射频通信电路09(2007).ppt
第九章第九章 调制与解调电路调制与解调电路调幅平衡调制与相干解调、包络检波调幅平衡调制与相干解调、包络检波调频直接调频与间接调频、鉴频电路调频直接调频与间接调频、鉴频电路其他载波提取、正交信号形成其他载波提取、正交信号形成第九章第九章 内容目录内容目录n91 调制与解调器调制与解调器平衡调制器、相干解调器平衡调制器、相干解调器n92 载波提取载波提取n93 正交信号形成电路正交信号形成电路n94 调幅波的包络检波电路调幅波的包络检波电路包络检波电路、同步检波包络检波电路、同步检波n95 调频电路调频电路直接调频电路、间接调频电路直接调频电路、间接调频电路n96 鉴频电路鉴频电路斜率鉴频斜率鉴频 正交鉴频正交鉴频 FSK双滤波器解调双滤波器解调 锁相锁相鉴频鉴频1/31/20232Information&Communication Engineering Dept.XJTU90 调制与解调调制与解调调制方式调制方式 频谱特点频谱特点带宽带宽调制方式调制方式解调方式解调方式模模拟拟调调制制调调幅幅AM线性线性搬移搬移2FmaxC类功放调幅类功放调幅包络检波包络检波DSB乘法器乘法器滤波器滤波器相干解调相干解调SSBFmax调调角角FM非线性非线性搬移搬移2(mf+1)F直接调频直接调频间接调频间接调频斜率鉴频斜率鉴频正交鉴频正交鉴频锁相鉴频锁相鉴频PM数数字字调调制制ASK线性线性搬移搬移2Fmax乘法器乘法器滤波器滤波器相干解调相干解调PSKFSK非线性非线性搬移搬移直接调频直接调频同同FM1/31/20233Information&Communication Engineering Dept.XJTU91 调制与解调器调制与解调器一、二极管平衡调幅电路一、二极管平衡调幅电路采用二极管实现调幅电路时，输入信号可以是较小的采用二极管实现调幅电路时，输入信号可以是较小的信号或较大的信号两种情况。信号或较大的信号两种情况。n信号小时二极管的特性可以用幂级数展开逼近信号小时二极管的特性可以用幂级数展开逼近n信号大时二极管的特性要用开关函数描述信号大时二极管的特性要用开关函数描述n由于采用小信号激励方式在产生由于采用小信号激励方式在产生w wWW的同时，会产的同时，会产生生w w2W2W 的频率分量，很难通过滤波的方法去除，的频率分量，很难通过滤波的方法去除，故多数情况下都采用开关函数的工作方式，我们也故多数情况下都采用开关函数的工作方式，我们也就以开关函数分析方法来分析二极管调制器的工作就以开关函数分析方法来分析二极管调制器的工作原理。原理。1/31/20234Information&Communication Engineering Dept.XJTU91 调制与解调器调制与解调器1、平衡调制器电路、平衡调制器电路1/31/20235Information&Communication Engineering Dept.XJTU91 调制与解调器调制与解调器2、双平衡调制器、双平衡调制器和平衡调制器相比，有用频率分量幅度加倍，且无和平衡调制器相比，有用频率分量幅度加倍，且无W频率分量频率分量1/31/20236Information&Communication Engineering Dept.XJTU91 调制与解调器调制与解调器二、相干解调二、相干解调从频率上看，振幅解调是把已调波的边带搬回到低频，从频率上看，振幅解调是把已调波的边带搬回到低频，也属于线性频谱搬移，所以实现的基本方法还是在也属于线性频谱搬移，所以实现的基本方法还是在时域上将两个信号相乘，并通过滤波器滤出所需要时域上将两个信号相乘，并通过滤波器滤出所需要的信号。的信号。从调幅信号中解调出调制信号的过程也称为从调幅信号中解调出调制信号的过程也称为检波检波.设输入的设输入的DSB信号和参考信号分别为：信号和参考信号分别为：1/31/20237Information&Communication Engineering Dept.XJTU91 调制与解调器调制与解调器乘法器输出为：乘法器输出为：经滤波器后得到：经滤波器后得到：从上式可以看出，若要从输出中得到调制信号从上式可以看出，若要从输出中得到调制信号cosWt，就必就必须要求须要求Dw=0，j=0 =参考信号必须与发端载波同频同相参考信号必须与发端载波同频同相。若接收信号为单边带。若接收信号为单边带信号，也可以得出完全相同的结论。信号，也可以得出完全相同的结论。1/31/20238Information&Communication Engineering Dept.XJTU92 包络检波电路包络检波电路n调幅信号解调的方法调幅信号解调的方法可以分为两大类：相干解调和非相干解调。可以分为两大类：相干解调和非相干解调。n相干解调相干解调是用与发端载波完全同频同相的本地是用与发端载波完全同频同相的本地参考信号去和接收到的信号相乘，以实现频谱参考信号去和接收到的信号相乘，以实现频谱搬移；搬移；n非相干解调非相干解调则是利用所接收到的信号中的载波则是利用所接收到的信号中的载波分量和边频分量共同作用到非线性器件上所形分量和边频分量共同作用到非线性器件上所形成的合频和差频效果，实现频谱的向下搬移作成的合频和差频效果，实现频谱的向下搬移作用。用。相干解调适用于所有的调幅信号；非相干解调相干解调适用于所有的调幅信号；非相干解调则只能用于则只能用于AM信号。信号。1/31/20239Information&Communication Engineering Dept.XJTU92 包络检波电路包络检波电路n对检波器的要求通常有：对检波器的要求通常有：n检波效率：检波效率：无源检波器无源检波器Kd小于小于1，越大越好。，越大越好。n检波失真：用解调输出中的高次谐波分量之和检波失真：用解调输出中的高次谐波分量之和与基波分量的比值表示。其值越小越好。与基波分量的比值表示。其值越小越好。n检波器输入电阻：检波器输入端的中频电压与检波器输入电阻：检波器输入端的中频电压与中频电流之比。中频电流之比。其值越大越好。其值越大越好。1/31/202310Information&Communication Engineering Dept.XJTU92 包络检波电路包络检波电路n包络检波电路的构成包络检波电路的构成 非线性器件低通滤波器非线性器件低通滤波器 二极管二极管 RC滤波滤波 设输入信号（普通调幅波设输入信号（普通调幅波AM信号）信号）RC滤波器的取值原则一般为：滤波器的取值原则一般为：RC1/w wc，以保证电容以保证电容C对高频载波近似短路，对高频载波近似短路，滤除输出信号的高频部分；滤除输出信号的高频部分；RC有失真；可用于检测中频信号的功率。有失真；可用于检测中频信号的功率。输入信号输入信号vi(t)是一普通调幅波是一普通调幅波AM信号信号:低频部分包含哪些频率分量？1/31/202313Information&Communication Engineering Dept.XJTU92 包络检波电路包络检波电路n大信号二极管峰值包络检波大信号二极管峰值包络检波电路如图。由于二极管的单电路如图。由于二极管的单向导电性，载波一周期内电向导电性，载波一周期内电容容C上充电速度远远大于放上充电速度远远大于放电速度，电容电压维持在载电速度，电容电压维持在载波电压峰值附近波电压峰值附近，并随载波，并随载波电压幅度缓慢变化。电压幅度缓慢变化。1/31/202314Information&Communication Engineering Dept.XJTU92 包络检波电路包络检波电路 把二极管用折线特性逼近，并考虑到平均直流偏压把二极管用折线特性逼近，并考虑到平均直流偏压Vo对对二极管构成的负偏压，可以得到：二极管构成的负偏压，可以得到：1/31/202315Information&Communication Engineering Dept.XJTU92 包络检波电路包络检波电路由以上分析可得，其性能指标为：由以上分析可得，其性能指标为：检波系数：检波系数：输入电阻：输入电阻：1/31/202316Information&Communication Engineering Dept.XJTU92 包络检波电路包络检波电路检波失真检波失真:检波器因参数设置不合理，可能产生两种失真：惰检波器因参数设置不合理，可能产生两种失真：惰性失真和底边切割失真。性失真和底边切割失真。1/31/202317Information&Communication Engineering Dept.XJTU92 包络检波电路包络检波电路检波失真检波失真 惰性失真（对角切割失真）惰性失真（对角切割失真）RLC太大，放电速率跟不上包络变化速率所致。太大，放电速率跟不上包络变化速率所致。不失真不失真最低放电速率大于包络变化速率最低放电速率大于包络变化速率分析可得不失真条件分析可得不失真条件:1/31/202318Information&Communication Engineering Dept.XJTU92 包络检波电路包络检波电路检波失真检波失真底边切割失真（负峰切割失真）底边切割失真（负峰切割失真）输出端对输出端对W频率分量的交直流负载阻抗不同，频率分量的交直流负载阻抗不同，Cc上的直流上的直流压降导致二极管负端有一个不变的直流电压，输入小于压降导致二极管负端有一个不变的直流电压，输入小于该电压时二极管将不导通。该电压时二极管将不导通。=底边切割失真。底边切割失真。直流偏压：直流偏压：不失真要求：不失真要求：频率响应要求：考虑上下限频率的影响，要求：频率响应要求：考虑上下限频率的影响，要求：1/31/202319Information&Communication Engineering Dept.XJTU92 包络检波电路包络检波电路n二极管并联检波器二极管并联检波器当高频信号源处于直流高电位时，应用并联检波器当高频信号源处于直流高电位时，应用并联检波器.R上的输出电压含有载波频率分量，必须再经过低通滤波上的输出电压含有载波频率分量，必须再经过低通滤波才能得到解调信号。其输入阻抗为才能得到解调信号。其输入阻抗为Ri=R/31/31/202320Information&Communication Engineering Dept.XJTU92 包络检波电路包络检波电路n叠加型同步检波器叠加型同步检波器叠加型同步检波器是在参考信号与输入信号相加，所得叠加型同步检波器是在参考信号与输入信号相加，所得到的合向量的幅度与调制信号近似成正比关系的基础上，到的合向量的幅度与调制信号近似成正比关系的基础上，利用包络检波器检出其幅度信息来实现解调的。利用包络检波器检出其幅度信息来实现解调的。1/31/202321Information&Communication Engineering Dept.XJTU92 包络检波电路包络检波电路对于对于DSB信号有：信号有：当当VrmVsm时，时，v为一普通调幅波，可以用包络检波器为一普通调幅波，可以用包络检波器正确解调。正确解调。对于对于SSB信号，有：信号，有：1/31/202322Information&Communication Engineering Dept.XJTU92 包络检波电路包络检波电路从式中可以看出，当从式中可以看出，当Vsm/Vrm22的晶体管。的晶体管。（3）Cj变化范围一定时，变化范围一定时，C1主要影响高频区的频率覆盖；主要影响高频区的频率覆盖；C2主要影响低频区的频率覆盖主要影响低频区的频率覆盖 =适当选取适当选取C1，C2，在所需的频率范围内可得到在所需的频率范围内可得到较好的调制特性。较好的调制特性。1/31/202349Information&Communication Engineering Dept.XJTU95 调频电路调频电路1/31/202350Information&Communication Engineering Dept.XJTU95 调频电路调频电路3、晶体振荡器直接调频电路、晶体振荡器直接调频电路利用晶体振荡器进行直接调频，可以得到很高的中心频利用晶体振荡器进行直接调频，可以得到很高的中心频率稳定度。但由于晶体的感性区很窄，可得到的最大频率稳定度。但由于晶体的感性区很窄，可得到的最大频偏较小，一般偏较小，一般D Dfm/fm为为10310-4。晶体调频振荡器电路如图：晶体调频振荡器电路如图：变容二极管与晶体串联，交流等效电路为：变容二极管与晶体串联，交流等效电路为：1/31/202351Information&Communication Engineering Dept.XJTU95 调频电路调频电路等效谐振回路为：等效谐振回路为：相当于部分接入的调频电路中相当于部分接入的调频电路中C10，C2Cq的情况，有结论：的情况，有结论：1/31/202352Information&Communication Engineering Dept.XJTU95 调频电路调频电路另一种晶体调频振荡器电路如图，在晶体和变容二极管另一种晶体调频振荡器电路如图，在晶体和变容二极管的支路中串入电感，以扩大线性频偏区域。的支路中串入电感，以扩大线性频偏区域。1/31/202353Information&Communication Engineering Dept.XJTU95 调频电路调频电路4、张驰振荡器直接调频、张驰振荡器直接调频n用音频调制信号控制射极电流用音频调制信号控制射极电流I0n从从晶体管集电极可得调频方波，电容两端得调晶体管集电极可得调频方波，电容两端得调频三角波频三角波主要问题：如何获取正弦波主要问题：如何获取正弦波n滤波法滤波法n非线性网络变换非线性网络变换1/31/202354Information&Communication Engineering Dept.XJTU95 调频电路调频电路四、间接调频电路四、间接调频电路1、矢量合成法、矢量合成法 对于单音调制的调相信号，有：对于单音调制的调相信号，有：考虑到考虑到Mp j jZ(w wc)最大相偏最大相偏mp受限。受限。（2）多级级联扩大相偏；为减小各级之间的影响，采用小电）多级级联扩大相偏；为减小各级之间的影响，采用小电容耦合。容耦合。1/31/202357Information&Communication Engineering Dept.XJTU95 调频电路调频电路单级单级调相电路调相电路三级三级调相电路调相电路1/31/202358Information&Communication Engineering Dept.XJTU95 调频电路调频电路3、可变时延法、可变时延法如果时延随调制信号线性变化，则如图电路可实如果时延随调制信号线性变化，则如图电路可实现线性调相现线性调相。1/31/202359Information&Communication Engineering Dept.XJTU95 调频电路调频电路输入载频脉冲触发锯齿波发生器，输入载频脉冲触发锯齿波发生器，再与受调制信号控制变化的门限电再与受调制信号控制变化的门限电平相比较，平相比较，vW越大，门限电平就越越大，门限电平就越高，导致延时就会越长，相移也就高，导致延时就会越长，相移也就越大。越大。可知远远大于可知远远大于p/6。脉冲调相各部分波形如右图所示脉冲调相各部分波形如右图所示1/31/202360Information&Communication Engineering Dept.XJTU95 调频电路调频电路五、间接调频的频偏扩展五、间接调频的频偏扩展1、间接调频与直接调频的性能差异、间接调频与直接调频的性能差异任何一种调相电路，能够提供的最大线性相移任何一种调相电路，能够提供的最大线性相移MP均均受调相特性非线性的限制，值都比较小；受调相特性非线性的限制，值都比较小；作为间接调频电路时，输出调频波的最大调频指数同作为间接调频电路时，输出调频波的最大调频指数同样会受到调相特性非线性的限制，最大值只能达到调样会受到调相特性非线性的限制，最大值只能达到调相时最大线性相移相时最大线性相移MP。1/31/202361Information&Communication Engineering Dept.XJTU95 调频电路调频电路调相电路一定时，调相电路一定时，Mf就被限定了。就被限定了。W W一定时，一定时，VW Wm亦即亦即相应的相应的D Dw wm也就被限定了，与载波频率也就被限定了，与载波频率w wc无关。无关。结论：两种电路受到调制特性非线性限制的参数不同。结论：两种电路受到调制特性非线性限制的参数不同。间接调频：最大绝对频偏间接调频：最大绝对频偏 D Dw wm 直接调频：最大相对频偏直接调频：最大相对频偏 D Dw wm/w wc调频电路中，调频电路中，VW Wm亦即相应的亦即相应的D Dw wm的增大受调频特性非的增大受调频特性非线性的限制，但其值与载波频率线性的限制，但其值与载波频率w wc成正比。成正比。间接调频的最大间接调频的最大mp在调制信号在调制信号vW W的最低频率分量下得到。的最低频率分量下得到。（积分导致（积分导致W出现在分母上）出现在分母上）计算时以最低调制频计算时以最低调制频率为准。率为准。1/31/202362Information&Communication Engineering Dept.XJTU95 调频电路调频电路(1)直接调频相对频偏直接调频相对频偏Dwm/wc受限；间接调频调相指受限；间接调频调相指数数mp受限受限(2)扩展频偏的方法：扩展频偏的方法：a、用混频器将载波频率降低到规定值，从而扩展、用混频器将载波频率降低到规定值，从而扩展最大相对频偏；最大相对频偏；b、用倍频器将信号的频率和最大频偏同时改变，、用倍频器将信号的频率和最大频偏同时改变，从而扩展最大绝对频偏。从而扩展最大绝对频偏。直接调频先在较高频率下调频，再混频到较低的频直接调频先在较高频率下调频，再混频到较低的频率下；率下；间接调频先在较低的频率下调相，再倍频到高频下间接调频先在较低的频率下调相，再倍频到高频下.讨论：讨论：1/31/202363Information&Communication Engineering Dept.XJTU95 调频电路调频电路间接调频的频偏扩展间接调频的频偏扩展调频广播发射机扩展频偏方法调频广播发射机扩展频偏方法1/31/202364Information&Communication Engineering Dept.XJTU95 调频电路调频电路例例：一调频发射机，采用矢量合成法调相电路，要求产生载：一调频发射机，采用矢量合成法调相电路，要求产生载波频率为波频率为100MHz，最大频偏为最大频偏为75kHz的调频波，请画出其的调频波，请画出其实现框图。（调制信号频率范围实现框图。（调制信号频率范围10015000Hz）由此求出所需的倍频次数由此求出所需的倍频次数一般倍频器是一般倍频器是2、3、4倍较多，故首选倍较多，故首选4倍频器级联实现，所需倍频器级联实现，所需倍频次数为：倍频次数为：故需故需5级级4倍频器。又由于倍频器。又由于故应再级联一级故应再级联一级3倍频器，倍频器，求出调相器处最大频偏为：求出调相器处最大频偏为：解：解：在最低调制频率在最低调制频率100Hz下不失真下不失真mp=p/12，有最大频偏有最大频偏:载波则被倍到载波则被倍到307.2MHz，再和再和207.2MHz本振混频，可得到：本振混频，可得到：fc=100MHz,D Dfm=75kHz的调频波。的调频波。1/31/202365Information&Communication Engineering Dept.XJTU95 调频电路调频电路实际中混频一般在较低的频率处便于实现，故在三级实际中混频一般在较低的频率处便于实现，故在三级4倍频倍频器，一级三倍频器后混频。器，一级三倍频器后混频。f01=19.2MHz混到混到f01=100MHz/16=6.25MHz,然后在两次然后在两次4倍频即可。倍频即可。可以用如图方案实现所需的发射机：可以用如图方案实现所需的发射机：1/31/202366Information&Communication Engineering Dept.XJTU96 鉴频电路鉴频电路鉴频鉴频即对调频波的解调，将调频波的频率变化规律即对调频波的解调，将调频波的频率变化规律（也即调制信号）变换为输出电压。（也即调制信号）变换为输出电压。n鉴频器的主要性能指标鉴频器的主要性能指标n鉴频器的中心频率鉴频器的中心频率n鉴频特性线性度鉴频特性线性度n鉴频灵敏度鉴频灵敏度n线性鉴频范围线性鉴频范围n鉴频的主要方法鉴频的主要方法斜率鉴频斜率鉴频正交鉴频正交鉴频脉冲计数式鉴频脉冲计数式鉴频锁相鉴频锁相鉴频1/31/202367Information&Communication Engineering Dept.XJTU96 鉴频电路鉴频电路（2）相位鉴频器（相位鉴频器（Phase Discriminator type Detector）（1）斜率鉴频器（）斜率鉴频器（Slope Detector）频幅转换包络检波vivo频相转换相位检波vivo1/31/202368Information&Communication Engineering Dept.XJTU96 鉴频电路鉴频电路（3）脉冲计数鉴频器（脉冲计数鉴频器（Pulse-Counter Detector）限幅微分单稳LPFvivo（4）锁相环路鉴频器（锁相环路鉴频器（PLL Detector）BPF限幅鉴相LPFvivoVCO PLL 1/31/202369Information&Communication Engineering Dept.XJTU96 鉴频电路鉴频电路n 限幅器限幅器为了减小干扰在接收信号上造成的寄生调幅影响，为了减小干扰在接收信号上造成的寄生调幅影响，在鉴频之前先要对信号进行限幅。在鉴频之前先要对信号进行限幅。常用的限幅电路有：常用的限幅电路有：（1）二极管限幅器：二极管导通后额外的电压降）二极管限幅器：二极管导通后额外的电压降到限幅电阻上。到限幅电阻上。（2）三极管限幅器：工作到饱和、截止区。）三极管限幅器：工作到饱和、截止区。（5）差分对管限幅器：恒流源限制电流不能大幅）差分对管限幅器：恒流源限制电流不能大幅度改变，双曲正切型转移特性。度改变，双曲正切型转移特性。1/31/202370Information&Communication Engineering Dept.XJTU96 鉴频电路鉴频电路一、斜率鉴频器一、斜率鉴频器n利用调谐回路的幅频特性的倾斜部分来完成频利用调谐回路的幅频特性的倾斜部分来完成频幅转换功能。幅转换功能。(1)单回路斜率鉴频器单回路斜率鉴频器电路简单电路简单,鉴频范围小鉴频范围小,非线性失真大非线性失真大.调幅调频波1/31/202371Information&Communication Engineering Dept.XJTU96 鉴频电路鉴频电路(2)平衡斜率鉴频器平衡斜率鉴频器 鉴频范围较宽，失真较小；电路较复杂，难调整。鉴频范围较宽，失真较小；电路较复杂，难调整。1/31/202372Information&Communication Engineering Dept.XJTU96 鉴频电路鉴频电路二、正交鉴频器二、正交鉴频器具有正弦形的鉴频特性。具有正弦形的鉴频特性。1/31/202373Information&Communication Engineering Dept.XJTU96 鉴频电路鉴频电路三、三、FSK双滤波器解调双滤波器解调双滤波法由两个中心频率分别为双滤波法由两个中心频率分别为f1和和f2的滤波器、的滤波器、两个包络检波器以及比较器组成。两个包络检波器以及比较器组成。中频IF输出fIFDFI/O输出包络检波器比较器截止频率DF 包络检波器高通高通截止频率DF 本振2本振2fIFDFfIF+DF带通f1带通f21/31/202374Information&Communication Engineering Dept.XJTU96 鉴频电路鉴频电路四、锁相鉴频器四、锁相鉴频器只要环路的闭环传递函数带宽大于调制信号的带宽，则只要环路的闭环传递函数带宽大于调制信号的带宽，则可用来实现调频信号解调。可用来实现调频信号解调。VCO的控制电压与调制的控制电压与调制信号成正比。信号成正比。1/31/202375Information&Communication Engineering Dept.XJTU
