第5章_角度调制与解调电路_第1页
第5章_角度调制与解调电路_第2页
第5章_角度调制与解调电路_第3页
第5章_角度调制与解调电路_第4页
第5章_角度调制与解调电路_第5页
已阅读5页,还剩93页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

1、非线性电子线路非线性电子线路第第5 5章章 角度调制与解调电路角度调制与解调电路一、概述一、概述角度调制和解调电路都属于频谱角度调制和解调电路都属于频谱非线性变换非线性变换电路。电路。无论是调频还是调相最终都表现为已调波的总相位(角度)无论是调频还是调相最终都表现为已调波的总相位(角度)受到调制信号的控制,故统称为角度调制。受到调制信号的控制,故统称为角度调制。角度调制可分为两种:角度调制可分为两种:频率调制频率调制或或调频调频:FM(Frequency Modulation) 振幅不变,瞬时振幅不变,瞬时频率频率随调制信号的振幅线性变化随调制信号的振幅线性变化相位调制相位调制或或调相调相:P

2、M(Phase Modulation) 振幅不变,振幅不变,相位相位随调制信号的振幅线性变化随调制信号的振幅线性变化 非线性电子线路非线性电子线路 调幅:将调制信号的低频频谱结构线性搬移到载波附近的高频区。调幅:将调制信号的低频频谱结构线性搬移到载波附近的高频区。 载波的振幅随调制信号的变化而变化,载波的频率和相载波的振幅随调制信号的变化而变化,载波的频率和相 位不受调制信号的控制,属于位不受调制信号的控制,属于线性频谱搬移技术。线性频谱搬移技术。二、调幅与调角的区别:二、调幅与调角的区别:调角:已调波的频谱结构与原调制信号的频谱结构完全不同。载调角:已调波的频谱结构与原调制信号的频谱结构完全

3、不同。载 波的振幅不变,它的频率和相位受调制信号的控制,属于波的振幅不变,它的频率和相位受调制信号的控制,属于 非线性频谱搬移技术。非线性频谱搬移技术。第五章第五章 角度调制与解调电路角度调制与解调电路非线性电子线路非线性电子线路三、调频的优缺点:三、调频的优缺点:调频优点:调频优点: 抗干扰性强抗干扰性强 功率管利用率高功率管利用率高 信号传输保真度高信号传输保真度高调频缺点:调频缺点: 只能工作在超短波以上波段只能工作在超短波以上波段 电路结构复杂电路结构复杂第五章第五章 角度调制与解调电路角度调制与解调电路非线性电子线路非线性电子线路四、调频与调相的比较四、调频与调相的比较在数字通信中,

4、相位键控的抗干扰能力优于频率在数字通信中,相位键控的抗干扰能力优于频率键控和幅度键控,因而调相制获得广泛应用键控和幅度键控,因而调相制获得广泛应用。在模拟通信中,系统带宽相同时,调频系统接收机在模拟通信中,系统带宽相同时,调频系统接收机输出端的信噪比明显优于调相系统,故广泛采用调输出端的信噪比明显优于调相系统,故广泛采用调频制。广泛用于广播、电视、通信、遥感技术。频制。广泛用于广播、电视、通信、遥感技术。第五章第五章 角度调制与解调电路角度调制与解调电路非线性电子线路非线性电子线路5.1 调角波的基本特性调角波的基本特性5.1.1 瞬时频率与瞬时相位的关系瞬时频率与瞬时相位的关系结论结论1:瞬

5、时频率:瞬时频率(t)是瞬时相位角是瞬时相位角(t)对时间的微分。对时间的微分。 dtdtt ot0dttt结论结论2:瞬时相位角瞬时相位角(t)是是瞬时频率瞬时频率(t) 对时间的积分。对时间的积分。非线性电子线路非线性电子线路5.1.2 调频波与调相波的数学表达式调频波与调相波的数学表达式一、调频波的数学表达式一、调频波的数学表达式低频调制信号:低频调制信号: Ftcos2UtcosUtumm高频载波信号高频载波信号: tfcos2UtcosUtuccmccmc调频波的定义:调频波的定义:载波的振幅不变,载波的瞬时频率与调制信载波的振幅不变,载波的瞬时频率与调制信号号u(t)呈线性关系。呈

6、线性关系。 灵灵敏敏度度由由电电路路结结构构决决定定为为比比例例常常数数,也也叫叫调调制制fmfcfcktcosUktukt5.1 调角波的基本特性调角波的基本特性非线性电子线路非线性电子线路一、调频波的数学表达一、调频波的数学表达 tcosUktuktmfcfc tcosUk-ttmfc角角频频偏偏mmfmf2Uk最最大大角角频频偏偏2Ukfmfm 最最大大频频偏偏5.1 调角波的基本特性调角波的基本特性非线性电子线路非线性电子线路瞬时角频度瞬时角频度ttUKtuKcmfcfc coscos)( 频偏或频移频偏或频移调频波的表达式调频波的表达式 0( )cossincmcfu tUtmt 调

7、频调频波的波的调制调制指数指数瞬时相角瞬时相角( )cossinsinc0c0cf0tttdttttmt 5.1 调角波的基本特性调角波的基本特性一般令一般令o=0非线性电子线路非线性电子线路Ukfmfm:调调频频指指数数结论结论1:调制信号的幅度越大,调频指数调制信号的幅度越大,调频指数mf 越大,越大, 调制信号的频率越大,调频指数调制信号的频率越大,调频指数mf 越小,通常越小,通常mf1 tsinmtcosUtcosUufccmcmFM结论结论2:调制信号的幅度越大,调频信号的调频范围越大,调制信号的幅度越大,调频信号的调频范围越大, 即即m。 mmfmf2Uk最最大大角角频频偏偏Fm

8、2Ukffmfm 最最大大频频偏偏5.1 调角波的基本特性调角波的基本特性非线性电子线路非线性电子线路调频波波形示意图调频波波形示意图5.1 调角波的基本特性调角波的基本特性非线性电子线路非线性电子线路二、调相波的数学表达式及波形二、调相波的数学表达式及波形1.调相波的数学表达式调相波的数学表达式低频调制信号:低频调制信号: Ftcos2UtcosUtumm高频载波信号高频载波信号: tfcos2UtcosUtuccmccmc调相波的定义:调相波的定义:载波振幅不变,载波的瞬时相位与调制信号载波振幅不变,载波的瞬时相位与调制信号u(t)呈线性关系呈线性关系 灵灵敏敏度度由由电电路路结结构构决决

9、定定为为比比例例常常数数,也也叫叫调调相相pmpcpcktcosUktukttt5.1 调角波的基本特性调角波的基本特性非线性电子线路非线性电子线路mppUkm:调调相相指指数数调相信号(已调波)的表达式调相信号(已调波)的表达式: tcUktcosUtcosUumPccmcmPMos tcosUktmpcttcmtcosUPccmos与调制信号的频率无关与调制信号的频率无关调制信号的振幅调制信号的振幅pmmU结论结论: 5.1 调角波的基本特性调角波的基本特性非线性电子线路非线性电子线路结论:结论:调制信号的幅度与频率增大调制信号的幅度与频率增大最大频偏越大。最大频偏越大。 tcosmt-t

10、tpc相相偏偏 tcmtcosUtcosUuPccmcmPMos tcosUktmpct dtdt瞬时频率:瞬时频率:tsinm-dttcosmtdpcpctsinmp角角频频偏偏Fmmfpp 2 2大大频频偏偏最最pmm最最大大相相偏偏pmm最最大大角角频频偏偏5.1 调角波的基本特性调角波的基本特性非线性电子线路非线性电子线路调相波波形示意图调相波波形示意图非线性电子线路非线性电子线路三、调频与调相的比较三、调频与调相的比较调调频频波波和和调调相相波波的的主主要要参参数数 频频率率调调制制 相相位位调调制制 瞬瞬时时角角频频率率 )()(tuKtfcf dttduKtpcp/ )()( 瞬

11、瞬时时相相角角 0 0 0( )( )ftcftdttKud 0( )( )PcPttK ut 调调制制指指数数 max( )ffmKut dt max( )ppmK ut 最最大大频频偏偏 max( )mfK ut max( )mPdutKdt 已已调调信信号号 ( )cos( )FMcmfutUt )(cos)(tUtupcmPM 非线性电子线路非线性电子线路调制信号为单频余弦信号时调频与调相的比较调制信号为单频余弦信号时调频与调相的比较调调频频波波和和调调相相波波的的主主要要参参数数 频频率率调调制制 相相位位调调制制 瞬瞬时时 角角频频率率 tUKtmfcf cos)( tUKtmpc

12、p sin)( 瞬瞬时时 相相角角 0sin)( tUKttmfcf 0cos)( tUKttmpcp 调调制制 指指数数 fmffUKm mppUKm 最最大大 频频偏偏 mffUK mppUK 已已调调 信信号号 0sincos)( tmtUtufccm 0coscos)( tmtUtupccm 5.1 调角波的基本特性调角波的基本特性非线性电子线路非线性电子线路信号波形比较信号波形比较5.1 调角波的基本特性调角波的基本特性非线性电子线路非线性电子线路pmK U fmfK Um 两者的联系和区别两者的联系和区别 联系:联系:调频波可看成调制信号为调频波可看成调制信号为u(t)dt的调相波

13、;的调相波; 调相波可看成调制信号为调相波可看成调制信号为du(t)/dt的调频波。的调频波。 区别:区别: 调制指数调制指数 FM:与调制信号的振幅成正比,与调制角频率成反比:与调制信号的振幅成正比,与调制角频率成反比 PM:与调制信号的振幅成正比,与调制角频率无关:与调制信号的振幅成正比,与调制角频率无关 最大频率偏移最大频率偏移 FM:与调制信号的振幅成正比,与调制角频率无关:与调制信号的振幅成正比,与调制角频率无关 PM:与调制信号的振幅成正比,与调制角频率成正比:与调制信号的振幅成正比,与调制角频率成正比非线性电子线路非线性电子线路 tsinmtcosUtcosUufccmcmFM5

14、.1.3 调角波的频谱与带宽调角波的频谱与带宽一、调角波的频谱一、调角波的频谱 tcmtcosUtcosUuPccmcmPMos tmsintcosUtuccm统统一一为为: tmsinsintsinU-tmsincostcosUtuccmccmsinsin-coscoscos由由5.1 调角波的基本特性调角波的基本特性非线性电子线路非线性电子线路cos(msin t)=J0(m)+2J2(m)cos2t+2J4(m)cos4t+ sin(msint)=2J1(m)sint+2J3(m)sin3t+2J5(m)sin5t+利用利用2个贝塞尔函数:个贝塞尔函数:其中其中Jn(m)是宗数为是宗数为

15、m的的n阶第一类贝塞尔函数阶第一类贝塞尔函数u(t)=UcmJ0(m)cosct-2J1(m)sintsinct+2J2(m)cos2tcosct -2J3(m)sin3tsinct+2J4(m)cos4tcosct+贝塞尔函数带入调角波表达式得:贝塞尔函数带入调角波表达式得: tmsinsintsinU-tmsincostcosUtuccmccm5.1 调角波的基本特性调角波的基本特性非线性电子线路非线性电子线路 0112233440( )()cos()cos()cos()cos2()cos2()cos3()cos3()cos4()cos4()cos()coscmfcfcfcfcfcfcfc

16、fcfccmfcnfcnu tUJmtJmtJmtJmtJmtJmtJmtJmtJmtUJmtJmnt 载频载频第一对边频第一对边频第二对边频第二对边频第三对边频第三对边频5.1 调角波的基本特性调角波的基本特性非线性电子线路非线性电子线路02468101214161820-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.91Fm FnMJ0J1J2J3J4J5J6J7J8J9J10J11J12J非线性电子线路非线性电子线路1Fm0.770.440.440.110.110.020.02c232、频谱特点、频谱特点A、频谱结构、频谱结构 包含载波频率分量(但是

17、幅度小于包含载波频率分量(但是幅度小于1,与,与mf 有关)及无有关)及无穷多个边频分量;穷多个边频分量;各边频分量之间的频率间隔为各边频分量之间的频率间隔为;各频率分量的幅度由贝塞尔函数各频率分量的幅度由贝塞尔函数Jn(mf )决定,载频分量决定,载频分量并不总是最大,有时为零并不总是最大,有时为零;奇次边频分量的相位相反。奇次边频分量的相位相反。非线性电子线路非线性电子线路B、频谱结构与调制指数的关系、频谱结构与调制指数的关系各阶贝塞尔函数各阶贝塞尔函数随随m增大变化的增大变化的规律均是衰减振规律均是衰减振荡荡, 而各边频而各边频分量振幅值与对分量振幅值与对应阶贝塞尔函数应阶贝塞尔函数成正

18、比。成正比。m边频分量越少,边频分量越少,但对应振幅越大但对应振幅越大即即“少少”而而“大大”m边频分量越多,边频分量越多,但对应振幅越小但对应振幅越小即即“多多”而而“小小”非线性电子线路非线性电子线路 mf愈大,则具有一定幅度的边频数目愈多,频带愈宽。愈大,则具有一定幅度的边频数目愈多,频带愈宽。 这是调频波频谱的这是调频波频谱的主要特点主要特点。 当当mf值小值小(mf mf+1)时,贝塞尔函数时,贝塞尔函数Jn(mf)的数值随着的数值随着n的增加而迅速减小。的增加而迅速减小。这时(这时(nmf+1)则可认为调频波所具有)则可认为调频波所具有的频带宽度是近的频带宽度是近似有限似有限的。的

19、。频带宽度为:频带宽度为: 2122(1)212(1)2210ffmffffffmBmmmmm 频带宽度比调幅波宽得多。频带宽度比调幅波宽得多。只适用于频率较高的甚高频和只适用于频率较高的甚高频和超高频段中超高频段中。窄带调频窄带调频宽带调频宽带调频恒定宽带恒定宽带调频调频非线性电子线路非线性电子线路调制信号频率不同时,调频、调相信号的频谱分布调制信号频率不同时,调频、调相信号的频谱分布*对于调相波:频带宽度在调制信号频率的高端和低端相差对于调相波:频带宽度在调制信号频率的高端和低端相差 很大,对频带的利用很不经济。很大,对频带的利用很不经济。非线性电子线路非线性电子线路例例例例1:调频波的幅

20、度:调频波的幅度1V, 频谱结构如图;调制信号频谱结构如图;调制信号u(t)=Umcost。求求:1、调频波表示式、调频波表示式uf(t)=cos(ct+mfsint)中的中的mf、 c、 ; 2、调频波的频带宽度、调频波的频带宽度Bf、调频波的最大频偏、调频波的最大频偏f。0.250.490.490.310.310.040.340.340.130.130.04f(MHZ)1000.1660.6102(1)0.810ffffmradBmFHz 解:解:查表得查表得3fm 由图得由图得6622001020.210ccfradFrad 非线性电子线路非线性电子线路 上述特点充分说明调角是完全不同于

21、调幅的一种非线性频率变上述特点充分说明调角是完全不同于调幅的一种非线性频率变换过程。显然换过程。显然, 作为调角的逆过程作为调角的逆过程, 角度解调也是一种非线性频率角度解调也是一种非线性频率变换过程。变换过程。 对于由众多频率分量组成的一般调制信号来说对于由众多频率分量组成的一般调制信号来说, , 调角信号的调角信号的总频谱并非仅仅是调制信号中每个频率分量单独调制时所得频谱总频谱并非仅仅是调制信号中每个频率分量单独调制时所得频谱的组合的组合, , 而且另外又新增了许多频率分量。例如而且另外又新增了许多频率分量。例如, , 若调制信号由若调制信号由角频率为角频率为1 1, , 2 2的两个单频

22、正弦波组成的两个单频正弦波组成, , 则对应调角信号的频则对应调角信号的频率分量不但有率分量不但有c cnn1 1和和c cnn2 2, , 还会出现还会出现c cnn1 1pp2 2, , n n、p=0, 1, 2, p=0, 1, 2, 。 5.1 调角波的基本特性调角波的基本特性看:看:教材教材P214 三、调角信号的特点三、调角信号的特点非线性电子线路非线性电子线路P215,5.1.5:当调制信号的大小和频率增大时,对调频信号:当调制信号的大小和频率增大时,对调频信号和调相信号的调制指数、最大频偏各有何影响?和调相信号的调制指数、最大频偏各有何影响?5.1 调角波的基本特性调角波的基

23、本特性 Ftcos2UtcosUtumm低频调制信号:低频调制信号: 调频信号:调频信号: FfUKmmff=2UKFUKfmfmff=FfUKmmpp=FUKfmpp=调相信号:调相信号: 结论:结论:当调制信号的大小增大,而频率不变时,调相与调角信号的调制指数当调制信号的大小增大,而频率不变时,调相与调角信号的调制指数均增大,最大频偏也均增大;若调制信号的大小不变,而频率增大,则调频均增大,最大频偏也均增大;若调制信号的大小不变,而频率增大,则调频信号的调频指数减小,但调相信号的的调制指数不变,调频信号的最大频偏信号的调频指数减小,但调相信号的的调制指数不变,调频信号的最大频偏不变,但调相

24、信号的最大频偏增大。不变,但调相信号的最大频偏增大。非线性电子线路非线性电子线路5.2 调调 频频 电电 路路一、调频的实现思路一、调频的实现思路直接调频:直接调频: 根据调频信号的瞬时频率随调制信号成线性变化这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一基本特性,利用调制信号直接控制自激振荡电路的利用调制信号直接控制自激振荡电路的振荡频率。这是实现调频的最直接方法振荡频率。这是实现调频的最直接方法, 故称为直接故称为直接调频调频。1.直接调频直接调频 2. 间接调频。间接调频。5.2.1调频的实现与主要性能指标调频的实现与主要性能指标非线性电子线路非线性电子线路直接调频电路的基本

25、思路:直接调频电路的基本思路:5.2 调调 频频 电电 路路只要能够找到电感或者电容元器件只要能够找到电感或者电容元器件它的电感量它的电感量L或电容量或电容量C能够受到能够受到低频调制信号的控制即可。低频调制信号的控制即可。非线性电子线路非线性电子线路 直接调频的优点直接调频的优点是能够获得较大的频偏是能够获得较大的频偏,但其,但其缺点是中心频率稳定度低,缺点是中心频率稳定度低,即便是使用晶体振荡器即便是使用晶体振荡器直接调频电路,其频率稳定度也比不受调制的晶体直接调频电路,其频率稳定度也比不受调制的晶体振荡器有所降低。振荡器有所降低。 借助调相来实现调频,可以采用高稳定的晶振借助调相来实现调

26、频,可以采用高稳定的晶振作为主振器,利用积分器对调制信号积分后的结果,作为主振器,利用积分器对调制信号积分后的结果,对这个稳定的载频信号在后级进行调相,就可以得对这个稳定的载频信号在后级进行调相,就可以得到到频率稳定度很高的调频波。频率稳定度很高的调频波。5.2 调调 频频 电电 路路非线性电子线路非线性电子线路(1)(1)若先对调制信号若先对调制信号u(t)进行积分进行积分, 因此因此, 将调制信号积分后调相将调制信号积分后调相, 是实现调频的另外一种方式是实现调频的另外一种方式, 称为间称为间接调频。接调频。 或者说或者说, 间接调频是借用调相的方式来实现调频。间接调频是借用调相的方式来实

27、现调频。 tUdttosUdttutumt0t0sinmc1 tttusinktcosUsinUktcosUtuktcosUpccmmpccm1pccm(2)将将u1(t)作为调制信号对载频信号进行调相作为调制信号对载频信号进行调相, 则可得到则可得到:可知可知, 对于对于u(t)来说来说, 上式是一个调频信号表达式。上式是一个调频信号表达式。(2)间接调频电路间接调频电路调相电路调相电路5.2 调调 频频 电电 路路非线性电子线路非线性电子线路间接调频电路原理间接调频电路原理 实现间接调频电路的关键实现间接调频电路的关键:调相电路。:调相电路。5.2 调调 频频 电电 路路 间接调频缺点间接

28、调频缺点:不易获得大的频偏。:不易获得大的频偏。非线性电子线路非线性电子线路二、性能指标二、性能指标 调制特性调制特性被调振荡器的频率偏移与调制电压的关系,被调振荡器的频率偏移与调制电压的关系, 表示为表示为f/fc=f(u) 调制灵敏度调制灵敏度S调制电压变化单位数值所产生的振荡调制电压变化单位数值所产生的振荡 频率偏移,表示为频率偏移,表示为S=f/u 最大频偏最大频偏fm在调制电压作用下所能达到的最大频偏在调制电压作用下所能达到的最大频偏 载波频率稳定度载波频率稳定度f/fc时间间隔时间间隔 调频信号的瞬时频率以稳定的中心频率(载频)为基准调频信号的瞬时频率以稳定的中心频率(载频)为基准

29、变化。若中心频率不稳定,就有可能使调频信号的频谱变化。若中心频率不稳定,就有可能使调频信号的频谱落到接收机通带范围之外,以致不能保证正常通信。落到接收机通带范围之外,以致不能保证正常通信。 因此,对于调频电路,不仅要满足频偏的要求,而且要因此,对于调频电路,不仅要满足频偏的要求,而且要使中心频率保持足够高的稳定度。使中心频率保持足够高的稳定度。非线性电子线路非线性电子线路技术要求:技术要求: 频偏与调制信号保持良好的线性关系频偏与调制信号保持良好的线性关系 调制灵敏度尽量高调制灵敏度尽量高 频偏尽量大频偏尽量大 中心频率稳定度尽量高中心频率稳定度尽量高 寄生调幅尽量小寄生调幅尽量小非线性电子线

30、路非线性电子线路一、电路组成与工作原理一、电路组成与工作原理1.变容二极管的符号与特性变容二极管的符号与特性 二极管是单向导电元件,若将其二极管是单向导电元件,若将其反向偏置,反向偏置,并始终控制在截并始终控制在截止区时,止区时,PN结的结电容的大小随反向控制电压的变化而变化,结的结电容的大小随反向控制电压的变化而变化,因因此此PN结二极管可制成变容二极管。结二极管可制成变容二极管。调制信调制信号号u(t) 保证管子始终处于截保证管子始终处于截止状态的直流电源止状态的直流电源EUm变容二极管变容二极管5.2.2 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路变容二极管的常用符号变容二极管的常用符

31、号非线性电子线路非线性电子线路C0为未外加电压时的为未外加电压时的结电容结电容(u=0)(u=0)UBPN结势垒电位差结势垒电位差(硅管(硅管0.40.4- -0.7v0.7v、锗、锗管管0.2-0.3v0.2-0.3v)结电容变化指数,结电容变化指数,由结的类型和掺杂浓由结的类型和掺杂浓度决定。度决定。1/3-51/3-5变化。变化。1超突变结超突变结突变结突变结缓变结缓变结变容二极管的电容变容二极管的电容BRo)Uu1(CCj+=5.2.2 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路非线性电子线路非线性电子线路变容二极管调频原理变容二极管调频原理非线性电子线路非线性电子线路振荡回路由振荡

32、回路由L、Cj构成,构成,C1为高频耦合电容,为高频耦合电容,RFC为高频为高频扼流圈,扼流圈,C2为高频旁路电容。为高频旁路电容。本质:本质:用调制信号控制高频用调制信号控制高频信号瞬时频率,使其信号瞬时频率,使其随调制信号作线性变随调制信号作线性变化的过程。化的过程。2. 电路性能分析电路性能分析5.2.2 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路非线性电子线路非线性电子线路1) 求求 (t)(t)5.2.2 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路 jQBQ0QBBQB0BQ0BQ0jtcosm1Ctcosm1UU1CtcosUUU1UUUCUtcosUU1C)UtcosUU(1

33、CC-+=+=+=+=+=CjQ:二极管在静态时的电容二极管在静态时的电容CooDUUUm 表示结电容调制深度的调制指数。表示结电容调制深度的调制指数。 非线性电子线路非线性电子线路u 实现理想直接调频的条件:实现理想直接调频的条件:=2u 致命的缺点:中心频率不稳定致命的缺点:中心频率不稳定2c2jQj)tcosm1()tcosm1(LC1LC1)t (+=+=1) 求求 (t)(t)2) 结论:结论:u 最大角频偏最大角频偏cmm 5.2.2 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路jQcLC1 =中中心心频频率率:非线性电子线路非线性电子线路利用级数迈克劳林级数展开式,并忽略高次项:

34、利用级数迈克劳林级数展开式,并忽略高次项: )x!2)1n(nnx1)x1(2n .tcosm)12(2!21tcosm21)t(22c+=-t2costcos)(t2cosm)12(8tcosm2m)12(81)t(m2m0c2cc2c+=+=-其中:(其中:(1) oom 2) 12(8 :为中心频率的偏移量为中心频率的偏移量2c)tcosm1()t (+=5.2.2 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路u若若2,如何实现,如何实现与与cost成正比的关系?成正比的关系?是由是由C jV d的非线性而引起的。虽然的非线性而引起的。虽然 om 0非线性电子线路非线性电子线路(2) 0

35、2 mm :与调频频率有关的最大频偏,虽然与调频频率有关的最大频偏,虽然 mom (3) omm 22)12(8 :由于由于CjuR的非线性作用,使频偏中增加的非线性作用,使频偏中增加了了的谐波分量(的谐波分量(2)而引起的附加频偏,会造成调频接收时的非线性)而引起的附加频偏,会造成调频接收时的非线性失真,应尽量减少这种失真。失真,应尽量减少这种失真。另外,定义调频灵敏度另外,定义调频灵敏度: DoooDomfUUUUUUUmUS 2220调调制制信信号号振振幅幅最最大大角角频频偏偏t2costcos)(t2cosm)12(8tcosm2m)12(81)t(m2m0c2cc2c+=+=-5.2

36、.2 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路非线性电子线路非线性电子线路变容管部分接入的直接调频变容管部分接入的直接调频 研究背景:研究背景:变容二极管作为回路总结电容的调频电路中心频率变容二极管作为回路总结电容的调频电路中心频率稳定度差主要是由于温度变化或者反偏电压稳定度差主要是由于温度变化或者反偏电压V VQ Q不稳定时,引起不稳定时,引起结电容变化,从而引起中心频率发生较大变化,因此为了提高结电容变化,从而引起中心频率发生较大变化,因此为了提高中心频率稳定度,通常采用部分接入的办法。中心频率稳定度,通常采用部分接入的办法。非线性电子线路非线性电子线路j2j21CCCCCC+=()(

37、)jQ2jQ21tcosm1/CCtcosm1/CCCC+=()2jQjQ21tcosm1CCCCC+=()tcosm1CCCCCL1LC12jQjQ21+=体会:体会:当当C CjQjQ变换的时候引起的总电容变换的时候引起的总电容C C的变化比将变容二极的变化比将变容二极管直接并接入谐振回路引起管直接并接入谐振回路引起C C的变化要小,从而提高了中心频的变化要小,从而提高了中心频率的稳定度,同时适当调节率的稳定度,同时适当调节C C1 1C C2 2可使调制特性接近于线性。可使调制特性接近于线性。非线性电子线路非线性电子线路电容串并概念电容串并概念(知识拓展知识拓展)u 结论:结论: 1)

38、串并后调制的线性改善,但牺牲了调制灵敏度;串并后调制的线性改善,但牺牲了调制灵敏度;2) 实际实际n2,应取,应取n2 ,通过电容串并后使,通过电容串并后使n2 ,即可,即可实现近似理想的调频。实现近似理想的调频。Cj不串也不并不串也不并Cj串串C2Cj并并C1Cj串串C2并并C1 (t)v (t)0非线性电子线路非线性电子线路三、三、 变容二极管的调频电路变容二极管的调频电路看:看:教材教材P221- P2245.2.2 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路非线性电子线路非线性电子线路n优点:电路简单、频偏大优点:电路简单、频偏大n缺点:振荡(中心)频率不稳定缺点:振荡(中心)频率不

39、稳定2.变容二极管的调频电路的优缺点变容二极管的调频电路的优缺点3.变容二极管调频电路实例:变容二极管调频电路实例:5.2.2 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路非线性电子线路非线性电子线路 故变容二极管的实际电容值会受到高频振荡的影响。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容二极管正偏。采用两个变容二极管对接, , 从图从图 (b)(b)所示高频所示高频等效电路可知等效电路可知, , 两管对于高频振荡电压来说是串联的两管对于高频

40、振荡电压来说是串联的, , 故加在故加在每个管上的高频振荡电压振幅减半。每个管上的高频振荡电压振幅减半。 注意:注意:2.2.对于直流偏压和低频调制电压来说对于直流偏压和低频调制电压来说, , 两管是并联关系两管是并联关系, , 故工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, , 因因为两变容管串联后总结电容减半。为两变容管串联后总结电容减半。非线性电子线路非线性电子线路小频偏变容二极管调频器(拓展知识)小频偏变容二极管调频器(拓展知识)5.2.2 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路非线性电子线路非线性电子线路石英晶体振

41、荡器直接调频电路并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器振荡回路等效电路振荡回路等效电路5.2.2 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路非线性电子线路非线性电子线路实际电路实际电路2(拓展知识拓展知识)调制信号的调制信号的放大电路放大电路调谐在石英的调谐在石英的三次泛音频率三次泛音频率电容三点式电容三点式振荡电路振荡电路非线性电子线路非线性电子线路 直接调频直接调频 类型:类型: 变容二极管直接调频变容二极管直接调频(最常用)(最常用) 电抗管直接调频电抗管直接调频 晶体振荡器直接调频晶体振荡器直接调频 特点:易于得到比较大的频偏;但中心频特点:易于得到比较大的频偏;但中心频率的稳定度不易做得

42、很高率的稳定度不易做得很高 调频信号的产生通常采用直接调频法。调频信号的产生通常采用直接调频法。5.2.2 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路非线性电子线路非线性电子线路 间接调频间接调频 先对调制信号进行积分再进行调相先对调制信号进行积分再进行调相 特点:载波中心频率稳定度较好;但不特点:载波中心频率稳定度较好;但不 能直接获得较大的频偏。能直接获得较大的频偏。 广泛运用在数字信号调制中。广泛运用在数字信号调制中。实现方法:实现方法:可变移相法可变移相法矢量合成法矢量合成法可变时延法可变时延法5.2.3 间接调频电路间接调频电路间接调相的关键:实现性能优越的调相电路间接调相的关键:

43、实现性能优越的调相电路非线性电子线路非线性电子线路5.2.3 间接调频电路间接调频电路1 1矢量合成法间接调频电路矢量合成法间接调频电路单音调制时的调相信号单音调制时的调相信号: :) cossin(sin- ) cos( cos ) coscos()(tMtUtMtUtMtUtupCompCompComo 对于窄带调相对于窄带调相 ,radMp6 1) coscos( tMp tMtMpp cos) cossin( sin cos- cos)(ttMUtUtuCpomComo 可见可见窄带调相波窄带调相波可以近似由可以近似由载频信号载频信号和和一个与载波相差一个与载波相差9090o o的的双

44、边带信号双边带信号相加相加组成。组成。非线性电子线路非线性电子线路注意:注意:如果用矢量表示如果用矢量表示, ,则窄带调相信号矢量就是则窄带调相信号矢量就是载波信号载波信号矢量矢量和与它成和与它成正交的双边带信号矢量正交的双边带信号矢量的合成矢量。因此的合成矢量。因此, ,用用这一原理实现窄带调相的方法称之这一原理实现窄带调相的方法称之矢量合成法矢量合成法。由于双边带。由于双边带信号是采用相乘调幅方法产生信号是采用相乘调幅方法产生, ,称之称之相乘调幅合成法相乘调幅合成法。 sin cos- cos)(ttMUtUtuCpomComo 实现方法:实现方法:将调制信号将调制信号u u( (t t

45、) )先进行积分先进行积分, ,然后送去进行矢量然后送去进行矢量 合成法调相合成法调相, ,这样就实现了这样就实现了矢量合成法间接调频矢量合成法间接调频. . 注意:因为晶振频率是调频注意:因为晶振频率是调频电路输出载频的电路输出载频的1/N1/N倍,因此倍,因此后边要引入后边要引入N N倍频电路,倍频电路,非线性电子线路非线性电子线路2. 2. 可变相移法调相实现方法可变相移法调相实现方法将振荡器产生的载波电压将振荡器产生的载波电压 cosmcVt通过一个可控相通过一个可控相移网络,如图移网络,如图5.4.25.4.2所示,此网络在所示,此网络在 c上产生的相移上产生的相移 c() 受调制电

46、压的控制,且其间呈线性关系,即受调制电压的控制,且其间呈线性关系,即 5.2.3 间接调频电路间接调频电路非线性电子线路非线性电子线路cpP()(t)M cos tk 则相移网络的输出电压即为所需的调相波,即则相移网络的输出电压即为所需的调相波,即 omccmcp(t)cos()coscosVtVtMt 可控相移网络有多种实现电路,如可控相移网络有多种实现电路,如RCRC相移电路、相移电路、变容二极管与电感构成的谐振回路的移相电路等。其变容二极管与电感构成的谐振回路的移相电路等。其中中应用最广的是变容二极管调相电路。应用最广的是变容二极管调相电路。5.2.3 间接调频电路间接调频电路3 3可变

47、时延法调相电路:见教材可变时延法调相电路:见教材P225-P225P225-P225非线性电子线路非线性电子线路5.2.3 间接调频电路间接调频电路二、变容二极管调相电路(可变相移法调相电路)二、变容二极管调相电路(可变相移法调相电路)间接调频的关键电路是间接调频的关键电路是调相器调相器. . 将变容二极管接在高频放大器的谐振回路里,就可构成变容二极将变容二极管接在高频放大器的谐振回路里,就可构成变容二极管调相电路。管调相电路。 CjL调相波调相波 输出输出载波输入载波输入载波输入载波输入高稳定度高稳定度 振荡器振荡器 调相器调相器 积分器积分器)(tu )(tuFM )(tu如果忽略二次方以

48、上各项,可得回路的谐振频率为如果忽略二次方以上各项,可得回路的谐振频率为 : cos21cos11)(o2ojtmtmLCt 回路的频率偏移为:回路的频率偏移为: tmtt cos2)()(oo 非线性电子线路非线性电子线路当当 /5(或(或30o)时时,tan o)(2)( tQt 可得可得: :tmQt cos)( 表明表明: :单级单级LCLC谐振回路在满足谐振回路在满足/5 c cLCLC回路:谐振在回路:谐振在c c , ,带宽较宽带宽较宽L L2 2C C2 2回路:谐振在回路:谐振在0202, , 0202c c0101- -c= c- 02非线性电子线路非线性电子线路1.1.当

49、输入调频波的频率当输入调频波的频率f02 f u01且由于且由于uo= u01 -u 02 , uo -u 02 。u02u01f02f012.2.当输入调频波的频率当输入调频波的频率fc f u02且由于且由于uo= u01 -u 02 , uo u 01 。3.3.因此双失谐斜率鉴频器的鉴频特因此双失谐斜率鉴频器的鉴频特性在性在频带宽度、线性范围、灵敏度频带宽度、线性范围、灵敏度等方面有较大改进,应用较广!等方面有较大改进,应用较广!回路回路的的谐振曲线谐振曲线回路回路的的谐振曲线谐振曲线、回路回路叠加后的谐叠加后的谐振曲线振曲线输入调频信号输入调频信号的频率波形的频率波形双回路斜率鉴频器

50、原理理解要点:双回路斜率鉴频器原理理解要点:非线性电子线路非线性电子线路3 3、实用电路举例:、实用电路举例:iu1I2ILRII21 两个失谐回路分别调谐于两个失谐回路分别调谐于35MHz和和40MHz。它们是共基放大器的负载回路。它们是共基放大器的负载回路。 输入调频波输入调频波 从两放大器发射极输入,经共基放大,在负载回路产生输从两放大器发射极输入,经共基放大,在负载回路产生输 出电出电压经检波器产生检波电流压经检波器产生检波电流 和和 。在负载上得到电压为。在负载上得到电压为 。5.3.2 斜斜 率率 鉴鉴 频频 器器非线性电子线路非线性电子线路一、鉴相器的分类一、鉴相器的分类1 1、

51、鉴相电路通常可分为鉴相电路通常可分为模拟电路型模拟电路型和和数字电路型数字电路型两大类。两大类。2 2、在集成电路系统中,常用的有模拟乘法器构成的在集成电路系统中,常用的有模拟乘法器构成的乘积型鉴乘积型鉴相器相器和数字门电路构成的和数字门电路构成的门电路鉴相器门电路鉴相器。三、乘积型鉴相电路三、乘积型鉴相电路( (不按书上的讲解不按书上的讲解) )1 1、电路组成框图、电路组成框图二、常用两种模拟鉴相器:二、常用两种模拟鉴相器:1 1、乘积型鉴相器、乘积型鉴相器 2 2、叠加型鉴相器、叠加型鉴相器5.3.3 相相 位位 鉴鉴 频频 器器相乘器相乘器低通滤波器低通滤波器)(tur)(tuo )(

52、tuo)(tus而另一输入信号而另一输入信号 为为的的同频正交载波同频正交载波。)(tur)(tus 设:鉴相器输入设:鉴相器输入PMPM信号。信号。 )(cos)(ttUtuoss 即:即:)()(tuktP 而而非线性电子线路非线性电子线路则相乘器的输出信号则相乘器的输出信号 为:为:)(tuo 1.1.乘积型鉴相器(乘积型鉴相器(product phase detectorproduct phase detector)相乘器相乘器低通滤波器低通滤波器)(tur)(tuo )(tuo)(tus2)(2cos)2)(cos(212cos)(cos)()()( tttUkUtUttkUtutk

53、utuorsorosrso其中其中k k为相乘器的乘积因子。为相乘器的乘积因子。经低通滤波器后,输出电压经低通滤波器后,输出电压为:为:)(tuo)(sin212)(cos21)(tUkUtUkUtursrso 可见:乘积型鉴相器具有可见:乘积型鉴相器具有正弦形鉴相特性正弦形鉴相特性-)(tuo)t ( 目标:目标:输出信号输出信号u uo o(t)(t)与与(t)(t)成正比,这样输出信号才能和调制信号成正比成正比,这样输出信号才能和调制信号成正比非线性电子线路非线性电子线路)()(21)(21)(tuKtukUKUtUkUtuPPrsrso 所以所以 注意:注意:乘积型鉴相器在电路结构上乘

54、积型鉴相器在电路结构上与同步检波器是相同的,即只要输与同步检波器是相同的,即只要输入调相信号入调相信号 与与 的载波正交,的载波正交,同步检波器就变成了乘积型鉴相器。同步检波器就变成了乘积型鉴相器。 )(tus)(tur12| )(| t另外,如果满足另外,如果满足 ,则有,则有 。)()(sintt 即输出电压即输出电压 与与 成线性关系,成线性关系,可实现线性鉴相。可实现线性鉴相。)(tuo)(t )(tuo)t ( -5.3.3 相相 位位 鉴鉴 频频 器器非线性电子线路非线性电子线路相加器相加器包络检波器包络检波器下图为叠加型鉴相器原理框图,以下采用平衡型鉴相器为例进行分析:下图为叠加

55、型鉴相器原理框图,以下采用平衡型鉴相器为例进行分析: 相加器相加器相加器相加器 包络包络检波器检波器 包络包络检波器检波器相加器相加器)(tur)(tus )(tus )(1tud)(2tud)(tus)(tur设输入调相波设输入调相波 为:为:)(sin)(ttUtuoss )()(tuktp )(tus2sin)( tUtuorr而同频正交载波信号为:而同频正交载波信号为: )()()()(21tutuututuusdsrd 则:则:)(tuo5.3.3 相相 位位 鉴鉴 频频 器器)(tus )(tus )(1tud)(2tud )(tuo)(tur非线性电子线路非线性电子线路利用矢量图

56、可得合成电压振幅利用矢量图可得合成电压振幅 )(sin2)(sin2222221tUUUUUtUUUUUrsrsdrsrsd )(tus)(1tud)(2tud)(tur)t ( )(tus 如果设包络检波器的传输系数为如果设包络检波器的传输系数为Kd1=Kd2=Kd,则两个包络检波器,则两个包络检波器的输出电压为:的输出电压为: 2211ddoddoUKuUKu(为调相调幅波)(为调相调幅波)rsUU 讨论:(讨论:(1)当)当)(sin1 )(sin21)(sin2)(121tUUUtUUUtUUUUUUrsrrsrrsrsrd )t (sinUU1UUrsr2d-=同同理理:5.3.3

57、相相 位位 鉴鉴 频频 器器非线性电子线路非线性电子线路)t (sinUU1UUrsr1d+=)t (sinUK2)t (usdo=)(2121dddoooUUKuutu 而而12| )(| t( )tcosKUK2)t (UK2Psdsd=tuo12| )(| t可见:这时的鉴相器具有可见:这时的鉴相器具有正弦鉴相特正弦鉴相特性,其线性鉴相范围为:性,其线性鉴相范围为:)t (sinUU1UUrsr2d-=5.3.3 相相 位位 鉴鉴 频频 器器非线性电子线路非线性电子线路5.3.3 相相 位位 鉴鉴 频频 器器(2) 时,同理可推出时,同理可推出rsUU )(sin2)(tUKturdo

58、由讨论(由讨论(1),(),(2)可以看出)可以看出输出电压输出电压 的大小取决于振幅小的输入信号振幅。的大小取决于振幅小的输入信号振幅。ou(3)当)当 时时rsUU )(sin12)(sin1221tUUtUUsdsd )(sin1)(sin12)(ttUKtusdo 所以:所以: 2sin2cossin12sin2cossin1xxxxxx利用三角函数公式:利用三角函数公式:2)(sin22)(tUKtusdo 所以:所以:12|2)(| t6|)(| t而当而当, 的范围内,的范围内,2)t(2)t(sin 所以:所以: ,可实现线性鉴相。,可实现线性鉴相。)(2)(tUKtusdo

59、非线性电子线路非线性电子线路波包络检波:把波包络检波:把AMPM信号中的包络取出。信号中的包络取出。当当Us = Ur时,输出电压增加时,输出电压增加倍,且线性鉴倍,且线性鉴相范围扩展为相范围扩展为 。26 小结:平衡式鉴相器的特性:小结:平衡式鉴相器的特性:(1)由两个工作过程构成)由两个工作过程构成:Us与与Ur叠加所合成的信号叠加所合成的信号Ud1与与Ud2,实现了,实现了PM AMPM的变换的变换(2)当当UsUr,或,或U rUs时,时,12 输出电压输出电压Uo (t)的大小决定于小的输入信号,且的大小决定于小的输入信号,且线性范围为线性范围为5.3.3 相相 位位 鉴鉴 频频 器

60、器非线性电子线路非线性电子线路图图919 919 直接脉冲计数式鉴频器直接脉冲计数式鉴频器 限幅放大微分uFMu1半波整流u2单稳u3低通滤波u4uo(a)(b)uFMtu1tu2tu3tu4tuot3. 直接脉冲计数式鉴频法直接脉冲计数式鉴频法非线性电子线路非线性电子线路5.4 集成调频发射机与接收机集成调频发射机与接收机5.4.1.MC28335.4.1.MC2833集成调频发射机集成调频发射机一、一、MC2833MC2833集成调频发射机的介绍集成调频发射机的介绍 MC2833 MC2833是是MotorolaMotorola公司生产的单片集成公司生产的单片集成FMFM低低功率功率发射器

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论