高频电子线路角度调制电路

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1、第七章 角度调制与解调电路第七章 角度调制与解调电路u主要内容主要内容概述概述调角波的基本性质调角波的基本性质调频方法的概述调频方法的概述变容二极管调频电路变容二极管调频电路石英晶体振荡器直接调频石英晶体振荡器直接调频调相电路调相电路任意正弦波信号：任意正弦波信号： 如果利用调制信号如果利用调制信号去控制三个参量中的某个，去控制三个参量中的某个，可产生调制的作用可产生调制的作用:AmphitudeModulationAM:FrequencyModulationFM:PhaseModulationPM:角度调制角度调制AM调制方式中调制方式中AMDSB属属于于频频谱谱线线性性搬搬移移电电路路,调

2、调制制信信号号寄寄生生于于已已调调信号的振幅变化中信号的振幅变化中FMPM调调制制方方式式中中：属属于于频频谱谱的的非非线线性性搬搬移移电电路路,已已调调波波为为等等幅幅波波,调调制信息寄生于已调波的频率和相位变化中制信息寄生于已调波的频率和相位变化中SSB其中：其中：为总相角，为总相角，为振幅，为振幅，为角频率为角频率，为初相角为初相角第一节第一节 概述概述 第一节第一节 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

3、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：相对振幅调制而言，抗相对振幅调制而

4、言，抗干扰能力更强。因为其有用干扰能力更强。因为其有用信息包含在频率中而不是振信息包含在频率中而不是振幅中。幅中。FM，PM从已调波中检取出原调制信号的过程称为解调从已调波中检取出原调制信号的过程称为解调(AM)(AM)振幅解调振幅解调检波检波 (FM)(FM)频率解调频率解调鉴频鉴频 (detection(detection) ) (frequency (frequency discrimination)discrimination)(PM)(PM)相位解调相位解调鉴相鉴相(phase detection) (phase detection) AM 0 m 0+ mAMFM调角信号与调幅信号

5、的比较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：调角信号功率等于调角信号功率等于未调制时的载波功率未调制时的载波功率，与调制指数，与调制指数m无关，因此不论无关，因此不论m为多大，发射机末级均可工作在最大为多大，发射机末级均可工作在最大功率状态，从而可提高发送设备的功率利用率。功率状态，从而可提高发送设备的功率利用率。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：优点： （1）抗干扰能力强抗干扰能

6、力强（2）功率利用率高功率利用率高因为因为调角信号为等幅信号，其幅度不携带信息，故可调角信号为等幅信号，其幅度不携带信息，故可采用限幅电路消除干扰所引起的寄生调幅。采用限幅电路消除干扰所引起的寄生调幅。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。相关。载波信号载波信号的受控参量的受控参量解调方式解调方式解调方式解调方式的差别的差别特点特点用途用途幅度幅度调制调制调幅调幅AM振幅振幅相干解调相干解调或或非相干解调非相干解调频谱线性搬频谱线性搬移频谱结构移频谱结构无变化无变化频带窄频带窄频带利频带利用率高用率高广播广播角度角度调制调制调频调频FM

7、频率频率鉴频鉴频或或频率检波频率检波频谱非线性频谱非线性频谱结构发频谱结构发生变化属于生变化属于非线性频率非线性频率变换变换频带宽频带宽频带利频带利用不经用不经济、抗济、抗干扰性干扰性强强广播广播电视电视通信通信遥测遥测调相调相PM相位相位鉴相鉴相或或相位检波相位检波数字数字通信通信二，角度调制的优点：二，角度调制的优点：相对振幅调制而言，抗干扰能力更强。因相对振幅调制而言，抗干扰能力更强。因为其为其有用信息包含在频率中有用信息包含在频率中而不是振幅中。而不是振幅中。瞬时角频率与瞬时相位关系：瞬时角频率与瞬时相位关系：关系：关系：当当进行角度调制进行角度调制 （FMFM或或PMPM）后后 ,

8、,其已调波的角频率将是时间的函数其已调波的角频率将是时间的函数即即 。可用旋转矢量表示。可用旋转矢量表示 (t)t=t(t)t =0实轴实轴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，时， 初相角为初相角为 ，t=t 时，时， 矢量与实轴之间的瞬时相角为矢量与实轴之间的瞬时相角为 ，显然有：，显然有： 而该矢量在实轴上的投影：而该矢量在实轴上的投影：一、瞬时频率和瞬时相位一、瞬时频率和瞬时相位如果设高频载波信号为如果设高频载波信号为 ： 第二节第二节 调角波的基本性质调角波的基本性质 调制信号：调制信号： 1.1.调频波调频波 由于由于已调波频率随调制信号线形变化已调波频率随

9、调制信号线形变化，则有：，则有：其中：其中：: : 载波角频率载波角频率 FMFM波的中心频率波的中心频率 ： 调频灵敏度调频灵敏度 单位单位调制信号振幅调制信号振幅引起的频率偏移引起的频率偏移 瞬时频率偏移瞬时频率偏移（简称（简称频偏频偏）寄载了调制信息，表示瞬时频率相对于载波频率的偏移。寄载了调制信息，表示瞬时频率相对于载波频率的偏移。二、调角波的数学表示及基本性质二、调角波的数学表示及基本性质设：载波：设：载波：也称比例常数，单位是也称比例常数，单位是rad/v最大频偏最大频偏 另外，由瞬时频率与所对应的瞬时相位的关系，若设另外，由瞬时频率与所对应的瞬时相位的关系，若设 则有：则有： ：

10、瞬时相位偏移瞬时相位偏移 最大相位偏移：最大相位偏移： 一般令一般令 称为称为FMFM波的波的调频指数调频指数调频信号的数学表达式：调频信号的数学表达式： 注意：与注意：与AMAM波不同，波不同，m f 一般可大于一般可大于1 1， 且且m f 越大，抗干扰性能越好，但频带越宽。越大，抗干扰性能越好，但频带越宽。 对于单一频率调制的对于单一频率调制的FMFM波波调频波的波形示意：调制信号调频波波形示意图载波信号调频信号瞬时角频率由于由于已调波的相位随调制信号线形变化已调波的相位随调制信号线形变化，则有：，则有：其中：其中： ：为：为载波的相位角载波的相位角 ：调相灵敏度调相灵敏度单位单位调制信

11、号振幅调制信号振幅引起的引起的相位偏移相位偏移 瞬时相位偏移，瞬时相位偏移，寄载了调制信息寄载了调制信息2 2调相波调相波 最大相位偏移：最大相位偏移： 调相指数调相指数 PM PM波波瞬时频偏瞬时频偏 最大频偏最大频偏: : 也称比例常数，单位是也称比例常数，单位是rad/v对于单一频率调制信号对于单一频率调制信号 调相信号的数学表达式：调相信号的数学表达式： 调频波的波形示意：调制信号调相波波形示意图载波信号调相信号瞬时相位数学表达式数学表达式瞬时频率瞬时频率瞬时相位瞬时相位最大频偏最大频偏最大相位偏移最大相位偏移( (调制指数调制指数) )FMFM波波PMPM波波上述比较中的调制信号上述

12、比较中的调制信号 u （t），），载波载波Uomcos 0（t）3. 3. 调频信号与调相信号的比较调频信号与调相信号的比较u相同点相同点等幅等幅频率和相位都随调制信号变化频率和相位都随调制信号变化,均产生频偏与相偏，成为疏密波形。均产生频偏与相偏，成为疏密波形。l正频偏最大处，即瞬时频率最高处，波形最密；正频偏最大处，即瞬时频率最高处，波形最密；l负频偏最大处，即瞬时频率最低处，波形最疏。负频偏最大处，即瞬时频率最低处，波形最疏。u不同点不同点频率和相位随调制信号变化规律不一样频率和相位随调制信号变化规律不一样l调频波调频波:调制信号调制信号电平电平最大对应的瞬时正频偏最大最大对应的瞬时正频

13、偏最大,波形最密波形最密l调相波调相波:调制信号调制信号电平变化率电平变化率最大对应的瞬时正频偏最大最大对应的瞬时正频偏最大,波形最密波形最密调频指数调频指数Mf与最大频偏不一样与最大频偏不一样l调频波的调频波的调频指数调频指数Mf与调制频率有关与调制频率有关,最大频偏与调制频率无关最大频偏与调制频率无关,l调相波的最大频偏与调制频率有关调相波的最大频偏与调制频率有关,调相指数调相指数Mp与调制频率无关与调制频率无关。调制范围不一样调制范围不一样l调频波：最大角频偏调频波：最大角频偏mc，m可以很大可以很大调制范围很大调制范围很大l调相波：相位周期为调相波：相位周期为2,最大相偏最大相偏Mp，

14、调制范围很小调制范围很小调相波调相波 mp 与调制信号频率与调制信号频率无关，无关，最大频移最大频移与调制信号频率成正比与调制信号频率成正比调频波调频波 mf 与调制信号频率与调制信号频率成反比，最大频移成反比，最大频移与调制信号频率无关与调制信号频率无关调相波和调频波的最大频移调相波和调频波的最大频移均等于调制指数均等于调制指数m与调制频率与调制频率的乘积的乘积, ,载波信号为载波信号为。若已知调制信号若已知调制信号 4、单音频调角信号的性质、单音频调角信号的性质调相波数学表示式：调相波数学表示式： 调频波数学表示式调频波数学表示式: :结论结论:fmmfmppm三、调频信号与调相信号的比较

15、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+ fmcos t= c pmsin 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= kfU m=mf =kpU m =mp 最大相移最大相移 mp=kpU m fm pm表达式表达式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

16、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，成为与相移，成为疏密波形疏密波形。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。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) 二者的二者的频率和相位随调制信号变化的规律不一样频率和相位随调制信号变化的规律不一样，但，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。联系的。(3)(3) 二者的最大角频移二

17、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。的乘积。(2)(2) 调频信号调频信号的调频指数的调频指数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；而与调制信号频率无关；而调相信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

18、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2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）mpJ1(mf)J2(mf)J3(mf).表表7-2有规律有规律：当当nm+1时时,当当Jn(mf)0.1若忽略小于未调载波振幅的若忽略小于未调载波振幅的10%的边频分量，则带的边频分量，则带宽为宽为:理论上看，调角波的频谱包含无限多对边频分量，频谱宽为无限大。理论上看，调角波的频谱包含无限多对边频分量，频谱宽为无限大。实际应用中，由于边频分量的振幅与实际应用中，由于边频分量的振幅与Jn(m)有关，而有关，而Jn(m)在在m(mf或或mp)一定时，随一定

19、时，随n的增加，的增加，Jn(m)的数值虽有起伏，但总趋势是减小。当的数值虽有起伏，但总趋势是减小。当nm时，时，Jn(m)数值很小。所以忽略振幅小的边频分量，频谱宽度就为有限值。数值很小。所以忽略振幅小的边频分量，频谱宽度就为有限值。对于高质量的通信系统，以忽略振幅小于对于高质量的通信系统，以忽略振幅小于0.01Uom的边频分量决定频谱的边频分量决定频谱宽度。宽度。4、调角波的频谱宽度、调角波的频谱宽度若满足若满足则频谱宽为则频谱宽为B=2nF式中，式中，F为调制信号频率。为调制信号频率。n可查表。可查表。中等质量通信系统，以忽略振幅小于中等质量通信系统，以忽略振幅小于0.1Uom的边频分量

20、来决定频谱的边频分量来决定频谱宽度当宽度当nm+1时时Jn(m)恒小于恒小于0.1。因此有效频谱宽度为。因此有效频谱宽度为 mf1时，时，l调制指数较大时，调频波的带宽等于二倍频偏。称为调制指数较大时，调频波的带宽等于二倍频偏。称为宽带调频宽带调频，又称为，又称为恒定带宽调频恒定带宽调频。其它情况，调频波的带宽由其它情况，调频波的带宽由fm和和F共同确定共同确定5、调频波的带宽、调频波的带宽最大频偏不变：最大频偏不变：调制信号频率调制信号频率F变化时，调频波的有效频谱宽度变化不大变化时，调频波的有效频谱宽度变化不大调频波的频谱宽度变化不大的原因是，在最大频移一定的调频波的频谱宽度变化不大的原因

21、是，在最大频移一定的条件下，调频波的调制指数与调制频率成反比，调制频率条件下，调频波的调制指数与调制频率成反比，调制频率越高，调制指数越小，而振幅小于越高，调制指数越小，而振幅小于10的边频对数减少，的边频对数减少，故频谱宽度变化不大。这是调频波的一个重要特点。故频谱宽度变化不大。这是调频波的一个重要特点。6、调相波的带宽、调相波的带宽调相波的调相波的有效频谱宽度随调制信号频率有效频谱宽度随调制信号频率F增加而增大增加而增大调相波的频带宽度没有得到充分利用调相波的频带宽度没有得到充分利用模拟通讯系统中不能直接应用模拟通讯系统中不能直接应用数字通讯系统中得到广泛应用数字通讯系统中得到广泛应用3，

22、对于调频波，对于调频波4，对于调相波，对于调相波P293 7-6题：问：问：(3)(3)当调制信号为余弦波时当调制信号为余弦波时, ,该调角波为调频波。该调角波为调频波。(4)(4)当调制信号为正弦波时当调制信号为正弦波时, ,该调角波为调相波。该调角波为调相波。解解: :问：问：课本236页课本237页解解: :问：问：解解: :问：问：解解: :问：问：若输入调制信号若输入调制信号，且载波信号为，且载波信号为时，其输出调相波时，其输出调相波。将输入调制信号和载波信号通过电路变换成高频调相波。将输入调制信号和载波信号通过电路变换成高频调相波。调相电路功能的频谱表示调相电路功能的频谱表示输入输

23、出频谱表示法输入输出频谱表示法 五、角度调制电路的功能五、角度调制电路的功能1、调相电路的功能、调相电路的功能若输入调制信号若输入调制信号，且载波信号为，且载波信号为时，其输出调频波时，其输出调频波 调频电路功能的频谱表示调频电路功能的频谱表示将输入调制信号和载波信号通过电路变换成高频调频波。将输入调制信号和载波信号通过电路变换成高频调频波。输入输出频谱表示法。输入输出频谱表示法。2、调频电路的功能、调频电路的功能一、调频电路的主要性能要求一、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

24、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第二节第二节 调频方法概述调频方法概述一、对调频电路的要求一、对调频电路的要求具有线性调制特性。即具有线性调制特性。即具有较高调制灵敏度。具有较高调制灵敏度。即kf 要大，单位调制电压产生的振荡频率偏移要大。最大频率偏移最大频率偏移与调制信号频率无关。未调制的载波频率（即已调波的中心频率）应具有一定的频率稳定度。未调制的载波频率（即已调波的中心频率）应具有一定的频率稳定度。无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。二、调频方法分类二、调频方法分类直接调频直接调频间接调频间接

25、调频第二节第二节 调频方法概述调频方法概述振荡电路振荡电路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

26、的电感线圈调频电路三、直接调频原理三、直接调频原理利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使其不失真地反映调制信利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使其不失真地反映调制信号变化规律。号变化规律。实际应用中，用调制信号去控制决定振荡器振荡频率的振荡回路的实际应用中，用调制信号去控制决定振荡器振荡频率的振荡回路的可可变电抗值。从而使振荡器的瞬时频率按调制信号变化规律线性改变变电抗值。从而使振荡器的瞬时频率按调制信号变化规律线性改变。四、间接调频原理四、间接调频原理将将调制信号先通过积分电路调制信号先通过积分电路，然后进行然后进行相位相位调制调制，输出电压就是调频，输出电压就是调频波，称其为间接调频

27、。间接调频电路的载波振荡器波，称其为间接调频。间接调频电路的载波振荡器可采用频率稳定度可采用频率稳定度很高的晶体振荡器很高的晶体振荡器，其载波频率稳定变高。，其载波频率稳定变高。间接调频原理方框图间接调频原理方框图2.间接调频间接调频载波载波振荡器振荡器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：不易获得大频偏第七章 角度调制电路第三节 变容二极管直接调频一，变容二极管的特性一，变容二极

28、管的特性(1)符号：符号：或或(2)等效电路：变容二极管等效电路：变容二极管(3)特性：特性：变容管的变容管的Cj ur曲线曲线注意：变容二极管必须在反偏压状态工作注意：变容二极管必须在反偏压状态工作式中，式中， 为为PNPN结的势垒电压；结的势垒电压； 反向电压；反向电压； 为为 时的结电容；时的结电容； 为电容变化系数，为电容变化系数，通常通常=1/2=1/21/31/3，经特，经特殊工艺制成的超突变结电容殊工艺制成的超突变结电容=1=15 5 。 第三节第三节 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路1、变容二极管是根据、变容二极管是根据PN结的结电容随反向电压变化而变化的原理设结的

29、结电容随反向电压变化而变化的原理设计的一种特殊二计的一种特殊二极管。它的极间结构、伏安特性与一般检波二极极管。它的极间结构、伏安特性与一般检波二极管没有多大差别。管没有多大差别。2、变容二极管应用时，、变容二极管应用时，只能加反向电压。反向电压的变化能使变容只能加反向电压。反向电压的变化能使变容二极管结电容随其变化。二极管结电容随其变化。3、变容二极管的反向电压与其结电容的关系为、变容二极管的反向电压与其结电容的关系为一、变容二极管的特性一、变容二极管的特性可以看出可以看出变容二极管属于非线性电容，这种非线性电容变容二极管属于非线性电容，这种非线性电容基本上不消耗能量基本上不消耗能量，产生，产

30、生的噪声量级也较小，是较理想的高效率，低噪声非线性电容。的噪声量级也较小，是较理想的高效率，低噪声非线性电容。二、变容二极管直接调频电路的基本原理二、变容二极管直接调频电路的基本原理变容二极管是振荡回路的一个组成变容二极管是振荡回路的一个组成部分。加在变容二极管的反向电压部分。加在变容二极管的反向电压为为式中，式中，是加在变容二极管的直流是加在变容二极管的直流偏置电压；偏置电压；为调制信号电压为调制信号电压LC正弦波振荡器变容二极管和它的偏置电路变容二极管和它的偏置电路C Cc c是是变变容容管管与与L Ll lC C1 1回回路路之之间间的的耦耦合合电电容容，同同时时起起到到隔隔直直流流的的

31、作作用用；C C为为对对调调制制信信号号的的旁旁路路电电容容；L L2 2是是高高频频扼扼流流圈圈，但但让让调调制制信信号号通通过过。它它的的作作用用是是将将振振荡荡回回路路和和变变容容管的控制电路隔离防止它们之间的相互影响。管的控制电路隔离防止它们之间的相互影响。调制信号调制信号反向电压为反向电压为变容二极管结电容变容二极管结电容将将在在的控制下随时间的控制下随时间变化。则振荡器的振荡变化。则振荡器的振荡频率要随频率要随变化。只变化。只要电路参数选取合适，要电路参数选取合适，能够实现线性调频。能够实现线性调频。结电容随调制电压变化关系结电容随调制电压变化关系二，基本原理二，基本原理虚线左边是

32、互虚线左边是互感耦合振荡器。感耦合振荡器。1.电路特点电路特点虚线右边是变容虚线右边是变容二极管和它的偏置二极管和它的偏置电路。电路。变容二极管变容二极管的电容值影响振荡的电容值影响振荡器的频率器的频率。+-2.调频原理调频原理式中，式中， 为电容调制度。为电容调制度。1、在反向电压、在反向电压作用下，变容二极管的电容值作用下，变容二极管的电容值三、电路分析三、电路分析 变容二极管的结电容表示式变容二极管的结电容表示式载波状态时变容二极管的结电容载波状态时变容二极管的结电容载波状态时，载波状态时，则则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振荡回路的等效电路振荡回路的等效电路当

33、振荡回路中的当振荡回路中的C1未接入，未接入，Cc较大时，即回路的总电容仅是较大时，即回路的总电容仅是变容二极管的结电容变容二极管的结电容，等效回路如图所示。调变容二极管上的高，等效回路如图所示。调变容二极管上的高频电压很小，忽略其对变容二极管电容量变化的影响。频电压很小，忽略其对变容二极管电容量变化的影响。2、变容二极管作为回路总电容实现调频、变容二极管作为回路总电容实现调频瞬时振荡频率瞬时振荡频率为式中：式中：为为时的载波频率时的载波频率。实现线性调频的条件实现线性调频的条件当当 时，能实现线性调频。时，能实现线性调频。 结论结论: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

34、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：设设 =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

35、波失真最大偏移为 当当会产生什么影响？会产生什么影响？3)3)调频波的最大频偏为：调频波的最大频偏为：当当调频电路要求的相对频偏较小时，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

36、：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。变容二极管全部接入时变容二极管全部接入时(,作为回路总电容作为回路总电容)调频电路的特点调频电路的特点:优点优点: :调频灵敏度高, 频偏很大缺点缺点: :中心频率稳定度不好变容二极管作为回路总电容实现调频时，由于变容二极管的结电变容二极管作为回路总电容实现调频时，由于变容二极管的结电容随温度、偏置电压的不稳会引起结电容变化。因此其中心频率容随温度、偏置电压的不稳会引起结电容变化。因此其中心频率稳定度差稳定度差。应用范围：应用范围：移动通信以及自动频率微调系统。移动通信以及自动频率微调系统。（三）变

37、容二极管部分接入振荡回路（三）变容二极管部分接入振荡回路部分接入时振荡回路的等效电路如下图：部分接入时振荡回路的等效电路如下图：变容二极管作为总电容实现调频时变容二极管作为总电容实现调频时,由于温度或偏置由于温度或偏置电压的不稳会导致变容二极管结电容发生变化电压的不稳会导致变容二极管结电容发生变化,因此其因此其中心频率的稳定度差中心频率的稳定度差.采用部分接入方式可改善此性能采用部分接入方式可改善此性能.将将看成变容二极管，看成变容二极管，不仅与不仅与有关，还与有关，还与有关。有关。3、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二极管作为回路总电容的等效回路如图所示。回路总电容

38、变容二极管作为回路总电容的等效回路如图所示。回路总电容 为为相应的调频特性方程为相应的调频特性方程为 与 是同数量级的小电容中心频率稳定度较高，最大频偏减小中心频率稳定度较高，最大频偏减小五、变容二极管直接调频电路的优缺点五、变容二极管直接调频电路的优缺点u优点：优点：电路简单电路简单工作频率高工作频率高易于获得大的频偏易于获得大的频偏在频偏小时，非线性失真很小在频偏小时，非线性失真很小所需调制信号功率很小所需调制信号功率很小u缺点：缺点：中心频率稳定度不高中心频率稳定度不高频偏较大时，非线性失真较大频偏较大时，非线性失真较大例：第五节第五节 石英晶体振荡器直接调频石英晶体振荡器直接调频1、对

39、石英晶体振荡器进行直接调频；、对石英晶体振荡器进行直接调频；2、采用自动频率微调电路；、采用自动频率微调电路；3、利用锁相环路稳频。、利用锁相环路稳频。 晶体振荡器采用变容二极管实现调频的形式有两种晶体振荡器采用变容二极管实现调频的形式有两种1、变容二极管与并联型晶、变容二极管与并联型晶体振荡器的晶体相串联体振荡器的晶体相串联2、变容二极管与并联型晶、变容二极管与并联型晶体振荡器的晶体相并联体振荡器的晶体相并联 一、稳定调频振荡器中心频率的办法一、稳定调频振荡器中心频率的办法 二、晶体振荡器直接调频的主要形式二、晶体振荡器直接调频的主要形式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

40、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。 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，率也发生变化，如果压控元件如果压控元件Cj受调制电压受调制电压控控制制，则则PierceOscillator就成为一个就成为一个晶体调频振荡器。晶体调频振荡器。C2ClCjJTbce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

41、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fp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 可提高中心频率的稳定度。调制原理是在放大器中用积分后的调制信号对主振器输出的载波振荡进行调相。7.3间间接调频：由调相实现调频接调频：由调相实现调频 可变相移法：利用调制信号控制谐振回路或移相网络的电抗或电阻来实现调相； 矢量合成法调相。第五节第五节 调相电路调相电路一、调相方法的分类一、调相方法的分类1、可变移相法调相；、可变移相法调相；2、可

42、变时延法调相；、可变时延法调相；3、矢量合成法调相。、矢量合成法调相。因为因为调相电路输入的载波振荡信号可采用频率稳定度很高调相电路输入的载波振荡信号可采用频率稳定度很高的晶体振荡器的晶体振荡器，所以，所以采用调相电路实现间接调频，可以提采用调相电路实现间接调频，可以提高调频电路中心频率的稳定度高调频电路中心频率的稳定度。在实际应用中，间接调频。在实际应用中，间接调频是一种应用较为广泛的方式。是一种应用较为广泛的方式。调相的实现方法调相的实现方法:矢量合成法调相矢量合成法调相可变移相法可变移相法调相调相可变时延法可变时延法调相调相一、一、可变移相法可变移相法调相电路调相电路可控的移相网络可控的

43、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。 调相电路将载波振荡信号通过将载波振荡信号通过受调制信号电压控制的相移网络受调制信号电压控制的相移网络，即可实现，即可实现调相。调相。可控相移网络有多种实现电路，其中应用最广的是由变容二极管可控相移网络有多种实现电路，其中应用最广的是由变容二极管组成的相移网络，例如由电感组成的相移网络，例如由电感L和变容二极管组成的单调谐回路。和变容二极管组成的单调谐回路。1、组成方框图、组成方框图晶体晶体振荡器振荡器可控移可控移相网络相网络调相波

44、调相波2、基本原理、基本原理二、可变移相法调相电路二、可变移相法调相电路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变容二极管上的调制电压实际加到变容二极管上的调制电压u u(t(t) ) 为为 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)下图是变容二极管单调谐回路调相电路。其中可控相移网络是由变容下图是变容二极管单调谐回路调相电路。其中可控相移网络是由变容二极管和电感二极管和电感L L组成的单调谐回路，谐振频率的控制是由调制信号组成的单调谐回路，谐振频率的控制是由

45、调制信号 来实现。来实现。频率为频率为的载波信号通过谐振频率受调制信号电压控制的单调谐回的载波信号通过谐振频率受调制信号电压控制的单调谐回路，路，只有在调谐回路的谐振频率等于只有在调谐回路的谐振频率等于时，不产生附加相移。时，不产生附加相移。通过不通过不等于等于的谐振频率的回路都会产生附加相移。因此输出信号的相移受的谐振频率的回路都会产生附加相移。因此输出信号的相移受调制信号控制。调制信号控制。附加相移附加相移在在的控制下变化，这样输出电压的相位也随的控制下变化，这样输出电压的相位也随变化，变化，从而实现调相。从而实现调相。当当时，变容二极管反向电压减小，结电容加大，时，变容二极管反向电压减小

46、，结电容加大，L与与Cj组成谐振回路的谐振频率减小，其相频特性如图曲线组成谐振回路的谐振频率减小，其相频特性如图曲线所示，对输入所示，对输入为的载频信号，输出电压有一个负的附加相移为的载频信号，输出电压有一个负的附加相移。当当时，变容二极管反向电压加大，结电容减小，时，变容二极管反向电压加大，结电容减小，L与与Cj组成谐振回路的谐振频率增大。其相频特性如图曲线组成谐振回路的谐振频率增大。其相频特性如图曲线所示。对输所示。对输入为入为的载频信号，输出电压有一个正的附加相移的载频信号，输出电压有一个正的附加相移。当调制电压当调制电压时，变时，变容二极管反向电压容二极管反向电压。变容二极管的结电容。

47、变容二极管的结电容Cjq与与L组成谐振频率为组成谐振频率为的谐振回路。的谐振回路。其相频特性如图曲线其相频特性如图曲线所示，所示，对载频输入信号，其输出电压对载频输入信号，其输出电压附加相移为零。附加相移为零。3、调相过程、调相过程谐振频率变化产生附加相移谐振频率变化产生附加相移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

48、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 Z9090（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

49、值和相移阻抗幅值和相移。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：设输入载波电压为设输入载波电压为调制信号电压为调制信号电压为当当 /6时，时，可得可得输出电压输出电压其中其中是是谐谐振振回回路路在在c上上呈呈现现的的阻阻抗抗幅幅值值，受调制信号控制受调制信号控制实实际际电电路路采采用用多多级级单单回回路路构构成的变容二极管调相电路成的变容二极管调相电路对于要求大的相移，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：二

50、、二、可变时延法可变时延法调相电路调相电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。时延网络的输出电压为时延网络的输出电压为式中，式中，。则则就是调相波就是调相波式中，式中，。 可变时延法调相电路方框图可变时延法调相电路方框图将载波振荡电压通过一个受调制信号电压控制的时延网络，如图所示。将载波振荡电压通过一个受调制信号电压控制的时延网络，如图所示。1、组成方框图、组成方框图2、调相原理、调相原理二、可变时延法调相电路二、可变时延法调相电路晶体振晶体振荡器荡器可控时延网络可控时延网络三、三、矢量合成法调相电路矢量合成法调相电路(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(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：三、矢量合成法调相电路三、矢量合成法调相电路这种方法主要针对的是窄带的调频或调相信号。对于单音调相信号这种方法主要针对的是窄带的调频或调相信号。对于单音调相信号 uPM=Ucos(ct+mpcost)=Ucosctcos(mpcost)-Usin(mpcost)sinct 当当mp/12时时,上式近似为上式近似为uPMUcosct-Umpcostsinct