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文档简介
10角度调制与解调 2 熟悉调频波和调相波的数学表示式 3 掌握直接调频电路和间接调频电路的组成 工作原理和性能特点 6 掌握限幅器 相位鉴频器和比例鉴频器的电路组成 工作原理和性能特点 4 了解调频波的频谱与带宽 1 理解瞬时频率 瞬时相位 频移和相移的概念 5 了解调频制的优缺点 10 1概述 AM FM 1 调频波的指标 寄生调幅 频谱宽度 抗干扰能力 图10 1 1利用波形变换电路进行鉴频 2 鉴频方法 1 利用波形变换电路进行鉴频 2 脉冲计数式鉴频器 3 符合门鉴频器 3 鉴频器的指标 2 鉴频灵敏度 1 鉴频跨导 3 鉴频频带宽度 4 寄生调幅抑制能力 5 失真和稳定性 图10 1 2鉴频特性曲线 10 2调角波的性质 调频 使高频载波的瞬时频率随调制信号线性变化的一种调制方式 调相 使高频载波的瞬时相位随调制信号线性变化的一种调制方式 这两种调制都表现为高频载波的总瞬时相角受到调变 故将它们统称为角度调制 简称调角 图10 2 1频率连续变化的简谐振荡 一 瞬时频率与瞬时相位 瞬时频率 瞬时相位 二 调频波和调相波的数学表示式 1 调频波数学表达式 设 调制信号为v t 瞬时频率偏移 简称频移 最大频移 即频偏 表示为 载波信号 瞬时频率 瞬时相位 相移 调制指数 最大相移 以单音调制波为例 调制信号 瞬时频率 瞬时相位 已调频信号 2 调相波数学表达式 瞬时相位偏移 简称相移 最大相移 即相偏 表示为 瞬时相位 瞬时频率 频偏 调制指数 最大相移 瞬时频率 瞬时相位 已调相信号 以单音调制波为例 调制信号 附 上述比较中的调制信号v t 载波V0mcos 0 t 数学表达式 瞬时频率 瞬时相位 频偏 调制指数 FM波 PM波 调频 调相 可以看出调相制的信号带宽随调制信号频率的升高而增加 而调频波则不变 有时把调频制叫做恒定带宽调制 三 调频波和调相波的频谱和频带宽度 由于调频波和调相波的方程式相似 因此只要分析其中一种的频谱 则对另一种也完全适用 已调频信号 已调相信号 已调频信号 其中 是以mf为参数的n阶第一类贝赛尔函数 一 频谱 调制信号 1 调频波的频谱不是调制信号频谱的简单搬移 是由载波和无数对边带分量所组成 振幅由对应的各阶贝塞尔函数值所确定 奇次的上 下边带分量振幅相等 极性相反 偶次的振幅相等 极性相同 2 调制指数mf越大 具有较大振幅的边频分量就越多 3 对于某些mf值 载频或某边频振幅为零 籍此可以测定调制指数mf 频谱特点 4 调频波的平均功率恒为定值 并且等于未调制时的载波功率 根据帕塞瓦尔 Parseval 定理调频波的平均功率等于各频谱分量平均功率之和 因此 在电阻R上 调频波的平均功率应为 二 带宽 通常规定 凡是振幅小于未调制载波振幅的1 或10 根据不同要求而定 的边频分量均可忽略不计 保留下来的频谱分量就确定了调频波的频带宽度 如果将小于调制载波振幅l0 的边频分量略去不计 则频谱宽度BW可由下列近似公式求出 1 频带宽度 在实际应用中 调制指数越大 应当考虑的边频分量的数目就越多 无论对于调频还是调相均是如此 2 频带宽度与调制指数的关系 1 调频波的频带宽度与调制频率的关系 在常用的宽带调频制中 仅当F变化时 3 频带宽度与调制频率的关系 mf随F降低而增大 应考虑到边频分量增多 但同时各边频之间的距离缩小 两种变化对带宽的影响是相反的 总的趋势是使带宽基本恒定 因此又把调频叫做恒定带宽调制 参照书上p410图10 2 5 图10 2 6调频波的频谱 2 调相波的频带宽度与调制频率的关系 mp不随F变化 应考虑到边频数目不变 但各边频之间的距离随F变化 因此频带宽度随F变化 4 多个频率成分调制信号的调频信号的频谱 以双频信号为例 此时增加了许多组合频率 使频谱组成大为复杂 因此 调频与调相制属于非线性调制 10 3调频方法概述 对调频电路的主要要求 产生调频信号的方法 1 已调波的瞬时频率与调制信号成比例地变化 2 未调制时的载波频率 即已调波的中心频率具有一定的稳定度 视应用场合不同而有不同的要求 3 最大频移与调制频率无关 4 无寄生调幅或寄生调幅尽可能小 直接调频 用调制信号直接控制载波的瞬时频率 间接调频 由调相变调频 先对调制信号积分 然后对载波进行调相 一 直接调频原理 直接调频的基本原理是用调制信号直接线性地改变载波振荡的瞬时频率 如果载波由LC自激振荡器产生 则振荡频率主要由谐振回路的电感元件和电容元件所决定 因此 只要能用调制信号去控制回路的电感或电容 就能达到控制振荡频率的目的 二 间接调频原理 图10 3 1借助于调相器得到调频波 间接调频中若载波采用石英晶体振荡器 则调频波的中心频率的稳定度很高 10 4变容二极管调频 主要优点 能够获得较大的频移 相对于间接调频而言 线路简单 并且几乎不需要调制功率 主要缺点 中心频率稳定度低 应用范围 在移动通信以及自动频率微调系统中 一 基本原理 利用半导体PN结的结电容随反向电压变化特性制成的一种半导体二极管 变容二极管 结电容Cj与反向电压vR存在如下关系 反向电压 式中Cj0 时的电容值 零偏置电容 反向偏置电压 VD PN结势垒电位差 结电容变化指数 通常 1 2 1 3 经特殊工艺制成的超突变结电容 1 5 其中 为静态工作点 即调制信号为零 的结电容 m为调制深度 图10 4 1用调制信号控制变容二极管结电容 二 电路分析 LC互感耦合正弦振荡电路 图10 4 2变容二极管调频电路 图10 4 3振荡回路的等效电路 当调制信号为零时 振荡回路总电容为 与调制信号成线性关系的成份 其最大频移为 与调制信号的二次 三次谐波成线性关系的成份 非线性失真 其最大频移为 中心频率 不稳定 相对未调制时的载波频率产生的频移为 若使中心频率稳定度高 则应减小m 但m太小 有用的频偏也会变小 因此常取m 0 5r 1 则可得到中心频率的偏移 二次以及三次非线性失真系数为零 图10 4 490MHz直接调频电路及其高频通路 举例 10 5晶体振荡器直接调频 直接调频的主要优点是可以获得较大的频偏 但是中心频率的稳定性 主要是长期稳定性 较差 稳定中心频率可以采用对石英晶体振荡器进行直接调频 变容二极管接入振荡回路有两种方式 变容二极管接入振荡回路有两种方式 一种是与石英晶体相串联 另一种是与石英晶体相并联 变容二极管与晶体并联连接方式有一个较大的缺点 就是变容管参数的不稳定性直接严重地影响调频信号中心频率的稳定度 因而用得比较广泛的还是变容管与石英晶体相串联的方式 图10 5 1变容管与晶体的两种连接方式及其电抗曲线 图10 5 2晶体振荡器直接调频电路 PierceOscillators c b 型振荡器 图10 5 3晶体振荡器的变容管直接调频电路 应用举例 调制信号 Pierce型振荡器 调制信号放大 10 6间接调频 由调相实现调频 宽带 窄带 采用高稳定度的晶体振荡器作为主振级 然后再对这个稳定的载频信号进行调相 这样一来就可得到中心频率稳定度高的调频信号 10 6 1调相的方法 调相的方法通常有三类 一类是用调制信号控制谐振回路或移相网络的电抗或电阻元件以实现调相 第二类是矢量合成法调相 第三类是脉冲调相 1 谐振回路或移相网络的调相方法 1 利用谐振回路调相 1 利用谐振回路调相 f0 一般当时 则有 如果设C Cj 则 所以回路的谐振频率 而回路频率的频偏移为 所以 10 6 1调相的方法 P419 10 4 8 P421 10 4 21 2 利用移相网络调相 图10 6 1RC移相网络 10 6 1调相的方法 图10 6 2RC移相网络矢量图 10 6 1调相的方法 图10 6 3利用变容二极管改变移相网络的电抗 10 6 1调相的方法 2 合成调相法 阿姆斯特朗法 10 6 1调相的方法 图10 6 5实现矢量合成法的方框图 10 6 1调相的方法 图10 6 6用载波振荡与双边带调幅波叠加以实现调相 10 6 1调相的方法 图10 6 9间接调频的典型方框图 一 相位鉴频器的工作原理 10 8相位鉴频器 1 电路 假设 1 初次级回路的品质因数均较高 2 初 次级回路之间的互感耦合比较弱 讨论 1 信号频率等于中心频率 即回路谐振频率 2 信号频率大于中心频率 即回路谐振频率 3 信号频率小于中心频率 即回路谐振频率 结论 二 相位鉴频器回路参数的选择 图10 8 4对应于不同耦合因数的鉴频特性曲线 由该曲线可以看出 耦合很弱 即 很小 时 线性范围小 鉴频跨导高 一般 当 1 5以后 非线性就已经相当严重 反之 耦合比较紧 线性范围就大 而鉴频跨导就小 但当 以上时 非线性又严重起来 因此 通常选取 由于 当回路品质因数 L不变时 逐渐加强耦合 鉴频跨导随之下降 但线性范围则随之加宽 10 9比例鉴频器 以上分析假定理想调频波 即输入信号V12振幅恒定 实际中 当噪声 各种干扰以及电路频率特性的不均匀性所引起的输入信号的寄生调幅 都可能直接在相位鉴频器的输出信号中反映出来 输入信号V12振幅的变化会使VD1和VD2的振幅成比例地变化 因而在相位鉴频器的输出信号中反映出来由V12振幅变化产生的虚假信号 1 鉴频工作原理 比例鉴频器的输出恰好等于相位鉴频器输出的一半 2 限幅作用 10 10其他形式的鉴频器 一
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