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1、第五章：角度调制与解调第五章：角度调制与解调第五章：角度调制与解调第五章：角度调制与解调内容提要内容提要内容提要内容提要内内内内容容容容提提提提要要要要用调制信号去控制高频振荡的频率用调制信号去控制高频振荡的频率或相位，使之随调制信号的变化规律或相位，使之随调制信号的变化规律而变化，这一过程称做调频或调相，而变化，这一过程称做调频或调相，统称调角统称调角调角的逆过程称频率解调或相位解调角的逆过程称频率解调或相位解调，也称频率检波或相位检波。频率调，也称频率检波或相位检波。频率检波也称鉴频，相位检波也称鉴相检波也称鉴频，相位检波也称鉴相由于调频方式具有诸多的优点，因由于调频方式具有诸多的优点，因
2、而在通信、测量及电子技术的许多领而在通信、测量及电子技术的许多领域中，角度调制和解调技术得到广泛域中，角度调制和解调技术得到广泛应用应用瞬时频率和附加相位瞬时频率和附加相位瞬时频率和附加相位瞬时频率和附加相位( ( ( (一一一一) ) ) )第第第第一一一一节节节节：角角角角度度度度调调调调制制制制的的的的基基基基本本本本概概概概念念念念一个高频振荡被低频调制信号调频时，一个高频振荡被低频调制信号调频时，其频率随时间而变化，从而必须引入其频率随时间而变化，从而必须引入瞬时频率瞬时频率的概念的概念一个高频振荡无论其是否被低频调制一个高频振荡无论其是否被低频调制信号调相，其相位总是变化的。被调信
3、号调相，其相位总是变化的。被调相时，增添了一个相时，增添了一个附加相移附加相移，附加相，附加相移的大小取决于调制信号的幅度移的大小取决于调制信号的幅度设载波信号为：设载波信号为：全相角为：全相角为：线性调频后的线性调频后的瞬时角频率：瞬时角频率：载波频率载波频率调频灵敏度调频灵敏度调制信号调制信号瞬时频率和附加相位瞬时频率和附加相位瞬时频率和附加相位瞬时频率和附加相位( ( ( (二二二二) ) ) )第第第第一一一一节节节节：角角角角度度度度调调调调制制制制的的的的基基基基本本本本概概概概念念念念设载波信号为：设载波信号为：全相角为：全相角为：线性调相后的线性调相后的瞬时全相位：瞬时全相位：
4、调相灵敏度调相灵敏度调相波的附加相位调相波的附加相位左图中，左图中，设：设：若调制信号是连续函若调制信号是连续函数，则附加相位数，则附加相位 和全相位和全相位 均为连均为连续函数续函数调频与调相的数学表达式调频与调相的数学表达式调频与调相的数学表达式调频与调相的数学表达式第第第第一一一一节节节节：角角角角度度度度调调调调制制制制的的的的基基基基本本本本概概概概念念念念设载波信号为：设载波信号为：全相角为：全相角为：线性调频后的线性调频后的瞬时角频率：瞬时角频率：线性调相后的线性调相后的表达式：表达式：间接调频：先将调制信号做积分处理，然间接调频：先将调制信号做积分处理，然后再用处理后的调制信号
5、进行调相，则所后再用处理后的调制信号进行调相，则所得信号对原调制信号为调频波得信号对原调制信号为调频波数学表达式与基本性质数学表达式与基本性质数学表达式与基本性质数学表达式与基本性质( ( ( (一一一一) ) ) )第第第第二二二二节节节节：调调调调角角角角信信信信号号号号的的的的分分分分析析析析设调制信号为设调制信号为 ，则有：，则有： ：调频波的最大频偏：调频波的最大频偏：调频波的调频系数，其物理：调频波的调频系数，其物理意义是调频波的最大附加相移意义是调频波的最大附加相移：调相波的最大频偏：调相波的最大频偏：调相系数：调相系数数学表达式与基本性质数学表达式与基本性质数学表达式与基本性质
6、数学表达式与基本性质( ( ( (二二二二) ) ) )第第第第二二二二节节节节：调调调调角角角角信信信信号号号号的的的的分分分分析析析析调频波：调频波：调相波：调相波：故有：故有：需要注意的是调频波的频偏与调制信号振需要注意的是调频波的频偏与调制信号振幅成正比，调相波的调制系数与调制信号幅成正比，调相波的调制系数与调制信号的幅度成正比，如下图所示：的幅度成正比，如下图所示：频谱和频带宽度频谱和频带宽度频谱和频带宽度频谱和频带宽度( ( ( (一一一一) ) ) )第第第第二二二二节节节节：调调调调角角角角信信信信号号号号的的的的分分分分析析析析从数学的角度来看，调频与调相的函数表从数学的角度
7、来看，调频与调相的函数表达式没有本质区别，故可统一表示为：达式没有本质区别，故可统一表示为：分析可知，在单一正弦低频信号调制的情分析可知，在单一正弦低频信号调制的情况下，调频波可以用角频率为况下，调频波可以用角频率为 的载频分的载频分量和角频率为量和角频率为 的无限多对上、下边的无限多对上、下边频分量制和来代表频分量制和来代表这些边频分量与载这些边频分量与载频分量之间的角频频分量之间的角频率差为率差为第第 个边频分量的个边频分量的振幅为振幅为 ， 可由贝塞尔可由贝塞尔函数表求出函数表求出频谱和频带宽度频谱和频带宽度频谱和频带宽度频谱和频带宽度( ( ( (二二二二) ) ) )第第第第二二二二
8、节节节节：调调调调角角角角信信信信号号号号的的的的分分分分析析析析随着随着 值的增加近值的增加近似周期性变化，且峰似周期性变化，且峰值下降值下降 的性质：的性质：对于某一固定对于某一固定 值，值，有近似关系：有近似关系： 故调频波的频谱中，除了载故调频波的频谱中，除了载波频率之外还包含无穷多个波频率之外还包含无穷多个旁频分量。且旁频分量。且 越大，超出越大，超出相对原载波幅度一定相对值相对原载波幅度一定相对值的旁频分量对数越多的旁频分量对数越多频谱和频带宽度频谱和频带宽度频谱和频带宽度频谱和频带宽度( ( ( (三三三三) ) ) )第第第第二二二二节节节节：调调调调角角角角信信信信号号号号的
9、的的的分分分分析析析析故载波被调角后，总功率不变，因为故载波被调角后，总功率不变，因为仍是幅度等于未调情况下的等幅波仍是幅度等于未调情况下的等幅波调角后总功率在载波及各变频之间重调角后总功率在载波及各变频之间重新分配。离开载频时，边频的大小虽新分配。离开载频时，边频的大小虽有起伏，但随着离载频变远，其总趋有起伏，但随着离载频变远，其总趋势是减小的势是减小的由于调频波的功率集中分配在载频和由于调频波的功率集中分配在载频和 对变频，舍去对变频，舍去 的近的近频对调频波的影响不大。因此可定义频对调频波的影响不大。因此可定义调频波的频带宽度，或称占据频带：调频波的频带宽度，或称占据频带：实现调频的基本
10、原理和方法实现调频的基本原理和方法实现调频的基本原理和方法实现调频的基本原理和方法第第第第三三三三节节节节：实实实实现现现现调调调调频频频频的的的的基基基基本本本本原原原原理理理理和和和和方方方方法法法法直接调频：用调制信号电压直接去控直接调频：用调制信号电压直接去控制自激振荡器的振荡频率制自激振荡器的振荡频率其原理是用调制信号电压去改变振荡器的其原理是用调制信号电压去改变振荡器的定频元件定频元件这种振荡器也被叫做压控振荡器这种振荡器也被叫做压控振荡器间接调频：利用频率与相位之间的微间接调频：利用频率与相位之间的微分与积分关系，首先将调制信号进行分与积分关系，首先将调制信号进行积分处理，然后将
11、经过处理的调制信积分处理，然后将经过处理的调制信号对高频振荡进行调相号对高频振荡进行调相频率稳定性较差，但方法较简单频率稳定性较差，但方法较简单载频的稳定性高，但不易获得大的频偏载频的稳定性高，但不易获得大的频偏两种调频方式中，受控电抗或电阻可两种调频方式中，受控电抗或电阻可以是压敏元件或有源元件以是压敏元件或有源元件对调频器的主要要求对调频器的主要要求对调频器的主要要求对调频器的主要要求第第第第三三三三节节节节：实实实实现现现现调调调调频频频频的的的的基基基基本本本本原原原原理理理理和和和和方方方方法法法法频率偏移大，且与调制信号保持频率偏移大，且与调制信号保持线性关系线性关系寄生调幅小寄生
12、调幅小调制灵敏度高等调制灵敏度高等其中最大频率偏移与调制线性通常称其中最大频率偏移与调制线性通常称为调频器的主要矛盾，在分析、研究为调频器的主要矛盾，在分析、研究和调测调频器时主要精力也常常花在和调测调频器时主要精力也常常花在解决这一对主要矛盾上解决这一对主要矛盾上变容二极管调频器变容二极管调频器变容二极管调频器变容二极管调频器( ( ( (一一一一) ) ) )第第第第四四四四节节节节：直直直直接接接接调调调调频频频频电电电电路路路路电路及工作原理电路及工作原理( (一一) ) 为变容二极为变容二极管管 组成低组成低通滤波器通滤波器振荡管本身由振荡管本身由正、负两组直正、负两组直流电源供电流
13、电源供电由高频等效电由高频等效电路可以看出这路可以看出这是一个电感三是一个电感三点式振荡电路，点式振荡电路，从而可求出其从而可求出其振荡频率振荡频率调频器中的调频器中的 必须非常稳必须非常稳定，以保证调频器中心频率定，以保证调频器中心频率的精确度和稳定性的精确度和稳定性对于调制信号，线圈对于调制信号，线圈 可视可视为短路为短路变容二极管调频器变容二极管调频器变容二极管调频器变容二极管调频器( ( ( (二二二二) ) ) )第第第第四四四四节节节节：直直直直接接接接调调调调频频频频电电电电路路路路电路及工作原理电路及工作原理( (二二) )由由(a)-(c)(a)-(c)图可以看图可以看出，出
14、，C-uC-u和和f-Cf-C的非的非线性关系起着相互线性关系起着相互抵消作用，即使得抵消作用，即使得f-uf-u的关系趋于线性的关系趋于线性可得出变容二可得出变容二极管在低频简极管在低频简谐波调制信号谐波调制信号作用情况下，作用情况下，电容和振荡频电容和振荡频率的变化示意率的变化示意图图变容二极管调频器变容二极管调频器变容二极管调频器变容二极管调频器( ( ( (三三三三) ) ) )第第第第四四四四节节节节：直直直直接接接接调调调调频频频频电电电电路路路路变容二极管调频器获得线性调制的条变容二极管调频器获得线性调制的条件件以变容二极管组成谐振回路以变容二极管组成谐振回路的的LCLC振荡器的
15、振荡频率为：振荡器的振荡频率为：但在实际电路中，还应考虑到与变容但在实际电路中，还应考虑到与变容二极管串联或并联的其它电容以及由二极管串联或并联的其它电容以及由此而得的谐振回路总电容此而得的谐振回路总电容推导可得，为了获得线性调制，谐振推导可得，为了获得线性调制，谐振回路总电容随控制电压而变化的参数回路总电容随控制电压而变化的参数变容指数应等于变容指数应等于2 2，而变容二极管，而变容二极管的变容指数必须大于的变容指数必须大于2 2变容二极管调频器变容二极管调频器变容二极管调频器变容二极管调频器( ( ( (四四四四) ) ) )第第第第四四四四节节节节：直直直直接接接接调调调调频频频频电电电
16、电路路路路调制灵敏度调制灵敏度调制灵敏度调制灵敏度 定义为单位调制电压所定义为单位调制电压所产生的频偏产生的频偏分析可得：分析可得：其中其中B B为一与器为一与器件结构及变容二件结构及变容二极管电容和与之极管电容和与之相串、并联的固相串、并联的固定电容容量有关定电容容量有关的参数的参数变容二极管调频器变容二极管调频器变容二极管调频器变容二极管调频器( ( ( (五五五五) ) ) )第第第第四四四四节节节节：直直直直接接接接调调调调频频频频电电电电路路路路实际电路介绍实际电路介绍晶体振荡器调频器：原理晶体振荡器调频器：原理晶体振荡器调频器：原理晶体振荡器调频器：原理变容二极管调频的主要优点是可
17、以获得较变容二极管调频的主要优点是可以获得较大的频偏，但中心频率的稳定性较差大的频偏，但中心频率的稳定性较差第第第第四四四四节节节节：直直直直接接接接调调调调频频频频电电电电路路路路稳定中心频率常采用的方法有：稳定中心频率常采用的方法有：对晶体振荡器进行直接调频对晶体振荡器进行直接调频采用自动频率控制电路采用自动频率控制电路利用锁相环稳频利用锁相环稳频石英晶体振荡器调频的基本原理是将变容石英晶体振荡器调频的基本原理是将变容二极管和石英晶体接在一起，改变其等效二极管和石英晶体接在一起，改变其等效电抗。此时变容二极管必须和石英晶体作电抗。此时变容二极管必须和石英晶体作为一个整体取代三点式为一个整体
18、取代三点式LCLC振荡电路中的电振荡电路中的电感元件感元件这种调频方式所能得到的频偏是很小的，这种调频方式所能得到的频偏是很小的，一般小于晶体的一般小于晶体的晶体振荡器调频器：实例晶体振荡器调频器：实例晶体振荡器调频器：实例晶体振荡器调频器：实例第第第第四四四四节节节节：直直直直接接接接调调调调频频频频电电电电路路路路 为语音放大器为语音放大器 为调频振荡器为调频振荡器振荡电路为电容三点式振荡电路为电容三点式综述综述综述综述第第第第五五五五节节节节：间间间间接接接接调调调调频频频频电电电电路路路路间接调频是将调制信号先做积分处理，间接调频是将调制信号先做积分处理，再用处理后的调制信号对载波进行
19、调再用处理后的调制信号对载波进行调相，方框图如下所示：相，方框图如下所示：本节其余内容限于介绍调相电路本节其余内容限于介绍调相电路可变移相法调相电路可变移相法调相电路可变移相法调相电路可变移相法调相电路( ( ( (一一一一) ) ) )第第第第五五五五节节节节：间间间间接接接接调调调调频频频频电电电电路路路路 为负载谐振回路为负载谐振回路 为高频扼流圈为高频扼流圈 为隔直流电容为隔直流电容由电阻由电阻 组成的分压器从组成的分压器从 分取一个分取一个电压加到电压加到 的负极，使其工作于反偏的负极，使其工作于反偏 为高频扼流圈为高频扼流圈可变移相法调相电路可变移相法调相电路可变移相法调相电路可变
20、移相法调相电路( ( ( (二二二二) ) ) )第第第第五五五五节节节节：间间间间接接接接调调调调频频频频电电电电路路路路 时，回路调谐于谐振频率时，回路调谐于谐振频率推导可得：推导可得：故欲得到线性调频，必须满足：故欲得到线性调频，必须满足： 变容二极管容量变化时，回路总等效电变容二极管容量变化时，回路总等效电容变化量应与调制电压容变化量应与调制电压 呈线性关系呈线性关系为增大频为增大频偏，可以偏，可以采用多级采用多级单谐振回单谐振回路构成的路构成的变容管移变容管移相电路，相电路，此时总相此时总相移为各级移为各级相移之和相移之和可变延时法调相电路可变延时法调相电路可变延时法调相电路可变延时
21、法调相电路( ( ( (一一一一) ) ) )第第第第五五五五节节节节：间间间间接接接接调调调调频频频频电电电电路路路路使时延使时延 受经积受经积分处理后的调制分处理后的调制电压电压 控制，当控制，当时延与时延与 之间呈之间呈线性关系时，便线性关系时，便可得到线性调频可得到线性调频首先将输入载波信号首先将输入载波信号变换为窄脉冲序列变换为窄脉冲序列锯齿波发生器为他激锯齿波发生器为他激式，产生相应锯齿波式，产生相应锯齿波将锯齿波电压和可控将锯齿波电压和可控电压叠加后加到门限电压叠加后加到门限检测电路上检测电路上当叠加后的电压瞬时当叠加后的电压瞬时值等于门限电压时，值等于门限电压时，门限检测电路产
22、生电门限检测电路产生电压跳变去触发脉冲发压跳变去触发脉冲发生器，产生相应脉冲生器，产生相应脉冲可变时延法调相电路可变时延法调相电路可变时延法调相电路可变时延法调相电路( ( ( (二二二二) ) ) )第第第第五五五五节节节节：间间间间接接接接调调调调频频频频电电电电路路路路 时，锯齿波中点电压和直流电压时，锯齿波中点电压和直流电压 之之和，刚好等于门限电压和，刚好等于门限电压 。从而在。从而在 的控的控制下，脉冲的相位发生变化。将这一调相制下，脉冲的相位发生变化。将这一调相脉冲通过滤波器，取出其基波或某一次谐脉冲通过滤波器，取出其基波或某一次谐波，就可得到相移受调制信号控制的正弦波，就可得到
23、相移受调制信号控制的正弦调制波调制波其中其中 为谐为谐波次数波次数该方法的相移大，该方法的相移大，且线性较好且线性较好扩展线性频偏的方法：直接调频扩展线性频偏的方法：直接调频扩展线性频偏的方法：直接调频扩展线性频偏的方法：直接调频第第第第六六六六节节节节：扩扩扩扩展展展展线线线线性性性性频频频频偏偏偏偏的的的的方方方方法法法法对直接调频电路，调制的非线性随对直接调频电路，调制的非线性随相对频偏相对频偏( (而不是绝对频偏而不是绝对频偏) )的增大而的增大而增大增大若在较高的载频制成调频器，而在相对频若在较高的载频制成调频器，而在相对频偏一定的条件下，就可以获得较大的绝对偏一定的条件下，就可以获
24、得较大的绝对频偏值频偏值若要求绝对频偏值一定，又要求载频较低若要求绝对频偏值一定，又要求载频较低时，可以采用如下的框图实现时，可以采用如下的框图实现扩展线性频偏的方法：间接调频扩展线性频偏的方法：间接调频扩展线性频偏的方法：间接调频扩展线性频偏的方法：间接调频第第第第六六六六节节节节：扩扩扩扩展展展展线线线线性性性性频频频频偏偏偏偏的的的的方方方方法法法法采用间接调频时，受到非线性限制采用间接调频时，受到非线性限制的不是相对频偏，也不是绝对频偏，的不是相对频偏，也不是绝对频偏，而是最大相移，即调相系数而是最大相移，即调相系数此时不能通过在较高的载频实现调频以扩此时不能通过在较高的载频实现调频以
25、扩展线性频偏，可以先在较低的载频实现调展线性频偏，可以先在较低的载频实现调频，再通过倍频和混频的方法以得到所需频，再通过倍频和混频的方法以得到所需的载频和最大线性频偏的载频和最大线性频偏频率解调的基本原理和方法频率解调的基本原理和方法频率解调的基本原理和方法频率解调的基本原理和方法第第第第七七七七节节节节：频频频频率率率率解解解解调调调调的的的的基基基基本本本本原原原原理理理理和和和和方方方方法法法法调频调频- -调调幅变换法幅变换法调频调频- -调调相变换法相变换法脉冲计脉冲计数法数法利用锁相环电路进行鉴频利用锁相环电路进行鉴频本章介绍前三种方法，第本章介绍前三种方法，第四种方法将在下一章介
26、绍四种方法将在下一章介绍单失谐回路斜率鉴频器：原理单失谐回路斜率鉴频器：原理单失谐回路斜率鉴频器：原理单失谐回路斜率鉴频器：原理( ( ( (一一一一) ) ) )第第第第八八八八节节节节：鉴鉴鉴鉴频频频频电电电电路路路路该电路利用该电路利用LCLC谐振回路的谐振特性对调频谐振回路的谐振特性对调频波进行调频波进行调频- -调幅变换，变换特性取决于调幅变换，变换特性取决于谐振特性曲线的斜率，故称斜率鉴频器谐振特性曲线的斜率，故称斜率鉴频器调频调频- -调幅调幅变换器变换器振幅检振幅检波器波器调幅调幅- -调频变换器中谐振回路的谐振频率调频变换器中谐振回路的谐振频率不是在输入信号的中心频率，而是高
27、于或不是在输入信号的中心频率，而是高于或低于信号中心频率，所谓低于信号中心频率，所谓“失谐回路失谐回路”就就由此而得名由此而得名单失谐回路斜率鉴频器：原理单失谐回路斜率鉴频器：原理单失谐回路斜率鉴频器：原理单失谐回路斜率鉴频器：原理( ( ( (二二二二) ) ) )第第第第八八八八节节节节：鉴鉴鉴鉴频频频频电电电电路路路路可以看出，正是利用了谐振回路对不同频可以看出，正是利用了谐振回路对不同频率呈现不同阻抗，从而有不同电压输出的率呈现不同阻抗，从而有不同电压输出的特性，将等幅的调频波转换为幅度随频率特性，将等幅的调频波转换为幅度随频率变化的调频变化的调频- -调幅波调幅波对于正、负半周对称对
28、于正、负半周对称的信号来说，的信号来说， 的大的大小不影响结果。但对小不影响结果。但对于不对称的信号来说于不对称的信号来说效果会不同效果会不同单失谐回路斜率鉴频器：原理单失谐回路斜率鉴频器：原理单失谐回路斜率鉴频器：原理单失谐回路斜率鉴频器：原理( ( ( (三三三三) ) ) )第第第第八八八八节节节节：鉴鉴鉴鉴频频频频电电电电路路路路需要注意的是，在利用需要注意的是，在利用单谐振回路的谐振特性单谐振回路的谐振特性进行调频进行调频- -调幅变换时，调幅变换时，由于谐振特性曲线两边由于谐振特性曲线两边倾斜部分不是直线，存倾斜部分不是直线，存在着非线性特性在着非线性特性单失谐回路斜率鉴频器：鉴频
29、特性分析单失谐回路斜率鉴频器：鉴频特性分析单失谐回路斜率鉴频器：鉴频特性分析单失谐回路斜率鉴频器：鉴频特性分析( ( ( (一一一一) ) ) )第第第第八八八八节节节节：鉴鉴鉴鉴频频频频电电电电路路路路鉴频器的性能主要由调频鉴频器的性能主要由调频- -调幅变换器决调幅变换器决定，调频定，调频- -调幅变换器主要由接于晶体管调幅变换器主要由接于晶体管集电极的谐振回路的谐振特性所决定集电极的谐振回路的谐振特性所决定设并联谐振回路的阻抗为设并联谐振回路的阻抗为 ，谐振时的回，谐振时的回路阻抗为路阻抗为 ，则分析可得：，则分析可得：单谐振回单谐振回路的通用路的通用谐振曲线谐振曲线定义鉴频定义鉴频灵敏
30、度：灵敏度：则推导可得：则推导可得：单失谐回路斜率鉴频器：鉴频特性分析单失谐回路斜率鉴频器：鉴频特性分析单失谐回路斜率鉴频器：鉴频特性分析单失谐回路斜率鉴频器：鉴频特性分析( ( ( (二二二二) ) ) )第第第第八八八八节节节节：鉴鉴鉴鉴频频频频电电电电路路路路故鉴频灵敏度：故鉴频灵敏度：随输入调频波的幅度增大而增大随输入调频波的幅度增大而增大随器件工作点的提高而有所增大随器件工作点的提高而有所增大随工作频率的升高而降低随工作频率的升高而降低正比于右式中各正比于右式中各分子项分子项将将 对对 求导数，可得求导数，可得 时，有最时，有最大鉴频灵敏度：大鉴频灵敏度：因此，如果将调频信号的中心频
31、率选因此，如果将调频信号的中心频率选在在 处，则在频偏不大时，可以处，则在频偏不大时，可以得到较为对称的调频得到较为对称的调频- -调幅变换调幅变换单失谐回路斜率鉴频器：鉴频特性分析单失谐回路斜率鉴频器：鉴频特性分析单失谐回路斜率鉴频器：鉴频特性分析单失谐回路斜率鉴频器：鉴频特性分析( ( ( (三三三三) ) ) )第第第第八八八八节节节节：鉴鉴鉴鉴频频频频电电电电路路路路双失谐回路斜率鉴频器：引入原因双失谐回路斜率鉴频器：引入原因双失谐回路斜率鉴频器：引入原因双失谐回路斜率鉴频器：引入原因第第第第八八八八节节节节：鉴鉴鉴鉴频频频频电电电电路路路路在单失谐回路斜率鉴频在单失谐回路斜率鉴频器中
32、，若想要增大鉴频器中，若想要增大鉴频器的工作频带，就要使器的工作频带，就要使左图所示谐振曲线上的左图所示谐振曲线上的工作点位置向左下方移工作点位置向左下方移动，但会引起失真增大，动，但会引起失真增大，使输出信号成为正半周使输出信号成为正半周大而负半周小的波形大而负半周小的波形故类似于放大器故类似于放大器发展至推挽电路，发展至推挽电路，可以引入双失谐可以引入双失谐回路斜率鉴频器回路斜率鉴频器双失谐回路斜率鉴频器：原理双失谐回路斜率鉴频器：原理双失谐回路斜率鉴频器：原理双失谐回路斜率鉴频器：原理( ( ( (一一一一) ) ) )第第第第八八八八节节节节：鉴鉴鉴鉴频频频频电电电电路路路路双失谐回路
33、斜率鉴频器由两个单双失谐回路斜率鉴频器由两个单失谐回路斜率鉴频器连接而成失谐回路斜率鉴频器连接而成设上下两组谐振回路分别调谐于设上下两组谐振回路分别调谐于 并对称处于调频波的载频两边，且：并对称处于调频波的载频两边，且：双失谐回路斜率鉴频器：原理双失谐回路斜率鉴频器：原理双失谐回路斜率鉴频器：原理双失谐回路斜率鉴频器：原理( ( ( (二二二二) ) ) )第第第第八八八八节节节节：鉴鉴鉴鉴频频频频电电电电路路路路注意：只有从注意：只有从A A，B B两点间取出鉴频电压才两点间取出鉴频电压才是失真较小的对称波形。单独任一点对地是失真较小的对称波形。单独任一点对地的波形都是失真比较大的不对称波形
34、的波形都是失真比较大的不对称波形集成电路中应用的斜率鉴频器集成电路中应用的斜率鉴频器集成电路中应用的斜率鉴频器集成电路中应用的斜率鉴频器第第第第八八八八节节节节：鉴鉴鉴鉴频频频频电电电电路路路路 为外接的实现调频为外接的实现调频- -调幅变换的网络调幅变换的网络 为射随为射随 的发射结起检波二的发射结起检波二极管的作用，极管的作用， 为检波为检波负载电容负载电容 为双端输入，单端为双端输入，单端输出的差动放大器输出的差动放大器由由 构成谐振角频率构成谐振角频率 ，由由 构成谐振角频率构成谐振角频率相位检波型相位鉴频器相位检波型相位鉴频器相位检波型相位鉴频器相位检波型相位鉴频器( ( ( (一一
35、一一) ) ) )第第第第八八八八节节节节：鉴鉴鉴鉴频频频频电电电电路路路路综述综述相位检波型相位鉴频器由调频相位检波型相位鉴频器由调频- -调相调相变换电路和相位检波器构成，方框图变换电路和相位检波器构成，方框图如下所示如下所示在实际电路中，调频在实际电路中，调频- -调相变换电路调相变换电路是一个由电感、电容组成的谐振回路是一个由电感、电容组成的谐振回路相位检波器可以是模拟相乘器或是异相位检波器可以是模拟相乘器或是异或门或门相位检波型相位鉴频器相位检波型相位鉴频器相位检波型相位鉴频器相位检波型相位鉴频器( ( ( (二二二二) ) ) )第第第第八八八八节节节节：鉴鉴鉴鉴频频频频电电电电路
36、路路路调频调频- -调相变换网络调相变换网络推导可得：推导可得：若调频器中心频率等于移相若调频器中心频率等于移相电路的谐振频率时电路的谐振频率时 ；若；若偏离中心工作频率时，移相偏离中心工作频率时，移相电路输出电压的相位将在电路输出电压的相位将在 前后摆动前后摆动注意：只有在失注意：只有在失谐不大时，才有谐不大时，才有线性鉴频特性线性鉴频特性可通过降低可通过降低Q Q值值来增大线性鉴频来增大线性鉴频特性的频偏值特性的频偏值相位检波型相位鉴频器相位检波型相位鉴频器相位检波型相位鉴频器相位检波型相位鉴频器( ( ( (三三三三) ) ) )第第第第八八八八节节节节：鉴鉴鉴鉴频频频频电电电电路路路路
37、相位检波器相位检波器( (鉴相器鉴相器)()(一一) )由模拟相乘器加低通滤波器构成由模拟相乘器加低通滤波器构成根据模拟相乘器输入波形不同，相位检根据模拟相乘器输入波形不同，相位检波器的线性波器的线性( (指输出电压大小和两个输入指输出电压大小和两个输入电压之间相位差的关系电压之间相位差的关系) )范围也不同范围也不同设两个输入为：设两个输入为：则乘法器的则乘法器的输出为：输出为：经低通滤波器滤经低通滤波器滤出高频分量后：出高频分量后：故在故在 附近，附近， 和和 有近似线性有近似线性关系关系相位检波型相位鉴频器相位检波型相位鉴频器相位检波型相位鉴频器相位检波型相位鉴频器( ( ( (四四四四
38、) ) ) )第第第第八八八八节节节节：鉴鉴鉴鉴频频频频电电电电路路路路相位检波器相位检波器( (鉴相器鉴相器)()(二二) )当两个输入为方波时：当两个输入为方波时：最终输出为：最终输出为：故在频率故在频率- -相位变换相位变换网络有足够线性工网络有足够线性工作范围的情况下，作范围的情况下，采用方波输入的相采用方波输入的相乘型鉴相器可以得乘型鉴相器可以得到比正弦波输入的到比正弦波输入的相乘型鉴相器更宽相乘型鉴相器更宽的线性工作频宽的线性工作频宽相位检波型相位鉴频器相位检波型相位鉴频器相位检波型相位鉴频器相位检波型相位鉴频器( ( ( (五五五五) ) ) )第第第第八八八八节节节节：鉴鉴鉴鉴
39、频频频频电电电电路路路路相位检波器相位检波器( (鉴相器鉴相器)()(三三) )图图(a)(a)为调频为调频- -调相变换特性曲线调相变换特性曲线曲线曲线1 1为相乘器工作为相乘器工作于正弦波输入情况于正弦波输入情况图图(b)(b)为整个鉴频器的鉴频特性为整个鉴频器的鉴频特性曲线曲线曲线曲线2 2为相乘器工作为相乘器工作于方波输入情况于方波输入情况故在调频故在调频- -调相网络相同，且调相网络相同，且线性工作频宽主要受相位检波线性工作频宽主要受相位检波器的鉴相特性限制的条件下，器的鉴相特性限制的条件下，相乘器工作于方波输入情况时相乘器工作于方波输入情况时有较宽的线性工作频宽有较宽的线性工作频宽
40、脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器( ( ( (一一一一) ) ) )第第第第八八八八节节节节：鉴鉴鉴鉴频频频频电电电电路路路路延时法形成脉冲式电路延时法形成脉冲式电路( (一一) )低通滤波器的截低通滤波器的截止频率应高于解止频率应高于解调信号的最高工调信号的最高工作频率，而低于作频率，而低于调频波的最低瞬调频波的最低瞬时频率时频率脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器( ( ( (二二二二) ) ) )延时法形成脉冲式电路延时法形成脉冲式电路( (二二) )第第第第八八八八节节节节：鉴鉴鉴鉴频频频频电电电电路路路路当在一定范围内加当在
41、一定范围内加大延时时间时，可大延时时间时，可以提高鉴频灵敏度以提高鉴频灵敏度鉴频器容许的调频鉴频器容许的调频波最高瞬时频率：波最高瞬时频率：脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器( ( ( (三三三三) ) ) )第第第第八八八八节节节节：鉴鉴鉴鉴频频频频电电电电路路路路单稳态触发器形成脉冲式电路单稳态触发器形成脉冲式电路当在一定范围内加当在一定范围内加大大 时，可以提高时，可以提高鉴频灵敏度鉴频灵敏度调频波的瞬时工作调频波的瞬时工作频率应满足频率应满足方能获得线性鉴频方能获得线性鉴频特性特性和鉴频器配合使用的限幅器和鉴频器配合使用的限幅器和鉴频器配合使用的限幅器和鉴
42、频器配合使用的限幅器第第第第八八八八节节节节：鉴鉴鉴鉴频频频频电电电电路路路路引入原因：一个理想的鉴频器，应该只对引入原因：一个理想的鉴频器，应该只对输入信号的频率变化敏感，而对输入信号输入信号的频率变化敏感，而对输入信号的幅度变化不敏感。然而实际的鉴频器往的幅度变化不敏感。然而实际的鉴频器往往很难达到这种理想情况往很难达到这种理想情况由于信道频率特性不理想以及叠加干扰的由于信道频率特性不理想以及叠加干扰的原因，在发送端的理想等幅波在接收后会原因，在发送端的理想等幅波在接收后会变成不是等幅波，从而解调信号会出现非变成不是等幅波，从而解调信号会出现非线性失真和噪声线性失真和噪声为了减小这一不为了
43、减小这一不良影响，可以在良影响，可以在鉴频之前对信号鉴频之前对信号先做限幅处理先做限幅处理可利用差动放大可利用差动放大器的优良特性器的优良特性移频键控信号的产生移频键控信号的产生移频键控信号的产生移频键控信号的产生第第第第九九九九节节节节：数数数数字字字字信信信信号号号号的的的的角角角角度度度度调调调调制制制制与与与与解解解解调调调调数字信号的角度调制也分为频率调制数字信号的角度调制也分为频率调制和相位调制。由于数字信号的变化是和相位调制。由于数字信号的变化是不连续的，故相应的调频称作移频键不连续的，故相应的调频称作移频键控控(FSK)(FSK)，相应的调相称作相位键控，相应的调相称作相位键控
44、(PSK)(PSK)移频键控信号产生的方法有两种：移频键控信号产生的方法有两种：数字信号数字信号直接调频法直接调频法和模拟信号直接调和模拟信号直接调频法基本相同。所产生的频法基本相同。所产生的FSKFSK信号相位是信号相位是连续的连续的独立振荡器法独立振荡器法采用两个相互独立的振荡采用两个相互独立的振荡器，其振荡频率不同，用数字信号去控器，其振荡频率不同，用数字信号去控制一个电子开关，分别接通两个振荡器制一个电子开关，分别接通两个振荡器的输出。产生的的输出。产生的FSKFSK信号相位不连续信号相位不连续移频键控信号的解调：同步解调移频键控信号的解调：同步解调移频键控信号的解调：同步解调移频键控
45、信号的解调：同步解调第第第第九九九九节节节节：数数数数字字字字信信信信号号号号的的的的角角角角度度度度调调调调制制制制与与与与解解解解调调调调 在在 和和 两个频率之间变换两个频率之间变换两个带通滤波器将输入信号中的相应频率两个带通滤波器将输入信号中的相应频率分开，并分别与两个本机振荡信号相乘分开，并分别与两个本机振荡信号相乘模拟相乘器的输出经低通滤波后送至比较模拟相乘器的输出经低通滤波后送至比较器。若输入信号为器。若输入信号为 ，则，则 ；反之；反之则有则有 。比较器根据输入的相应大。比较器根据输入的相应大小输出小输出1 1或或0 0移频键控信号的解调：移频键控信号的解调：移频键控信号的解调
46、：移频键控信号的解调：包络解调包络解调包络解调包络解调第第第第九九九九节节节节：数数数数字字字字信信信信号号号号的的的的角角角角度度度度调调调调制制制制与与与与解解解解调调调调输入移频信号经输入端并联，中心工作频输入移频信号经输入端并联，中心工作频率分别为率分别为 和和 的窄带带通滤波器，其输的窄带带通滤波器，其输出分别加到两个包络检波器上出分别加到两个包络检波器上当输入频率为当输入频率为 时，有时，有 ；反之则；反之则有有比较判别器根据比较判别器根据 和和 的大小输出的大小输出1 1或或0 0移频键控信号的解调：移频键控信号的解调：移频键控信号的解调：移频键控信号的解调：过零检测法解调过零检
47、测法解调过零检测法解调过零检测法解调第第第第九九九九节节节节：数数数数字字字字信信信信号号号号的的的的角角角角度度度度调调调调制制制制与与与与解解解解调调调调该方法类似于该方法类似于模拟调频信号模拟调频信号的脉冲计数式的脉冲计数式鉴频器，但上鉴频器，但上图中微分器的图中微分器的输出接有全波输出接有全波整流器。此时整流器。此时低通滤波器的低通滤波器的输出电压增大输出电压增大一倍，但工作一倍，但工作频率上限减小频率上限减小一半一半移相键控信号的产生移相键控信号的产生移相键控信号的产生移相键控信号的产生( ( ( (一一一一) ) ) )第第第第九九九九节节节节：数数数数字字字字信信信信号号号号的的
48、的的角角角角度度度度调调调调制制制制与与与与解解解解调调调调绝对调相：以未调载波的相位作为基准的绝对调相：以未调载波的相位作为基准的调制调制在两相调制中，设在两相调制中，设码元取码元取“1 1”时已时已调载波的相位与未调载波的相位与未调载波的相位相同，调载波的相位相同，取取“0 0”时则相反时则相反两相绝对调制相当两相绝对调制相当于双边带调幅。因于双边带调幅。因此用以产生双边带此用以产生双边带调幅的方法都可以调幅的方法都可以用来产生两相绝对用来产生两相绝对调相信号调相信号移相键控信号的产生移相键控信号的产生移相键控信号的产生移相键控信号的产生( ( ( (二二二二) ) ) )第第第第九九九九
49、节节节节：数数数数字字字字信信信信号号号号的的的的角角角角度度度度调调调调制制制制与与与与解解解解调调调调相对调相：各码元的载波相位不是以未调相对调相：各码元的载波相位不是以未调载波为基准，而是以相邻的前一码元的载载波为基准，而是以相邻的前一码元的载波相位为基准来确定波相位为基准来确定获得两相相对获得两相相对调相信号的常调相信号的常用办法是先经用办法是先经码变换器将输码变换器将输入的二进制码入的二进制码变换为相对码，变换为相对码，再用这个相对再用这个相对码作为调制信码作为调制信号进行双边带号进行双边带调幅，从而得调幅，从而得到两相相对调到两相相对调相信号相信号两相调相信号的解调两相调相信号的解
50、调两相调相信号的解调两相调相信号的解调( ( ( (一一一一) ) ) )第第第第九九九九节节节节：数数数数字字字字信信信信号号号号的的的的角角角角度度度度调调调调制制制制与与与与解解解解调调调调由于两相调相信号相当于一个双边带调幅由于两相调相信号相当于一个双边带调幅信号，故模拟双边带信号的解调方法可用信号，故模拟双边带信号的解调方法可用来解调数字两相调相信号来解调数字两相调相信号常用的是同步解调法，或称相干解调法常用的是同步解调法，或称相干解调法可以采用下图所示的可以采用下图所示的方法恢复载波方法恢复载波分频所得信号的初相分频所得信号的初相位不固定，从而会给位不固定，从而会给绝对调相的解调带来绝对调相的解调带来困难，而相对解调可困难，而相对解调可在解调后用相应的码在解调后用相应的码变换器来消除影响变换器来消除影响两相调相信号的解调两相调相信号的解调两相调相信号的解调两相调相信号的解调( ( ( (二二二二) ) ) )第第第第九九九九节节节节：数数数数字字字字信信信信号号号号的的的的角角角角度度度度调调调调制制制制与与与与解解解解调调调调差动相干解调：差动相干解调：由于相对调相由于相对调相是用相邻的前是用相邻的前一个码元的载一个码元的载波相位作为基波相位作为基准的，因此可准的，因此可以利用前一个以利用前一个码元的载波作码元的载波作为本码元的相为本码元的相干信号干信号
