高频电子线路之调角与解调

第 5章 调 角 与 解 调 5.1 调 角 波 的 基 本 特 征 5.2 变 容 管 直 接 调 频 电 路 5.3 间 接 调 频 电 路 5.4 扩 展 线 性 频 偏 的 方 法 5.5 调 角 波 的 解 调第 5章 调 角 与 解 调（ 非 线 性 频 率 变 换 电 路 ） 第 5章 调 角 与 解 调引 言 频 率 调 制 和 相 位 调 制 合 称 为 角 度 调 制 (简 称 调 角 )。因 为 相 位 是 频 率 的 积 分 ， 所 以 频 率 的 变 化 必 将 引 起 相 位的 变 化 ， 反 之 亦 然 。 所 以 调 频 信 号 与 调 相 信 号 在 时 域 特性 、 频 谱 宽 度 、 调 制 与 解 调 的 原 理 和 实 现 方 法 等 方 面 都有 密 切 的 联 系 。 角 度 调 制 与 解 调 属 于 非 线 性 频 率 变 换 ， 比 属 于 线 性频 率 变 换 的 振 幅 调 制 与 解 调 在 原 理 和 电 路 实 现 上 都 要 困难 一 些 。 由 于 角 度 调 制 信 号 在 抗 干 扰 方 面 比 振 幅 调 制 信号 要 好 得 多 ， 所 以 虽 然 要 占 用 更 多 的 带 宽 ， 但 仍 得 到 了广 泛 的 应 用 。 第 5章 调 角 与 解 调 其 中 ， 在 模 拟 通 信 方 面 ， 调 频 制 比 调 相 制 更 加优 越 ， 故 大 都 采 用 调 频 制 。 所 以 ， 本 章 在 介 绍 电 路时 ， 以 调 频 电 路 、 鉴 频 (频 率 解 调 )电 路 为 主 题 ， 但 由于 调 频 信 号 与 调 相 信 号 的 内 在 联 系 ， 调 频 可 以 用 调相 电 路 间 接 实 现 ， 鉴 频 也 可 以 用 鉴 相 (相 位 解 调 ， 也称 相 位 检 波 )电 路 间 接 实 现 ， 所 以 实 际 上 也 介 绍 了 一些 调 相 与 鉴 相 电 路 。 第 5章 调 角 与 解 调5.1 调 角 波 的 基 本 特 征5.1.1 FM波 与 PM波一 、 FM波 的 表 达 式调 制 信 号 ： 载 波 ：调 频 波 ： tVV m cos )(cos)cos( 0 tVtVV cmccmC )sincos( )sincos( )cos()( 0 0 00 tmtV ttV dtVktVtV fccm mccm t fccm 其 中 ， 比 例 系 数调 频 波 最 大 角 频 偏 ：调 频 指 数 （ 最 大 相 位偏 移 ） 单 位 ： 弧 度fk mfm mfm Vk 第 5章 调 角 与 解 调二 、 PM波 的 表 示 式调 制 信 号 ： 载 波 ：调 相 波 ： 其 中 ， 调 相 指 数 最 大 相 位 偏 移 所 以 调 相 波 最 大 角 频 偏三 、 小 结1.FM波 : tVV m cos )cos( 0 tVV ccmC mpp pccmVkm tmtVtV )coscos()( 0 pm mcpcm ttmdttd sinsin)( tmtttdtttttt tVktt fcmctcc mcfcc sinsin)()()( cos)()( 0 第 5章 调 角 与 解 调2.PM波 ： tdt tdtt tmtVktttt mccc pcpcc sin)()()( cos)()( 5.1.2 调 角 波 的 频 谱1.将 FM、 PM写 成 统 一 的 调 角 波 表 示 式 ： 对 该 式 进 行 分 析 ， 最 终 得 到 ：其 中 ，2.频 谱 特 点 分 析 ： 调 角 信 号 可 以 用 角 频 率 为 w c的 载 波 分 量 ， 角 频 率 为 的 上 、 下 边 频 分 量 组 成 。 )sincos()( tmtVtV ccm tnmJVtV n cncm )cos()()( 为 奇 数 ；，为 偶 数 ；， nmJmJnmJmJ nnnn )()()()( nc 第 5章 调 角 与 解 调 第 5章 调 角 与 解 调 当 n为 偶 数 时 ， 上 、 下 边 频 幅 度 相 等 ， 符 号 相 同 当 n为 奇 数 时 ， 上 、 下 边 频 幅 度 相 等 ， 符 号 相 反 ， m的 大 小 不 影 响 Pav 频 谱 结 构 与 m有 关 ， 调 制 指 数 m越 大 ， 较 大 振 幅 的 边频 分 量 就 越 多 ， 这 时 意 味 着 边 频 功 率 增 加 ， 使 载 波 功率 与 边 频 分 量 之 间 功 率 重 新 分 配 ， 提 高 传 输 功 率 。 FM、 PM非 线 性 频 谱 变 换 不 能 用 乘 法 器 来 实 现 。5.1.3 调 角 波 的 频 谱 宽 度前 提 ： 略 去 分 量 振 幅 较 小 的 分 量 部 分 ， 对 于 一 定 的 m， 随 着 n的 增 大 ， Jn(m)大 小 起 伏 ， 总 的 趋 势 减 小2)(2 222 cmn ncmav VmJVP 第 5章 调 角 与 解 调当 n(m+1)时 ， Jn(m)均 小 于 0.1， 即 Jm 2(m)， Jm 3(m)等 0.1。 忽 略 振 幅 0.1Vcm， 所 以 边 频 ： 其 中 ，1.当 m1时 ， (宽 带 调 角 波 )， 其 中 mF： 最 大 频 率 偏 移 ， 与 调 制 信 号 频 率 无 关 当 增 加 ， BW增 加说 明 ： 有 效 频 谱 宽 度 BW， 最 大 频 偏 w m。 实 际 多 音 复 杂 信 号 调 频 时 ：3. 一 般 情 况 下 ： FmmBW )1(2)1(2 mffmpp VkmVkm ,mfmFBW FBW 222 mppm mff VkmBWPM VkmBWFM 222: 22: max)1(2 FmBW FmmBW )1(2)1(2 第 5章 调 角 与 解 调调 频 信 号 与 调 相 信 号 的 相 同 之 处 在 于 ：(1) 二 者 都 是 等 幅 信 号 。 (2) 二 者 的 频 率 和 相 位 都 随 调 制 信 号 而 变 化 ， 均 产 生 频偏 与 相 偏 。调 频 信 号 与 调 相 信 号 的 区 别 在 于 ：(1) 二 者 的 频 率 和 相 位 随 调 制 信 号 变 化 的 规 律 不 一 样 ，但 由 于 频 率 与 相 位 是 微 积 分 关 系 ， 故 二 者 是 有 密 切联 系 的 。(2) 调 频 信 号 的 调 频 指 数 m f与 调 制 频 率 有 关 ， 最 大 频 偏与 调 制 频 率 无 关 ， 而 调 相 信 号 的 最 大 频 偏 与 调 制 频率 有 关 ， 调 相 指 数 mp与 调 制 频 率 无 关 。 第 5章 调 角 与 解 调(3) 从 理 论 上 讲 ， 调 频 信 号 的 最 大 角 频 偏 m c， 由 于载 频 c很 高 ， 故 m可 以 很 大 ， 即 调 制 范 围 很 大 。 由 于相 位 以 2为 周 期 ， 所 以 调 相 信 号 的 最 大 相 偏 (调 相 指数 )mf ， 故 调 制 范 围 很 小 。 第 5章 调 角 与 解 调调 频 电 路v 调 频 有 两 种 实 现 方 法 ， 分 别 为 直 接 调 频 和 间 接 调 频 。v 直 接 调 频 的 特 点 是 它 的 调 频 信 号 瞬 时 频 率 按 调 制 信 号 规 律 变 化 。 可 以 用 调 制 信 号 直 接 控 制 振 荡 器 的 遮 挡 频 率 来 实 现 直 接 调 频 。v 间 接 调 频 是 利 用 调 频 与 调 相 的 内 在 联 系 ， 将 调 制 信 号 进 行 积 分 ，用 其 值 进 行 调 相 ， 便 可 得 到 所 需 的 调 频 信 号 。 相 应 的 原 理 框 图 见 书 259页 图 5 2 1正 弦 波振 荡 器 调 相 器（ w c）积 分 器 第 5章 调 角 与 解 调5.2 变 容 管 直 接 调 频 电 路一 、 直 接 调 频 直 接 用 控 制 信 号 去 控 制 频 率 的 变 化 高 频 中 常 用 L、 C电 路 来 产 生 振 荡 ， 并 使 L、 C的 电 抗变 化 ， 从 而 实 现 直 接 调 频 。1.定 义 ： 根 据 调 频 信 号 的 瞬 时 频 率 随 调 制 信 号 成 线 性 变化 这 一 基 本 特 性 ， 可 以 将 调 制 信 号 作 为 压 控 振 荡 器 的 控制 电 压 ， 使 其 产 生 的 振 荡 频 率 随 调 制 信 号 规 律 而 变 化 ，压 控 振 荡 器 的 中 心 频 率 即 为 载 波 频 率 。 显 然 ， 这 是 实 现调 频 的 最 直 接 方 法 ， 故 称 为 直 接 调 频 。2.基 本 原 理 主 要 器 件 ： 变 容 二 极 管 ， 其 伏 安 特 性 与 普 通 一 样 。 第 5章 调 角 与 解 调 变 容 二 极 管 是 利 用 结 的 结 电 容 随 反 向 电 压 变 化这 一 特 性 制 成 的 一 种 压 控 电 抗 元 件 。 变 容 二 极 管 的 符 号和 结 电 容 变 化 曲 线 如 图 4.5.1所 示 。变 容 二 极 管 结 电 容 可 表 示 为 :其 中 为 变 容 指 数 ， 其 值 随 半 导 体 掺 杂 浓 度 和 结 的结 构 不 同 而 变 化 ， j0为 外 加 电 压 V=0时 的 结 电 容 值 ，VD为 结 的 内 建 电 位 差 。静 态 工 作 点 为 VQ时 ， 变 容 二 极 管 结 电 容 为 :)1( 0Djj VVCC )1( 0DQjjQj VVCCC 第 5章 调 角 与 解 调 第 5章 调 角 与 解 调设 在 变 容 二 极 管 上 加 的 调 制 信 号 电 压 为 ：V(t)=Vmcos， 则 ， 所 以 其 中 ， 电 容 调 制 度tVVV mQ cos)cos1( tmCC jQj QD mVV Vm 3.变 容 管 作 为 振 荡 回 路 总 电 容 时 调 频 电 路等 效 交 流 电 路 见 书 267页 图 5 2 8 Rb 2 Rb 1 R e E c Cc L C c VD + _ V V Q Cb L c C c 第 5章 调 角 与 解 调 为 了 使 变 容 二 极 管 能 正 常 工 作 ， 必 须 正 确 地 给 其 提供 静 态 负 偏 压 和 交 流 控 制 电 压 ， 而 且 要 抑 制 高 频 振 荡 信号 对 直 流 偏 压 和 低 频 控 制 电 压 的 干 扰 。 所 以 ， 在 电 路 设计 时 要 适 当 采 用 高 频 扼 流 圈 、 旁 路 电 容 、 隔 直 流 电 容 等器 件 。 电 容 CC很 大 ， 对 高 频 短 路 ， 对 低 频 和 直 流 开 路 所以 与 Cj串 联 时 不 考 虑 。 若 变 容 管 上 加 VQ V(t)， 就 会 使 得 Cj随 时 间 变 化 （时 变 电 容 ） 。 若 忽 略 高 频 电 压 对 C j的影 响 ， 此 时 振 荡 频 率 为 ：jQc LC1 ， 当 V(t) 0时 的 振 荡 频 率 ， 调 频 信 号 的中 心 频 率 受 VQ控 制 2/2/ )cos1()cos1(11)( tmtmLCLCt cjQj )cos1( tmCC jQj 第 5章 调 角 与 解 调振 荡 频 率 随 时 间 变 化 的 曲 线 图 oCjCQt u o Cj t(a)EQ off0t C o f t(b)CQ off0t o f t(c)uEQ 第 5章 调 角 与 解 调 在 (t)的 表 达 式 中 ， 若 =2， 则 得 ：( ) (1 cos )( )cct m tt QD mccm VV Vm m最 大 角 频 偏 ， 与 Vm（ 输 入 信 号 幅 值 ） 成 正 比 。 不失 真 的 线 性 调 频 。 一 般 情 况 下 ， 2， 这 时 (t)可 以 展 开 成 幂 级 数 ： .2cos)816( cos2)816(1)( 22 22 tm tmmt c cc 所 以 2时 ， 会 产 生 非 线 性 失 真 ， 并 受 控 于 调 制 信 号 的2， 3，等 谐 波 分 量 。 此 时 中 心 角 频 率 也 有 偏 移 。 第 5章 调 角 与 解 调结 论 ： 调 频 波 最 大 角 频 偏 为 减 小 非 线 性 失 真 （ 2 ） ， 应 该 设 法 使 变 容 管 工 作在 =2的 情 况 下 ， 即 选 用 =2 的 超 突 变 结 变 容 管 。 为 减 小 中 心 角 频 率 偏 移 ， 应 该 使 m下 降 。4.变 容 管 作 为 振 荡 回 路 部 分 电 容 的 调 频 电 路 在 实 际 应 用 中 ， 通 常 2， Cj作 为 回 路 总 电 容 将 会使 调 频 特 性 出 现 非 线 性 ， 输 出 信 号 的 中 心 频 率 稳 定 度 也将 下 降 。 因 此 ， 通 常 利 用 对 变 容 二 极 管 串 联 或 并 联 电 容的 方 法 来 调 整 回 路 总 电 容 C与 电 压 V之 间 的 特 性 。 这 时 ，加 在 变 容 管 上 的 调 制 电 压 对 整 个 LC回 路 的 影 响 减 小 ， 故 调 频 电 路 的 最 大 线 性 频 偏 有 所 减 小 ， 但 非 线 性 失 真 和各 种 因 素 引 起 的 载 频 不 稳 定 性 也 有 所 减 小 。 mcm 2 第 5章 调 角 与 解 调 1000 pF4.3 k10 k 1 k 12H3AG80D 10 pF15 pF15 pF输 出 12H33 pFL 1000 pF20H 1000 pF 1000 pF 12 V 22CC1E12H 调 制 信 号 输 入 偏 置 电 压 (a) 1000 pF 33 pF L 15 pF 10 pF(b) 变 容 二 极 管 直 接 调 频 电 路 举 例 （ a） 实 际 电 路 （ b） 等 效 电 路 该 图 是 一 个 变 容 二 极 管 部 分 接 入 调 频 电路 。 在 电 路 里 采 用 了 两 个 变 容 二 极 管 背 靠 背连 接 ， 这 也 是 一 种 常 用 方 式 。 第 5章 调 角 与 解 调 在 变 容 二 极 管 的 直 流 偏 压 上 不 仅 加 有 低 频 调 制 电 压 ， 而 且 叠加 有 回 路 里 的 高 频 振 荡 电 压 ， 故 变 容 二 极 管 的 实 际 电 容 值 会 受 到高 频 振 荡 的 影 响 。 若 高 频 振 荡 电 压 振 幅 太 大 ， 还 可 能 使 叠 加 后 的瞬 时 电 压 造 成 变 容 二 极 管 正 偏 。 采 用 两 个 变 容 二 极 管 对 接 ， 从 图中 所 示 高 频 等 效 电 路 可 知 ， 两 管 对 于 高 频 振 荡 电 压 来 说 是 串 联 的 ，故 加 在 每 个 管 上 的 高 频 振 荡 电 压 振 幅 减 半 。 对 于 直 流 偏 压 和 低 频调 制 电 压 来 说 ， 两 管 是 并 联 关 系 ， 故 工 作 状 态 不 受 影 响 。 这 种 方式 的 缺 点 是 调 频 灵 敏 度 有 所 降 低 ，因 为 两 变 容 管 串 联 后 总 结 电 容 减 半 。 33 pF L 15 pF 10 pF(b) 第 5章 调 角 与 解 调将 上 图 （ b） 的 振 荡 回 路 简 化 为 下 图 ， 这 就 是 变 容 管部 分 接 入 回 路 的 情 况 。 这 样 ， 回 路 的 总 电 容 为 L C1 C2 Cj所 以 瞬 时 角 频 率 为 ： 2 21 22 22 21( ) (1 cos cos )cos cos22 2cc c c ct Am t A m tA Am Am t m t 式 中 ， )( 11 221 jQjQQc CC CCCLCL jQjQj j CtmC CCC CC CCCC )cos1(2 21 2 21 第 5章 调 角 与 解 调当 C1和 C2的 值 确 定 后 ， 可 以 求 得 附 加 中 心 角 频 率 偏 移 ： 与 调 制 信 号 成 线 性 关 系 的 一 项 ：分 析 ： 与 全 接 入 时 2 的 情 况 相 比 较 ， m一 定 时 ， 部 分 接 入 的 ， 减 小 。 C 2的 引 入 的 作 用 是 减 小 高 频 信 号 对 CjQ的 影 响 ， 调 节C1， C2和 VQ有 利 于 降 低 非 线 性 失 真 。 cc mA 222 jQjQccm CCpCCpppppp pmmA /,/),1)(1( 2 122121211 m c 第 5章 调 角 与 解 调5.3 间 接 调 频 电 路1.实 现 间 接 调 频 的 关 键 是 如 何 进 行 相 位 调 制 ：对 以 上 两 波 ， 由 于 sinwt与 coswt就 可 通 过 微 分 或 积 分 相互 转 化 ， 所 以 它 们 的 调 制 信 号 均 为 。 从而 将 PM波 通 过 积 分 或 微 分 变 为 FM波 。2.框 图 ： 其 中 关 键 电 路 是 调 相 器3.通 常 ， 实 现 相 位 调 制 的 方 法 有 如 下 三 种 ： 矢 量 合 成法 ， 变 容 二 极 管 调 相 ， 可 变 延 迟 法 。 )coscos()(: )sincos()(: tmtVtVPM tmtVtVFM pcm fcm tVV m cos 第 5章 调 角 与 解 调5.3.1 矢 量 合 成 法一 、 基 本 原 理这 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 ： )cossin(sin)coscos(cos coscos)( tmttmtV tmtVtV pcpccm pccmpm 当 mp/12时 ， 上 式 近 似 为 ：二 、 框 图 ： 下 图 所 示 的 是 普 通 调 幅 电 路 ， 调 相 电 路 和 调 频 电路 的 基 本 原 理 框 图 比 较 。 cossincos)( ttmtVtV cpccmpm 第 5章 调 角 与 解 调 f (t) 放 大 器 cos ct AM f (t) 放 大 器 cos ct PM sin ct /2 (a) (b) f (t) cos ct FM sin ct /2 (c) 第 5章 调 角 与 解 调5.3.2 变 容 二 极 管 调 相 电 路 可 控 相 移 网 络 是 间 接 调 频 电 路 的 关 键 部 件 ， 这 种 网络 有 多 种 实 现 电 路 ， 变 容 二 极 管 相 移 网 络 是 其 中 应 用 最广 的 一 种 。 其 电 路 原 理 就 是 利 用 调 制 信 号 控 制 移 相 网 络或 谐 振 回 路 的 电 抗 或 电 阻 元 件 来 实 现 调 相 。一 、 电 路 图 7.3.4（ a） 给 出 了 变 容 二 极 管 相 移 网 络 的 实 用 电路 ， （ b） 是 其 高 频 等 效 电 路 。 对 于 高 频 载 波 来 说 ， 三个 0.001F的 小 电 容 短 路 ， 对 于 低 频 调 制 信 号 来 说 ， 三 个0.001 F的 小 电 容 开 路 ， 4.7F电 容 短 路 。 R 3与 C4为 积 分 电 路 ， L与 Cj并 联 谐 振 回 路 ， R1与 R2为 隔离 电 阻 ， C1与 C2高 频 耦 合 电 容 。 第 5章 调 角 与 解 调 第 5章 调 角 与 解 调二 、 分 析 设 调 制 信 号 V=Vmcost经 4.7F电 容 耦 合 到 变 容二 极 管 上 ， 则 由 电 感 L和 变 容 二 极 管 组 成 的 LC回 路 的 中心 角 频 率 (t)将 随 调 制 电 压 而 变 化 。 当 角 频 率 为 c的 载波 信 号 通 过 这 个 回 路 后 ， 会 发 生 什 么 变 化 呢 ? 图 7.3.5所 示 为 LC回 路 中 心 角 频 率 (t)与 输 入 信 号中 心 角 频 率 c相 互 变 化 关 系 。 若 将 输 入 视 为 电 流 信 号 ，输 出 视 为 电 压 信 号 ， 借 助 图 7.3.5所 示 并 联 LC回 路 阻 抗的 幅 频 特 性 和 相 频 特 性 ， 我 们 来 讨 论 以 下 三 种 不 同 的情 况 ： 若 LC回 路 中 心 角 频 率 恒 定 为 0， 输 入 载 波 的 角 频 率c=0， 则 称 回 路 处 于 谐 振 状 态 ， 输 出 载 波 信 号 的 频 率不 变 ， 相 移 为 零 。 第 5章 调 角 与 解 调 第 5章 调 角 与 解 调 若 LC回 路 中 心 角 频 率 仍 恒 定 为 0， 输 入 是 载 频c=0的 等 幅 单 频 调 频 电 流 信 号 ， 瞬 时 角 频 偏 为mcost， 则 回 路 处 于 失 谐 状 态 ， 如 图 7.3.5(a)所 示 。由 于 0附 近 的 幅 频 特 性 曲 线 较 平 坦 ， 故 阻 抗 的 幅 值 变化 Z不 大 ， 最 大 变 化 量 为 Zm。 若 令 输 入 电 流 振 幅 为 I，则 输 出 电 压 振 幅 就 不 是 恒 定 的 了 ， 所 产 生 的 最 大 变 化量 为 V m=ZmI。 然 而 ， 0附 近 的 相 频 特 性 曲 线 较 陡 峭 ，故 产 生 的 相 移 变 化 很 大 ， 最 大 变 化 量 为 m， 即输 出 电 压 的 相 位 与 输 入 电 流 的 相 位 不 同 ， 有 一 个 最 大相 移 为 m的 相 位 差 。 第 5章 调 角 与 解 调 与 情 况 相 反 ， 若 输 入 是 角 频 率 恒 为 c的 载 波 信 号 ，L C 回 路 的 中 心 角 频 率 ( t ) 发 生 变 化 ， 满 足(t)=0+mcost， 且 0=c， 如 图 7.3.5(b)所 示 ， 显 然 ，回 路 也 处 于 失 谐 状 态 ， 不 过 是 由 于 回 路 阻 抗 特 性 曲 线的 左 右 平 移 而 产 生 的 。 这 时 输 出 电 压 的 振 幅 变 化 与 相位 变 化 与 情 况 完 全 相 似 ， 从 图 7.3.5 可 以 很 清 楚 地 看到 。 、 情 况 下 的 LC回 路 均 称 为 失 谐 回 路 。 变 容 二 极 管 相 移 网 络 属 于 第 种 情 况 。 现 在 来 分析 这 种 情 况 下 输 出 信 号 的 相 移 表 达 式 (t)。 参 照 相 同 情况 下 LC回 路 中 心 角 频 率 表 达 式 ， 在 m较 小 时 ， 有 : 20 )sin1(1)( tmwLCtw j 第 5章 调 角 与 解 调 )()sin21()( 00 twwtmwtw 在 =2或 者 m较 小 时 ， 因 为 输 入 载 波 角 频 率 c=0， 所 以 瞬 时 角 频 率 差 为 ： tmwtw sin2)( 0 根 据 前 面 对 LC并 联 谐 振 回 路 的 分 析 ， 当 失 谐 不 大时 ， 回 路 输 出 电 压 与 输 入 电 流 的 相 位 差 可 近 似 表 示 为 ： 当 变 容 二 极 管 相 移 网 络 的 可 变 中 心 角 频 率 (t)对 于输 入 载 波 角 频 率 c失 谐 不 大 时 ， 二 者 之 间 的 相 位 差 ， 也就 是 载 波 信 号 通 过 相 移 网 络 产 生 的 相 移 可 用 下 式 近 似 表示 。 00 )(2arctan2arctanarctan)( tQQ ee 第 5章 调 角 与 解 调tmQ w tmwQtmwQt e ee sinarctan sinarctansin22arctan)( 0000 mQem arctan 最 大 相 移 量当 m30o时 ， tmtVVVCR QtVVV Q tmQtmQt pmQDemQD e ee sinsin)(sin sinsinarctan)( 43 mQm ep 由 上 式 可 见 ， 变 容 二 极 管 相 移 网 络 能 够 实 现 线 性调 相 ， 但 受 回 路 相 频 特 性 非 线 性 的 限 制 ， 必 须 满 足mf0=fc时 ， VD1VD2， 随 着 f的 增 加 ， 两 者 差 值 将 加 大 ； fVD2， 随 着 f的 增 加 ， 两 者 差 值 也 将 加大 。 不 同 频 率 时 VD1与 VD2矢 量 图.2. UD2. U1.UD1.(a) ffc 2U2. UD2.UD1.2U2. U1. 02U2. UD2.UD1. U1. 2U2.00 (b) ffc (c) ffcU22U2 第 5章 调 角 与 解 调 检 波 输 出 设 两 个 包 络 检 波 器 的 检 波 系 数 分 别 为 Kd1 ， Kd2(通 常 Kd1=Kd12=Kd)， 则 两 个 包 络 检 波 器 的 输 出 分 别 为vo1=Kd1VD1 ， vo2=Kd2VD2。 鉴 频 器 的 输 出 电 压 为)( 21 21 DDdo VVKvvV oo 鉴 频 特 性 由 矢 量 图 可 以 看 出 VD1与 VD2的 幅 度 与 输 入 电 压 V1和V2之 间 的 相 位 差 有 关 。 而 包 络 检 波 器 的 输 出 电 压 又 为VD1与 VD2电 压 幅 度 之 差 值 ， 最 终 可 以 得 出 如 下 结 论 ：4sin4 221 2121 222 mm mmmmdo VV VVKKVVV ， 其 中 第 5章 调 角 与 解 调按 上 式 所 画 出 的 鉴 频 特 性 曲 线 如 书 第 304页 ， 图 5 3 30所 示 。结 论 ： 在 线 性 区 内 ， 鉴 频 器 可 正 常 工 作 ， 超 过 线 性 区 ，鉴 频 器 不 能 鉴 频 。 鉴 频 特 性 曲 线 与 的 关 系 ： 对 V1曲 线 的 影 响 ： 小 于 0.49时 为 单 峰 ， 且 增 加 ，峰 值 减 小 ； 大 于 0.49为 双 峰 ， 且 增 加 ， 峰 值 减 小峰 点 向 两 边 移 动 。 对 V 2的 影 响 ： 当 小 于 1时 为 单 峰 ， 增 加 ， 峰 值 减小 ， 大 于 1时 为 双 峰 ， 增 加 ， 峰 点 向 两 边 移 动 ， 但峰 值 不 变 。 鉴 频 特 性 曲 线 与 关 系 ： 增 加 ， 线 性 范 围 加 宽 ； 减小 ， 线 性 范 围 变 小 ， 但 曲 线 斜 率 高 ， 即 鉴 频 灵 敏 度 高 LMkkQe ， 第 5章 调 角 与 解 调5.5.3 比 例 鉴 频 器 当 输 入 信 号 Vsm变 化 时 ， V2和 V1均 会 发 生 变 化 ， 一般 我 们 认 为 V2和 V1不 变 。 当 V2和 V1发 生 变 化 时 ， 会 引 起 检 波 管 VD2与 VD1变化 ， 从 而 引 起 输 出 波 幅 变 化 寄 生 变 化 ， 故 要 求 对 这种 变 化 幅 度 的 波 形 进 行 加 工 ， 例 如 限 幅 电 路 。一 、 比 例 鉴 频 器 电 路 图 比 例 鉴 频 器 是 一 种 类 似 于 叠 加 型 相 位 鉴 频 器 ， 而又 具 有 自 限 幅 (软 限 幅 )能 力 的 鉴 频 器 ， 其 基 本 电 路 如 下图 所 示 。 它 与 互 感 耦 合 相 位 鉴 频 器 电 路 的 频 相 转 换 部分 相 同 ， 他 们 的 区 别 在 于 ： (1)两 个 二 极 管 顺 接 ；(2)接 地 点 和 输 出 点 改 变 ； 第 5章 调 角 与 解 调.U 1 M L2 LcVD1 RL O C1C2 D R1R2 C EoAB CL UoVD2 (3)在 电 阻 (R1+R2)两 端 并 接 一 个 大 电 容 C， 容 量 约 在10F数 量 级 。 时 间 常 数 (R1+R2)C很 大 ， 约 0.1 0.25s，远 大 于 低 频 信 号 的 周 期 。 第 5章 调 角 与 解 调二 、 基 本 工 作 原 理 ： 下 图 是 比 例 鉴 频 器 的 简 化 等 效 电 路 ， 电 压 、 电 流 如图 所 示 。 2 U2. U1.2U 2. VD1uD1 uD2 uc1uc2 O RLC1CLC2 R2R1i1i2 D 2U2 .2U2. U1. VD2 VD1V D2鉴 频 特 性 分 析 ：仍 为 两 个 两 个 检 波 器 输 出 电 压 之 差 ， 但 在 相 同 条 件 下 ，输 出 电 压 比 叠 加 型 鉴 频 器 减 小 了 一 半 。 )(21, )(2 12 12 ccoL ccL Lo VVVRR VVRRRV 第 5章 调 角 与 解 调VD1与 VD2包 络 变 化 反 相 ， VC1与 VC2增 大 量 或 减 小 量 近似 相 等 ， 即 VC1+VC2=E0最 终 可 以 推 导 出 ：三 、 合 成 矢 量 图 当 f=fc时 VD1m=VD2m， i1=i2， 但 以 相 反 方 向 流 过 负 载RL， 所 以 输 出 电 压 为 零 ； 当 ff c时 ， VD1mVD2m， i1i2， 输 出 电 压 为 负 ； 当 ffc时 ， VD1mVD2m， i1i2， 输 出 电 压 为 正 。四 、 结 论 ：1.输 入 信 号 频 率 变 化 时 ， VD1m和 VD2m也 在 变 化 ， 从 而使 VD1m/VD2m也 变 ， 实 现 鉴 频 。 mDmD mDmDod VV VVEV 21 2101121 第 5章 调 角 与 解 调2.输 入 信 号 Vsm幅 度 变 化 时 ， V1和 V2也 变 化 ， 同 时 增 大或 减 小 ， 导 致 VD1m和 VD2m也 同 时 增 大 或 减 小 。3.抑 制 寄 生 调 幅 的 物 理 实 质 ： 大 容 量 C5维 持 VC1+VC2不变 ， 始 终 为 常 数 E0。4.要 保 证 时 常 数 (R1+R2)C大 于 寄 生 调 幅 干 扰 的 几 个 周 期 。比 例 鉴 频 器 存 在 着 过 抑 制 与 阻 塞 现 象 。 第 5章 调 角 与 解 调章 末 小 结 ： (1) 调 频 信 号 的 瞬 时 频 率 变 化 f(t)与 调 制 电 压 成 线 性关 系 ， 调 相 信 号 的 瞬 时 相 位 变 化 (t)与 调 制 电 压 成 线 性关 系 ， 两 者 都 是 等 幅 信 号 。 对 于 单 频 调 频 或 调 相 信 号 来说 ， 只 要 调 制 指 数 相 同 ， 则 频 谱 结 构 与 参 数 相 同 ， 均 由载 频 与 无 穷 多 对 上 下 边 频 组 成 ， 即 频 带 无 限 宽 。 但 是 ，当 调 制 信 号 是 由 多 个 频 率 分 量 组 成 时 ， 相 应 的 调 频 信 号和 调 相 信 号 的 频 谱 都 不 相 同 ， 而 且 各 自 的 频 谱 都 并 非 是单 个 频 率 分 量 调 制 后 所 得 频 谱 的 简 单 叠 加 。 这 些 都 说 明了 非 线 性 频 率 变 换 与 线 性 频 率 变 换 是 不 一 样 的 。 第 5章 调 角 与 解 调 (2) 最 大 频 偏 fm、 最 大 相 偏 m(即 调 制 指 数 mf或 mp)和 带 宽 BW是 调 角 信 号 的 三 个 重 要 参 数 。 要 注 意 区 别 fm和 BW两 个 不 同 概 念 ， 注 意 区 别 调 频 信 号 和 调 相 信 号 中fm、 m与 其 它 参 数 的 不 同 关 系 。 (3) 直 接 调 频 方 式 可 获 得 较 大 的 线 性 频 偏 ， 但 载 频稳 定 度 较 差 ； 间 接 调 频 方 式 载 频 稳 定 度 较 高 ， 但 可 获 得的 线 性 频 偏 较 小 。 前 者 的 最 大 相 对 频 偏 受 限 制 ， 后 者 的最 大 绝 对 频 偏 受 限 制 。 采 用 晶 振 、 多 级 单 元 级 联 、 倍 频和 混 频 等 措 施 可 改 善 两 种 调 频 方 式 的 载 频 稳 定 度 或 最 大 线 性 频 偏 等 性 能 指 标 。 第 5章 调 角 与 解 调 (4) 在 鉴 频 电 路 中 ， LC并 联 回 路 作 为 线 性 网 络 ， 利用 其 幅 频 特 性 和 相 频 特 性 ， 分 别 可 将 调 频 信 号 转 换 成调 频调 幅 信 号 和 调 频调 相 信 号 ， 为 频 率 解 调 准 备 了条 件 。 在 调 频 电 路 中 ， 由 变 容 二 极 管 （ 或 其 它 可 变 电抗 元 件 ） 组 成 的 LC并 联 回 路 作 为 非 线 性 网 络 ， 更 是 经常 用 到 的 关 键 部 件 。 (5) 限 幅 电 路 是 鉴 频 电 路 中 不 可 缺 少 的 重 要 部 分 ， 它 可 以 消 除 叠 加 在 调 频 信 号 上 面 的 寄 生 调 幅 ， 从 而 实现 减 小 鉴 频 失 真 。