí)頻偏⑥最大頻偏:PM波的表達(dá)式為：

對(duì)于單一頻率調(diào)制信號(hào)

的PM波：

第六章角度調(diào)制和解調(diào)如果設(shè)載波：

，調(diào)制信號(hào)：

FM波

PM波(1)瞬時(shí)頻率：

3.調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)的比較(2)瞬時(shí)相位：

(3)最大頻偏

(4)最大相位：

(5)表達(dá)式:

第六章角度調(diào)制和解調(diào)討論：（1）一般調(diào)角信號(hào)的表達(dá)式：mpΔωmΔωmΩmfΩ（2）FM波：（3）PM波：可以看出調(diào)相制的信號(hào)帶寬隨調(diào)制信號(hào)頻率的升高而增加，而調(diào)

頻波則不變，有時(shí)把調(diào)頻制叫做恒定帶寬調(diào)制。（3）調(diào)頻波的波形休息1休息2第六章角度調(diào)制和解調(diào)如果用m代替mf或mp，把FM和PM信號(hào)用統(tǒng)一的調(diào)角信號(hào)來表示且令，則單位頻率調(diào)制的調(diào)角信號(hào)的表示式可統(tǒng)一表達(dá)成為：

（利用三角公式：

可展開成以下級(jí)數(shù)：調(diào)角信號(hào)的頻譜與帶寬

式中：稱為第一類Besselfunction，當(dāng)m，n一定時(shí)，

為定系數(shù)，其值可以由曲線和函數(shù)表查出。所以：又利用三角函數(shù)積化和差公式：休息1休息2所以上式最終可表示為：

討論：在單一頻率信號(hào)調(diào)制下，調(diào)角信號(hào)頻譜具有的特點(diǎn)：

1FM/PM信號(hào)的頻譜由載頻

和無限對(duì)上，下邊頻分量組成.其中：

分量：

，其大小決定于m

:上,下邊頻分量

,與m和n的大小有關(guān)。ωo-ΩΩΩωFM/PM的頻譜ωo+Ωωoωo+2Ωωo+3Ωωo+4Ωωo-2Ωωo-3Ωωo-4ΩΩωoω調(diào)制信號(hào)uΩ載波uo一般有

:2由第一類Besselfunction的性質(zhì)：

所以有:

各邊頻分量與載頻分量之間的頻率間距為nΩ

，且當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)，上下邊頻分量符號(hào)相同，而當(dāng)n=奇數(shù)時(shí)，上下邊頻分量符號(hào)相反。

第六章角度調(diào)制和解調(diào)凡是振幅小于未調(diào)載波振幅的10%—15%的邊頻分量可以忽略不計(jì)。

實(shí)際上可以把調(diào)角信號(hào)認(rèn)為是有限帶寬的信號(hào)，這取決于實(shí)際應(yīng)用中允許解調(diào)后信號(hào)的失真程度。

工程上有兩種不同的準(zhǔn)則：

(1)比較精確的準(zhǔn)則：FM信號(hào)的帶寬包括幅度大于未調(diào)載波振幅1%以上的邊頻分量，即如果在滿足上述條件下的最高邊頻的次數(shù)為n

max，則FM信號(hào)的帶寬為BFM=2nmax

Ω

或BFM=2nmaxF，其中利用B

e

s

s

e

lfunction可得近似公式:(2)常用的工程準(zhǔn)則：

由Besselfunction可得BFM=2(mf+1)F在實(shí)際應(yīng)用中也常區(qū)分為：休息1休息22．調(diào)頻信號(hào)的帶寬

對(duì)有限頻帶的調(diào)制信號(hào)，即F=

F

min—F

max，

調(diào)角信號(hào)的頻帶為：第六章角度調(diào)制和解調(diào)6.3調(diào)頻電路

休息1休息26.3.1實(shí)現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)相的方法

6.3.2變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路

6.3.3晶體振蕩器直接調(diào)頻電路

6.3.4間接調(diào)頻電路

第六章角度調(diào)制和解調(diào)由相位與頻率之間的關(guān)系：

在同一調(diào)制信號(hào)

的控制下，形成的FM波和PM波的表達(dá)式為：以上的過程為直接調(diào)頻或直接調(diào)相

6.3調(diào)頻電路

仿真休息1休息2實(shí)現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)相的方法

第六章角度調(diào)制和解調(diào)(2)把

先微分后再調(diào)頻，可以得間接調(diào)相（indirectPM）

(1)如果把

先積分后，再經(jīng)過調(diào)相器，也可得到對(duì)

而言的調(diào)頻波，也稱為間接調(diào)頻。（indirectfrequencymodulation）繼續(xù)返回仿真休息1休息2第六章角度調(diào)制和解調(diào)VCO的特點(diǎn)：瞬時(shí)頻率隨外加控制信號(hào)的變化而變化。

VCO式中：U為振蕩信號(hào)的振幅，

:當(dāng)

時(shí)的振蕩頻率，k

f為:VCO控制靈敏度。

6.3.2壓控振蕩器直接調(diào)頻電路

用調(diào)制信號(hào)電壓控制振蕩回路的參數(shù)，如回路電容C或回路電感L，并使振蕩頻率ω正比于所加調(diào)制信號(hào)電壓，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。

在直接調(diào)頻法中常采用壓控振蕩器（VoltageControlOscillator）作為頻率調(diào)制器來產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。VCO中最常用的壓控元件：變?nèi)荻O管

由晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管組成的電抗電路。

壓控振蕩器直接調(diào)頻：優(yōu)點(diǎn)：可獲得較大頻偏.缺點(diǎn)：中心頻率穩(wěn)定性差，常采用自動(dòng)頻率微調(diào)（automaticfrequencycontrol，AFC）電路來克服載頻偏移。仿真休息1休息2通常有：，壓控振蕩器的輸出信號(hào)即為調(diào)頻信號(hào)。第六章角度調(diào)制和解調(diào)1.變?nèi)荻O管

擴(kuò)散電容(diffusioncapacitance)正向偏置，電容效應(yīng)比較小。

勢(shì)壘電容(barriercapacitance)反向偏置，勢(shì)壘區(qū)呈現(xiàn)的電容效應(yīng)。

所以為利用PN結(jié)的電容，PN結(jié)應(yīng)工作在反向偏置狀態(tài).6.3.3變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路

（VaractordiodedirectFM）PN結(jié)反向偏置時(shí)，結(jié)電容會(huì)隨外加反向偏壓而變化，而專用的變?nèi)荻O管，是經(jīng)過特殊工藝處理（控制半導(dǎo)體的摻雜濃度和摻雜的分布）使勢(shì)壘電容能靈敏地隨反向偏置電壓的變化而呈現(xiàn)較大變化的壓控變?nèi)菰＝Y(jié)電容Cj與反偏電壓uR的關(guān)系：式中Co：

時(shí)的電容值（零偏置電容）反向偏置電壓，UD：PN結(jié)勢(shì)壘電位差。

γ：結(jié)電容變化指數(shù)，通常γ=1/2—1/3，經(jīng)特殊工藝制成的超突變結(jié)電容γ

=1—5

可以看出C

j與uR之間是非線性關(guān)系，即變?nèi)荻O管屬于非線性電容，這種非線性電容基本上不消耗能量，產(chǎn)生的噪聲量級(jí)也較小，是較理想的高效率，低噪聲非線性電容。休息1休息2PN結(jié)具有電容效應(yīng)

第六章角度調(diào)制和解調(diào)設(shè)在變?nèi)荻O管上加一個(gè)靜態(tài)工作電壓Uo和一個(gè)單頻調(diào)制信號(hào)

，則結(jié)反偏電壓：

而結(jié)電容：

其中：

為靜態(tài)工作點(diǎn)的結(jié)電容。

表示結(jié)電容調(diào)制深度的調(diào)制指數(shù)。

休息1休息2CjuRUQuRtCjtCjQ第六章角度調(diào)制和解調(diào)

為了突出調(diào)頻性能的分析，下圖只畫出了它的高頻交流等效電路，沒有畫出直流饋電電路，

2.變?nèi)荻O管直接調(diào)頻的原理電路

圖中；C3為高頻偶合電容，C4為偶合隔直電容，LB為高頻扼流圈，阻止高頻電流經(jīng)過調(diào)制信號(hào)源被旁路，右圖為振蕩器交流等效電路，Cj與振蕩器回路并聯(lián)，R1，R2為Cj的偏置電路，為Cj提供靜態(tài)直流偏壓

，而二極管的反偏電壓為：

休息1休息2+uR-LCjC1C2VTLCjC1C2VTLDC3C4ECR2+uΩ-R1+Uo-第六章角度調(diào)制和解調(diào)則由上電路可知，振蕩頻率為：

;而

為了簡(jiǎn)化電路分析，如果設(shè)：，則有

所以：有

其中：

為未加調(diào)制信號(hào)（）時(shí)的振蕩頻率，3．調(diào)頻性能分析即為調(diào)頻振蕩器的中心頻率。討論：1設(shè)γ=2即滿足線性調(diào)頻。

2

當(dāng)則

LC1C2CjVT+uR-（利用級(jí)數(shù)展開忽略高次項(xiàng)，

可近似為：

是由Cj—Vd的非線性而引起的。雖然

（2）

：與調(diào)頻頻率有關(guān)的最大頻偏，雖然

（3）

：由于Cj—uR的非線性作用，使頻偏中增加了Ω的諧波分量（2Ω）而引起的附加頻偏，會(huì)造成調(diào)頻接收時(shí)的非線性失真，應(yīng)盡量減少這種失真。其中：（1）

：為中心頻率的偏移量另外，定義調(diào)頻靈敏度：休息1休息2第六章角度調(diào)制和解調(diào)4.實(shí)用變?nèi)莨芏O調(diào)頻電路

（1）L1，C1、C2串聯(lián)，C3和反向串聯(lián)的兩個(gè)變?nèi)荻O管，三個(gè)支路并聯(lián)組成電容反饋三點(diǎn)式振蕩電路。(2)直流偏置電壓-UQ同時(shí)加在兩個(gè)變?nèi)荻O管的正極，調(diào)制信號(hào)經(jīng)L4扼流圈加在二極管負(fù)極上，二個(gè)二極管的動(dòng)態(tài)偏置為：

（3）兩個(gè)變?nèi)荻O管串聯(lián)后的總電容

C'j與C3串聯(lián)后接入振蕩回路，對(duì)振蕩回路來說是部分接入，與單二極管直接接入比較，在相同的情況下，m值降低。

（4）兩變?nèi)荻O管反向串聯(lián)，對(duì)高頻信號(hào)而言，加到兩管的高頻電壓降低一半，可減弱高頻電壓對(duì)結(jié)電壓的影響，另外在高頻電壓的任一半周內(nèi)，一個(gè)變?nèi)莨芗纳娙菰龃螅硪粋€(gè)減少，使結(jié)電容的變化不對(duì)稱性相互抵消，從而消弱寄生調(diào)制。

仿真休息1休息2C1C2L1C3Cj1Cj2C1C3Cj1Cj2uΩR1R2LeReC2L1CbC4C5C6C7L2L3+-VT-UQECL4ud第六章角度調(diào)制和解調(diào)

在要求調(diào)頻波中心頻率穩(wěn)定度較高，而頻偏較小的場(chǎng)合，可以采用直接對(duì)晶體振蕩器調(diào)頻的方法。

6.3.4晶體振蕩器直接調(diào)頻電路

1．晶體振蕩器直接調(diào)頻原理右圖為并聯(lián)型PierceOscillator，其振蕩頻率為：

式中：Cg為晶體的動(dòng)態(tài)電容，C

o：晶體的靜態(tài)電容，

，f

q：晶體的串聯(lián)諧振頻率。在電路中，當(dāng)Cj變化時(shí)，CL變化，從而使晶體振蕩器的振蕩頻率也發(fā)生變化，如果壓控元件Cj受調(diào)制電壓 控制，則PierceOscillator就成為一個(gè)晶體調(diào)頻振蕩器。注意：晶體在電路中呈現(xiàn)為一個(gè)等效電感，故只能工作于晶體的串聯(lián)諧振頻率f

q與并聯(lián)諧振頻率fp之間，而f

q與f

p之間的頻率變化范圍只有量級(jí)，再加上Cj的串聯(lián)，晶體的可調(diào)振蕩頻率更窄。

休息1休息2C2ClCjJT例如載頻為40MHZ的晶體調(diào)頻振蕩器，能獲得最大頻偏只有，所以采用晶體調(diào)頻振蕩器雖然可以獲得較高的頻率穩(wěn)定度，但缺點(diǎn)是最大頻偏很小，實(shí)際中需要采用擴(kuò)大頻偏的措施。擴(kuò)大頻偏的方法有兩種：晶體支路中串接小電感；利用π型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行阻抗變換來擴(kuò)展晶體呈現(xiàn)感性的工作頻率范圍。

第六章角度調(diào)制和解調(diào)2晶體調(diào)頻振蕩器的實(shí)際電路

仿真休息1休息2C1C2CjLJT

采用串接小電感L的方法來擴(kuò)大調(diào)頻的頻偏，變?nèi)荻O管的反向偏壓由EC經(jīng)穩(wěn)壓管VDZ穩(wěn)壓后經(jīng)RZ2=2.4k和W1=47k電位器分壓后，經(jīng)R=10K電阻加至變?nèi)莨苷龢O。改變47K電位器W1的活動(dòng)端可以調(diào)整變?nèi)莨艿腢o從而改變Cj，把調(diào)頻器的中心頻率調(diào)至規(guī)定值。調(diào)制信號(hào)經(jīng)電位器W2加于變?nèi)莨躒D，改變4.7KΩ電位器W2的活動(dòng)頭，可以調(diào)整加在變?nèi)荻O管上的調(diào)制信號(hào)電壓幅值，從而獲得要求的頻偏。-Uo+C5uΩ(t)W1W2VDJTCLRb1Rb2C1C2ReC3ECRz2Rz1VDzRC4+-第六章角度調(diào)制和解調(diào)1.間接調(diào)頻法

高穩(wěn)定度載波振蕩器

相位調(diào)制器積分電路多級(jí)倍頻和混頻器寬帶窄帶6.3.4間接調(diào)頻電路

但最大頻偏小的缺點(diǎn)可以通過多級(jí)倍頻器后獲得符合要求的調(diào)頻頻偏，另外采用混頻器變換頻率可以得到符合要求的調(diào)頻波工作范圍。

采用高穩(wěn)定度的晶體振蕩器作為主振級(jí)，然后再對(duì)這個(gè)穩(wěn)定的載頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)相，這樣一來就可得中心頻率穩(wěn)定度高的調(diào)頻信號(hào)。在間接調(diào)頻時(shí)，要獲得線性調(diào)頻必需以線性調(diào)相為基礎(chǔ)。但在實(shí)現(xiàn)線性調(diào)相時(shí)，要求最大瞬時(shí)相位偏移

，因而線性調(diào)相的范圍很窄，因此轉(zhuǎn)換成的調(diào)頻波的最大頻偏

很小，即：m

f<<1，這是間接調(diào)頻法的主要缺點(diǎn).間接調(diào)頻法就是利用調(diào)相方法來實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。

第六章角度調(diào)制和解調(diào)R1R2R3R4C1C2C3C4CjL載波輸入間接調(diào)頻的關(guān)鍵電路是調(diào)相器.高穩(wěn)定度振蕩器

調(diào)相器

積分器2.變?nèi)荻O管調(diào)相電路

如果忽略二次方以上各項(xiàng)，可得回路的諧振頻率為：

將變?nèi)荻O管接在高頻放大器的諧振回路里，就可構(gòu)成變?nèi)荻O管調(diào)相電路。

CjLUQ=9V載波輸入調(diào)相波輸出回路的頻率偏移為：

在高Q值及諧振回路失諧不大的情況下，并聯(lián)LC諧振回路電壓和電流間的相位關(guān)系為：Oωωoω幅頻特性Δφπ/6-π/6當(dāng)Δφ

<π/6（或30o）時(shí)，tanΔφ≈Δφ可得:表明:單級(jí)LC諧振回路在滿足Δφ

<π/6（30o）的條件下，回路輸出電壓的相移是與輸入調(diào)制電壓uΩ(t)成線性關(guān)系的。

如果將調(diào)制電壓uΩ(t)先積分后再加在變?nèi)荻O管上，則單級(jí)LC諧振回路輸出電壓的瞬時(shí)頻率ω(t)就與輸入調(diào)制電壓uΩ(t)成線性關(guān)系，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)制電壓uΩ(t)的間接調(diào)頻。調(diào)相波輸出載波輸入第六章角度調(diào)制和解調(diào)3.實(shí)用變?nèi)荻O管調(diào)相電路

由晶體管組成單LC回路調(diào)諧放大電路，電感L、電容C1、C2與變?nèi)莨蹸j組成并聯(lián)諧振回路；

載波輸入

uFM(t)C3、C4、C5為耦合電容；LZ為高頻扼流圈，以防高頻載波被調(diào)制信號(hào)源旁路;

R5、R6對(duì)電源EC分壓后為變?nèi)荻O管提供靜態(tài)偏置電壓UQ。

放大的載波信號(hào)經(jīng)C3耦合輸入，調(diào)制信號(hào)經(jīng)C5耦合輸入，調(diào)相信號(hào)經(jīng)C4耦合輸出。如果將調(diào)制電壓uΩ(t)先積分后再輸入，那么從C4耦合輸出的信號(hào)就是對(duì)調(diào)制電壓uΩ(t)的間接調(diào)頻波。

R5R1R3R4R3CbC1CjC3C2C4C5LLZECR6Ce+UQ-第六章角度調(diào)制和解調(diào)6.4調(diào)頻波的解調(diào)原理及電路

6.4.2振幅鑒頻器（斜率鑒頻器slopediscriminator）6.4.3相位鑒頻器

6.4.4比例鑒頻器

6.4.5移相乘積鑒頻器

6.4.1鑒頻方法及其實(shí)現(xiàn)模型

第六章角度調(diào)制和解調(diào)

調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)是從調(diào)頻波 中恢復(fù)出原調(diào)制信號(hào)過程，完成調(diào)頻波解調(diào)過程的電路稱為頻率檢波器第一種方法，將調(diào)頻波通過頻率—幅度線性變換網(wǎng)絡(luò)，將調(diào)頻波變換成調(diào)頻—調(diào)幅波，再通過包絡(luò)檢波器檢測(cè)出反映幅度變化的解調(diào)電壓。把這種鑒頻器稱為斜率鑒頻器，或稱振幅鑒頻器。

將調(diào)頻波進(jìn)行特定的波形變換，根據(jù)波形變換特點(diǎn)的不同，可歸納以下幾種實(shí)現(xiàn)方法：

6.4調(diào)頻波的解調(diào)原理及電路

6.4.1鑒頻方法及其實(shí)現(xiàn)模型

休息1休息21.鑒頻方法頻率—幅度線性變換網(wǎng)絡(luò)包絡(luò)檢波器uΩtuFMtuFM-AMt第六章角度調(diào)制和解調(diào)第二種方法，將調(diào)頻波通過頻率—相位線性變換網(wǎng)絡(luò)，變換成調(diào)頻—調(diào)相波，再通過鑒相器檢測(cè)出反映相位變化的解調(diào)電壓。把這種鑒頻器稱為相位鑒頻器。第三種方法，是隨著近年來集成電路的廣泛應(yīng)用，在集成電路調(diào)頻機(jī)中較多采用的移相乘積鑒頻器。它是將輸入FM信號(hào)經(jīng)移相網(wǎng)絡(luò)后生成與FM信號(hào)電壓正交的參考信號(hào)電壓，它與輸入的FM信號(hào)電壓同時(shí)加入相乘器，相乘器輸出再經(jīng)低通濾波器濾波后，便可還原出原調(diào)制信號(hào)。

1.鑒頻方法

休息1休息2頻率—相位線性變換網(wǎng)絡(luò)

相位檢波器uFMuFM-PMuΩ

相乘器

低通濾波器uFMuΩ90o移相網(wǎng)絡(luò)第四種方法，先將調(diào)頻波通過非線性變換網(wǎng)絡(luò)，變換為調(diào)頻脈沖序列，該脈沖序列含有反映該調(diào)頻信號(hào)瞬時(shí)頻率變化的平均分量，因而通過低通濾波器便可得到反映平均分量變化的解調(diào)電壓。也可將調(diào)頻脈沖序列通過脈沖計(jì)數(shù)器，直接得到反映瞬時(shí)頻率變化的解調(diào)電壓。將這種鑒頻器稱為脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器。

非線性變換網(wǎng)絡(luò)低通濾波器或脈沖計(jì)數(shù)器uFM調(diào)頻脈沖序列uΩ第六章角度調(diào)制和解調(diào)2.鑒頻器的主要特性

休息1休息2

能全面描述鑒頻器主要特性的是鑒頻特性曲線。它是指鑒頻器的輸出電壓uo(t)，與其輸入FM信號(hào)瞬時(shí)頻偏Δω(t)或Δf(t)之間的關(guān)系曲線

foΔfuo(t)Bm

鑒頻器Δf(t)uo(t)或：

由調(diào)頻信號(hào)的特征：所以：表明：要實(shí)現(xiàn)無失真鑒頻，要求鑒頻器的輸出電壓 與頻偏成線性關(guān)系，上圖為典型鑒頻特性曲線。

（1）定義：鑒頻跨導(dǎo)表明了鑒頻特性曲線在原點(diǎn)（ ）處的斜率，反映了鑒頻靈敏度。顯然希望SD值應(yīng)盡可能的大。

對(duì)鑒頻特性曲線的主要要求：（2）鑒頻器的峰值頻帶寬度Bmax，要求Bmax應(yīng)大于輸入FM波最大頻偏擺動(dòng)范圍 。

Bm≥2Δfm

第六章角度調(diào)制和解調(diào)①FM波——(頻幅變換)——FM—AM②FM—AM——(包絡(luò)檢波)——恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)6.4.2振幅鑒頻器（斜率鑒頻器slopediscriminator）1．失諧（detvning）回路振幅鑒頻器振幅鑒頻器的基本原理：

頻-幅變換器包絡(luò)檢波器返回第六章角度調(diào)制和解調(diào)最簡(jiǎn)單的頻—幅變換電路就是并聯(lián)諧振回路，其工作特點(diǎn)：例1：失調(diào)單回路振幅鑒頻器FM信號(hào)工作在并聯(lián)諧振回路的失諧區(qū)，即（ ），當(dāng)FM波電流流過回路時(shí)，由于瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)而變化，對(duì)于不同的瞬時(shí)頻偏，失諧回路阻抗不同，回路輸出電壓 振幅將隨瞬時(shí)頻偏 的變化而變化，即可完成 變換。

f

ofp利用失調(diào)回路中幅頻特性曲線的傾斜部分來實(shí)現(xiàn)鑒頻，解調(diào)后失真較大，是一種原始類型的鑒頻器，現(xiàn)在已很少采用，但它對(duì)理解振幅鑒頻器對(duì)FM波的解調(diào)有很直觀的意義。仿真fpius(fo)返回第六章角度調(diào)制和解調(diào)

是在集成電路中常用的振幅鑒頻器，如下圖電路就是電視接收機(jī)中伴音信號(hào)處理的集成電路TA7176A中的差分峰值鑒頻器。

1電路結(jié)構(gòu)

二差分峰值振幅鑒頻器T1，T2為射隨器；T3，T4為峰值檢波器；T5，T6為差分對(duì)放大器；9，10管腳外接頻—幅移相變換網(wǎng)絡(luò)：C1，C2，L12電路分析：設(shè)：L1C1并聯(lián)電路的諧振頻率為：L1,C1和C2組成的并、串諧振回路的諧振頻率為：

雖然有：1．當(dāng) 時(shí)，并串回路呈現(xiàn)串聯(lián)諧振，由于串聯(lián)諧振阻抗最小，故u1最小，而電流最大，故u2最大。

f

of

o2f

o1故V1最大，而C2的容抗 最小2．當(dāng) 時(shí)，并聯(lián)回路諧振，（ ），故u2最小。u1u2ue3ue4uo

移相網(wǎng)絡(luò)作用：將輸入FM信號(hào)ui轉(zhuǎn)換成兩個(gè)幅頻特性相反的FM—AM信號(hào)u1和u2。u1和u2經(jīng)T1和T2的射隨器輸出后加到T3，T4兩個(gè)峰值型包絡(luò)檢波器的輸入端，而輸出的峰值檢波電壓為：

仿真

分別加到差分對(duì)T5，T6的輸入端，經(jīng)放大后由T6集電極單端輸出繼續(xù)返回第六章角度調(diào)制和解調(diào)

鑒相器是用來比較兩個(gè)同頻輸入電壓 和 的相位，而輸出電壓是兩個(gè)輸入電壓相位差的函數(shù)，

即當(dāng)線性鑒相的情況下，輸出電壓與兩個(gè)輸入電壓的瞬時(shí)相位差成正比。

鑒相器

鑒相器可實(shí)現(xiàn)PM信號(hào)的解調(diào)，但也廣泛用于解調(diào)FM信號(hào)，以及鎖相技術(shù)及頻率合成技術(shù)中。如在以后介紹的相移鑒頻器和正交鑒頻器都有具體應(yīng)用。

鑒相器的實(shí)現(xiàn)方法：乘積型鑒相器 疊加型鑒相器6.4.3相位鑒頻器（鑒相器phasedetector）其中：的瞬時(shí)相位。的瞬時(shí)相位。即休息1休息2第六章角度調(diào)制和解調(diào)則相乘器的輸出信號(hào) 為：1乘積型鑒相器（productphasedetector）下圖為乘積型鑒相器的組成框圖。

設(shè)：鑒相器輸入PM信號(hào)。

即：而而另一輸入信號(hào)為 的同頻正交載波。即：其中k為相乘器的乘積因子。經(jīng)低通濾波器后，輸出電壓 為：可見：乘積型鑒相器具有正弦形鑒相特性休息1休息2相乘器低通濾波器π-π仿真所以

注意：乘積型鑒相器在電路結(jié)構(gòu)上與同步檢波器是相同的，即只要輸入調(diào)相信號(hào) 與 的載波正交，同步檢波器就變成了乘積型鑒相器。

另外，如果滿足 ，則有 。即輸出電壓 與 成線性關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)線性鑒相。第六章角度調(diào)制和解調(diào)下圖為疊加型鑒相器原理框圖，以下采用平衡型鑒相器為例進(jìn)行分析：

2疊加型鑒相器（superpositionphasedetector）相加器包絡(luò)檢波器相加器相加器

包絡(luò)檢波器

包絡(luò)檢波器相加器設(shè)輸入調(diào)相波 為： 而同頻正交載波信號(hào)為：

則：利用矢量圖可得合成電壓振幅如果設(shè)包絡(luò)檢波器的傳輸系數(shù)為Kd1=Kd2=Kd，則兩個(gè)包絡(luò)檢波器的輸出電壓為：（為調(diào)相調(diào)幅波）而

討論：（1）當(dāng)可見：這時(shí)的鑒相器具有正弦鑒相特性，其線性鑒相范圍為：（2） 時(shí)，同理可推出由討論（1），（2）可以看出輸出電壓 的大小取決于振幅小的輸入信號(hào)振幅。（3）當(dāng) 時(shí)所以：仿真休息1休息2利用三角函數(shù)公式：所以：而當(dāng) , 的范圍內(nèi)，

所以： ，可實(shí)現(xiàn)線性鑒相。第六章角度調(diào)制和解調(diào)②波包絡(luò)檢波：把AM—PM信號(hào)中的包絡(luò)取出。當(dāng)Us=Ur時(shí)，輸出電壓增加 倍，且線性鑒相范圍擴(kuò)展為。小結(jié)：平衡式鑒相器的特性：（1）由兩個(gè)工作過程構(gòu)成:①Us與Ur疊加所合成的信號(hào)Ud1與Ud2，實(shí)現(xiàn)了PMAM—PM的變換（2）當(dāng)Us>>Ur，或U

r>>Us時(shí)，輸出電壓Uo

(t)的大小決定于小的輸入信號(hào)，且線性范圍為休息1休息2第六章角度調(diào)制和解調(diào)uFM

一電路結(jié)構(gòu)和基本原理3.互感耦合相位鑒頻器

由二個(gè)部分組成：

1,移相網(wǎng)絡(luò)：互感為M的初，次級(jí)雙調(diào)諧耦合回路組成的移相網(wǎng)絡(luò)，u1經(jīng)移相網(wǎng)絡(luò)生成PM-FM波u2，并使

|U1|=|U2|+u3

-另外，u1經(jīng)耦合電容CC在扼流圈LC上產(chǎn)生的電壓u3=u1，故其等效電路如右下圖所示。VD1C3R1C4R2VD22包絡(luò)檢波器：組成平衡式包絡(luò)檢波器。兩個(gè)檢波器的輸出電壓為：+u2-+u1-返回LcC2C1VD2VD1R1R2EcC4C3VTCcML2L1ud1ud2第六章角度調(diào)制和解調(diào)二工作原理分析：上下檢波器的輸入端高頻電壓為：如果忽略次級(jí)回路對(duì)初級(jí)回路的影響，則初級(jí)回路中流過L1的電流近似為：而次級(jí)回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)當(dāng)忽略二極管檢波器等效輸入電阻對(duì)次級(jí)回路的影響時(shí)，次級(jí)回路電流i2為：所以：次級(jí)回路兩端電壓u2為：VD1C3R1C4R2VD2ud1ud2LcC2C1VD2VD1R1R2EcC4C3VTCcML2L1i1i2第六章角度調(diào)制和解調(diào)二工作原理分析：討論:（1）當(dāng)輸入FM波瞬時(shí)頻率f等于調(diào)頻波中心頻率f

o，即f=f

o時(shí)，次級(jí)回路諧振。即：

則有：即有：u2超前u1相位差π/2，由矢量圖可得：|Ud1|=|Ud2|若設(shè)檢波器的傳輸系數(shù)為Kd1=Kd2=Kd。則有：所以：第六章角度調(diào)制和解調(diào)二工作原理分析：（2）當(dāng)瞬時(shí)頻率f>fo時(shí)，則有 ，這時(shí)次級(jí)回路呈電感性。

注意：式中 為次級(jí)回路阻抗。為Z2的相角。由矢量圖，u2超前u1的相位小于π/2，且隨

所以：|Ud1|>|Ud2|第六章角度調(diào)制和解調(diào)二工作原理分析：

（3）當(dāng)f<fo時(shí)， 次級(jí)回路呈電容性。

所以：其中：可見：u2超前u1的相位差大于π/2，且所以有：|Ud1|<|Ud2|第六章角度調(diào)制和解調(diào)二工作原理分析：f<fof=f

of>fouo<ouo=ouo>o根據(jù)上述分析，相位鑒頻器具有下圖所示的鑒頻特性曲線。ffo

互感耦合回路相位鑒頻器中的耦合雙回路是一個(gè)頻—相變換器，它把FM波u1(t)變換成PM—FM波u2(t)，而FM波u1(t)與PM—FM波u2(t)經(jīng)疊加后變換成兩個(gè)AM—FM波ud1(t)，ud2(t)經(jīng)包絡(luò)檢波器后即可恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)，

其過程為：第六章角度調(diào)制和解調(diào)

相位鑒頻器不具有自限幅作用，為了抑制調(diào)頻信號(hào)在傳輸過程中形成的寄生干擾調(diào)幅的影響，一般需要在接受機(jī)中放末級(jí)電路中加限幅器，而限幅器要求輸入FM信號(hào)的電壓幅值較大，約為1—3VPP，這就增加了調(diào)頻接收機(jī)中所需的中放和限幅放大器的級(jí)數(shù)。而比例鑒頻器具有自限幅的作用，且只要求前級(jí)中放提供零點(diǎn)幾伏的FM信號(hào)電壓就能正常工作，不需要另加限幅放大器，這使調(diào)頻接收機(jī)的電路簡(jiǎn)化，體積可能縮小，降低成本。

一電路結(jié)構(gòu)6.4.4比例鑒頻器（ratio

discriminator）

比例鑒頻器與相位鑒頻器在電路結(jié)構(gòu)上相差很小，其主要區(qū)別在：

（1）在兩類鑒頻器中D2的極性連接相反

（2）在A，B端并聯(lián)一個(gè)大電容C0，C0與（R1+R2）組成較大的時(shí)間常數(shù)（約為）。這樣在檢波過程中A，B兩端電壓基本不變，等于E

o（3）比例鑒頻器輸出電壓不是在A，B端，而是在中點(diǎn)C，D端引出。

EoCD返回+u1

-+u2

-uFM+uo-LcCoVTVD2VD1C2C1R1R2CcEcC4C3L1L2MRLCLAB第六章角度調(diào)制和解調(diào)

比例鑒頻器在輸入端的頻率—相位變換電路與和互感相位鑒頻器是相同的，右圖為其等效電路。有：其中：二工作原理而

如果設(shè)兩個(gè)二極管檢波器的傳輸系數(shù)為Kd1=Kd2=Kd，則兩檢波管的輸出電壓為：而比例鑒頻器的輸出電壓：+uo1-+uo2-返回ud1ud2+Eo-+uo

-+u1

-VD1C3R1C4R2VD2CLRLCo第六章角度調(diào)制和解調(diào)二工作原理討論：（1）當(dāng) 時(shí)，由矢量圖可得|ud1|=|ud2|，即Ud1=Ud2

u2ud1ud2u1-u1Ud1Ud2（2）當(dāng)f>fo時(shí)，則有，u2與ul的相位差為[-π/2-Δφ(t)]由矢量圖可得|ud2|>|ud1|，即Ud2>Ud1

ud1ud2u1-u1Ud1Ud2u2（3）當(dāng)f<fo時(shí)，

，u2與ul的相位差為[-π/2+Δφ(t)]由矢量圖可得|ud1|>|ud2|，即Ud1>Ud2

ud1ud2u1-u1u2Ud1Ud2第六章角度調(diào)制和解調(diào)

由此可見，比例鑒頻器的鑒頻特性曲線如右圖所示，只要工作在鑒相特性的線性鑒相區(qū)，就可以還原出原調(diào)制信號(hào)三自限幅原理f=fof>fouo=0uo>

0f<fouo<

0

比例鑒頻器的輸出電壓uo只取決于輸入FM波瞬時(shí)頻率的變化，而與輸入FM幅度變化的大小無關(guān)。

如果設(shè)輸入FM波的瞬時(shí)頻率不變，即 =常量，而由于傳輸過程中的寄生干擾調(diào)幅使輸入FM波的幅度發(fā)生變化。則由于u2ud1ud2u1-u1Ud1Ud2ud1ud2u1-u1Ud1Ud2u2ud1ud2u1-u1u2Ud1Ud2Δfuof

oΔfm-ΔfmΔf(t)可見，

另外，當(dāng)輸入FM波的瞬時(shí)頻率變化時(shí)，即有：返回第六章角度調(diào)制和解調(diào)一電路組成框圖

π/2移相相乘器

低通濾波器電路由移相器，相乘器和低通濾波器三部分組成輸入信號(hào) 一般來自調(diào)頻接收機(jī)中放限幅器電路（中頻載波為6.5MHZ或10.7MHZ）的中頻FM信號(hào)，參考信號(hào) 和 同步正交，即 與 在載頻上有π/2的固定相位差。

二正交鑒頻器的性能分析而經(jīng)π

/2移相后的 信號(hào)，對(duì)載頻有固定π/2相移，但對(duì)各邊頻分量（ ）則產(chǎn)生相位遲延τ，即6.4.5移相乘積鑒頻器設(shè)輸入FM波 為單一頻率調(diào)制的信號(hào)，即

所以：相乘器的輸出電壓 為：經(jīng)低通濾波器后，濾除 分量，并由三角函數(shù)公式：

所以有：

又因?yàn)橥ǔ?，所以

可見，正交鑒頻器的輸出電壓Uo就是原調(diào)制信號(hào)電壓，只是增加了一個(gè)附加的固定相移（Ωτ）/2，這是通過線性網(wǎng)絡(luò)傳輸而形成的時(shí)間延遲。

正交鑒頻器的核心是相乘器，便于集成化，在集成電路調(diào)頻接收機(jī)中，調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)常采用正交鑒頻器。

返回第六章角度調(diào)制和解調(diào)一調(diào)頻制中的噪聲以上各種調(diào)頻信號(hào)解調(diào)的原理分析中，都沒有考慮到噪聲的干擾，實(shí)際上，信道內(nèi)存在著的干擾和噪聲是不可避免的，與有用信號(hào)一起加到解調(diào)器，使解調(diào)器輸出除了有用信號(hào)外，必然伴有干擾和噪聲，這將影響信號(hào)的傳輸質(zhì)量，在嚴(yán)重情況下，當(dāng)輸出信噪比較小時(shí)，有用信號(hào)甚至?xí)蜎]在干擾和噪聲中，因此要求各種解調(diào)方式應(yīng)具有優(yōu)良的抗噪聲性能。解調(diào)器低通濾波器輸出

信號(hào)+噪聲+干擾解調(diào)器抗噪聲的能力通常用解調(diào)器的輸出信噪比來度量：輸出信噪比=輸出信號(hào)功率PSO/輸出噪聲平均功率Pno由于在實(shí)際信號(hào)中存在著各種形式的干擾和噪聲，是十分復(fù)雜的，而調(diào)制信號(hào)的解調(diào)本身是一個(gè)非線性的過程，使分析和計(jì)算復(fù)雜化，本課程在此只引用有關(guān)結(jié)論。

6.5調(diào)頻制的抗干擾性及特殊電路

第六章角度調(diào)制和解調(diào)BFMBFM

/2P

noPso如圖所示，如果輸入鑒頻器的噪聲功率譜密度為均勻分布的白噪聲，那么經(jīng)鑒頻器輸出的噪聲功率譜密度將隨調(diào)制頻率的增加而呈平方律增加。在調(diào)頻廣播中傳送的語音信號(hào)的能量大部分集中在低頻端，而在調(diào)制信號(hào)高頻端信號(hào)功率譜最小，相反鑒頻器輸出的噪聲功率譜密度卻在調(diào)制信號(hào)的高頻端最大，這就使得鑒頻器輸出的調(diào)制信號(hào)高頻端的輸出信噪比嚴(yán)重惡化，為改善鑒頻器在調(diào)制信號(hào)高頻端的輸出信噪比，可以人為的在調(diào)頻發(fā)送端提升調(diào)制信號(hào) 中的高頻分量，即這就是在調(diào)頻發(fā)射中接入預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)的原因。2．鑒頻器的輸出信噪比與輸入信噪比之間的關(guān)系理論上可以推出：1．鑒頻器輸出的噪聲功率譜密度Pn

if

o鑒相器的噪聲制度增益：

由上式可以看出，隨調(diào)制指數(shù)mf的增加，噪聲制度增益將急劇增加，即在相同輸入信噪比的情況下，輸出信噪比增大，系統(tǒng)的抗干擾能力增大，但同時(shí)BFM=2（mf+1）F

max也增加，這表明調(diào)頻系統(tǒng)抗干擾性能的改善，是以增加FM信號(hào)的傳輸帶寬為代價(jià)的。

即當(dāng)

返回第六章角度調(diào)制和解調(diào)

以上的討論是在輸入信噪比較大的情況下進(jìn)行的，當(dāng)輸入信噪比較低，而小于一定的門限數(shù)值時(shí)，鑒頻器的輸出信噪比將急劇惡化，有用信號(hào)甚至完全淹沒在噪聲中，而無法正常接收，這種現(xiàn)象叫做鑒頻器的門限效應(yīng)。為了建立調(diào)頻信號(hào)解調(diào)時(shí)門限效應(yīng)的概念，設(shè)鑒頻器輸入未加調(diào)制的載波信號(hào)，如果改變載頻信號(hào)的振幅，則相當(dāng)于改變鑒頻器輸入端的信噪比二調(diào)頻信號(hào)解調(diào)的門限效應(yīng)（1）當(dāng)UFM輸入大時(shí)，即Psi/Pni較大設(shè)uFM=UFMcos（）

噪聲：其中 表示隨機(jī)變化的噪聲幅度，而 表示在0—2π范圍內(nèi)隨機(jī)變化的噪聲相位，且u(t)vFMun(t)un(t)un(t)由矢量圖