高频电子线路(第十章 角度调制与解调).ppt

调制的分类,调制,正弦波调制,脉冲调制,模拟调制,数字调制,调幅,调角,调频,调相,第十章角度调制与解调,(包括调频与调相),本章结构,10.1概述10.2调角波的性质调制信号v为标准余弦时调频调相的表达式调制指数、最大频偏的概念和计算频带宽度的计算10.3调频方法概述10.4直接调频电路简介10.5调频信号的解调,10.1概述,10.1.1瞬时相位与瞬时频率10.1.2调频与调相的概念与关系,10.1.1瞬时相位与瞬时频率,瞬时相位的概念,t=0,t=t1,t=t2,t=t3,瞬时频率,在上页的矢量图中，如果矢量的旋转速度（即角频率）是不变的，那么瞬时相位但是如果矢量的旋转速度“时快时慢”，那么如何求瞬时相位呢？,瞬时频率（续）,我们定义，矢量在任意时刻旋转的速度为这个旋转矢量的瞬时角频率，简称瞬时频率则瞬时相位,例题10.1,t,10.1.2调频与调相的概念与关系,调频的概念波的瞬时频率随着调制信号v的大小变化而变化。,载波频率,称为调频灵敏度,其量纲为(rad/s)/伏特,调频波的波形,调频波的通用表达式,调相的概念与通用表达式,波的瞬时相位与标准载波的相位差随着调制信号v的大小变化而变化。,调频与调相的关系,即,对一个调制信号先积分再调相,等价于直接对这个信号进行调频,从波形上对上述关系的验证,t,4,2,6,8,0,8,12,-2,10,16,0,16,与方波的调频波一样,调频与调相的关系总结,对一个信号h(t)先求导得到v(t),再对v(t)调频,等价于直接对h(t)进行调相反之,对一个调制信号v(t)先积分得h(t),再对h(t)调相,等价于对v(t)信号直接调频。根据这个原理实现的调频称为间接调频,10.2调角波的性质,10.2.1调制信号为单一余弦信号时调频波和调相波表达式10.2.2调制指数（即最大相移）、最大频偏及二者的关系10.2.3调频波和调相波的带宽10.2.4为什么模拟信号很少使用调相方式?,10.2.1调制信号为单一余弦信号时调频波和调相波表达式,调制信号为单一余弦信号时的调频波表达式,调制信号为单一余弦信号时的调相波表达式,10.2.2调制指数（即最大相移）、最大频偏及二者的关系,调频波的最大频偏,调相波的最大频偏,例题10.2,已知一调频波表达式为求调制指数和最大频偏,作业,教材453454页习题10.3只做(1)(2)问习题10.4,10.2.3调频波和调相波的带宽,这两个函数不是初等函数，需要用贝塞尔函数将其展开,塞尔函数是微分方程的解在物理学在求解圆柱体冷却问题时提出的函数后来成为一个工具函数，可以用来展开嵌套的三角函数,用贝塞尔级数展开嵌套三角函数,调频波的频谱成分,调频波的带宽计算,由频谱可见，mf如果取值较大，调频波的频谱可能是无限宽的。但根据贝塞尔函数特点，频谱中90%能量集中于2(mf+1)F的带宽内，其中F=/2因此调频波的带宽通常按BW=2(mf+1)F来计算,窄带调频与宽带调频,如果mf1，称为宽带调频，此时BW2mfF=2fmaxfmax为最大频偏主要用于高保真度的调频电台,例题10.3(教材411页例10.2.1),调制信号的最大频率变化了100倍，但调频波的带宽变化很小，这是调频比调相的优越之处,在上题中，为什么最大频偏可以是常数？,关于调频波的功率,10.2.4为什么模拟信号很少使用调相方式?,10.3调频方法概述,根据调频和调相的内在关系，可分为直接调频间接调频（对调制信号先积分再调相）,10.3.1直接调频原理,用调制信号改变LC器件的值，从而改变谐振频率，完成调频作用利用C性质器件（如变容二极管）的压控特性利用L器件的流控特性利用三端式振荡器中三极管参数受调制信号控制而改变的原理利用晶体振荡器电路(适于窄带调频),基于高频三极管9018的调频实用电路,10.3.2间接调频原理,载波振荡器,缓冲电路,防止振荡器受后面电路干扰,调相器,调制信号,积分电路,调频信号,补充例题调角波u（t）=10cos(2106t+10cos2000t)（V），试确定:（1）最大频偏；（2）最大相偏；（3）信号带宽；（4）此信号在单位电阻上的功率；（5）能否确定这是FM波还是PM波？解,10.4直接调频电路简介,变容二极管调频原理电路,4.实用变容管二极调频电路,（1）L1，C1、C2串联，C3和反向串联的两个变容二极管，三个支路并联组成电容反馈三点式振荡电路。,(2)直流偏置电压-UQ同时加在两个变容二极管的正极，调制信号经L4扼流圈加在二极管负极上，二个二极管的动态偏置为：,（3）两个变容二极管串联后的总电容,Cj与C3串联后接入振荡回路，对振荡回路来说是部分接入，提高稳定性同时可降低调制指数,（4）两变容二极管反向串联，对高频信号而言，加到两管的高频电压降低一半，可减弱高频电压对结电压的影响，另外在高频电压的任一半周内，一个变容管寄生电容增大，而另一个减少，使结电容的变化不对称性相互抵消，从而消弱寄生调制。,仿真,休息1,休息2,C1,C3,Cj1,Cj2,u,R1,R2,Le,Re,C2,L1,Cb,C4,C5,C6,C7,L2,L3,+-,VT,-UQ,EC,L4,ud,在要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。,晶体振荡器直接调频电路,1晶体振荡器直接调频原理,右图为并联型PierceOscillator，其振荡频率为：,在电路中，当Cj变化时，CL变化，从而使晶体振荡器的振荡频率也发生变化，如果压控元件Cj受调制电压控制，则PierceOscillator就成为一个晶体调频振荡器。,注意：晶体在电路中呈现为一个等效电感，故只能工作于晶体的串联谐振频率fq与并联谐振频率fp之间，而fq与fp之间的频率变化范围只有,量级，再加上Cj的串联，晶体的可调振荡频率更窄。,例如载频为40MHZ的晶体调频振荡器，能获得最大频偏只有7.5KHZ，所以采用晶体调频振荡器虽然可以获得较高的频率稳定度，但缺点是最大频偏很小，实际中需要采用扩大频偏的措施。扩大频偏的方法有两种：晶体支路中串接小电感；利用型网络进行阻抗变换来扩展晶体呈现感性的工作频率范围。,晶体调频振荡器的实际电路,采用串接小电感L的方法来扩大调频的频偏，变容二极管的反向偏压由EC经稳压管VDZ稳压后经RZ2=2.4k和W1=47k电位器分压后，经R=10K电阻加至变容管正极。改变47K电位器W1的活动端可以调整变容管的Uo从而改变Cj，把调频器的中心频率调至规定值。调制信号经电位器W2加于变容管VD，改变4.7K电位器W2的活动头，可以调整加在变容二极管上的调制信号电压幅值，从而获得要求的频偏。,-Uo+,10.5调频信号的解调,与调频的过程相反，解调时需要将频率的变化转换成电压的变化，这一过程称为“鉴频”常见的鉴频器有振幅鉴频相位鉴频比例鉴频计数器鉴频等,振幅鉴频原理,最简单的频幅变换电路就是并联谐振回路，其工作特点：,失调单回路振幅鉴频器,FM信号工作在并联谐振回路的失谐区，即（），当FM波电流流过回路时，由于瞬时频率随调制信号而变化，对于不同的瞬时频偏，失谐回路阻抗不同，回路输出电压振幅将随瞬时频偏的变化而变化，即可完成变换。,fo,fp,us(fo),计数器鉴频,先对调频波进行放大限幅，转换成数字信号；利用数字电路计数器对上述信号进行周期性的计数（如每一秒清零并重新计数）；显然调频波的瞬时频率越大，一个计数周期内的计数值越大；将此计数值通过D/A电路转换成电压信号即完成解调频的过程。,计数器鉴频示意图,鉴相器是用来比较两个同频输入电压和的相位，而输出电压是两个输入电压相位差的函数，,即,当线性鉴相的情况下，输出电压与两个输入电压的瞬时相位差成正比。,鉴相器可实现PM信号的解调，但也广泛用于解调FM信号，以及锁相技术及频率合成技术中。如在以后介绍的相移鉴频器和正交鉴频器都有具体应用。,鉴相器的实现方法：乘积型鉴相器叠加型鉴相器,相位鉴频器（鉴相器phasedetector）,即,则相乘器的输出信号为：,1乘积型鉴相器（productphasedetector）,下图为乘积型鉴相器的组成框图。,设：鉴相器输入PM信号。,即：,而,而另一输入信号为的同频正交载波。,即：,可见：乘积型鉴相器具有正弦形鉴相特性,-,仿真,所以,注意：乘积型鉴相器在电路结构上与同步检波器是相同的，即只要输入调相信号与的载波正交，同步检波器就变成了乘积型鉴相器。,另外，如果满足，则有。,即输出电压与成线性关系，可实现线性鉴相。,鉴频器的2个