高频电子线路阳昌汉版第6章角度调制与解调.ppt

第第 6 章章 角度调制与解调角度调制与解调 概述概述 角度调制原理及特性角度调制原理及特性 调频电路调频电路 调相电路调相电路 调角信号的解调调角信号的解调1 6.1 6.1 概概 述述 高频振荡的振幅不变，而瞬时相位随高频振荡的振幅不变，而瞬时相位随调制信号调制信号按一定关系变化按一定关系变化 （简称调角）（简称调角）一、角度调制的定义与分类一、角度调制的定义与分类定义：定义：相位调制（简称调相）：相位调制（简称调相）：                                           高频振荡的振幅不变，而其高频振荡的振幅不变，而其瞬时角频率瞬时角频率随调制信号随调制信号           线性关系变化线性关系变化  FM频率调制（简称调频）：频率调制（简称调频）：                                          高频振荡的振幅不变，而其高频振荡的振幅不变，而其瞬时相位瞬时相位随调制信号随调制信号           线性关系变化线性关系变化  PM二、角度调制的优点与用途二、角度调制的优点与用途优点：优点： 抗干扰能力强、抗干扰能力强、载波功率利用率高载波功率利用率高用途：用途：FM：： 调频广播、广播电视、通信及遥控遥测等调频广播、广播电视、通信及遥控遥测等PM：： 数字通信等数字通信等分分类：类：26.2 角度调制原理及特性角度调制原理及特性6.2.1  瞬时角频率与瞬时相位瞬时角频率与瞬时相位       当进行角度调制（当进行角度调制（FM或或PM）后）后 ,其已调波的角频率将是时间的函数即其已调波的角频率将是时间的函数即ω(t)，可用旋转矢量表示。

可用旋转矢量表示t= tω(t)t =0实轴实轴设高频载波信号为设高频载波信号为 ：：       设旋转矢量的长度为设旋转矢量的长度为       ，且当，且当t =0时，初相位为时，初相位为      ，，t =t 时，矢量与实轴之间的瞬时相位为时，矢量与实轴之间的瞬时相位为        而该矢量在实轴上的投影：而该矢量在实轴上的投影：显然有：显然有：36.2.2  调角信号的时域特性调角信号的时域特性一、调频信号一、调频信号载波信号：载波信号：调制信号：调制信号：瞬时角频率：瞬时角频率： (t) =  c+ kf u (t)rad / s·V=  c +   (t)瞬时相位：瞬时相位：  相移相移则则FM信号为信号为角频移角频移4u (t) = U  m cos   t (t) =  c+ kf U  m cos   t=  c+   fm cos  t调频指数调频指数（最大相移）（最大相移）最大角频移最大角频移单频调制时单频调制时则则ΔωfmΩmf5 u (t) = U  m cos   t (t) =  c+   fm cos  t调调制制信信号号瞬瞬时时角角频频率率调调频频波波相相移移最高最高最密最密特点：特点： 调制信号电平最高处调制信号电平最高处对应的瞬时正频移最大，对应的瞬时正频移最大，波形最波形最密集密集；；调制信号电平最低处调制信号电平最低处对应的瞬时负频移最大，对应的瞬时负频移最大，波形最稀疏波形最稀疏。

最低最低最稀最稀波形（等幅疏密波）：波形（等幅疏密波）：6二、调相信号二、调相信号载波信号：载波信号：调制信号：调制信号：故调相信号为故调相信号为rad / V瞬时相位：瞬时相位：相移相移瞬时角频率：瞬时角频率：角频移角频移7设设 u (t) = U  m cos   t ，，单频调制时，单频调制时，则则调相指数调相指数（最大相移）（最大相移）mp  ΔωpmΩ最大角频移最大角频移在振幅调制中，调幅指数在振幅调制中，调幅指数ma≤1，否则会产生过调幅失真否则会产生过调幅失真而在角度调制中，无论是调频还是调相，调制指数均可大于而在角度调制中，无论是调频还是调相，调制指数均可大于1需要说明：需要说明：8 u (t) = U  m cos   t调调制制信信号号瞬瞬时时角角频频率率调调相相波波相相移移波形（等幅疏密波）：波形（等幅疏密波）：特点：特点： 调制信号电平变化率（斜率）最大处调制信号电平变化率（斜率）最大处对应的瞬时正频移最对应的瞬时正频移最大，大，波形最波形最密集密集；；调制信号电平变化率最小处调制信号电平变化率最小处对应的瞬时负对应的瞬时负频移最大，频移最大，波形最稀疏波形最稀疏。

最大最大最密最密最小最小最稀最稀9三、调频信号与调相信号的比较三、调频信号与调相信号的比较调制信号调制信号u (t) = U  m cos   t载波信号载波信号 uc(t) = Ucm cos  c t调调 频频调相调相瞬时角频率瞬时角频率  (t) =  c+ kf u (t) =  c+    fm cos   t=  c–     pm sin   t  瞬时相位瞬时相位= ct + kp u (t)=  ct + mpcos   t  最大角频移最大角频移= kf U  m= mf   =kpU  m    = mp   最大相移最大相移 mp = kpU  m    fm   pm表达式表达式10v调频信号与调相信号的调频信号与调相信号的相同之处相同之处在于在于: (1)(1) 二者都是等幅信号二者都是等幅信号 (2)(2) 二者的频率和相位都随调制信号而变化二者的频率和相位都随调制信号而变化, , 均产生频移均产生频移与相移，成为疏密波形与相移，成为疏密波形。

正频移最大处，即瞬时频率最高正频移最大处，即瞬时频率最高处，波形最密；负频移动最大处，即瞬时频率最低处，波处，波形最密；负频移动最大处，即瞬时频率最低处，波形最疏v调频信号与调相信号的调频信号与调相信号的区别区别在于在于:(1)(1) 二者的频率和相位随调制信号变化的规律不一样，但二者的频率和相位随调制信号变化的规律不一样，但由于瞬时频率与瞬时相位是微积分关系，故二者是有紧密由于瞬时频率与瞬时相位是微积分关系，故二者是有紧密联系的3)(3) 二者的最大角频移二者的最大角频移  m均等于调制指数均等于调制指数m与调制信与调制信号频率号频率 的乘积11(2)(2) 调频信号的调频指数调频信号的调频指数mf与调制信号频率与调制信号频率  有关（有关（成反成反比比））, , 最大角频移最大角频移  fm与调制信号频率无关；而调相信与调制信号频率无关；而调相信号号的最大角频移的最大角频移  pm与调制信号频率与调制信号频率  有关（成正比）有关（成正比）, ,调调相指数相指数mp与调制信号频率无关与调制信号频率无关3)(3) 从理论上讲，调频信号的最大角频移从理论上讲，调频信号的最大角频移  fm< c，由于载频，由于载频 c很高，故很高，故  fm可以很大，即可以很大，即调制范围很大。

由于相位以调制范围很大由于相位以2π为周期，因此为周期，因此调相信号的最大相移（调相指数）调相信号的最大相移（调相指数）mp<π，故，故调制范围很小调制范围很小eg: 将调制信号先微分，然后再对载波调频，则得调相信号；将调制信号先微分，然后再对载波调频，则得调相信号； 将调制信号先积分，再对载波进行调相，则得调频信号将调制信号先积分，再对载波进行调相，则得调频信号12例例1已知已知u (t) = 5 cos (2   103 t)V ，， 调角信号表达式为调角信号表达式为uo(t) =10 cos [ (2   106 t ) +10cos (2   103 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、最大频移、载波频率和载波振幅指数、最大频移、载波频率和载波振幅[解解]=2   106 t + 10cos (2   103 t)调相指数调相指数  mp = 10 rad载波频率载波频率  fc = 106 (Hz)  fpm = mpF最大频移最大频移载波振幅载波振幅  Ucm = 10V= 10  103 = 10 kHz相移相移          正比于调制信号，故为正比于调制信号，故为调相信号。

调相信号13例例2 一组频率为一组频率为300   3000Hz的余弦调制信号，振幅相同，的余弦调制信号，振幅相同，调频时调频时最大频移最大频移为为 75 kHz，调相时，调相时最大相移最大相移为为 2 rad，，试求调制信号频率范围内：试求调制信号频率范围内：(1) 调频时调频时mf 的变化范围的变化范围;(2) 调相时调相时  fpm的范围的范围;                               [解解](1) 调频时，调频时，   ffm与调制信号频率无关，与调制信号频率无关，恒为恒为75 kHz 故故(2) 调相时，调相时， mP 与调制信号频率无关，与调制信号频率无关，恒为恒为2 rad 故故146.2.3  调角信号的频谱与带宽调角信号的频谱与带宽一、调角信号的频谱一、调角信号的频谱        FM信号和信号和PM信号的信号的频谱结构相同，下面构相同，下面仅讨论调频波的波的频谱设调制信号设调制信号                              ，， 载波信号载波信号                             ，则，则根据根据贝塞塞尔尔函数理函数理论有：有： Jn(mf) 称为以称为以mf为参数的为参数的n阶第一类阶第一类贝塞塞尔尔函数函数15可得可得载频载频第一对边频第一对边频第二对边频第二对边频第三对边频第三对边频第四对边频第四对边频161       2       3       4       5       6       7       8       9       10     11    12    13mJn(m)Jn(m) 随随m、、n 变化的规律变化的规律      0––n=0n=1n=2n=3         n增大时，总趋势使边频分量振幅减小。

增大时，总趋势使边频分量振幅减小         m越大，具有越大，具有较大振幅的大振幅的边频分量就越多；且有些分量就越多；且有些边频分量振幅超分量振幅超过载频分量振幅当分量振幅当m为某些某些值时，，载频分量可分量可能能为零，零，m为其它某些其它某些值时，某些，某些边频分量振幅分量振幅可能可能为零 17（（3））载频分量和各边频分量的振幅均随载频分量和各边频分量的振幅均随Jn (m) 而变化而变化 调角信号频谱特点：调角信号频谱特点：（（1））调角信号的角信号的频谱是由是由载频        和无数和无数对上、下上、下边频频分量分量                组成，它不是成，它不是调制信号制信号频谱的的线性搬移2））奇数项的上、下边频分量的振幅相等，极性相反；奇数项的上、下边频分量的振幅相等，极性相反；偶数项的上、下两边频分量的振幅相等，极性都相同偶数项的上、下两边频分量的振幅相等，极性都相同ωc-ΩΩΩωFM / PM的频谱的频谱ωc+Ωωcωc+2Ωωc+3Ωωc+4Ωωc-2Ωωc-3Ωωc-4ΩΩωcω调制信号调制信号uΩ载波载波uc18二、调角信号的功率二、调角信号的功率第一类第一类Bessel function的性质：的性质： （（1）），即，即（（2））对于任何对于任何mf值，均有值，均有19（（1））因因为调角波是等幅波，所以它的角波是等幅波，所以它的总功率功率为常数常数，不随，不随调制指数制指数mf的变化而变化，并且的变化而变化，并且等于未调制前的载波功率。

等于未调制前的载波功率讨论：讨论：（（4 4））调制后尽管部分功率由载频向边频转换，但调制后尽管部分功率由载频向边频转换，但大部分大部分能量还是集中在载频附近的若干个边频之中能量还是集中在载频附近的若干个边频之中2））调制后，已制后，已调波出波出现许多多频率分量，率分量，这个个总功率就功率就分配到各个分量分配到各个分量随随m的不同，各频率的不同，各频率分量之间功率分配分量之间功率分配数数值不同 （（3））调制制过程不需要外界供程不需要外界供给边频功率功率，只是高，只是高频信号信号本身本身载频功率与功率与边频功率的重新分配功率的重新分配 20三、调角信号的带宽三、调角信号的带宽 实际上可以把调角信号认为是有限带宽的信号，这取决实际上可以把调角信号认为是有限带宽的信号，这取决于实际应用中允许解调后信号的失真程度于实际应用中允许解调后信号的失真程度 v 理论上：理论上：频带无限宽频带无限宽凡是振幅小于未调载波振幅的凡是振幅小于未调载波振幅的10%的边频的边频分量可以忽略不计即分量可以忽略不计即 常用的工程准则：常用的工程准则： BW = 2 (m + 1) F= 2F  + 2    f m由由 Bessel function 可得调角信号的有效带宽为可得调角信号的有效带宽为21当当  m >> 1时，时，BW   2 m F = 2   fm ，称为，称为宽带调角信号宽带调角信号。

当当  m << 1时，时，BW   2 F                                                   ，其值近似为调制信号频率的，其值近似为调制信号频率的两倍，两倍，相当于调幅波的带宽相当于调幅波的带宽　　　　这这时时，，调调角角信信号号的的频频谱谱由由载载波波分分量量和和一一对对幅幅值值相相同同，，极极性相反的上、下边频分量组成，称性相反的上、下边频分量组成，称窄带调角信号窄带调角信号讨论：讨论：（（2 2））作作为为调调相相波波时时，，由由于于 mp = = kpU m与与F无无关关可可见见，，BWPM=2(mp+1)F，，在在U m 不不变变条条件件下下，，BWPM 与与 F 成成正正比比的增加1 1））作作为为调调频频信信号号时时，， 与与F成成反反比比可可见见，，BWFM=2(mf+1)F，，在在U m不不变变条条件件下下，，增增大大F，，BWFM 变化不大变化不大22BW = 2 (m + 1) Fmax当当  m << 1时，时，BW   2 Fmax当当  m >> 1时，时，BW   2 m F = 2   fm其中，其中，   fm=mFmax        PM信号信号的有效带宽与调制信号的频率成正比。

如果按的有效带宽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，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系统频带利用不充分，因此，因此在模拟通信系统中，调频比调在模拟通信系统中，调频比调相应用更广相应用更广v 对对有限频带的调制信号，有限频带的调制信号，即即F= Fmin～～Fmax，则调角信，则调角信号的带宽为号的带宽为 23四、调角信号与调幅信号的比较四、调角信号与调幅信号的比较调角信号比之调幅信号的优缺点：调角信号比之调幅信号的优缺点：        调角信号功率等于未角信号功率等于未调制制时的的载波功率，与波功率，与调制指数制指数m无关，因此不无关，因此不论m为多大，多大，发射机末射机末级均可工作在最大均可工作在最大功率状功率状态，从而可提高，从而可提高发送送设备的功率利用率的功率利用率        故故角度调制角度调制不宜在信道拥挤、且频率范围不宽的短波波不宜在信道拥挤、且频率范围不宽的短波波段使用，而段使用，而适合在频率范围很宽的超高频或微波波段使用适合在频率范围很宽的超高频或微波波段使用 优点：点： （（1））抗干抗干扰能力能力强强（（2））功率利用率高功率利用率高        因因为调角信号角信号为等幅信号，其幅度不携等幅信号，其幅度不携带信息，故可信息，故可采用限幅采用限幅电路消除干路消除干扰所引起的寄生所引起的寄生调幅。

幅        缺点：缺点：有效带宽比调幅信号大得多，且有效带宽与有效带宽比调幅信号大得多，且有效带宽与m相关24振荡电路振荡电路LC   有有源源电电路路1. 直接调频直接调频用调制信号直接控制载波振荡器频率，使其与调制信号成正比用调制信号直接控制载波振荡器频率，使其与调制信号成正比调调频频输输出出可可控控电电抗抗元元件件调制电压调制电压直接调频法直接调频法优点：频偏较大优点：频偏较大缺点：中心频率易不稳定缺点：中心频率易不稳定6.3.1 6.3.1 调频电路的实现方法与主要性能要求调频电路的实现方法与主要性能要求一、调频方法一、调频方法直接调频直接调频间接调频间接调频可控的电容元件：变容二极管、电抗管可控的电容元件：变容二极管、电抗管可控的电感元件：电抗管、具有铁氧体可控的电感元件：电抗管、具有铁氧体                   磁芯的电感线圈磁芯的电感线圈6.3 调频电路调频电路252.  间接调频间接调频载波振荡器载波振荡器Ucmcos ctu (t)积分器积分器调相器调相器（先对调制信号积分，后对载波进行调相）（先对调制信号积分，后对载波进行调相）间接调频法不在振荡器中进行，故间接调频法不在振荡器中进行，故优点：中心频率较稳定优点：中心频率较稳定缺点：不易获得大频偏缺点：不易获得大频偏26二、调频电路的主要性能要求二、调频电路的主要性能要求（（1））具有线性的调制特性，即具有线性的调制特性，即（（2））调制灵敏度要高，即调制灵敏度要高，即kf 要大要大（（3））载波的频率稳定度要高载波的频率稳定度要高（（4））最大频偏与调制信号频率无关最大频偏与调制信号频率无关  （（5））无寄生调幅无寄生调幅276.3.2  变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路一、变容二极管一、变容二极管urCjo特点特点: (1)必须工作在反向偏压必须工作在反向偏压符号符号:压控特性压控特性或或（电压控制可变电抗元件）（电压控制可变电抗元件）(2)结电容随外加的反向电压变化而变化结电容随外加的反向电压变化而变化ur = 0 时的结电容时的结电容外加反向偏压外加反向偏压PN结势垒电压（导通电压）结势垒电压（导通电压）变容指数变容指数取值取值1/3～～628二、工作原理二、工作原理1.1.电路组成电路组成互感耦合振荡器互感耦合振荡器变容二极管和变容二极管和它的偏置电路它的偏置电路+-低频旁低频旁路电容路电容加在加在Cj上的反向上的反向直流偏压直流偏压29CjurVQurtC jtCjQ2.2.具体分析具体分析为电容调制度为电容调制度对应的结电容为对应的结电容为CjQ调制状态时变容二极管的结电容调制状态时变容二极管的结电容Cj载波状态时载波状态时 ，，此时此时30瞬时振荡频率瞬时振荡频率:最大频偏最大频偏未加调制信号时的载波频率：未加调制信号时的载波频率：即为调频振荡器的中心频率。

即为调频振荡器的中心频率讨论：讨论：  ①①设设 γ =2即实现线性调频即实现线性调频1 1）变容二极管作为振荡回路的总电容）变容二极管作为振荡回路的总电容31当当m m很小可忽略三次方以上的高次项，则瞬时频率为：很小可忽略三次方以上的高次项，则瞬时频率为：中心角频率偏移项中心角频率偏移项二次谐波失真项二次谐波失真项可见可见 会导致如下影响：会导致如下影响：线性调频所需项线性调频所需项1)1)中心频率会产生偏移，其偏移量为：中心频率会产生偏移，其偏移量为：2)2)调频波会产生非线性失真调频波会产生非线性失真, , 二次谐波失真最大偏移为二次谐波失真最大偏移为  ②②  当当323)3)调频波的最大频偏为：调频波的最大频偏为：当调频电路要求的相对频偏较小时，当调频电路要求的相对频偏较小时，m m值就很小，此时对值就很小，此时对 的要求就不高的要求就不高例：调频广播的中心频率为例：调频广播的中心频率为 若要求最大频偏为若要求最大频偏为 , ,则则可见可见m m很小，则对应的中心频率偏移量和非线性失真就很小，很小，则对应的中心频率偏移量和非线性失真就很小，故故对对             的要求不高的要求不高当调频电路要求的相对频偏较大时，对当调频电路要求的相对频偏较大时，对 的要求就严格些。

的要求就严格些变容二极管直接接入振荡回路的缺点：调频电路的中心频变容二极管直接接入振荡回路的缺点：调频电路的中心频率稳定度较差率稳定度较差33（（2）变容二极管部分接入振荡回路）变容二极管部分接入振荡回路     变容管部分接入回路所构成的容管部分接入回路所构成的调频电路，路，中心频率的中心频率的稳定提高了，但稳定提高了，但调制灵敏度和最大制灵敏度和最大频偏都降低偏都降低34三、电路实例三、电路实例bce(1)是电容三点式振荡是电容三点式振荡电路，通过变容二极管电路，通过变容二极管的电容变化实现调频的电容变化实现调频2)高频扼流图高频扼流图               对对直流和调制信号短路，而直流和调制信号短路，而对载频开路因而加在两对载频开路因而加在两个变容二极管上的反向电个变容二极管上的反向电压是相同的压是相同的Ur_(3)本电路的特殊点是采用了两本电路的特殊点是采用了两个变容二极管个变容二极管反向串联反向串联接入振荡接入振荡回路，回路，对高频信号而言，对高频信号而言，使得每使得每个变容二极管两端的高频电压减个变容二极管两端的高频电压减小一半，小一半，可减弱高频电压对可减弱高频电压对变容变容二极管总电容二极管总电容的影响。

的影响35例例1：：3637        在要求调频波中心频率稳定度较高，而频偏较小的场合，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可以采用直接对晶体振荡器调频的方法 6.3.3 晶体振荡器直接调频电路晶体振荡器直接调频电路 1．晶体振荡器直接调频原理．晶体振荡器直接调频原理其振荡频率为：其振荡频率为： 在在电电路路中中，，当当Cj变变化化时时，，CL变变化化，，从从而而使使晶晶体体振振荡荡器器的的振振荡荡频频率也发生变化，如果压控元件率也发生变化，如果压控元件Cj受调制电压受调制电压       控控制制，，则则Pierce Oscillator就成为一个就成为一个晶体调频振荡器晶体调频振荡器C2ClCjJTbce38注意：晶体在电路中呈现为一个等效电感，注意：晶体在电路中呈现为一个等效电感，故只能工作于晶体的故只能工作于晶体的串联谐振频率串联谐振频率f q与并联谐振频率与并联谐振频率f p之间之间故故调频波的最大相对频偏很小调频波的最大相对频偏很小实现调频的最大频偏：实现调频的最大频偏：最大相对频偏最大相对频偏:2. 实际电路举例实际电路举例39调相的实现方法调相的实现方法:矢量合成法矢量合成法调相相可变移相法可变移相法调相相可变时延法可变时延法调相相一、一、 可变移相法可变移相法调相相电路路可控的移相网络可控的移相网络可控移相网络有多种实现电路，其中应用最广的是由可控移相网络有多种实现电路，其中应用最广的是由变容变容二极管二极管和电感组成的调谐回路。

和电感组成的调谐回路 6.4 调相电路调相电路40载波载波输入输入一、变容二极管调相电路一、变容二极管调相电路R3C3电路对调制信号构成积分电路电路对调制信号构成积分电路实际加到加到变容二极管上的容二极管上的调制制电压u uΩΩ’’(t) (t) 为 就构成间接调频就构成间接调频1.电路组成电路组成构成调相电路构成调相电路u (t)–412. 工作原理工作原理（（1 1）当）当 时，时，变容二极管反向电压加大，变容二极管反向电压加大，     减小减小附加相移在调制信号控制下变化，导致输出电压的相附加相移在调制信号控制下变化，导致输出电压的相位也随调制信号变化，从而实现调相位也随调制信号变化，从而实现调相变容二极管反向电压变容二极管反向电压谐振回路的谐振频率为谐振回路的谐振频率为:输出电压与输入电压同相输出电压与输入电压同相 c  Z90º–90º（（2 2）当）当 时，时，谐振回路的谐振频率为谐振回路的谐振频率为:＋＋ －－ （（3 3）当）当 时，时，变容二极管反向电压减小，变容二极管反向电压减小，     增大增大谐振回路的谐振频率为谐振回路的谐振频率为:输出电压的相位为输出电压的相位为输出电压的相位为输出电压的相位为423. 调相分析调相分析设输入载波信号设输入载波信号（（1）变容二极管作为回路总电容，当）变容二极管作为回路总电容，当m很小时，很小时，回路的谐振频率为回路的谐振频率为输出电压：输出电压： 调制信号调制信号+u (t)–分别是谐振回路在分别是谐振回路在            上呈现的上呈现的阻抗幅值和相移阻抗幅值和相移。

43在失谐不大的条件下，在失谐不大的条件下，+u (t)–实现线性调相的条件：实现线性调相的条件：44对于要求大的相移，可采用对于要求大的相移，可采用多级单回路构成的变容二极管调相电路多级单回路构成的变容二极管调相电路三级单回路变容二极管调相电路三级单回路变容二极管调相电路最大相移：最大相移：45二、二、 可变时延法可变时延法调相相电路路可控的时延网络可控的时延网络脉冲调相电路脉冲调相电路:能得到较大的相移，调制线性较好，但电路复杂能得到较大的相移，调制线性较好，但电路复杂 46三、三、  矢量合成法矢量合成法调相相电路路(1)  矢量合成法矢量合成法原理原理单音调制时，调相信号可表示为单音调制时，调相信号可表示为故故47(2)  矢量合成法矢量合成法实现模型实现模型实现线性调相的条件：实现线性调相的条件：48四、四、 扩展线性频偏的方法扩展线性频偏的方法可先用倍频器将载波频率和最大频偏同时扩展可先用倍频器将载波频率和最大频偏同时扩展n n倍，然后倍，然后再用混频器将调频信号的载波频率改变为所需值再用混频器将调频信号的载波频率改变为所需值 调频振荡器调频振荡器  n倍频器倍频器 混频器混频器 本地振荡器本地振荡器49图所示为某调频设备的组成框图，已知间接调频电路输图所示为某调频设备的组成框图，已知间接调频电路输出的调频信号中心频率出的调频信号中心频率f fc1c1=100kHz=100kHz，最大频偏，最大频偏ΔfΔfm1m1，混，混频器的本振信号频率频器的本振信号频率f fL L，取下边频输出，试求输出调频，取下边频输出，试求输出调频信号信号uo (t)uo (t)的中心频率的中心频率fcfc和最大频偏和最大频偏Δfm Δfm 。

例例2解：解： fc2 = 4×4×3×fc1 =48×100kHz = 4.8 MHz ΔΔfm2 = 4××4××3×Δ×Δfm1 = 48××97.64 Hz = 4.687 kHz fc3 = fL- fc2 = (14.8-4.8) MHz = 10 MHz Δfm3 = Δfm2  = 4.687kHz fc = 4×4×fc3  =16×10 MHz = 160 MHz Δfm = 4×4×Δfm3 = 16×4.687 kHz=75 kHz 50主要要求：主要要求： 掌握鉴频的实现方法掌握鉴频的实现方法6.5 调角信号的解调调角信号的解调掌握相位鉴频器和比例鉴频器的工作原理掌握相位鉴频器和比例鉴频器的工作原理了解鉴频和鉴相电路的主要指标了解鉴频和鉴相电路的主要指标了解鉴相器的工作原理了解鉴相器的工作原理516.5.1 概述概述从调相波中取出原调制信号从调相波中取出原调制信号从调频波中取出原调制信号从调频波中取出原调制信号鉴频器鉴频器FM输出与输入信号的输出与输入信号的瞬时瞬时频率偏移频率偏移成正比鉴相器鉴相器PM输出与输入信号的输出与输入信号的瞬时瞬时相位偏移相位偏移成正比。

成正比从频谱上看：从频谱上看：调角信号的解调也是频谱的非线性搬移的过程调角信号的解调也是频谱的非线性搬移的过程调频波的解调（鉴频）：调频波的解调（鉴频）：调相波的解调（鉴相）：调相波的解调（鉴相）：实现上述功能的电路实现上述功能的电路称为称为鉴频器实现上述功能的电路实现上述功能的电路称为称为鉴相器52(1)(1)鉴频特性曲线鉴频特性曲线 0Δfuo(t)或：或： 由调频信号的特征：由调频信号的特征：所以：所以：    表明：表明：要实现无失真鉴频，要求鉴频器的输出电压要实现无失真鉴频，要求鉴频器的输出电压              与频偏与频偏                 成线性关系成线性关系 一、鉴频器的主要质量指标一、鉴频器的主要质量指标 指鉴频器的输出电压指鉴频器的输出电压uo(t)与输入与输入FM信号瞬时频偏信号瞬时频偏Δω(t)或或Δf(t)之间的关系曲线之间的关系曲线 .(S曲线）曲线）53 0Δfuo(t)Bm表明了鉴频特性曲线在原点（表明了鉴频特性曲线在原点（  ））处的斜率处的斜率3））鉴频线性范围：鉴频线性范围：Bm> >2Δfm （（2）鉴频跨导）鉴频跨导(鉴频灵敏度鉴频灵敏度)定义：定义：（（4）非线性失真：应尽可能小）非线性失真：应尽可能小SD值越大，鉴频曲线越陡，鉴频能力越强。

值越大，鉴频曲线越陡，鉴频能力越强鉴频特性曲线接近于直线的频率范围鉴频特性曲线接近于直线的频率范围54二、鉴相器的主要质量指标二、鉴相器的主要质量指标 （（1）鉴相特性曲线：）鉴相特性曲线：通常应大于调相波最大相移的二倍通常应大于调相波最大相移的二倍2）鉴相跨导：）鉴相跨导：（（3）鉴相线性范围：）鉴相线性范围：鉴相器的输出电压与输入信号的瞬时相位偏移的关系鉴相器的输出电压与输入信号的瞬时相位偏移的关系通常要求是线性关系通常要求是线性关系鉴相特性在原点处的斜率鉴相特性在原点处的斜率4）非线性失真，应尽可能小非线性失真，应尽可能小定义：定义：55鉴鉴相相器器可可实实现现PM信信号号的的解解调调，，但但也也广广泛泛用用于于解解调调FM信信号号，，以以及及锁锁相技术及频率合成技术相技术及频率合成技术中   鉴相器是用来比较两个鉴相器是用来比较两个同频输入电压同频输入电压  和和     的的相相位位，，而而输输出电压出电压          是两个输入电压相位差的函数，是两个输入电压相位差的函数， 即即当当线性鉴相的情况下，输出电压线性鉴相的情况下，输出电压      与两个输入电压的瞬时相位差成正比。

与两个输入电压的瞬时相位差成正比 鉴相器鉴相器其中：其中：的瞬时相位的瞬时相位的瞬时相位的瞬时相位即即6.5.2 鉴相器鉴相器鉴相器鉴相器模拟鉴相器模拟鉴相器数字鉴相器数字鉴相器叠加型叠加型门电路鉴相器门电路鉴相器乘积型乘积型56乘法器乘法器低通滤波器低通滤波器u2uo(t)u1(PM)(参考信号参考信号)一般来说，一般来说，     和和        为正交关系，为正交关系，一、乘积型鉴相器一、乘积型鉴相器而而为了分析方便为了分析方便,假设假设57（一）（一）      和和       均为小信号均为小信号根据模拟乘法器的特性，其输出电流根据模拟乘法器的特性，其输出电流（小于（小于26mV））uo(t)乘法器乘法器低低通通滤滤波器波器u2u1经低通滤波器滤波，在负载经低通滤波器滤波，在负载     可得输出电压为可得输出电压为鉴相特性曲线鉴相特性曲线鉴相跨导：鉴相跨导：线性鉴相范围线性鉴相范围:π-π58uo(t)乘法器乘法器低低通通滤滤波器波器u2u1（二）（二）     为小信号，为小信号，为大信号为大信号展开为傅氏级数展开为傅氏级数根据模拟乘法器的特性，其输出电流根据模拟乘法器的特性，其输出电流双曲线函数具有双曲线函数具有开关函数开关函数的形式的形式是大信号是大信号,59经低通滤波器滤波，在负载经低通滤波器滤波，在负载     可得输出电压为可得输出电压为鉴相特性曲线鉴相特性曲线鉴相跨导：鉴相跨导：线性鉴相范围线性鉴相范围:60uo(t)乘法器乘法器低低通通滤滤波器波器u2u1（三）（三）     为大信号，为大信号，为大信号为大信号展开为傅氏级数展开为傅氏级数乘法器输出电流乘法器输出电流61经低通滤波器滤波，在负载经低通滤波器滤波，在负载     可得输出电压为可得输出电压为鉴相跨导：鉴相跨导：线性鉴相范围线性鉴相范围:可见乘积型鉴相器应尽量采用可见乘积型鉴相器应尽量采用大信号工作状态大信号工作状态,这样可获得较这样可获得较宽的线性鉴相范围。

宽的线性鉴相范围62二、门电路鉴相器二、门电路鉴相器特点特点:    电路简单、线性鉴相范围大，易于集成化电路简单、线性鉴相范围大，易于集成化分类：分类：或门鉴相器或门鉴相器异或门鉴相器异或门鉴相器63（一）异或门鉴相器（一）异或门鉴相器    2、异或门的特点、异或门的特点:两个输入电平两个输入电平不同时，输出为不同时，输出为“1”，其余为，其余为“0”  3、经低通滤波器滤波后，输出电压、经低通滤波器滤波后，输出电压          与与       的关系为三角形，可表示为的关系为三角形，可表示为两信号延时为两信号延时为        ，它反映了两信号的相位差，，它反映了两信号的相位差，信号信号     和和      两方波信号，两方波信号，1、、其鉴相跨导为其鉴相跨导为64斜率鉴频器斜率鉴频器一、鉴频电路的分类一、鉴频电路的分类 频率频率—幅度线幅度线性变换网络性变换网络包络检波器包络检波器uΩtuFMtuFM-AMt6.5.3 鉴频电路鉴频电路调频波调频波FMAM－－FM(1)调频－调幅调频变换型调频－调幅调频变换型相位鉴频器相位鉴频器比例鉴频器比例鉴频器65相移乘积型相移乘积型在在集集成成电电路路调调频频机机中中较较多多采采用用的的相相移移乘乘积积鉴鉴频频器器。

它它是是将将输输入入FM信信号号经经移移相相网网络络后后生生成成与与FM信信号号电电压压正正交交的的参参考考信信号号电电压压，，它它与与输输入入的的FM信信号号电电压压同同时时加加入入相相乘乘器器，，相相乘乘器器输输出出再再经经低低通通滤滤波波器器滤滤波波后后，，便可还原出原调制信号便可还原出原调制信号 相乘器相乘器低通滤波器低通滤波器uFMuΩ90o移相网络移相网络(2)66脉冲计数式脉冲计数式非线性变换网络非线性变换网络低通滤波器低通滤波器uFM调频脉调频脉冲序列冲序列uΩ(3)调频脉冲序列中的平均分量脉冲序列中的平均分量为脉幅脉幅脉宽脉宽(4) (4) 锁相环路鉴频锁相环路鉴频(零比较器）零比较器）67例例1 1：：分析：鉴频特性曲线为鉴频器的输出电压与输入信号的瞬时频率分析：鉴频特性曲线为鉴频器的输出电压与输入信号的瞬时频率偏移之间的关系，而鉴频跨导为鉴频特性曲线的斜率，所以有：偏移之间的关系，而鉴频跨导为鉴频特性曲线的斜率，所以有：解解：：68例例2：：100-1001-1解解: :(1) (1) 鉴频跨导：鉴频跨导：(2)(2)(3)(3)调制信号：调制信号：69上下对称包络检波上下对称包络检波三个并联调谐回路三个并联调谐回路组成的调频组成的调频-调幅调幅调频变换电路调频变换电路+-二、双失谐回路斜率鉴频器二、双失谐回路斜率鉴频器（一）电路结构（一）电路结构uo= uo1– uo270(1)(1)当输入调频波为当输入调频波为（二）鉴频原理（二）鉴频原理则瞬时频率为则瞬时频率为 瞬时频移为瞬时频移为（（2 2）） u uo o = = u uo1o1 – – u uo2o2得到得到u uo o，， 可见可见u uo o与瞬时频移成线性，实现鉴频。

与瞬时频移成线性，实现鉴频5)(5)当输入调频信号的频率为当输入调频信号的频率为        时时，两个回路的电压振幅相等，，两个回路的电压振幅相等，  经两个检波器检波产生输出电压经两个检波器检波产生输出电压       和和      是相等的，故鉴频器输出是相等的，故鉴频器输出电压电压                               3)(3)当输入调频信号的频率从当输入调频信号的频率从 向增大方向偏离时向增大方向偏离时，， 回路电压大，而回路电压大，而 回路电压小，经检波后回路电压小，经检波后 ，则鉴频器输出电压，则鉴频器输出电压 4)(4)当输入调频信号的频率从当输入调频信号的频率从 向减小方向偏离时向减小方向偏离时，， 回路电压小，回路电压小，而而 回路电压大，经检波后回路电压大，经检波后 ，则鉴频器输出电压，则鉴频器输出电压 。

鉴频特性曲线鉴频特性曲线71三、三、 相位鉴频器相位鉴频器（（（（1）移相网络：）移相网络：（（2））u1经耦合电容经耦合电容CC在扼流在扼流圈圈LC上产生的电压为上产生的电压为u1（（3）包络检波器：）包络检波器：( (一一) ) 电路结构电路结构- -+ ++-- -+ +- -+ +互感耦合互感耦合电容耦合电容耦合72（二）（二）工作原理工作原理上下检波器的输出电压为：上下检波器的输出电压为：若设检波器的传输系数为若设检波器的传输系数为  Kd1=Kd2=Kd上下检波器的输入电压为：上下检波器的输入电压为：73而次级回路中产生的感应电动势而次级回路中产生的感应电动势所以次级回路两端电压为：所以次级回路两端电压为：(1)初级回路品质因数较高，初级回路品质因数较高，(2)可忽略可忽略      的损耗电阻；的损耗电阻；定性分析的两点假设定性分析的两点假设:(2)初、次级互感耦合较弱，初、次级互感耦合较弱，可忽略次级损耗对初级的影响可忽略次级损耗对初级的影响副边线圈电阻副边线圈电阻74讨论讨论:（（1）当输入）当输入FM波瞬时频率波瞬时频率f 等于调频波中心频率等于调频波中心频率fc，，                   即即f= f c时，时， 则有：则有：即有：即有：75（（2））当当瞬时频率瞬时频率f > fc 时时 则有：则有：即有：即有：且随且随(次级回路呈容性次级回路呈容性)76（（3））当当瞬时频率瞬时频率f < fc 时时 则有：则有：即有：即有：且随且随(次级回路呈感性次级回路呈感性)77    互互感感耦耦合合回回路路相相位位鉴鉴频频器器中中的的耦耦合合双双回回路路是是一一个个频频—相相变变换换器器，，它它把把FM波波变变换换成成PM—FM波波，，而而FM波波与与PM—FM波波经经叠叠加加后后变变换换成成两两个个AM—FM波波，，经包络检波器后即可恢复原调制信号，经包络检波器后即可恢复原调制信号， 根据上述分析，相位鉴频器具有下图所示的鉴频特性曲线。

根据上述分析，相位鉴频器具有下图所示的鉴频特性曲线其过程为：其过程为：f f c78最密最密最大最大最密最密最小最小最稀最稀最小最小最稀最稀最大最大最密最密最大最大最密最密最小最小最稀最稀最小最小最稀最稀最大最大各点波形：各点波形：79讨论：讨论：两个检波二极管两个检波二极管D D1 1 D D2 2都调换极性，电路还能正常工作，只都调换极性，电路还能正常工作，只是鉴频特性与原鉴频特性反向是鉴频特性与原鉴频特性反向只接反一个，只接反一个，此时两者信号中的调制信号分量将被抵消，而直此时两者信号中的调制信号分量将被抵消，而直流分量则加倍，流分量则加倍，电路不能实现鉴频电路不能实现鉴频（（1）相位鉴频器的两个检波二极管）相位鉴频器的两个检波二极管D1 、、D2都调换极都调换极性，电路还能否工作？性，电路还能否工作？（（2）只接反一个，电路还能否工作？）只接反一个，电路还能否工作？（（3）一个损坏，）一个损坏，电路还能否工作？电路还能否工作？故电路仍能实现鉴频，但鉴频特性变差故电路仍能实现鉴频，但鉴频特性变差80讨论：讨论：(4) 次级回路未调谐在中心频率次级回路未调谐在中心频率fc上上(5)初级回路未调谐在中心频率初级回路未调谐在中心频率fc上上f01 >fc的鉴频特性曲线：的鉴频特性曲线：f01 fc的鉴频特性曲线：的鉴频特性曲线：f02

这这样样在在检检波波过过程程中中C0两两端端电电压压基基本本不不变变，，等于等于Udc（（3）） 比例鉴频器输出电压取自中点比例鉴频器输出电压取自中点d，，e两点 +  uo   - -（具有鉴频、限幅的功能）（具有鉴频、限幅的功能）Udc＋＋－－82D1C3RC4RD2Co（二（二 ）工作原理）工作原理两检波器的输出电压为：两检波器的输出电压为：则比例鉴频器的输出电压：则比例鉴频器的输出电压：+uc3-+uc4-- -+ +- -+ +Udc＋＋－－+  uo   - -+uR-83讨论讨论:（（1）当）当 f= f c时，时，（（2）当）当f > fc 时时（（3）当）当f < fc 时时84 由此可见，比例鉴频器的鉴频特性曲线如右图所示，由此可见，比例鉴频器的鉴频特性曲线如右图所示，只要工作在鉴只要工作在鉴频特性的线性鉴频区，就可以还原出原调制信号频特性的线性鉴频区，就可以还原出原调制信号三（三  ）自动限幅原理）自动限幅原理fuof cΔfm- -ΔfmΔf(t)（（1））当输入信号的频率变化时，当输入信号的频率变化时，       与与        的变化是一个增的变化是一个增大，另一个减小，其比值大，另一个减小，其比值 随频率变化而变，随频率变化而变，起到鉴频作用。

起到鉴频作用2））当输入信号振幅变化时当输入信号振幅变化时，，       与与        随振幅增大同时增大，随振幅增大同时增大，随振幅减小同时减小，其比值不变也就是说，随振幅减小同时减小，其比值不变也就是说，振幅变化对鉴振幅变化对鉴频输出没有影响，达到自动限幅的作用频输出没有影响，达到自动限幅的作用。