角度调制与解调概述

第十章角度调制与解调§10.1概述一、调频调频波的指标：1、频谱宽度2、寄生调幅

3、抗干扰能力频率：调制信号频率、载波信号频率、频偏§10.1概述对鉴频器的要求：1、鉴频跨导：鉴频器的输出电压与输入调频波的瞬时频率偏移成正比，其比例系数叫鉴频跨导。2、鉴频灵敏度：主要是指为使鉴频器正常工作所需的输入调频波的幅度。二、鉴频鉴频方法：波形转换、信号过零点计数、符合门鉴频器3、鉴频频带宽度：鉴频特性曲线呈线性的频带宽度。4、寄生调幅的抑制。5、减小失真，提高稳定性。§10.2调频波的性质一、瞬时频率与瞬时相位tt0(t)t=0t=t(t)§10.2调频波的性质二、调频波和调相波的数学表示式设调频时瞬时频率：频移：最大频移(频偏)：瞬时相位：调频波：§10.2调频波的性质调频波的频率变化大小f与调制频率无关，最大相移与成反比；调相波的频率变化p与成正比，最大相移则与无关。振幅调制信号0t0t00t0t00t0§10.2调频波的性质三、调频波的频谱和频带宽度式中频谱特点：1.2.mf的影响，mf越大，频谱越丰富。

3.调频前后输出功率不变。频谱宽度：理论上：无限宽实际上：有限宽§10.2调频波的性质（窄带）例：利用以上近似公式计算以下三种情况下调频波的频带宽度解：三、调频波的频谱和频带宽度（宽带）§10.3调频方法概述1、产生调频信号的电路叫调频器。2、对调频器的四个主要要求：

(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。

(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。3、分类：

(1)直接调频

(2)间接调频一、引言§10.3调频方法概述二、直接调频原理

直接调频的基本原理是利用调制信号直接线性地改变载波振荡的瞬时频率。因此，凡是能直接影响载波振荡瞬时频率的元件或参数，只要能够用调制信号去控制它们，并从而使载波振荡瞬时频率按调制信号变化规律线性地改变，都可以完成直接调制的任务。

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。

将可以由电压控制参数的可变电容元件或电抗管电路，并联在振荡回路上，即可实现直接调频。§10.3调频方法概述二、间接调频原理缓冲级调相器调频波输出载波振荡器积分器调制信号§10.4变容二极管调频优点：能够获得较大的频移，线路简单，且几乎不需要调制功率。缺点：中心频率稳定度低。一、基本原理V000tCjCjtvRvRC0V0§10.4变容二极管调频虚线左边是典型的正弦波振荡器，右边是变容管电路。加到变容管上的反向偏压为：Cc是变容管与L1C1回路之间的耦合电容，同时起到隔直流的作用；Cv为对调制信号的旁路电容；L2是高频扼流圈，但让调制信号通过。DVCCL2C1Cc+VCvv+L1变容二极管与振荡回路之间的接入系数：定义：调制深度：公式推导：C、C’Cf§10.4变容二极管调频二、电路分析上式说明，瞬时频率的变化中，含有：3、中心频率相对与未调制时的载波频率产生的偏移为：（引起中心频率不稳定的因素）2、与调制信号二次、三次谐波成线性关系的成分，其最大频移为：（频率调制的非线性失真）1、与调制信号成线性关系的成分，其最大频移为：（调频时所需的频偏）§10.4变容二极管调频二次非线性失真系数为：三次非线性失真系数为：如果选取较小的m值，则非线性失真以及中心频率偏移均很小，兼顾频偏和非线性失真的要求，常取m0.5

。对小频偏情况：若取=1

，则二次、三次非线性失真系数以及中心频率偏移均可为零。总的非线性失真系数：对大频偏情况：取接近2，调制具有良好的线性。§10.4变容二极管调频例：已知振荡器指标为：频率f0=50MHz，振幅为5V，回路总电容C=30pF，选用变容二极管2CC1C，它的静态直流工作电压V0=4V，静态点的电容C0=75pF。设接如系数p=0.2，要求最大频移为f1=75kHz，调制灵敏度。试估算中心频率偏移和非线性失真。解：2CC1C为变容二极管，。查表，当时，§10.4变容二极管调频考虑到所以查表有：§10.4变容二极管调频可求得：中心频率偏移：调频波的非线性失真系数为：由：通常势垒电势VD比V0小很多，可以忽略，所以因而能满足调制灵敏度高的要求。§10.6晶体振荡器直接调频一、直接调频的主要优缺点可以获得较大频偏，但是中心频率的稳定性（主要是长期稳定性）较差。二、稳定中心频率的几种常用方法（1）对石英晶体振荡器进行直接调频。（2）采用自动频率控制电路。（3）利用锁相环路稳频。三、变容二极管与振荡回路的两种连接方式（1）与石英晶体并联。（2）与石英晶体串联。§10.6晶体管振荡器调频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影响调频信号中心频率的稳定度。§10.7间接调频：由调相实现调频1、间接调频的原理借助调相来实现调频。2、能得到很高的频率稳定度可以采用稳定度很高的振荡器作为主振荡器，而且调制不在主振荡器中进行。一、概述3、间接调频的历史

1936年提出间接调频（1940年出现电抗管调频、50年代出现变容二极管调频）间接调频频移太小，需要高次倍频§10.7间接调频：由调相实现调频二、调相的方法1、谐振回路或移相网络的调相方法（1）利用谐振回路调相主振器之后的放大器，其输入信号即载波振荡的角频率是固定的。当放大器的负载回路调谐时，放大器的输出电压与输入电压反相。设负载回路电容在调制信号v(t)=Vf(t)

控制下变化了C，且C与v(t)

成线性关系，即若：（C0是回路初始电容）回路相对失谐为：§10.7间接调频：由调相实现调频由于回路失谐，输出电压便产生一个附加的相移，它与失谐的关系为：若，则上式可近似写为：所以：说明，在满足与两个条件，附加相移与调制信号成线性关系。二、调相的方法1、谐振回路或移相网络的调相方法（1）利用谐振回路调相§10.7间接调频：由调相实现调频（2）利用移相网络调相由矢量图有当时，上式近似为二、调相的方法1、谐振回路或移相网络的调相方法VOVRVCBI2ViViAAB++VOVCCVR+VCT+ViCR§10.7间接调频：由调相实现调频2、矢量合成调相法（阿姆斯特朗法）调相波一般数学表示式：a(t)=A0cos[0t+Apv(t)]若最大相移很小，如：，则可近似写成：上式说明，调相波在调相指数小于0.5rad时，可以认为是由两个信号叠加而成：一个是载波振荡。另一个是载波被抑止的双边带调幅波，二者的相位差为。二、调相的方法调制信号输入主振器移相器平衡调幅器加法器调相波输出§10.7间接调频：由调相实现调频（网络移相法与矢量合成法）的共同缺点是：调制系数很小。2、矢量合成调相法（阿姆斯特朗法）二、调相的方法CABminmax放大器增益Ap主振器移相器乘法器加法器调相波输出v(t)Apv(t)A0cos0t§10.7间接调频：由调相实现调频三、间接调频的实现晶体振荡器积分器移相器缓冲级平衡调幅器晶体振荡器相加器倍频器N1混频器倍频器N2调频波输出调相器调频器调制信号输入f0§10.8相位鉴频器概念：相位鉴频器是根据第一类鉴频方法，利用回路的相位-频率特性来实现调幅-调频变换的。一、相位鉴频器的工作原理输入电路的初级回路C1、L1和次级回路C2、L2均调谐于调频波的中心频率f0。D1、R、C3和D2、R、C3组成上、下两个振幅检波器。电位关系：L2b’a’_+C3C3aC1_C4MC2D1D2RRb+_Va’b’+V12V12L3L1c§10.8相位鉴频器加在两个振幅检波器的输入信号分别为由图所示等效电路求出：一、相位鉴频器的工作原理+b_ML2+V12L1C2C1a_I1_+R2VsVab§10.8相位鉴频器鉴频器输出电压为：当fin=f0时，VD1=VD2，所以Va’b’=0；一、相位鉴频器的工作原理090°90°0090°+当fin>f0时，VD1>VD2，所以Va’b’>0；(=arctg(X2/R2))当fin<f0时，VD1<VD2

，所以