通信电路原理：第6章 调制与解调4

1、笫6章 调制与解调6.1 幅度调制6.2 角度调制 6.2.1 角度调制的基本概念 6.2.2 频率调制信号的性质 6.2.3 实现频率调制的方法与电路 6.2.4 调频波的解调方法与电路6.3 数字信号的调制 6.3.1 数字调制的基本形式 6.3.2 数字相位调制6.4 自动频率控制（AFC）16.2.3 实现频率调制的方法与电路直接调频：直接使振荡器的频率随调制信号呈线性关系变化。间接调频：先将调制信号积分处理后，再进行调相； 6.2.3.1 实现方法6.2.3.2 调频电路的技术指标6.2.3.3 变容二极管直接调频电路1、调制特性2、调制灵敏度3、最大频偏fm 4、中心频率稳定度6.

2、2.3.4 间接调频（1）变容二极管的特性（2）变容二极管的调制特性分析（3）变容二极管的调制电路分析（4）变容二极管直接调频电路的优缺点间接调频的优缺点频偏扩展的方法26.2.3.3 变容二极管直接调频电路（1）变容二极管的特性变容是利用PN结来实现的。 PN结的电容包括势垒电容和扩散电容两部分。变容利用的是势垒电容，所以PN结是反向偏置的。V = 0时变容管的等效电容为C0。变容指数为，它是一个取决于PN结的结构和杂质分布情况的系数（缓变结，=1/3；突变结，=1/2；超突变结，=2）。接触电位差为，硅管约为0.7V，锗管约为0.2V 。3（2）变容二极管的调制特性分析加到变容管两端的电压

3、，由三部分组成：偏置电压调制电压 回路振荡电压附图一通常，回路振荡电压幅度较小，可以认为变容管所呈现的电容主要由偏置电压和调制电压决定；假定调制信号为单频余弦信号，则加于变容管两端的电压为：4（2）变容二极管的调制特性分析（续1）5（2）变容二极管的调制特性分析（续2）式中： 表示变容管在只有偏置电压VB作用时所呈现的电容；电容调制度为： ，因 ，故 mC, c；网络的3dB带宽大于调频波的有效频谱带宽。准静态条件下，网络的输出响应能够跟得上输入调频波瞬时频率的变化。291、斜率鉴频电路（续3）双失谐回路鉴频器：由于采用了平衡电路，上下两个失谐回路特性的非线性可以互相补偿，所以鉴频器输出非线性

4、失真减少，线性鉴频范围扩大，鉴频灵敏度提高。缺点是三个回路互相耦合且为不同频率，调谐不方便。302、正交鉴频原理和电路延时网络低通滤波器为了实现调频波到调相调频波的变换，通常是将调频波延时某一时间，使得相位变化和瞬时频率变化成正比；前已说明，将调频波延时 t0 ，当满足一定条件（ t0 0.2/）时，可以得到相位变化规律与调制信号变化规律基本相同的调相波；一种相位检测方法是将调频信号与其延时后的信号相乘，其方框图如上图所示。这种方案多用于集成电路鉴频器中。312、正交鉴频原理和电路（续1）下面分析相乘过程：调频波为一单频余弦信号调制的信号，表示为：延时t0后的调频波可表示为：若 t0 0.2/

5、，将调频信号与其延时后的信号相乘可得：322、正交鉴频原理和电路（续2）上式表明，相乘结果的第二部分为一在2c处的调频调相波，它将被低通滤波器滤除。仅第一部分信号被输出，即：假定ct0=/2（正交鉴频电路）；并假定t0 0.2/mF，则上式可近似为：上式表明，这种鉴频方法可以得到与调制信号成正比的解调信号。鉴频器中所用的延时电路可用耦合回路和失谐回路实现。332、正交鉴频原理和电路（续3）举例：图6.3.27所示为利用相位解调器的鉴频器的电路。延时电路用失谐回路实现将调频信号与其延时后的信号相乘低通滤波器将滤除在2c处的调频调相波延时网络低通滤波器343、相位鉴频器（1）工作过程：用延时电路将

6、等幅调频波变换为等幅调相调频波；用相加电路将调频信号与其延时后的信号相加，将等幅调相调频波变换为调幅调相调频波；然后用幅度解调器解调，即可得到所需信号。353、相位鉴频器（续1）（2）电路定性说明：V1是等幅调频波；V2是调相调频波； VAO和VBO是调幅调相调频波；S曲线的方向取决于M； S曲线过零点主要取决于C2 ； S曲线的对称性主要取决于C1 。1fVO举例366.2.4 调频波的解调方法与电路6.2.3 实现频率调制的方法与电路6.2.3.1 实现方法6.2.3.2 调频电路的技术指标6.2.3.3 变容二极管直接调频电路6.2.3.4 间接调频6.2.4.1 解调方法6.2.4.2

7、 频率解调器的技术指标6.2.4.3 频率解调器电路1、斜率鉴频电路2、正交鉴频电路3、相位鉴频器1、利用锁相环路实现解调2、利用调频波的过零信息实现解调3、将调频波变换为调相 -调频波,然后用相位检波器解调4、将调频波变换为调幅 -调频波,然后用幅度检波器解调6.2.1 角度调制的基本概念6.2.2 频率调制信号的性质角度调制小结376.3 数字信号的调制如果调制信号为数字基带信号，则称为是数字调制；数字调制中也有调幅、调频和调相之分，被分别称为 幅移键控（ASK） 频移键控（FSK） 相移键控（PSK）调制器数字基带信号载波已调信号6.3.1 数字调制的基本形式382ASK信号可以用模拟电

8、路和数字键控方法产生SASK(t) SD(t)tt1 0 1 1 0 SD(t)SASK(t) SD(t) cosctSASK(t)39数字键控法FSK调制原理框图t1 0 1 1 0 SD(t)tSFSK(t)倒相器控制门振荡器振荡器相加器控制门f1f2SD(t)SFSK(t)402PSK信号可以用模拟电路和数字键控方法产生2PSKS (t)乘法器(a)SD (t)(b)移相0pS2PSKS (t)SD(t)载波2PSK 0 1 0 0 1SD (t)416.3.2.1 数字调相信号的特点及产生用基带数字信号对载波相位进行控制是调相技术的典型应用，是数字通信中一种非常重要的调制方式；6.3.

9、2 数字相位调制数字调相分为绝对调相和相对调相两种；以未调载波的相位作为本码元相位基准的调制方法，称为绝对调相；其示意图如下图所示。以相邻的前一个码元的载波相位为基准来确定本码元相位的调制方法，称为相对调相；其示意图如下图所示2PSK信号可以用模拟电路和数字键控方法产生2PSKS (t)乘法器(a)SD (t)(b)移相0pS2PSKS (t)SD(t)426.3.2.2 两相调相信号的解调带通滤波器低通滤波器2PSK信号数字基带信号本地载波载波恢复本地载波2PSK信号相乘得：调相信号的解调必须用同步解调方式：43低通输出得：t2PSK信号t乘法器输出t本地载波tVD (t)6.3.2.2 两

10、相调相信号的解调（续1）带通滤波器低通滤波器2PSK信号数字基带信号本地载波载波恢复44解调过程因此也可能出现两种情况：本地载波与信号中载波同频同相，所得的解调信号是正确的；本地载波与信号中载波相位差为，故使解调信号中码元的取值与调制信号中码元的取值相反。数字调相信号相干解调的关键问题是本地载波的建立。通常是将调相波进行全波整流，然后从整流信号中提取出2fc 分量，再分频，以得到频率fc 的本地载波信号。由分频得到的频率为fc 分量的初相位是不确定的（ 0或 相位），这就是绝对调相存在的相位模糊问题。6.3.2.2 两相调相信号的解调（续2）两相调相信号解调的讨论：456.3.2.2 两相调相

11、信号的解调（续3）绝对调相解调过程的两种情况t2PSK信号t乘法器输出t本地载波tVD (t)Vc (t)Vpm (t)0 1 0 0 1 1解决相位模糊问题的有效办法是利用相对码。46自动增益控制（AGC）电路 反馈控制系统的作用，是通过自身的调节，使输出量与输入量之间接近或恢复到预定的关系。比较器可控增益放大器直流放大器检波器在输入信号幅度变化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化的一种自动控制电路。自动频率控制（AFC）电路差频放大器限幅鉴频器压控振荡器放大器混频器一种频率自动控制系统，控制的是信号的频率；自动相位控制（APC）电路，又叫锁相环路（ Phase Lock

12、ed Loop，简称PLL）一种相位自动控制系统，控制的是信号的相位。鉴相器压控振荡器环路滤波器6.4 自动频率控制（AFC）1. 通信系统中三种反馈控制系统：476.4 自动频率控制（续1）2. AFC的电路方框图：频率比较器LPF可控频率电路486.4 自动频率控制（AFC）（续2）3. AFC电路的分析方法： 为了分析AFC电路的基本特性，通常采用两种方法，即分析法和图解法。 分析法是建立在AFC电路中各部件具有线性特性的基础上，因而它只在一定的范围内适用。但分析法可以得出描述AFC电路特性的数学表示式，因而易于看出各部件性能对AFC电路特性的影响。用分析法分析AFC电路的线性特性，包括

13、跟踪特性、频率特性和稳定性等。其分析过程与锁相环路类似。 图解法可以考虑各部件的实例特性，对AFC电路进行大范围工作状态的分析。但这种方法仅适用于比较简单的电路。496.4 自动频率控制（AFC）（续3）4. AFC电路的图解分析方法：下面讨论无滤波器AFC电路的工作情况：频率比较器可控频率电路上面的两个特性曲线图将改画成下面的两个图；用图解法求联立解时，将两个特性曲线图画在同一坐标图上。506.4 自动频率控制（AFC）（续4）两个特性曲线的交点M为其解为了减小稳态频差，可以改变曲线的斜率。516.4 自动频率控制（AFC）（续5）5. AFC电路的应用：混频器中频放大器解调器压控 振荡器鉴

14、频器混频器中频放大器鉴频器压控 振荡器低通滤波器 输出信号 接收信号 输出信号 接收信号 调幅接收机AFC电路方框图：本地振荡频率发生正偏离；中频放大器频率也发生正偏离；鉴频器输出电压降低VCO频率；中频频率偏离的数值减少。调频接收机AFC电路方框图：调频接收机的鉴频器也是 AFC电路；鉴频器输出信号经低通滤波器分离；低通滤波器输出电压改变VCO频率；中频频率偏离的数值减少。52调频波的解调方法与电路小结1、四种解调方法：利用调频波的过零信息实现解调；将调频波变换为调相-调频波，用相位检波器解调；将等幅调频波变换为调幅-调频波，用幅度解调器解调。利用锁相环路实现解调；2、三个主要指标： 灵敏度

15、 线性范围 非线性失真3、五种鉴频电路： 过零检测电路；斜率鉴频器；集成电路正交鉴频器； 相位鉴频器 ，锁相鉴频电路。53小结（续）二、调角波与调幅波的比较抗干扰性能好：大多数噪声都会引起已调波的振幅变化（AM噪声）；角度解调电路中，采用限幅器能够去除大部分的AM噪声；而在AM接收机中，这个噪声难以消除。带宽大：角度调制的边频多，频谱分量丰富，带宽大；调制指数越大，频率调制的抗干扰性就越好，但占用有限带宽就越大；调频波的抗干扰性能是以增加信道有效带宽为代价的。系统复杂。 54绝对调相信号2PSK0000055 相对调相信号2DPSK未调载波2DPSK参考(初始) 1 0 1 1 0 2DPSK信号并不依赖于某一固定的载波相位参考值，只要前后码元的相对相位关系不破坏，则鉴别这个相位关系仍可正确恢复数字信息。 返回基带信号 1 0 1 1 056例题2下图（A）所示为中频放大器和相位鉴频器的级联电路，耦合线圈的同名端如图所示。耦合电路初次级调谐正确后，S曲线如图（B）所示。1若输入电压为： Vi（t）=3cos2107t+0.5sin（103t）（v） 请写出鉴频器输出电压的表示式。2若次级线圈的同名端由上端为下端，S曲线如何变化？3若耦合电路初次级调谐不正确（即初次级失谐），S曲 线如何