高频无线接收机原理及方法

1、一、无线电接收机的总体框图 超外差式接收机方框图 二、接收机的核心部分-解调器 1.接收机接收的信号 (1)模拟调制信号 普通调幅波(AM) ；双边带调幅波(DSB) ； 单边带调幅波(SSB) ；调频波(FM) ； 调相波(PM)。 (2)数字调制信号 数字振幅键控(ASK) ； 数字频移键控(FSK) ； 数字相位键控(PSK) 。 2.调幅解调器(振幅检波器) (1)分类： 非相干解调(振幅检波器)AM波、等幅波 相干解调(同步检波器) DSB波、SSB波 (2) 二极管大信号二极管大信号检波电路 大信号包络检波是高频输入信号的振幅大于0.5V，利用 二极管两端加正向电压时导通，通过二极

2、管对电容C充 电，加反向电压时截止，电容C上电压对电阻R放电这 一特性实现检波的。 大信号检波的工作原理 检波电路的主要技术指标 电压传输系数Kd 等效输入电阻Rid 非线性失真系数Kf 大信号检波器的分析与结论 电压传输系数： 等幅波 调幅波 R r d 3 3 (rad) cos cos im im d U U K cos cos ima ima d Um Um K 等效输入电阻： 2 id R R 例1.二极管检波器如图(a)、(b)所示。二极管的导通电阻 =80， =0V, R=10k，C=0.01F，当输入信号电压为 试分别计算图(a)、图(b)的检波输出电压各为多大? d r BZ

3、 U V104652cos2)( 3 i ttu V104652cos2)( 3 i ttu V104652sin2)( 3 i ttu 解：1.图(a)二极管为正向连接 电压传输系数 由于二极管为正向连接，输入正半周导通，检波输 出电压为正， 取正， o 3 3 d 3 24.2rad422. 0 1010 8033 R r 912. 0cos d K d K V104652cos2)( 3 i ttu V824. 1912. 02 dimA KUu V104652cos2)( 3 i ttu V824. 1912. 02 dimA KUu V104652sin2)( 3 i ttu V82

4、4. 1912. 02 dimA KUu 2.图(b)二极管为反向连接 电压传输系数 由于二极管为反向连接，输入负半周导通，在计算 时，可认为 是负值，即 o 3 3 d 3 24.2rad422. 0 1010 8033 R r 912. 0cos d K A u d K912. 0 d K V104652cos2)( 3 i ttu V824. 1)912. 0(2 dimA KUu V104652cos2)( 3 i ttu V824. 1)912. 0(2 dimA KUu V104652sin2)( 3 i ttu V824. 1)912. 0(2 dimA KUu 例2.二极管检波

5、器如图(a)、(b)所示。二极管的导通电 阻rd=80,UBZ =0,R=5k， C=0.01F, Cc =20F, RL=10k，若输入信号电压 (1) (2) 试分别求出 、 、 。 V104652cos5 . 1)( 3 i ttu V104652cos)104cos7 . 01 (5 . 1)( 33 i tttu A u B u id R 解：对于图(a)检波器 (1) (2) V104652cos5 . 1)( 3 i ttu o 3 3 d 3 30.49rad532. 0 105 8033 R r 862. 0cos d K V293. 1862. 05 . 1 dimA KU

6、u k5 . 22/ id RR V104652cos)104cos7 . 01 (5 . 1)( 33 i tttu 862. 0cos d K V104cos905. 0293. 1 862. 0)104cos7 . 01 (5 . 1 3 3 dimA t tKUu k5 . 22/ id RR 对于图(b)检波器 (1) (2) V104652cos5 . 1)( 3 i ttu o 3 3 d 3 30.49rad532. 0 105 8033 R r 862. 0cos d K V293. 1862. 05 . 1 dimA KUu V0 B u k5 . 22/ id RR V1

7、04652cos)104cos7 . 01 (5 . 1)( 33 i tttu 862. 0cos d K V104cos905. 0293. 1 862. 0)104cos7 . 01 (5 . 1 3 3 dimA t tKUu V104cos905. 0 3 B tu k5 . 22/ id RR 检波器的失真 频率失真 当输入信号是调制频率为 的普通调幅波时，检波器输出端A点的电压 的频率包含直流、 ，而输出B点的电压的频率 包含 。低通滤波器 具有一定的频率特性， 电容C的主要作用是滤除普通调幅波中的载波分量，为 此应满足 当C取得过大时，对于检波后输出电压的上限频率 , C的容抗

8、将产生旁路作用。不同 的将产生不同的旁路 作用，这样便引起了频率失真。 maxmin maxmin maxmin RC R C i 1 max 不产生频率失真，应满足 耦合电容 的容抗将影响检波器输出的下限频率 ，即 在范围内，电容 上电压降大小不同， 在输出端B点的电压会因此而产生频率失真。 不产生频率失真的条件必满足 惰性失真 当低通滤波器的RC放电时间常数过大时,会产生惰性失真 见图所示。 R C max 1 c C min maxmin c C L cmin 1 R C 不产生惰性失真的条件 调制信号频率为 时，则不产生惰性失真的条件为 a 2 a 1 m m RC maxmin a

9、2 a max 1 m m RC 负峰切割失真 当输入信号电压为普通调幅波 时，检 波器输出端A点的输出 ，而输出端 B点因采用了隔直耦合电容 ，其输出 ， 在电容 两端建立直流电压 。因为 的电容量 大，其上电压可认为在 一周内保持不变。这个电压 在通过 和 的分压，将会在 上建立分压电压 。 对二极管D来说是反向电压，当输入普通调幅波的振幅 的最小值附近电压数值小于 时，二极管截止，将会 产生输出电压波形底部被切割，如图所示，通常称其为 负峰切割失真。 ttmUu iaimi cos)cos1 ( cos)cos1 ( aimA tmUu c C tUmucoscos imaB c C c

10、os im U c C R L R R U R R U R U 不产生负峰切割失真的条件是 其中 为交流电阻， RR R R R m L L a R L L RR RR R 减小负峰切割失真的检波电路 电路中的直流电阻为 ，而交流电阻 为 在R 一定条件下， 越大， 与 的差别越小，负 峰切割失真也就不易产生。 一般取 。 21 RRR R L2 L2 1 RR RR RR 1 R RR RR)2 . 01 . 0( 1 (3) 同步检波器 同步检波器主要用于对抑制载波的双边带调幅波和 单边带调幅波进行解调，也可以用来解调普通调幅波。 同步检波器是由相乘器和低通滤波器两部分组成。 它与包络检波

11、器的区别在于检波器的输入除了有需要 进行解调的调幅信号电压ui外，还必须外加一个频率和 相位与输入信号载频完全相同的本地载频信号电压u0。 经过相乘和滤波后得到原调制信号。 MC1596G同步检波器 3.调相信号解调电路(鉴相器) 鉴相电路通常可分为模拟电路型和数字电路型两大 类。而在集成电路系统中，常用的电路有乘积型鉴相和 门电路鉴相。 鉴相器的主要指标是 (1)鉴相特性曲线，即鉴相器输出电压与输入信号的 瞬时相位偏移的关系。通常要求是线性关系。 (2)鉴相跨导，鉴相器输出电压与输入信号的瞬时相 位偏移的关系的比例系数。 (3)鉴相线性范围，通常应大于调相波最大相移的二 倍。 (4)非线性失

12、真，应尽可能小。 (1) 乘积型鉴相器 这种鉴相电路采用模拟乘法器作为非线性器件进行 频率变换，然后通过低通滤波器取出原调制信号。 令 根据U1m和U2m的大小不同，鉴相电路有三种工作情 况：u1和u2均为小信号；u1和u2均为大信号；u1为小信号 ，u2为大信号。 )(cos)( 1c1m1 ttUtu )(sin)( 2c2m2 ttUtu 0)( 2 t u1和u2均为小信号(均小于26mV ) 根据模拟乘法器特性，其输出电流为 式中第二项高频成分经低通滤波器滤除，在负载RL 上可得输出电压为 是u1与u2两信号的瞬时相位差。通常可用 表示。 画出uo与 的关系曲线，称其为鉴相器的鉴相特

13、 性曲线。这是一个周期性的正弦曲线。 210 22 u kT q u kT q Ii tttUUKuuK c1c2m1mM21M sin)(cos )(2sin 2 1 )(sin 2 1 1c2m1mM12m1mM ttUUKtUUK )(sin 2 1 1L2m1mMo tRUUKu )( 1 t)( e t )( e t 鉴相跨导，其定义为 的单位为V/rad 对于u1、u2均为小信号 且 时的鉴相跨导为 小信号正交乘积鉴相特性曲线 线性鉴相范围 0 e o e d d u S S rad 6 e L2m1mM 2 1 RUUKS rad 6 emax u1为小信号，u2为大信号(大于1

14、00mV) 因为u2是大信号，双曲正切函数具有开关函数的形式， 对上式按傅氏级数展开为 相乘后的输出电流为 )(cos)( 1c1m1 ttUtu tUtu c2m2 sin)( 21M210 2 th 2 th 2 u kT q uKu kT q u kT q Ii 1 1 2 th 2 u kT q )2( )0( c c t t tttu kT q ccc2 5sin 5 4 3sin 3 4 sin 4 2 th 经低通滤波器，在负载RL上得到输出电压为 鉴相特性曲线仍是正弦形,鉴相跨导为 线性鉴相范围仍为 ttttUKi cc1c1mM 3sin 3 4 sin 4 )(cos )(

15、2sin 2 )(sin 2 1c1mM11mM ttUKtUK )(4sin 3 2 )(2sin 3 2 1c1mM1c1mM ttUKttUK )(sin 2 )(sin 2 1L1mM1L1mMo tRUKtRUKu L1mM 2 RUKS rad 6 emax u1和u2均为大信号(均大于100mV ) 乘法器的输出电流i可表示为 因为u1是大信号，双曲正切函数也具有开关函数的形式 傅氏级数展开为 )(cos)( 1c1m1 ttUtu tUtu c2m2 sin)( 210 2 th 2 thu kT q u kT q Ii 1 1 2 th 1 u kT q )2/32/( )2

16、/2/( c c t t )(3cos 3 4 )(cos 4 2 th 1c1c1 ttttu kT q )(5cos 5 4 1c tt 210 2 th 2 thu kT q u kT q Ii 经低通滤波器在负载RL上建立电压为 ttttttI cc1c1c0 3sin 3 4 sin 4 )(3cos 3 4 )(cos 4 )(2sin 8 )(sin 8 1c 2 01 2 0 ttItI )(34sin 3 8 )(32sin 3 8 1c 2 01c 2 0 ttIttI )(4sin 3 8 )(2sin 3 8 1c 2 01c 2 0 ttIttI )(3)(6sin

17、)3( 8 )(3sin )3( 8 1c 2 01 2 0 ttItI )(3sin )3( 8 )(sin 8 1 2 1 2 L0o ttRIu 1 1 2 1 2 L0 )() 12sin( ) 12( ) 1( 8 n n tn n RI 对应于 区间， 输出电压为 对应于 区间， 输出电压为 两个输入信号均为大信号时，其鉴相特性为三角波形 。 在 区间，鉴相特性是线性的。 线性鉴相范围为 )( 2 1oo L tRIu )( 2 2 1oo L tRIu )(2/ 1 t /2)(2/- 1 t /2)(2/- 1 t 2 emax (2)门电路鉴相器 门电路鉴相器的电路简单， 线

18、性鉴相范围大、易于集成化， 得到较为广泛的应用。常用的 有或门鉴相器和异或门鉴相器。 右图(a)是一个异或门鉴相器的 原理图。它是由异或门电路和 低通滤波器组成。 因为异或门电路的两个输入 电平不同时，输出为“1”电平， 而其它情况均为“0”电平。 4. 调频信号解调电路(鉴频器) 调频信号解调电路可分为三类 (1)调频-调幅调频变换型。通过线性网络把等幅调频波变换 成振幅与调频波瞬时频率成正比的调幅调频波，然后用振幅检波 器进行振幅检波。例如双失谐回路鉴频器、相位鉴频器和比例鉴 频器等。 (2)相移乘法鉴频型。将调频波经过移相电路变成调相调频 波，其相位的变化正好与调频波瞬时频率的变化成线性关系，然 后将调相调频波与原调频波进行相位比较(鉴相)，通过低通滤波 器取出解调信号。因为相位比较器通常用乘法器组成，