第五章 角度调制与解调(138).ppt

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1、第五章第五章 角度调制与解调电路角度调制与解调电路重点：重点：1.1.调频波的基本特性（数学表达式，波形图，频调频波的基本特性（数学表达式，波形图，频谱图，频带宽度，谱图，频带宽度，）2 2变容二极管直接调频电路的典型电路，工变容二极管直接调频电路的典型电路，工作原理及分析作原理及分析 3 3变容二极管调相变容二极管调相间接调频电路。间接调频电路。4 4鉴频的原理与实现方法。鉴频的原理与实现方法。难点：难点：1 1调频与调相的区别。调频与调相的区别。2 2变容二极管直接调频电路。变容二极管直接调频电路。8.1 概述 调频（FM）、调相（PM）-统称为调角 调频（调频（FMFM）：）：用调制信号

2、去控制高频振荡频率，用调制信号去控制高频振荡频率，使高频振荡的瞬时频率随调制信号规律作线性变化的使高频振荡的瞬时频率随调制信号规律作线性变化的过程。过程。调相（调相（PMPM）：）：用调制信号去控制高频振荡相位，用调制信号去控制高频振荡相位，使高频振荡的瞬时相位随调制信号规律作线性变化的使高频振荡的瞬时相位随调制信号规律作线性变化的过程。过程。若为振幅调制（若为振幅调制（AMAM），则），则 设：调制信号为设：调制信号为 载波信号为载波信号为 调幅波的数学表达式调幅波的数学表达式 数，表示单位调制信号电压引起的载波振幅的变化量。数，表示单位调制信号电压引起的载波振幅的变化量。不变。其中不变。其

3、中 ，为由调制电路决定的比例常，为由调制电路决定的比例常FMFM：不变。不变。PMPM：不变。不变。(各种已调信号比较动画）AM：一、调频波、调相波的瞬时频率、瞬时相位一、调频波、调相波的瞬时频率、瞬时相位 （一）、（一）、调频（调频（Frequency Modulation Frequency Modulation 简称简称FMFM）设高频载波设高频载波 调制信号为调制信号为 根据定义，根据定义，FMFM波的瞬时角频率为：波的瞬时角频率为：为中心角频率。为中心角频率。式中式中 为由调制电路确定的为由调制电路确定的比例系数，单位是：比例系数，单位是：rad/s.vrad/s.v 表示表示单位电

4、压引起的角频率的变化量。单位电压引起的角频率的变化量。8.2 角度调制与解调原理 FMFM波的瞬时相位为：波的瞬时相位为：调频波的瞬时角频偏调频波的瞬时角频偏 瞬时相位偏移瞬时相位偏移 的积分的积分 最大角频偏最大角频偏 最大相偏最大相偏 （二）、调相（二）、调相（Phase Modulation Phase Modulation 简称简称PMPM）设高频载波为设高频载波为 调制信号为调制信号为 瞬时相位瞬时相位瞬时角频率瞬时角频率 式中式中 为由调制电路确定的为由调制电路确定的比例系数，单位是比例系数，单位是rad/vrad/v，表示单位电压引起的相位变化量。表示单位电压引起的相位变化量。调

5、相信号的瞬时相位偏移：调相信号的瞬时相位偏移：瞬时角频偏：瞬时角频偏：最大相偏：最大相偏：最大角频偏：最大角频偏：二、单音频信号调制时调频波、调相波的数学表达式二、单音频信号调制时调频波、调相波的数学表达式 调制信号为单音频信号调制信号为单音频信号 高频载波为高频载波为 设设 1.1.调频（调频（FMFM）其中其中 为最大角频偏为最大角频偏 其中其中 为最大相位偏移，称为为最大相位偏移，称为调频指数调频指数瞬时角频率：瞬时角频率：瞬时相位：瞬时相位：调频波的数学表达式调频波的数学表达式 结论结论：(1)(1)(2(2)2.2.调相（调相（PMPM）其中其中 为最大相位偏移，称为调为最大相位偏移

6、，称为调相波的相波的“调相指数调相指数”。其中其中 调相波的数学表达式调相波的数学表达式 结论：（1）（2）三、调频波、调相波的时域波形三、调频波、调相波的时域波形单音频调制时调频波、调相波波形单频调制时两种调角信号的比较单频调制时两种调角信号的比较调频信号调频信号调相信号调相信号瞬时频率瞬时频率瞬时相位瞬时相位最大频偏最大频偏调制指数调制指数表达式表达式例 设一调角信号的表示式为 u=10cos2106t-5cos(2103t)。试求该调角信号的最大频偏fm并写出载波的表示式；若该调角信号为一调频信号，且kf=22103（rad/s)/V，写出调制信号的表示式；若该调角信号为一调相信号，且k

7、p=2rad/V,写出调制信号的表示式最大频偏为最大频偏为载波表示式为载波表示式为：uc=10cos(2 106t)(V)解：解：根据调频信号或调相信号的表示式可知，无论该调角根据调频信号或调相信号的表示式可知，无论该调角信号为调频信号还是调相信号，调频指数或调相指数均为信号为调频信号还是调相信号，调频指数或调相指数均为 Mf=Mp=5调制信号频率为调制信号频率为若为若为调调频频信号信号，则，则调制电压振幅为调制电压振幅为：调制信号的表示式为调制信号的表示式为u(t)=U msin(2 103t)(V)=2.5sin(2 103t)(V)若为若为调调相相信号信号，则，则调制电压振幅为调制电压振

8、幅为：调制信号的表示式为调制信号的表示式为u(t)=2.5cos(2 103t)(V)单音调制时两种调制波的单音调制时两种调制波的 和和均为简谐波，均为简谐波，但是它们的最大角频偏但是它们的最大角频偏 和调频指数和调频指数 （或调相（或调相指数指数 ）随）随 和和变化规律不同，如图所示变化规律不同，如图所示 一定时，和（或）随 变化的曲线 或或其中其中 ，例例 有一正弦调制信号，频率为3003400Hz，调制信号中各频率分量的振幅相同，调频时最大频偏；调相时最大相移 rad。的最大范围和调相时最大频偏 试求调频时调制指数 的变化范围。所以 显然，且大于1。不变；变化时，解：解：在调频时，因为

9、与 无关，当F（）而所以 显然调相时，随着F（）的变化，会产生很大的变化。而 调相时，因为 与 无关，当F（）变化时，不变；四、调角信号的频谱四、调角信号的频谱和和相似；相似；瞬时相偏瞬时相偏 和和无本质区别，所以，可将单频率调制时的无本质区别，所以，可将单频率调制时的调角信号（调频、调相信号）写成统一的表达式：调角信号（调频、调相信号）写成统一的表达式：其中其中 M M代替代替 或或，因而调频、调相信号具有相似因而调频、调相信号具有相似的频谱。的频谱。式中式中 是是的周期性函数，其傅立叶级数展开式为：的周期性函数，其傅立叶级数展开式为：式中式中 是以是以M M为参数的为参数的n n阶第一类贝

10、塞尔函数阶第一类贝塞尔函数贝塞尔函数曲线贝塞尔函数曲线 具有下列性质具有下列性质 （1）随着随着 的增加近似周期性地变化，且其的增加近似周期性地变化，且其峰值下降；峰值下降；（2）（3）（4）对于某些固定的对于某些固定的，有如下近似关系，有如下近似关系 当当 时，时，代入调角信号表达式得：代入调角信号表达式得：其傅立叶级数展开式为：其傅立叶级数展开式为：+由上式得到由上式得到 中包含的成分：中包含的成分：载频：载频：振幅：振幅：第一对边频：第一对边频：振幅：振幅：第二对边频：第二对边频：振幅：振幅：振幅：振幅：第第n n对边频：对边频：结论：调角波的特点结论：调角波的特点 （1 1）单频率调制

11、的调角波，有无穷多对边频分量，对称的分布在载频两边，各频率分量的间隔为F。所以FM，PM实现的是调制信号频谱的非线性搬移。（2）各边频分量振幅为，由对应的贝塞尔函数确定。奇数次分量上下边频振幅相等，相位相反；偶数次分量上下边频振幅相等，相位相同。调角波的频谱调角波的频谱调角信号的平均功率（在单位负载上）调角信号的平均功率（在单位负载上）载波功率 所以，调制前后功率不变，只是功率的重新分配。所以，调制前后功率不变，只是功率的重新分配。调角信号的频谱宽度 理论上，调角信号的带宽为无限宽，但通常规定 的 1%（或10%）可忽略。保留下来的边频分量确定了带宽。保留下来的边频分量确定了带宽。调角信号实际

12、占据的有效频谱宽度为：式中，L为有效的上边频（或下边频）分量的数目，F为调制信号的频率。在高质量的通信系统中，取 ，即忽略 在中等质量通信系统中，取在中等质量通信系统中，取 ，即忽略即忽略 的分量，相应的的分量，相应的 用用表示；表示；的分量，相应的 用表示；如果如果L L不是整数，应该用大于并靠近该数值的正整数取代。不是整数，应该用大于并靠近该数值的正整数取代。用卡森公式近似表示调角信号的有效频谱宽度，即用卡森公式近似表示调角信号的有效频谱宽度，即当，为窄带调制，此时 显然，窄带调频时，频带宽度与调幅波基本相同，显然，窄带调频时，频带宽度与调幅波基本相同，窄带调频广泛应用于移动通信台中。窄带

13、调频广泛应用于移动通信台中。当当，为宽带调制时，此时有，为宽带调制时，此时有 8.3 8.3 调频电路调频电路1.1.直接调频：直接调频：用调制信号用调制信号直接控制振荡器振荡频率直接控制振荡器振荡频率，使其不失真地反映调制信号的规律。使其不失真地反映调制信号的规律。2.2.间接调频：间接调频：用调制信号的用调制信号的积分值控制调相器积分值控制调相器实现实现调频。调频。3.3.调频电路性能指标调频电路性能指标(1)(1)调频灵敏度调频灵敏度S SF F：当当u(t)=U mcos t时，时，若调频特性线性，则：若调频特性线性，则：f(t)=SFU mcos t =fmcos t fu ooot

14、t f(t)u fm当当u(t)=U mcos t时，时，若调频特性非线性，则：若调频特性非线性，则：f(t)=f0+fm1cos t+fm2cos2 t+(2)(2)非线性失真系数非线性失真系数THDTHD：(3)(3)中心频率准确度和稳定度中心频率准确度和稳定度（1 1）电路组成：）电路组成：（2 2）变容二极管特性：）变容二极管特性：一、直接调频电路 1 1、变容二极管调频电路、变容二极管调频电路等效电容等效电容，在单频调制信号，在单频调制信号 的作用下的作用下（3 3）调频原理分析）调频原理分析 由于振荡回路中仅包含一个电感由于振荡回路中仅包含一个电感L L和一个变容二极管和一个变容二

15、极管回路振荡角频率，即调频特性方程为回路振荡角频率，即调频特性方程为 为为式中式中 时的振荡角频率，即调频电路时的振荡角频率，即调频电路中心角频率（载波角频率），其值由中心角频率（载波角频率），其值由 控制。控制。直流偏直流偏置电路置电路高频信号通路高频信号通路正电源部分正电源部分负电源部分负电源部分调制信调制信号通路号通路（4 4）变容二极管变容二极管作为回路部分电容的作为回路部分电容的调频电路调频电路原理电路：原理电路：调频方程为：调频方程为：C1和和C2对调频特性的影响对调频特性的影响I I、C1对调频特性的影响（对调频特性的影响（C2）C2的接入使总电容减小，的接入使总电容减小，振荡频

16、率升高。振荡频率升高。IIII、C2对调频特性的影响（对调频特性的影响（C1=0）C1的接入使总电容增加，的接入使总电容增加，振荡频率降低。振荡频率降低。CC1 1 CC1 1 CC1 1CC1 1CC1 1CC1 1CC2 2CC2 2CC2 2CC2 2 CC2 2 CC2 2Cj部分接入时的最大频偏部分接入时的最大频偏其中：其中：变容管部分接入时电路的最大角频偏是全部接入时的变容管部分接入时电路的最大角频偏是全部接入时的1/1/p p。载波频率稳定度提高载波频率稳定度提高p p倍。倍。加到变容管上的高频振荡电压振幅也相应减小，对减小调加到变容管上的高频振荡电压振幅也相应减小，对减小调制失

17、真等都是有利的。制失真等都是有利的。当当C1和和C2调节到最佳值后，调节到最佳值后，最大角频偏为：最大角频偏为：式中：式中：高频信号通路高频信号通路调制信调制信号通路号通路直流偏直流偏置电路置电路高频信号通路高频信号通路调制信调制信号通路号通路直流偏直流偏置电路置电路调制信调制信号通路号通路直流偏直流偏置电路置电路高频信号通路高频信号通路调制信号放大调制信号放大振荡倍频振荡倍频2、晶体振荡器调频电路 为了进一步提高频率稳定度，可采用变容二极管晶体直为了进一步提高频率稳定度，可采用变容二极管晶体直接调频电路。接调频电路。下图是由变容管晶体直接调频振荡电路组成的无线话筒下图是由变容管晶体直接调频振

18、荡电路组成的无线话筒发射机。发射机。变容二极管晶体直接调频振荡电路二、间接调频电路二、间接调频电路调相电路调相电路积分积分调相调相u u(t)调频信号调频信号cos ct实现方法：实现方法：矢量合成法，可变相移法，矢量合成法，可变相移法，可变时延法。可变时延法。1 1、矢量合成法矢量合成法（1 1）实现原理实现原理 调相信号的数学表示式为调相信号的数学表示式为：u=Umcos ct+kpu(t)；将上式展开，得将上式展开，得 u=Umcoskpu(t)cos ct-Umsinkpu(t)sin ct 若最大相移很小，满足若最大相移很小，满足则则：coskpu(t)1(误差小于误差小于3%)si

19、nkpu(t)kpu(t)所以：所以：u=Umcos ct-Umkpu(t)sin ct Umcos ct-Umsin ct-Umkpu(t)sin ct调相调相信号信号 u(t)乘法器乘法器kp加法器加法器移相移相/2主振器主振器（2 2）实现模型：实现模型：（3 3）矢量合成原理）矢量合成原理 Umkpu(t)Umcos ct2 2、可变相移、可变相移法法（1 1）实现原理实现原理晶体振荡器晶体振荡器可控相移网络可控相移网络(c)=f(u)u(t)Umcos ctuo(t)=Umcos ct+(c)若：若：(c)=kpu(t)=)=Mpcos t则：则：uo(t)=Umcos ct+(c)

20、=Umcos(ct+Mpcos t)（2 2）原理电路：原理电路：调制调制信号信号通路通路直流偏直流偏置电路置电路高频信号通路高频信号通路回路等效电路回路等效电路相频特性相频特性+-c000Z(j)当当m很小时，很小时，输出电压：输出电压：Mp应限制在应限制在30以下，对于要求大的以下，对于要求大的Mp可采用多级电路可采用多级电路当当=c时时当当 时：时：CjCjCjC2C3C4C1u1u2u33 3、可变时延、可变时延法法（1 1）实现原理）实现原理晶体振荡器晶体振荡器可控时延网络可控时延网络t t =f(u)u(t)Umcos ctuo(t)=Umcos c(t-t t)若：若：t t=k

21、du(t)=kdU m cos t则：则：uo(t)=Umcos c(t-t t)=Umcos(ct-ckdU m cos t)=Umcos(ct-Mpcos t)（2 2）实现电路框图（脉冲调相）：实现电路框图（脉冲调相）：锯齿波锯齿波发生器发生器门限检门限检测电路测电路脉脉 冲冲发生器发生器u=U0+u uAuot t1 1touAu3u2u1urtototot t2 2t t3 3t（b）锯齿波锯齿波tTc（a）输入脉冲输入脉冲（c）门限检测输入门限检测输入（d）输出脉冲输出脉冲 时延时延t t受电压受电压u的控制，如果锯齿波线性，则的控制，如果锯齿波线性，则t t受电压受电压u u的的

22、线性控制线性控制其中，其中，k为锯齿波电压变化的斜率。为锯齿波电压变化的斜率。取：取：则：则：时延与调制电压呈线性关系时延与调制电压呈线性关系单音调制时，调相信号的调相指数为：单音调制时，调相信号的调相指数为：touAU0-u U0U0+u tot t0 0-ttt t0 0urt t0 0+tt ttm为为U m引起的最大时延，理论上可达引起的最大时延，理论上可达0.5Tc，一般限一般限制在制在0.4Tc间接调频电路：间接调频电路：当当 一定时，一定时，m就受到限制，其值与载频就受到限制，其值与载频 c无关，即无关，即最大绝对频偏受限。最大绝对频偏受限。三、间接调频电路和直接调频电路性能上的

23、差别三、间接调频电路和直接调频电路性能上的差别直接调频电路：直接调频电路：最大相对频偏最大相对频偏(m/c)受限受限，最大频偏，最大频偏m其值与载频其值与载频 c成正比，提高成正比，提高 c可以增大可以增大m 如果调制信号是由包含如果调制信号是由包含 min maxmax的众多频率分的众多频率分量组成的复杂信号，则量组成的复杂信号，则间接调频电路间接调频电路：所以：所以：四、扩展线性频偏的方法四、扩展线性频偏的方法=c+mcos t假设假设调频信号的瞬时角频率为：调频信号的瞬时角频率为：通过通过n倍频器倍频器后：后：再通过再通过混频器混频器降低载频降低载频。=n c+nmcos t绝对频偏扩大

24、绝对频偏扩大n倍倍实现方法实现方法直接调频直接调频电路：提高电路：提高fc，增大增大D Dfm，再通过混频器再通过混频器降低载频降低载频间接调频间接调频电路：降低电路：降低fc，增大增大D Dfm/fc，再通过倍再通过倍频器提高和扩大频器提高和扩大D Dfm例：载频例：载频100MHz100MHz，最大频偏，最大频偏75kHz75kHz，调制信号频率，调制信号频率100-15000Hz100-15000Hz。采用矢量合成器，在采用矢量合成器，在100kHz100kHz的调制频率上产生的最大频的调制频率上产生的最大频偏为偏为26Hz26Hz。晶体晶体振荡振荡矢量合成矢量合成调相器调相器四倍四倍频

25、器频器四倍四倍频器频器四倍四倍频器频器积分积分器器四倍四倍频器频器混频器混频器三倍三倍频器频器四倍四倍频器频器功率功率放大器放大器u uW W(t t)100kHz100kHz100kHz100kHz24.41Hz24.41Hz6.4MHz6.4MHz1.5624kHz1.5624kHz19.2MHz19.2MHz4.67672kHz4.67672kHz6.25MHz6.25MHz4.67672kHz4.67672kHz100MHz100MHz74.98752kHz74.98752kHz12.95MHz12.95MHz100/12=26.18.4 8.4 鉴频电路鉴频电路调角信号的解调：调角信

26、号的解调：调频信号的解调，称为频率检波，即调频信号的解调，称为频率检波，即鉴频（鉴频（FDFD）调相信号的解调，称为相位检波，即调相信号的解调，称为相位检波，即鉴相（鉴相（PDPD）鉴频器的功能fcofuAV理想理想实际实际oftouAVt鉴频实现原理鉴频实现原理 1 1鉴频线性范围鉴频线性范围：鉴频线：鉴频线性范围是指鉴频特性曲线中近似性范围是指鉴频特性曲线中近似直线段的频率范围，用直线段的频率范围，用 表示。表示。表明鉴频表明鉴频器实现不失真的解调所允许的频率变化范器实现不失真的解调所允许的频率变化范围。因此要求围。因此要求 应大于输入调频波最大频偏的两倍，即应大于输入调频波最大频偏的两倍

27、，即 也可以称为鉴频器的带宽。也可以称为鉴频器的带宽。鉴频器的主要指标鉴频器的主要指标 2 2鉴频灵敏度鉴频灵敏度 ：在中心频率附近，单位频偏产生：在中心频率附近，单位频偏产生的解调输出电压的大小。的解调输出电压的大小。（）附近曲线的斜率）附近曲线的斜率或或 显然，鉴频灵敏度越高，意味着鉴频特性曲线越显然，鉴频灵敏度越高，意味着鉴频特性曲线越陡峭，鉴频能力越强。陡峭，鉴频能力越强。限幅电路限幅电路1.1.分类分类：2.2.作用：作用：使输出信号的幅度稳定使输出信号的幅度稳定振幅限幅器振幅限幅器u us su uo oo ot tu us so ot tu uo o3.3.电路举例电路举例1 1

28、）工作于过压状态的谐振功率放大器）工作于过压状态的谐振功率放大器 2 2）差分对管）差分对管I0us+-iC1iC2REEVccuo+-tu1oou1iC2iC2 to3 3）正反向对接的二极管）正反向对接的二极管u ui i+_ _R RR RL LV VD D1 1V VD D2 2u uo o+_ _V VD(onD(on)-V VD(onD(on)o ou ui iu uo op原理电路原理电路p特性曲线特性曲线n斜率鉴频原理斜率鉴频原理利用利用波形变换电路波形变换电路实现鉴频实现鉴频n相位鉴频原理相位鉴频原理n脉冲计数脉冲计数式鉴频原理式鉴频原理一、斜率鉴频一、斜率鉴频 单失谐回路斜

29、率鉴频器 单失谐回路斜率鉴频器，由单失谐回路斜率鉴频器，由LCLC并联回路构成线性频并联回路构成线性频幅转换网络，二极管幅转换网络，二极管D D与与RCRC构成包络检波器。构成包络检波器。1 1、单、单失谐回路斜率鉴频器失谐回路斜率鉴频器一、一、斜率鉴频器斜率鉴频器 单失谐回路斜率鉴频器 图图5.6.125.6.12所示电路为单失谐回路斜率鉴频器，由所示电路为单失谐回路斜率鉴频器，由LCLC并联回路构成线性频并联回路构成线性频幅转换网络，二极管幅转换网络，二极管D D与与RCRC构构成包络检波器。成包络检波器。1 1、单、单失谐回路斜率鉴频器失谐回路斜率鉴频器下面定性讨论下面定性讨论LCLC并

30、联回路的频并联回路的频幅转换特性。幅转换特性。1 1、单失谐回路单失谐回路鉴频器鉴频器输入的调频波经输入的调频波经LCLC失谐回路变换为调幅失谐回路变换为调幅-调频波，然调频波，然后经后经V V、C C、R R所组成的包络检波器解调出原调制信号。所组成的包络检波器解调出原调制信号。n电路组成电路组成n工作原理工作原理一、斜率鉴频一、斜率鉴频频频-幅转换原理幅转换原理 谐振回路的谐振频率谐振回路的谐振频率f0和调频信和调频信号中心频率号中心频率fc不相不相等等2、双失谐回路、双失谐回路n电路组成n工作原理电路鉴频特性曲线电路鉴频特性曲线3、集成斜率鉴频电路集成斜率鉴频电路电路组成及工作原理：电路

31、组成及工作原理：5.3.3 相位鉴频电路相位鉴频电路一、一、频率频率-相位转换网络相位转换网络1.单回路频相转换网络单回路频相转换网络要求：要求：在调频信号的瞬时频率变化范围内，转换网在调频信号的瞬时频率变化范围内，转换网络的相频特性络的相频特性()是线性。是线性。组成：组成：频率频率-相位转换网络和相位检波器相位转换网络和相位检波器 C1R电路电路相频特性相频特性 C1R电路电路相频特性相频特性令：令：则，在失谐不大的情况下则，在失谐不大的情况下:电压传输系数电压传输系数Au为为：相频特性相频特性：当当arctan 30时，时，arctan 若：若：输入调频信号的瞬时角频率为输入调频信号的瞬

32、时角频率为(t)=c+(t)，并且，并且：0=c，则：则：相移与瞬时频率增量呈线性关系。相移与瞬时频率增量呈线性关系。2.双调谐回路频相转换网络双调谐回路频相转换网络原理电路及等效电路原理电路及等效电路 电路初级和次级对称：即电路初级和次级对称：即L1=L2=L,C1=C2=C,r1=r2=r 次级的感应电动势为：次级的感应电动势为：E=jMI1I1为次级开路时，初级电感支路的电流，其值为：为次级开路时，初级电感支路的电流，其值为：忽略初级发反射阻抗，次级电流为：忽略初级发反射阻抗，次级电流为：次级电压为：次级电压为：继续继续幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性分别为：分别为：网络的传输特性为

33、：网络的传输特性为：o ()oA()-p p-p-p/2/2相频特性相频特性幅频特性幅频特性当当arctan 30，且，且 0=c时时相移与瞬时频率增量呈线性关系相移与瞬时频率增量呈线性关系二、二、相位检波器（鉴相器）相位检波器（鉴相器）1.乘积型鉴相器乘积型鉴相器要求：要求：在调相信号的瞬时相位变化范围内，网络的输出在调相信号的瞬时相位变化范围内，网络的输出与输入信号相位差成正比。与输入信号相位差成正比。xyxyuo(t)u1(t)u2(t)低通滤低通滤波器波器 乘积型鉴相器乘积型鉴相器u1(t)=U1mcos tu2(t)=U2mcos(t-/2+)假设：假设：若乘法器和滤波器性能为理想，

34、则：若乘法器和滤波器性能为理想，则：uo(t)=kU1mU2msin=Adsin 当当|/12时，时，uo(t)AdOAd-Aduo(t)鉴相特性鉴相特性为鉴相灵敏度为鉴相灵敏度鉴相器特性近似线性鉴相器特性近似线性 当当U2m260mV时，时，如果乘法器采用双差分对平衡调制器，乘法器输出的如果乘法器采用双差分对平衡调制器，乘法器输出的差值电流为：差值电流为：如果滤波器输入阻抗为如果滤波器输入阻抗为Rc，电压传输系数为，电压传输系数为k 当当|260mV，U1m260mV时，时，如果滤波器输入阻抗为如果滤波器输入阻抗为Rc，电压传输系数为，电压传输系数为k鉴相器特性线性鉴相器特性线性 当=0时,

35、i平均值=0OK2(t)tK2(t-/2)OtOit当 0时,i平均值 0K2(t-/2+)i平均值平均电流为pouav 如果滤波器输入阻抗为如果滤波器输入阻抗为Rc，电压传输系数为，电压传输系数为k，鉴相器输出电压为：，鉴相器输出电压为：鉴相器鉴相特性为：鉴相器鉴相特性为：这种鉴相器通过比较两个开关波形的相位实现这种鉴相器通过比较两个开关波形的相位实现鉴相，也称为鉴相，也称为符合门鉴相器。符合门鉴相器。2 2、叠加型鉴相器叠加型鉴相器矢量关系如图：矢量关系如图：其中：其中：假设：假设：u1(t)=U1mcos t，u2(t)=U2msin(t+)假设包络检波器的检波电压传输系数为假设包络检波

36、器的检波电压传输系数为h hd，则：则：为为A的函数。的函数。矢量图矢量图当当U2m U1m时，时，K1,忽略忽略3次以上的高次项，则：次以上的高次项，则：继续继续=0 0uAV=0uAV0返回返回ouA Av实际特性曲线实际特性曲线三、三、乘积型鉴相器乘积型鉴相器低通滤波器低通滤波器频频-相转相转换网络换网络u1(t)u2(t)uo(t)uAVAuAM电路模型电路模型假设：假设：u1(t)=U1mcos t，则：，则：经双差分对乘法器单端输出的经双差分对乘法器单端输出的增量电压增量电压为：为：其中：其中：经低通滤波器后输出平均分量经低通滤波器后输出平均分量低通滤波器的传输系数低通滤波器的传输

37、系数鉴频特性曲线鉴频特性曲线ouA Av 考虑考虑A()变化后的变化后的鉴频特性鉴频特性注意：仅当注意：仅当 ，A()为为常数，常数，鉴频特性为线性鉴频特性为线性低通滤波低通滤波器器Vcc1AuRcVBB8k 200 450 50 Vcc23k 2.5k 0.01m mFC1CRLD1D2D3D4D5D6V1V2V3V4V5V6V7V8V9+_us(t)u1(t)u2(t)频相转换网络频相转换网络模拟乘法器模拟乘法器u1(t)u2(t)四、四、叠加型相位鉴频电路叠加型相位鉴频电路1.实用电路和等效电路实用电路和等效电路1212D2D1D1D222AV1AV2AVoAV2AV1包络检波包络检波线

38、性网络线性网络2.解调原理解调原理 u1(t)与与u2(t)正交（正交（理由理由），），加到加到V1和和V2上的电压为：上的电压为：考虑考虑U1m和和U2m变化变化后的后的鉴频特性鉴频特性ouA Av oU U1 mU1 mU2 m3.变形电路变形电路五、五、比例鉴频电路比例鉴频电路 比例鉴频器是耦合回路相位鉴频器的变形电路。比例鉴频器是耦合回路相位鉴频器的变形电路。1、电路结构、电路结构2、等效电路、等效电路u1+_u2/2+_u2/2+_V1V2ACBDC3C4RLR1R2U0+_+_uAV+_uAV1uAV2iAV1iAV2u1+_u2/2+_u2/2+_V1V2ACBDC3C4RLR1

39、R2U0+_+_uAV+_uAV1uAV2iAV1iAV23、鉴频特性、鉴频特性同互感耦合相位鉴频器同互感耦合相位鉴频器4、输出电压输出电压由回路方程可得由回路方程可得由于由于R1=R2=R 输出电压与输出电压与uAV1和和uAV2的比值有关，寄生调幅使得的比值有关，寄生调幅使得uAV1和和uAV2成比例地增加或减小，而其比值几乎不变，即比例鉴成比例地增加或减小，而其比值几乎不变，即比例鉴频器具有对寄生调幅的抑制能力频器具有对寄生调幅的抑制能力缺点：寄生调幅阻塞作用缺点：寄生调幅阻塞作用措施：增加措施：增加R3和和R4六、六、脉脉冲均值型鉴频器冲均值型鉴频器1.脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器

40、原理框图及波形原理框图及波形若调频信号的瞬时频率为：若调频信号的瞬时频率为：f(t)=f0+f(t),则则限制条件：限制条件：或：或：脉冲序列的平均值脉冲序列的平均值uAV为为：1）鉴频器组成框图鉴频器组成框图2.符合门鉴频器符合门鉴频器 u u2 uFM uAV u1限幅器限幅器移相器移相器乘法器乘法器低通低通滤波器滤波器限幅器限幅器脉冲序列的平均值脉冲序列的平均值uAV为为：相移网络的特性为：相移网络的特性为：2）波形及鉴频特性曲线波形及鉴频特性曲线fpouAV鉴频特性曲线鉴频特性曲线:5.4 数字调制与解调电路（简介）数字调制与解调电路（简介）特点：特点：抗干扰能力强，抗干扰能力强，便于

41、实现便于实现多路复用（多路复用（CDMA、TDMA、FDMA），调制），调制电路和电路和解调解调电路可用电路可用软硬件实现。软硬件实现。分类：分类：基本类型有基本类型有ASK(AM)、PSK(PM)和和FSK(FM)定义：定义：调制信号为数字信号的调制调制信号为数字信号的调制称为称为数字调制，数字调制，又称为又称为键控（键控（Keying）。BASK（二进制振幅键控）（二进制振幅键控）BPSK（二相移相键控）（二相移相键控）DPSK（二相差分移相键控）（二相差分移相键控）QPSK（四相移相键控）（四相移相键控）FSK （移频键控）（移频键控）5.4.1 数字信号的再生数字信号的再生原数字信号原

42、数字信号(基带信号基带信号)1110toTs2Ts4Tsto解调后信号解调后信号to时钟信号时钟信号to判决后信号判决后信号1110toTs2Ts4Ts重显后信号重显后信号取样后信号取样后信号touo5.4.2 数字调相与解调电路数字调相与解调电路 PSK(Phase Shift Keying)移相键控，用数字信号控制载波移相键控，用数字信号控制载波的相位。分为二相移相键控和多相移相键控的相位。分为二相移相键控和多相移相键控一、二相移相键控（一、二相移相键控（BPSK）数字信号数字信号BPSK信号信号“1”状态，状态，ak=1,载波相移载波相移0，“0”状态，状态，ak=-1,载波相移载波相移

43、180载波信号载波信号码元波形码元波形uc(t)=Ucmsin ct一、一、BPSK信号波形信号波形to1110toTs数字信号数字信号1001m(t)U-Uto载波信号载波信号BPSK信号信号m(t)(b)uc(t)uo(t)乘法器乘法器带通带通滤波器滤波器一、BPSK产生电路uo(t)m(t)(a)uc(t)平衡调平衡调制器制器带通带通滤波器滤波器平平方方带带通通滤滤波波分分频频sin2 ctsin2 ctsin ct2fcuo(t)=m(t)uc(t)乘法器乘法器低通低通滤波器滤波器u(t)取样判别取样判别电路电路时钟时钟提取电路提取电路uM(t)u(t)=Ucm m(t)sin ct一

44、、一、BPSK相干解调电路相干解调电路载波信号载波信号产生电路产生电路一、一、BPSK解调信号的随机性解调信号的随机性to数字信号数字信号1110Ts1001m(t)U-Uto恢复的载波信号恢复的载波信号uc(t)toBPSK信号信号u(t)to恢复的载波信号恢复的载波信号uc(t)to解调信号解调信号m(t)to解调信号解调信号m(t)二、二相差分移相键控（二、二相差分移相键控（BDPSK）BDPSK 用数字信号相邻码元的变化控制载波的相位。用数字信号相邻码元的变化控制载波的相位。数字信号数字信号BDPSK信号信号ak=1即即“1”状态，状态，bk与与bk-1相同相同,载波相移载波相移0ak

45、=-1即即“0”状态，状态，bk与与bk-1不同不同,载波相移载波相移180载波信号载波信号码元波形码元波形uc(t)=Ucmsin ct其中：其中：二、BDPSK信号波形to载波信号载波信号toBDPSK信号信号0101toTs数字信号数字信号1100m(t)U-U二、二、BDPSK差动相干解调电路差动相干解调电路uo(t)u(t)时延时延电路电路Tsxykxy低通低通滤波滤波totou(t)0101toTs1100m(t)u(t-Ts)ou(t)u(t-Ts)uo(t)u(t)时延时延电路电路Tsxykxy低低通通滤滤波波二、二、BDPSK差动相干解调电路差动相干解调电路三、四相移相键控（

46、三、四相移相键控（QPSK）QPSK 用数字信号的两个码元为一组，控制载波的相用数字信号的两个码元为一组，控制载波的相位变化，共有位变化，共有4种种(00，01，10，11)变化。变化。两种相位变换规则两种相位变换规则(01)(00)(11)(10)/2 3/23/20(00)(01)(11)(10)/4-/433/4-3-3/4(a)(b)以（以（b）方式为例，可能的信号有：）方式为例，可能的信号有：sin(ct+/4),sin(ct+3/4),sin(ct-/4),sin(ct-3/4)sin(ct+/4+i/2)=cos(/4+i/2)sin ct+sin(/4+i/2)cos ct i

47、=0,1,2,3所以，所以，QPSK可看作是两个正交的可看作是两个正交的BPSK之和之和因为因为cos(/4+i/2)和和sin(/4+i/2)始终为始终为1/1/代表代表“1”状态状态-1/代表代表“0”状态状态数字信号数字信号QPSK信号信号载波信号载波信号uc1(t)=Ucmsin ct uc2(t)=Ucmcos ct11i=001i=100i=210i=3mI(t)=cos(/4+i/2)-mQ(t)=sin(/4+i/2)-m(t)mI(t)mQ(t)11110000数字信号波形数字信号波形tom(t)U-U1000Ts101110101tomI(t)10Ts01101tomQ(t

48、)100Ts110QPSK产生电路产生电路uo(t)m(t)BPSK产生电路产生电路串并串并变换变换mI(t)BPSK产生电路产生电路mQ(t)+p p/2Ucmsin ctQPSK解调电路解调电路5.4.3 5.4.3 数字调频与解调电路数字调频与解调电路数字调频：数字调频：FSK(Frequency Shift Keying)移频键控，用数字信移频键控，用数字信号控制载波信号的频率。分为号控制载波信号的频率。分为二元移频键控二元移频键控和和多元移频键控。多元移频键控。二元移频键控（二元移频键控（BFSK）数字信号数字信号BFSK信号信号“1”状态状态，ak=1,载频为载频为fc+fd，“0

49、”状态状态，ak=-1,载频为载频为fc-fdBFSK产生电路（一）产生电路（一）uo(t)m(t)振荡器振荡器（fc+fd）选择选择控制控制+振荡器振荡器（fc-fd）相位不连续相位不连续BFSK产生电路（二）产生电路（二）uo(t)m(t)调频电路调频电路相位连续相位连续BFSK解调电路（一）解调电路（一）uo(t)u(t)载波提载波提取电路取电路1取样取样判别判别同步检波同步检波同步检波同步检波Urmcos(c-d)t低通滤波低通滤波低通滤波低通滤波m(t)载波提载波提取电路取电路2Urmcos(c+d)t平平方方带通带通滤波滤波分分频频cos2(w wc+w wd)tcos2(c+d)

50、tcos(c+d)t2(fc+fd)平平方方带通带通滤波滤波分分频频cos2(c-d)tcos2(c-d)tcos(c-d)t2(fc-fd)BFSK解调电路（二）解调电路（二）BFSK解调电路（三）解调电路（三）uo(t)u(t)取样取样判别判别m(t)鉴频器鉴频器第第 5 章章 小小 结结 角度调制信号的基本特性角度调制信号的基本特性调频信号和调相信号调频信号和调相信号调角信号的频谱调角信号的频谱直接调频电路直接调频电路 LC正弦振荡器实现调频正弦振荡器实现调频张弛振荡电路实现调频张弛振荡电路实现调频间接调频电路间接调频电路矢量合成法矢量合成法可变相移法可变相移法可变时延法可变时延法扩展线