通信电子电路8.3讲解

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1、 FM波(频幅变换)FMAM FMAM(包络检波)恢复原调制信号 88振幅鉴频器（斜率鉴频器slope discriminator） 一失谐（detuning）回路振幅鉴频器 振幅鉴频器的基本原理： 频-幅 变换器 包络检波器 返回 最简单的频幅变换电路就是并联谐振回路，其工作特点： 例1： 失调单回路振幅鉴频器 FM信号工作在并联谐振回路的失谐区，即（），当FM波 电流流过回路时，由于瞬时频率随调制信号而变化，对于不同的瞬时频 偏，失谐回路阻抗不同，回路输出电压 振幅将随瞬时频偏 的变化而变化，即可完成 变换。 f S fo 利用失调回路中幅频特性曲线的倾斜部分来实现鉴频，解调后失真较大，

2、是一种原始类型的鉴频器，现在已很少采用，但它对理解振幅鉴频器对 FM波的解调有很直观的意义。 fo i vs(fs) 返回 是在集成电路中常用的振幅鉴频器，如下图电路就是电视接收机中 伴音信号处理的集成电路TA7176A中的差分峰值鉴频器。 1 电路结构 二 差分峰值振幅鉴频器 T1，T2为射随器；T3， T4为峰值检波器；T5， T6为差分对放大器；9， 10管脚外接频幅移相 变换网络：C1，C2，L1 2 电路分析： 设：L1C1并联电路的谐振 频率为： L1,C1和C2组成的并、串谐 振回路的谐振频率为： 虽然有： 1当时，并串回路呈现串联谐振，由于串联谐振阻抗最小，故 V1最小，而电流

3、最大，故V2最大。 f of o2f o1 故V1最大，而C2的容抗 最小 2当时，并联回路谐振， （），故V2最小。 故此移相网络的作用是将 输入FM信号Vi转换成V1和 V2两个幅频特性相反的FM AM信号。 V1和V2经T1和T2的射随器 输出后加到T3，T4两个峰 值型包络检波器的输入端， 而输出的峰值检波电压为： 分别加到差分对T5，T6的输 入端，经放大后由T6集电极单端输出 v1v2 ve3 ve4 vo 返回 一 电路结构和基本原理 88互感偶合回路相位鉴频器 由二个部分组成： 1， 移相网络：互感 为M的初，次级双调谐耦 合回路组成的移相网络， v1经移相网络生成PM FM波

4、v2，且|V1|=|V2| + v3 - 另外，V1经耦合电容CC在 扼流圈LC上产生的电压 v3=v1，故其等效电路如右 下图所示。 2 包络检波器： 组成平衡式包络检波器。 两个检波器的输出电压为： + v2 - + v1 - 返回 i1 i2 二 工作原理分析： 上下检波器的输入端高频电压为： 如果忽略次级回路对初级回路的影响， 则初级回路中流过L1的电流 近似为 ： 而次级回路中产生的感应电动势 当忽略二极管检波器等效输入电阻对次级回路的影响时，次级回路电流 i2为： 所以：次级回路两端电压v2为： 讨论:（1）当输入FM波瞬时频率f等于调频 波中心频率f o，即f= f o时，次级回

5、路谐振。 即： 则有： 即有：v2 超前v1 相位差/2，由矢量图可得 ：|vd1|=|vd2| 若设检波器的传输系数为Kd1=Kd2=Kd。 则有： 所以： （2）当瞬时频率ffo时，则有，这时 次级回路呈电感性。 注意：式中 为次级回路阻抗。 为Z2的相角。 由矢量图，V2超前V1的相位小于/2， 且随 所以：|Vd1|Vd2| （3）当ffo vo=0 vo0 vd2 vd1 f0 比例鉴频器的输出电压V o只取决于输入FM波瞬时 频率的变化，而与输入FM幅度变化的大小无关。 如果设输入FM波的瞬时频率不变，即 =常量， 而由于传输过程中的寄生干扰调幅使输入FM波的幅 度发生变化。则由于

6、 可见， 另外，当输入FM波的瞬时频率变化时，即有： 返回 一 电路组成框图 /2移相 相乘器 低通 滤波器 电路由移相器，相乘器和低 通滤波器三部分组成 输入信号一般来自调频接 收机中放限幅器电路（中频载波为6.5MHZ或10.7MHZ）的中频FM信号， 参考信号 和 同步正交，即 与 在载频上有/2 的固定相位差。 二 正交鉴频器的性能分析 而经/2移相后的 信号，对载频有固定/2相移，但对各边 频分量（）则产生相位迟延，即 610正交鉴频器 设输入FM波 为单一频率调制的信号，即 所以：相乘器的输出电压 为： /2 移相 相乘 器 低通 滤波 器 经低通滤波器后，滤除 分量，并由三角函数

7、公式 ： 所以有： 又因为 通常 ，所以 可见，正交鉴频器的输出电压V o就是原调制信号电压，只是增加了一个 附加的固定相移（）/2，这是通过线性网络传输而形成的时间延迟。 正交鉴频器的核心是相乘器，便于集成化，在集成电路调频接收机中 ，调频信号的解调常采用正交鉴频器。 返回 一调频发射机（FM transmitter）的组成。 f 01=200kHz 振荡器 调相器 多级倍 频器 混频器 多级倍 频器 功率放 大器 积分 预加重 可变频 振荡器 N1=64 f 01 =200KHz fm1=25Hz f 0 3 =1.8-2.3MHZ fm3=1.6KHZ f L=11-10.5MHZ f

8、0=86.4-110.4MHZ fm=76.8KHZ N2=48 811调频发射机和调频接收机的组成 f 02=12.8MHZ fm2=1.6KHZ 调频广播波段：，而（音频）调制信号 的频率 =50HZ15KHZ，要求输出的FM信号最大频偏 =75KHZ，输出FM信号的带宽: BFM=2（mf+1）Fmax=2 +2 F max =180KHZ，于是在调频广播工作波 段内，各调频电台的频率间隔取200KHZ，可容纳100个电台。 多级倍 频器 f 01=200kHz 振荡器 调相器 积分 预加重 混频器 可变频 振荡器 多级倍 频器 功率放 大器 间接调频器 返回 广播调频接受机的通频带B=

9、200KHZ，中频载波频率 fI=10.7MHZ，自动频率微调（AFC）电路的作用是微调本 振频率f L，保证中频fI=fL-fs=10.7MHZ稳定，这对提高调频 接收机的整机选择性，灵敏度和保真度是极有益处的。 二 调频接收机（FM receiver）的组成 射频放 大器 混频器中频放 大 限幅器鉴频器 静噪电路 去加重， 音频功放 本振AFC 返回 一 调频制中的噪声 以上各种调频信号解调的原理分析中，都没有考虑到噪声的干扰，实际上 ，信道内存在着的干扰和噪声是不可避免的，与有用信号一起加到解调器， 使解调器输出除了有用信号外，必然伴有干扰和噪声，这将影响信号的传输 质量，在严重情况下，

10、当输出信噪比较小时，有用信号甚至会淹没在干扰和 噪声中，因此要求各种解调方式应具有优良的抗噪声性能。 解调器低通滤波器输出 信号+噪声+干扰 解调器抗噪声的能力通常用解调器的输出信噪比来度量： 输出信噪比=输出信号功率PSO/ 输出噪声平均功率P n o 由于在实际信号中存在着各种形式的干扰和噪声，是十分复杂的，而调 制信号的解调本身是一个非线性的过程，使分析和计算复杂化，本课程 在此只引用有关结论。 812调频制中的噪声，门限值和特殊电路 BFM BFM /2 P n o P s o 如图所示，如果输入鉴频器的噪声功率谱密 度为均匀分布的白噪声，那么经鉴频器输出 的噪声功率谱密度将随调制频率

11、的增加而呈 平方律增加。 在调频广播中传送的语音信号的能量大部分 集中在低频端，而在调制信号高频端信号功 率谱最小，相反鉴频器输出的噪声功率谱密 度却在调制信号的高频端最大，这就使得鉴 频器输出的调制信号高频端的输出信噪比严 重恶化，为改善鉴频器在调制信号高频端的 输出信噪比，可以人为的在调频发送端提升 调制信号中的高频分量，即这就是在 调频发射中接入预加重网络的原因。 2鉴频器的输出信噪比与输入信噪比之间的关系 理论上可以推出： 1鉴频器输出的噪声功率谱密度 P n i f o 鉴相器的噪声制度增益： 由上式可以看出，随调制指数m f的增加，噪声制度增益将急剧增加， 即在相同输入信噪比的情况

12、下，输出信噪比增大，系统的抗干扰能力增大 ，但同时BFM=2（mf+1）F max也增加，这表明调频系统抗干扰性能的改善 ，是以增加FM信号的传输带宽为代价的。 即当 返回 以上的讨论是在输入信噪比较大的情况下进行的，当输入信噪比较低， 而小于一定的门限数值时，鉴频器的输出信噪比将急剧恶化，有用信号甚至 完全淹没在噪声中，而无法正常接收，这种现象叫做鉴频器的门限效应。 为了建立调频信号解调时门限效应的概念，设鉴频器输入未加调制的载波 信号，如果改变载频信号的振幅，则相当于改变鉴频器输入端的信噪比。 二 调频信号解调的门限效应 （1）当VFM输入大时，即Ps i /P n i 较大 设vFM=V

13、FMCOS（ ） 噪声： 其中 表示随机变化的噪声幅度，而 表示在02范围内随机变化 的噪声相位，且 v（t ） vFM vn（t ） vn（t ） vn（t ）由矢量图可以看出， 合成矢量的幅度 和相位 变化不大， 即合成矢量是一个调幅,调角的信号，且 的变化 不会造成瞬 时频率的突变，故对瞬时频率变化能作出响应的鉴频器的输出为小起伏的 噪声信号。 即，输入信噪比较小的情况下。合成矢量的端点轨迹如下图 所示，合成矢量的相位 可以围绕原点在02范围内剧烈变化，由于瞬 时频率 所以当 由0到2突变时，会产生正脉 冲瞬时频率变化,而当 由2到0突变时， 令产生负脉冲瞬时频率变化， (3) 当VFM

14、输入较小时， vFM vn vn vn 鉴频器对此正负瞬时频率脉冲的响应就是 正负脉冲噪声，由此产生啸叫声，使输出信 噪比急剧下降，这就是调频接收门限效应 现象的物理解释。2 由上分析可知：当输入信噪比低于门限值时 ，调频解调的抗噪声性能严重恶化，并不比调幅 解调有多少优越性，只有在门限值以上工作的调 频解调器才有优良的抗噪声性能。 一般鉴频器的门限值与m f有关，当m f 大时 门限值也较大，但在不同的m f下，门限值变化 范围不大，大约在811dB范围内变化， 所以一般认为鉴频器的门限值约为10dB左右。 鉴频器输出噪声功率随调制频率F的升高按抛物线规律增加，但各种 消息信号（语音，音乐）

15、它们的能量都集中在低频端，在高频端功率谱密 度随频率的增高而下降。 三 预加重电路与去加重电路 因此，在调制频率的高频端输出信噪比明显下降，这对调制信号的接收 是不利的，为了进一步改善调频器的输出信噪比，针对调频制的特点， 调制信号高频端的信噪比采用加重技术。 加重技术包括： 预加重：在发射端利用预加重网络对调制信号频谱中的高频成份振幅进 行人为提升。 去加重：在接收端利用去加重网络，把调制信号高频端人为提升的信 号振幅降下来，使调制信号中，高，低频各频率分量的振幅保持原来的比 例关系，避免解调后信号的失真。 采用预加重和去加重技术后，即保证了鉴频器在调制频率的高，低频端 都具有较高的输出信噪

16、比，又避免了采用预加重后造成解调信号失真。 由于鉴频器输出噪声功率谱密度是随调制频率F按抛物线（平方律）规律 上升，于是要求发送端的预加重网络也应使信号功率随调制信号频率F按 抛物线规律上升，即要求预加重网络的传输函数应 满足： 1预加重网络 这对应于一个微分电路。所以预加重网络 的传输函数在调制频率的低频端为常数， 而在高频端相当于微分电路，近似这种响 应的典型预加重RC网络如图所示。 2去加重网络 去加重网络应具有与预加重网络相反的网络特性。 即 相当于积分电路，预加重和去加重网络的传 输函数的乘积应为一个常数。 四 静噪声电路 在调频通信或调频广播接收时，会遇到无信号，或弱信号时，或在调 机寻找信号的情况，这时就会出现鉴频器的输入信噪比低于门限值的实 际情况，由于门限效应鉴频器输出端的噪声很大。