第五章角度調(diào)制與解調(diào)電路5.1角度調(diào)制信號的基本特性

5.1.1調(diào)頻信號和調(diào)相信號調(diào)相信號：瞬時角頻率：在調(diào)相信號中，疊加在ωc

t上的附加相角按調(diào)制信號規(guī)律變化，而疊加在ωc的瞬時角頻率Δω(t)則按調(diào)制信號的時間導(dǎo)數(shù)值規(guī)律變化。調(diào)頻信號:總瞬時相角:在調(diào)頻信號中，疊加在ωc上的瞬時角頻率按調(diào)制信號規(guī)律變化，而疊加在ωc

t上的瞬時相角則按調(diào)制信號的時間積分值規(guī)律變化。單音調(diào)制信號：單音調(diào)制時的調(diào)頻信號：單音調(diào)制時的調(diào)相信號：最大角頻偏：調(diào)頻指數(shù)：最大角頻偏：調(diào)相指數(shù)：5.1.2調(diào)角信號的頻譜

單音調(diào)制的調(diào)頻信號：的傅里葉級數(shù)展開式：可見，單音調(diào)制時調(diào)頻信號的頻譜由載波分量和無數(shù)對邊頻分量所組成。其中，n為奇數(shù)的上、下邊頻分量的振幅相等，極性相反；而n為偶數(shù)的上、下邊頻分量的振幅相等，極性相同。而且載波分量和各邊頻分量的振幅均隨Mf而變化，特別當(dāng)Mf=2.40，5.52，8.65，…時，載波分量振幅等于零；而當(dāng)Mf為某些其它特定值時，又可使某些邊頻分量振幅等于零調(diào)頻波的傅里葉級數(shù)展開式：Jn(Mf)隨Mf變化的曲線調(diào)頻信號頻譜調(diào)頻和調(diào)相是兩種幅度Vm恒定的已調(diào)信號，它們的平均功率Pav僅取決于Vm，而與Mf（或Mp）無關(guān)。正是由于這些特點，在構(gòu)成發(fā)射機時可以采用高效率的丙類諧振功率放大器將它放大到所需的發(fā)射功率，而在接收這些已調(diào)信號時將呈現(xiàn)出很強的抗干擾能力。調(diào)頻和調(diào)相均是由無限頻譜分量組成的已調(diào)信號，它不像振幅調(diào)制信號那樣，具有確定的頻譜寬度。工程上，都是根據(jù)要求規(guī)定一個準(zhǔn)則，用來確定有效的頻譜寬度，且其值與M的大小密切相關(guān)。調(diào)頻和調(diào)相均為頻譜非線性變換的已調(diào)信號，因此，理論上，它們的調(diào)制與解調(diào)電路都不能采用相乘器和相應(yīng)濾波器所組成的電路模型來實現(xiàn)，而必須根據(jù)它們的固有特點，提出相應(yīng)的實現(xiàn)方法。不過，工程上，在作某些近似后，相乘器仍可作為電路的主要器件。5.1.4小結(jié)5.2調(diào)頻電路

5.2.1調(diào)頻電路概述

、直接調(diào)頻和間接調(diào)頻1、直接調(diào)頻

調(diào)頻信號的基本特點是它的瞬時頻率按調(diào)制信號規(guī)律變化，因而，一種最容易想到的方法是用調(diào)制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其不失真地反映調(diào)制信號的變化規(guī)律。通常將這種直接調(diào)變振蕩器頻率的方法稱為直接調(diào)頻法。

2、間接調(diào)頻根據(jù)調(diào)頻與調(diào)相的內(nèi)在聯(lián)系，將調(diào)制信號進行積分，用其值進行調(diào)相，便得到所需的調(diào)頻信號。通常將這種通過調(diào)相實現(xiàn)調(diào)頻的方法稱為間接調(diào)頻。

間接調(diào)頻電路組成方框

5.2.2直接調(diào)頻電路

一、在正弦振蕩器中實現(xiàn)直接調(diào)頻1、變?nèi)莨苋拷尤?/p>

,式中

,式中

則有，

原理電路和歸一化調(diào)頻特性

2、變?nèi)莨懿糠纸尤牖芈房傠娙荩?/p>

調(diào)頻特性方程：接入C1或C2后ω(x)隨x的變化曲線

原理電路3、電路組成

變?nèi)莨芗捌淇刂齐娐方尤胝袷幓芈返脑黼娐?/p>

（a）原理電路（b）高頻通路（c）直流和調(diào)制頻率通路

90MHz直接調(diào)頻電路及其高頻通路

（a)直接調(diào)頻電路(b)高頻通路

晶體振蕩器的變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻電路

二、在張弛振蕩器中實現(xiàn)直接調(diào)頻張弛振蕩器，它的振蕩頻率取決于電路中的充放電速度。因此，用調(diào)制信號去控制電容的充放電電流，就可控制張弛振蕩器的振蕩頻率。按這種原理工作的直接調(diào)頻電路有調(diào)頻方波發(fā)生器、調(diào)頻三角波發(fā)生器等。這些調(diào)頻非正弦波必須進一步通過濾波器或波形變換器才能變成調(diào)頻正弦波。

張弛振蕩器直接調(diào)頻電路(MC1658集成壓控振蕩器)

5.2.3間接調(diào)頻電路─調(diào)相電路

一、矢量合成法調(diào)相電路單音調(diào)制時的調(diào)相信號：

當(dāng)Mp<π/12時，上式可簡化為

矢量合成模型和原理：變?nèi)莨苷{(diào)相電路

(a)實用電路(b)高頻通路(c)調(diào)制頻率通路

三、可變時延法調(diào)相電路實現(xiàn)模型

脈沖調(diào)相電路組成方框

脈沖調(diào)相電路各組成部分的波形圖

脈沖調(diào)相電路：圖中脈沖發(fā)生器的輸出脈沖就是時延受調(diào)制信號電壓調(diào)變的調(diào)相脈沖，將該調(diào)相脈沖通過濾波器，取出其基波或某一次諧波分量，就可得到相移受調(diào)制信號控制的調(diào)相正弦波。5.2.4擴展最大頻偏的方法

調(diào)頻波經(jīng)過n倍頻后，它的瞬時角頻率就將增大n倍，即載波角頻率和最大角頻偏同時增大n倍。因此，倍頻器可以在保持調(diào)頻波的相對角頻偏不變的條件下成倍地擴展其最大角頻偏。

將調(diào)頻波通過混頻器，可以使調(diào)頻波的載波角頻率降低或者提高，但不會使最大角頻偏變化?？梢姡祛l器可以在保持最大角頻偏不變的條件下，不失真地改變調(diào)頻波的相對頻偏。利用倍頻器和混頻器的上述特性，可以先利用倍頻器增大調(diào)頻波的最大頻偏，而后利用混頻器將調(diào)頻波的載波頻率降低到規(guī)定的數(shù)值。

調(diào)頻廣播發(fā)射機的組成方框

電路舉例：脈沖計數(shù)式鑒頻器的組成方框及其各部分波形

三、調(diào)頻信號通過線性網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)1、理想微分網(wǎng)絡(luò)和時延網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)特性

理想的微分網(wǎng)絡(luò)：

頻率特性則輸出響應(yīng)為

即，則輸出響應(yīng)為

若可見，理想微分網(wǎng)絡(luò)可以將輸入調(diào)頻信號的瞬時頻率變化不失真地反映在輸出調(diào)頻信號的振幅V2m上，通過包絡(luò)檢波器就可得到所需的解調(diào)電壓。因而斜率鑒頻器又可用

下圖所示的模型表示理想的時延網(wǎng)絡(luò)：

具有恒值的幅頻特性和線性的相頻特性，輸出響應(yīng)為

理想的時延網(wǎng)絡(luò)頻率特性，則若輸出響應(yīng)為為附加相移，反映了輸入調(diào)頻波的瞬時頻率變化。斜率鑒頻器的理論模型

2、準(zhǔn)靜態(tài)條件下的響應(yīng)特性網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)靜態(tài)條件：

滿足準(zhǔn)靜態(tài)條件下斜率鑒頻器滿足準(zhǔn)靜態(tài)條件下相位鑒頻器

四、振幅限幅器振幅限幅器的作用是將具有寄生調(diào)幅的調(diào)頻信號vs(t)變換為等幅的調(diào)頻信號vo(t)。1、三極管振幅限幅器諧振功率放大器的放大特性：

2、差分對振幅限幅器

5.3.2斜率鑒頻電路

一、失諧回路斜率鑒頻電路單失諧回路斜率鑒頻器

雙失諧回路斜率鑒頻器

二、集成電路中采用的斜率鑒頻器斜率鑒頻電路

鑒頻特性曲線

5.3.3斜率鑒頻電路

一、相位檢波器1、乘積型鑒相器

各種相乘器都可構(gòu)成乘積型鑒相器

相位檢波器，又稱鑒相器，用來檢出兩信號之間的相位差，并輸出與相位差相對應(yīng)的電壓，包括數(shù)字鑒相器和模擬鑒相器兩大類，模擬鑒相器按工作原理又可分為乘積型和疊加型兩種實現(xiàn)電路。雙差分對平衡調(diào)制器構(gòu)成的乘積型鑒相器：

當(dāng)時，雙差分對管輸出差值電流為

設(shè)雙差分對管的直流負(fù)載電阻為Rc，低通濾波器的傳輸增益為1，則鑒相器的鑒相特性為

如果V1m和V2m均大于260mV，則雙差分對管輸出差值電流近似表示為兩個雙向開關(guān)函數(shù)相乘

在范圍內(nèi)，相應(yīng)的平均分量為

則鑒相器的鑒相特性為

兩個開關(guān)波形相乘后的波形：

2、疊加型鑒相器

將兩個輸入信號疊加后加到包絡(luò)檢波器而構(gòu)成的鑒相器稱為疊加型鑒相器。疊加型鑒相器電路

VI1(t)和

VI2(t)的矢量疊加

若則根據(jù)矢量疊加原理，加到上、下兩包絡(luò)檢波器的輸入信號電壓分別為式中，鑒相器的輸出電壓為

二、乘積型相位鑒頻器輸出解調(diào)電壓：

乘積型相位鑒頻電路

單諧振回路作為相頻轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)

鑒頻特性曲線

三、疊加型相位鑒頻器耦合回路迭加型相位鑒頻器電路

互感耦合回路

鑒頻器輸出解調(diào)電壓為：

鑒頻特性曲線

采用電容耦合雙調(diào)諧回路疊加型相位鑒頻電路

變形的電容耦合疊加型相位鑒頻電路

5.4數(shù)字調(diào)制與解調(diào)電路

與模擬調(diào)制比較，數(shù)字調(diào)制具有抗干擾能力強，可以同時傳輸語音，圖像和數(shù)據(jù)等綜合信息以及保密等優(yōu)點。數(shù)字調(diào)制和解調(diào)電路既可以采用硬件實現(xiàn)，還廣泛采用軟件實現(xiàn)，具有更大的靈活性。數(shù)字調(diào)制又稱鍵控(Keying)

，包括振幅，相位和頻率三種鍵控。本節(jié)重點討論相位鍵控和解調(diào)電路。5.4.1數(shù)字信號的再生

取樣判決過程中各點的波形

(a)原數(shù)字信號(b)解調(diào)后信號(c)時鐘信號(d)取樣信號(e)判決后波形(f)重現(xiàn)波形

5.4.2數(shù)字調(diào)相與解調(diào)電路

一、二相移相鍵控(BPSK)數(shù)字信號：

載波信號：則二相移相鍵控信號可以表示為：

二相移相鍵控信號波形：

二相移相鍵控可等效為由調(diào)制信號m(t)和載波信號vc(t)相乘的雙邊帶調(diào)幅。因此，二相移相鍵控信號可以用平衡調(diào)制器產(chǎn)生，而它的解調(diào)電路可以用同步(相干)檢波器檢出m(t)。BPSK產(chǎn)生電路BPSK相干解調(diào)電路二、二相差分移相鍵控(BDPSK)由載波提取電路提取的載波信號往往會出現(xiàn)初相位為0或π的不確定情況，這將造成解調(diào)信號的不確定。因此，二相移相鍵控一般都采用差分移相鍵控。載波信號初始相位不確定造成解調(diào)不確定的示意波形

二相差分移相鍵控信號波形

BDPSK信號產(chǎn)生電路

差動相干解調(diào)電路

三、四相調(diào)制(QPSK)

QPSK信號產(chǎn)生電路及相應(yīng)信