頻率調(diào)制與解調(diào)

1、第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 1第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 7.1 調(diào)頻信號(hào)分析調(diào)頻信號(hào)分析 7.2 調(diào)頻器與調(diào)頻方法調(diào)頻器與調(diào)頻方法7.3 調(diào)頻電路調(diào)頻電路7.4 鑒頻器與鑒頻方法鑒頻器與鑒頻方法 7.5 鑒頻電路鑒頻電路 第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 27.1 調(diào)頻信號(hào)分析 7.1.1 調(diào)頻信號(hào)的參數(shù)與波形 設(shè)調(diào)制信號(hào)為u(t)=Ucost，未調(diào)載波電壓為uC=UCcosct，頻信號(hào)的瞬時(shí)角頻率為00( )( )ttd ( )( )( )cosccfcmttk utt 調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)相位(t)設(shè)0=0，則0( )( )sinsin( )tmccfctdtttmtt 式中， 為調(diào)頻指數(shù)。mfmsin()co

2、 s(sin ) R efejmtj tF MCcfCu t Ut mtUe e FM波的表示式為第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 3圖71 調(diào)頻波波形圖t0t0u( a )( b )t0( t )( c )cmt0( d )IFM( t )t( t )02 4 Tc2 Tcmf( t )c( e )圖72 調(diào)頻波fm、mf與F的關(guān)系圖 Ffmmf0fmmft0t0u( a )( b )t0 ( t )( c )cmt0( d )IF M( t )t( t )02 4 Tc2 Tcmf( t )c( e )第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 4 7.1.2 調(diào)頻波的頻譜 1調(diào)頻波的展開式第一類貝塞爾函數(shù)可以用無窮級(jí)

3、數(shù)進(jìn)行計(jì)算。則調(diào)頻波的級(jí)數(shù)展開式為()( )Re()()cos()cjt n tFMCnfnCnfcnutUJmeUJmnt 2調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 5 圖74 單頻調(diào)制時(shí)FM波的振幅譜（a）為常數(shù);（b）m為常數(shù) cmf1cmf1mf2ccmf2cmf5cmf10Qcmf15mf5cmf10mf20cc(a)(b)載頻分量上下有無數(shù)個(gè)邊頻分量，與載頻分量相隔為調(diào)制頻率的整數(shù)倍；mf越大，具有較大振幅的邊頻分量越多；對(duì)某些mf，載頻或某些邊頻分量振幅為0；第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 6 7.1.3 調(diào)頻波的信號(hào)帶寬 通常采用的準(zhǔn)則是，信號(hào)的頻帶寬度應(yīng)包括幅度大于未調(diào)載波1%

4、以上的邊頻分量，即 Bs=2nF=2mfF=2fm 當(dāng)mf很小時(shí),如mf2 fA第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 29 對(duì)鑒頻器的另外一個(gè)要求，就是鑒頻跨導(dǎo)要大。所謂鑒頻跨導(dǎo)D，就是鑒頻特性在載頻處的斜率，它表示的是單位頻偏所能產(chǎn)生的解調(diào)輸出電壓。鑒頻跨導(dǎo)又叫鑒頻靈敏度，用公式表示為0cooDfffduduSdfd f 第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 30 7.4.2 鑒頻方法 1.振幅鑒頻法 調(diào)頻波振幅恒定，故無法直接用包絡(luò)檢波器解調(diào)。將調(diào)頻信號(hào)變換成FMAM波，就可以通過包絡(luò)檢波器解調(diào)。用此原理構(gòu)成的鑒頻器稱為振幅鑒頻器。其工作原理如圖727所示。 (a)振幅鑒頻器框圖；(b)變換電路特性 圖727 振幅鑒

5、頻器原理 uFM變換電路包絡(luò)檢波uuo(b)0uc(a)第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 31 1）直接時(shí)域微分法 設(shè)調(diào)制信號(hào)為u=f(t)，調(diào)頻波為00( )cos( )( )( )sin( )tFMcftFMcfcfutUtkfdutuUk f ttkfddt 對(duì)此式直接微分可得 圖728 微分鑒頻原理uFM包絡(luò)檢波uuoddt第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 322）斜率鑒頻法 圖730 單回路斜率鑒頻器uFMuiUouFMtuit0Uot00(a)Ui0工作區(qū)(線性區(qū))fcf0fUitf (t)fmt(b)0第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 33圖731 雙離諧平衡鑒頻器 uFMf01 fcu1u2Uo1Uo2Uo

6、(a)ff03fcf02tf (t)(b)f02f03t0uFM( a)t0Uo1tUo2( b)( c)tUo( d)00t0uFM( a)t0Uo1tUo2( b)( c)tUo( d)00t0uFM( a)t0Uo1tUo2( b)( c)tUo( d)00t0uF M( a)t0Uo1tUo2( b)( c)tUo( d)00圖732 圖731各點(diǎn)波形第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 34圖733 雙離諧鑒頻器的鑒頻特性Bm0UofAf 雙離諧鑒頻器的輸出是取兩個(gè)帶通響應(yīng)之差，即該鑒頻器的傳輸特性或鑒頻特性，如圖7-33中的實(shí)線所示。其中虛線為兩回路的諧振曲線。從圖看出，它可獲得較好的線性響應(yīng)，

7、失真較小，靈敏度也高于單回路鑒頻器。 第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 352. 相位鑒頻法 相位鑒頻法的原理框圖如圖734所示。圖中的變換電路具有線性的頻率相位轉(zhuǎn)換特性，它可以將等幅的調(diào)頻信號(hào)變成相位也隨瞬時(shí)頻率變化的、既調(diào)頻又調(diào)相的FMPM波。 圖734 相位鑒頻法的原理框圖 變換電路鑒相器uFMuFM-PMuo第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 36 相位鑒頻法的關(guān)鍵是相位檢波器。相位檢波器或鑒相器就是用來檢出兩個(gè)信號(hào)之間的相位差，完成相位差電壓變換作用的部件或電路。設(shè)輸入鑒相器的兩個(gè)信號(hào)分別為11122222cos( )cos( )sin( )2cccuUttuUttUtt 同時(shí)加于鑒相器，鑒相器的輸出電壓

8、uo是瞬時(shí)相位差的函數(shù)，即21( )( )ouftt第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 37 1) 乘積型相位鑒頻法 利用乘積型鑒相器實(shí)現(xiàn)鑒頻的方法稱為乘積型相位鑒頻法或積分(Quadrature)鑒頻法。在乘積型相位鑒頻器中，線性相移網(wǎng)絡(luò)通常是單諧振回路(或耦合回路)，而相位檢波器為乘積型鑒相器，如圖735所示。 圖735 乘積型相位鑒頻法 us移相網(wǎng)絡(luò)us低通濾波uoK第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 38 2) 疊加型相位鑒頻法 利用疊加型鑒相器實(shí)現(xiàn)鑒頻的方法稱為疊加型相位鑒頻法。對(duì)于疊加型鑒相器，就是先將u1和u2相加，把兩者的相位差的變化轉(zhuǎn)換為合成信號(hào)的振幅變化，然后用包絡(luò)檢波器檢出其振幅變化，從而達(dá)到鑒

9、相的目的。 圖736 平衡式疊加型相位鑒頻器框圖 包 絡(luò)檢波器包 絡(luò)檢波器/2usurusuruD1uD2uo1uo2uo第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 393. 直接脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻法 對(duì)于脈沖或數(shù)字信號(hào)，信號(hào)頻率就是信號(hào)脈沖的個(gè)數(shù)?；谶@種原理的鑒頻器稱為零交點(diǎn)鑒頻器或脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器。 圖737 直接脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器 限幅放大微分uFMu1半波整流u2單穩(wěn)u3低通濾波u4uo(a)(b)uFMtu1tu2tu3tu4tuot第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 407.5 鑒頻電路 7.5.1 疊加型相位鑒頻電路 1.互感耦合相位鑒頻器 互感耦合相位鑒頻器，圖7-38是其典型電路。相移網(wǎng)絡(luò)為耦合回路。 圖738

10、 互感耦合相位鑒頻器 C1L1U1uiEcCoML2.2U2.2U2.C2U2.U1.L3RLRLCCuo1uo2uo放大變換網(wǎng)絡(luò)平衡疊加型鑒相器VD2VD1第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 41 1) 頻率相位變換 頻率相位變換是由圖739(a)所示的互感耦合回路完成的。由圖739(b)的等效電路可知，初級(jí)回路電感L1中的電流為圖739 互感耦合回路 .LU1I1rC.rCLU2.(a)rCLU2.E2.I2.(b)考慮初、次級(jí)回路均為高Q回路，r1也可忽略。這樣，上式可近似為初級(jí)電流在次級(jí)回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為1112111UIjLMEjM IUL1112111UIjLMEjMIUL第7章 頻率調(diào)制

11、與解調(diào) 42圖740 頻率相位變換電路的相頻特性 0/2 /2/2f0ff/2(a)(b)第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 43 2) 相位幅度變換 根據(jù)圖中規(guī)定的 與 的極性，圖738電路可簡(jiǎn)化為圖741。這樣，在兩個(gè)檢波二極管上的高頻電壓分別為2U1U21122122DDUUUUUU 圖741 圖738的簡(jiǎn)化電路 2U2.2U2.U1.UD1.UD2.2U2.2U2.U1.第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 44 合成矢量的幅度隨 與 間的相位差而變化(FMPM AM信號(hào))，如圖742所示。 f=f0=fc時(shí)，UD1 與 UD2相等，即UD1=UD2， uo為0； ff0=fc時(shí)，UD1UD2，隨著f的增加，兩

12、者差值將加大，uo為正； ff0=fc時(shí)，UD1fc時(shí)，UD1UD2, i1i2,輸出電壓為負(fù)； 當(dāng)ffc時(shí)，UD1UD2, i1i2，輸出電壓為正。.U1ML2LcVD 1RLOC1C2DR1R2CEoABCLUo(a )2U2.U1.2U2.VD 1uD1uD2uc1uc2ORLC1CLC2R2R1i1i2D2U2.2U2.U1.0 fUo(b )(c )VD 2VD 2VD 1VD 2比例鑒頻第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 50 通過改變兩個(gè)二極管連接的方向或耦合線圈的繞向(同名端)，可以使鑒頻特性反向。另一方面，輸出電壓也可由下式導(dǎo)出：12121221121211111()22221ccccc

13、coccoococccuuuuuuuuuEEuEuuu.U1ML2LcVD1RLOC1C2DR1R2CEoABCLUo( a)2U2.U1.2U2.VD1uD1uD2uc1uc2ORLC1CLC2R2R1i1i2D2U2.2U2.U1.0fUo( b)( c)VD2VD2VD1VD2比例鑒頻 比例鑒頻器輸出電壓取決于兩個(gè)檢波電容上電壓的比值；輸入信號(hào)幅度變化時(shí)，uc1及uc2相同方向變化，可保持比值基本不變，使輸出電壓不變，即限幅作用。第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 51 3.自限幅原理 (1)回路的無載Q0值要足夠高，以便當(dāng)檢波器輸入電阻Ri隨輸入電壓幅度變化時(shí)，能引起回路Qe明顯的變化。 (2)要保證時(shí)常數(shù)(R1+R2)C大于寄生調(diào)幅干擾的幾個(gè)周期。比例鑒頻器存在著過抑制與阻塞現(xiàn)象。 圖747