1、2022-11-16通信电路原理通信电路原理-北航北航08年年126.1 幅度调制幅度调制 3直接调频：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：间接调频：先先将调制信号积分处理后，再进行调相；将调制信号积分处理后，再进行调相；1、调制特性、调制特性2、调制灵敏度、调制灵敏度3、最大频偏、最大频偏 fm 4、中心频率稳定度、中心频率稳定度（1 1）变容二极管的特性）变容二极管的特性（4 4）变容二极管直接调频电路的优缺点）变容二极管直接调频电路的优缺点 v jC（1）变容二极管的特性）变容二极管的特性变容是利用变容是利用PN结来实
2、现的。结来实现的。PN结的电结的电容包括势垒电容和扩散电容两部分。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，所以变容利用的是势垒电容，所以PN结是结是反向偏置的。反向偏置的。V=0时变容管的等效电容为时变容管的等效电容为C0。变容指数为变容指数为，它是一个取决于它是一个取决于PN结的结构和杂质分布情况的系数结的结构和杂质分布情况的系数（缓变结，（缓变结，=1/3；突变结，；突变结，=1/2；超突变结，超突变结，=2）。）。接触电位差为接触电位差为，硅管约为硅管约为0.7V，锗管约为锗管约为0.2V。）（V1CC05加到变容管两端的电压，加到变容管两端的电压，由三部分组成：由三部分组
3、成：偏置电压偏置电压调制电压调制电压 回路振荡电压回路振荡电压附图一附图一通常，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；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，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：则加于变容管两端的电压为：tVtvmfcos)()()()(BtvtvVtvofctVVtvccos)(mB6CCCCCCCCCC221tVVvmBcos）（v1CC0C)cos1(cos1)1(cos)1()cos1(0000tmCtVVVCtVVCtVVCCcBmBmBm
4、Bc L v 式中：式中：表示变容管在只有偏置电压表示变容管在只有偏置电压VB作用时所作用时所呈现的电容；呈现的电容；电容调制度为：电容调制度为：，因，因 ，故，故 mC,c；网络网络的的3dB带宽大于调频波的带宽大于调频波的有效频谱带宽。有效频谱带宽。准静态条件下，网络的输出响应准静态条件下，网络的输出响应能够跟得上输入调频波瞬时频率的能够跟得上输入调频波瞬时频率的变化。变化。双失谐回路鉴频双失谐回路鉴频器器：f 2,1Dv 01f cf 02f f f f Dv 01f cf 02f 1Dv 2Dv Dv FMv 01f 02f 1D 2D 21DDDvvvmff33.1由于由于采用了平衡
5、电路，上下两采用了平衡电路，上下两个失谐回路特性的非线性可以个失谐回路特性的非线性可以互相补偿，互相补偿，所以所以鉴频器输出非鉴频器输出非线性失真减少，线性鉴频范围线性失真减少，线性鉴频范围扩大，鉴频灵敏度提高。缺点扩大，鉴频灵敏度提高。缺点是三个回路互相耦合且为不同是三个回路互相耦合且为不同频率，调谐不方便。频率，调谐不方便。延时网络延时网络低通滤波器低通滤波器调频波调相调频波解调输出为了为了实现调频波到调相实现调频波到调相调频波的变换，通常是将调频波调频波的变换，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；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
6、延时前已说明，将调频波延时 t0，当满足一定条件，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一种相位检测方法是将调频信号与其延时后的信号相乘相乘，其方框图如上图所示。这种方案多用于集成电路鉴频器中。其方框图如上图所示。这种方案多用于集成电路鉴频器中。)cossincos)(000ttmttmtttvFcFcFM)(tvFM)(tvo)(tvD下面分析相乘过程下面分析相乘过程：调频波为一单频余弦信号调制的信号，表示为：调频波为一单频余弦信号调制的
7、信号，表示为：延时延时t0后的调频波可表示为：后的调频波可表示为：sincos)(tmtVtvFccmFM)(sin)(cos)(000ttmttVttvFccmFM若若 t0 0.2/，将调频信号与其延时后的信号，将调频信号与其延时后的信号相乘相乘可得：可得：)(cos)sin(2cos21)(coscos21)(sin)(cossincos)()()(0020020020ttmttmtVttmtVttmtttmtVttvtvtvFcFcFcFFcFMFMocmcmcm342002001()cos(cos)21cos2(sin)cos2ocmcFcmcFcFv tVtmttVtmttmtt上
8、式表明，相乘结果的上式表明，相乘结果的第二部分为一在第二部分为一在2 c处处的的调频调相波，它将被低调频调相波，它将被低通滤波器滤除。仅第一通滤波器滤除。仅第一部分信号被输出，即：部分信号被输出，即：)cossin()sin()coscos()cos(21)coscos(21)(00002002ttmtttmtVttmtVtvFcFccmFccmD假定假定 ct0=/2（正交正交鉴频电路鉴频电路）；）；并假定并假定t0 0.2/mF，则，则上式可近似为：上式可近似为：ttmVtvFcmDcos21)(02上式表明，这种鉴频方法可以得到与调制信号成正比的解上式表明，这种鉴频方法可以得到与调制信号
9、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。路实现。35举例：举例：图图6.3.27所示为利用相位解调器的鉴频器的电路所示为利用相位解调器的鉴频器的电路。n延时电路延时电路用失谐回用失谐回路实现路实现n将调频信将调频信号与其延号与其延时后的信时后的信号相乘号相乘n低通滤波低通滤波器将滤除器将滤除在在2 2 c c处的处的调频调相调频调相波波延时网络延时网络低通滤波器低通滤波器调频波调相调频波解调输出36（1）工作过程）工作过程：用用延时延时电路将等幅调频波变换为等幅电路将等幅调频波变换为等幅调相调相调频波；调频波；用用相
10、加电路相加电路将调频信号与其延时后的信号将调频信号与其延时后的信号相加相加，将等幅调，将等幅调相相调频波变换为调频波变换为调幅调幅调相调相调频波；调频波；然后然后用用幅度解调器幅度解调器解调，即可得到所需信号。解调，即可得到所需信号。37（2）电路定性说明）电路定性说明：V1是等幅调频波；是等幅调频波；V2是调相是调相调频波；调频波；VAO和和VBO是调幅是调幅调相调相调频波；调频波；S曲线的方向取决于曲线的方向取决于M；S曲线过零点主要取决于曲线过零点主要取决于C2；S曲曲线的对称性主要取决于线的对称性主要取决于C1。1f fVO举例举例1、斜率鉴频电路、斜率鉴频电路2、正交鉴频电路、正交鉴
11、频电路3、相位鉴频器、相位鉴频器1、利用锁相环路实现解调、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、利用调频波的过零信息实现解调3、将调频波变换为调相、将调频波变换为调相-调频波调频波,然后用相位检波器解调然后用相位检波器解调4、将调频波变换为调幅、将调频波变换为调幅-调频波调频波,然后用幅度检波器解调然后用幅度检波器解调39如果调制信号为数字基带信号，则称为是数字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（幅移键控（ASK）频移键控（频移键控（FSK）相移键控（相移键控（
12、PSK）调制器调制器数字基带信号数字基带信号载波载波已调信号已调信号40SASK(t)ccos tSD(t)tt1 0 1 1 0 SD(t)SASK(t)SD(t)cosctSASK(t)41t1 0 1 1 0 SD(t)tSFSK(t)倒相器倒相器控制门控制门振荡器振荡器振荡器振荡器相加器相加器控制门控制门f1f2SD(t)SFSK(t)422PSKS (t)乘法器乘法器(a)SD(t)0cost(b)移相移相0S2PSKS (t)SD(t)0cost载波载波2PSK 0 1 0 0 1SD(t)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基带数字信号对载波相位进行控制是调相技术
13、的典型应用，是数字通信中一种非常重要的调制方式；用，是数字通信中一种非常重要的调制方式；数字调相分为绝对调相和相对调相两种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。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；的调制方法，称为相对调相；其示意图如下图所示其示意图如下图所示)(sin)()(skkcCMpmpskkTtgatVtvtSppak111概率为概率为)()
14、(DskkkTtgatS2PSKS (t)乘法器乘法器(a)SD(t)(b)移相移相0S2PSKS (t)SD(t)0costtcsin带通带通滤波器滤波器低通低通滤波器滤波器2PSK信号信号数字基带数字基带信号信号本地载波本地载波载波载波恢复恢复)(sin)(skkcCMpmkTtgatVtvtVtvcCMcsin)(本地载波本地载波2 2PSKPSK信号信号相乘得：相乘得：)(sin)()(2skkcCMCMcpmkTtgatVVtvtvtkTtgaVVkTtgaVVcskkCMCMskkCMCM2cos)(21)(21低通输出得：低通输出得：)(21)(skkCMCMDkTtgaVVtv
15、t2PSK信号信号t乘法器乘法器输出输出t本地本地载波载波tVD(t)带通带通滤波器滤波器低通低通滤波器滤波器2PSK信号信号数字基带数字基带信号信号本地载波本地载波载波载波恢复恢复46解调过程因此也可能出现两种情况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；确的；本地载波与信号中载波相位差为本地载波与信号中载波相位差为，故使解调信号中码，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。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数字调相信号相干解调的关键问题是本地载波的建立本
16、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，以得到频率分量，再分频，以得到频率fc 的本地载波信号。的本地载波信号。由分频得到的频率为由分频得到的频率为fc 分量的初相位是不确定的分量的初相位是不确定的（0或或 相位相位），这就是绝对调相存在的），这就是绝对调相存在的相位模糊问题相位模糊问题。两相调相信号解调的讨论：两相调相信号解调的讨论：绝对调相绝对调相)()(tvtvcpm解调过程的两种情况解调过程的两种情况t2PSK信号信号t乘法器乘法器输出输出t本地本地载波载波tVD(t)Vc(t)Vpm(t)
17、0 1 0 0 1 10 1 0 0 1 1解决相位模糊问题的有效办法是利用相对码。解决相位模糊问题的有效办法是利用相对码。48自动增益控制（自动增益控制（AGC）电路电路 反馈控制系统的作用，是通过自身的调节，使输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。出量与输入量之间接近或恢复到预定的关系。比较器比较器可控增益可控增益放大器放大器直流放大器直流放大器检波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。恒定或仅在较小范围内变化的一种自动控制电路。自
18、动频率控制（自动频率控制（AFC）电路电路差频差频放大器放大器限幅限幅鉴频器鉴频器压控压控振荡器振荡器放大器放大器混频器混频器一种频率自动控制系统，控制的是信号的频率；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（自动相位控制（APC）电路，又叫锁相环路（电路，又叫锁相环路（Phase Locked Loop，简称，简称PLL）一种相位自动控制系统，控制的是信号的相位。一种相位自动控制系统，控制的是信号的相位。鉴相器鉴相器压控压控振荡器振荡器环路环路滤波器滤波器1 1.通信系统中三种反馈控制系统通信系统中三种反馈控制系统：492.AFC的电路的电路方框图方框图：频率比较器频率比较器L
19、PF可控频率电路可控频率电路rrv ：参考信号EvCvyyv ：输出信号yrdEyrEKvfv：鉴频器频率比较器 svsHsvEC：低通滤波器0 yCoyCyvKvg：压控振荡器可控频率电路 Cv y 0y 0 0r Ev y503.AFC电路的分析方法电路的分析方法：为了分析为了分析AFC电路的基本特性，通常采用两种方法，即电路的基本特性，通常采用两种方法，即分析法分析法和和图解法图解法。分析法是建立在分析法是建立在AFC电路中各部件具有线性特性的基础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。上，因而它只在一定的范围内适用。但分析法可以得出描述但分析法可以得出描述AFC电
20、路特性的数学表示式，因电路特性的数学表示式，因而易于看出各部件性能对而易于看出各部件性能对AFC电路特性的影响。电路特性的影响。用分析法分析用分析法分析AFC电路的线性特性，包括跟踪特性、频电路的线性特性，包括跟踪特性、频率特性和稳定性等。率特性和稳定性等。其分析过程与锁相环路类似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，对图解法可以考虑各部件的实例特性，对AFC电路进行大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。电路。51 0 Ev 4.AFC电路的电路的图解图解分析方法分析方法：下面下面讨论讨论无无滤波器
21、滤波器AFC电路的工作情况：电路的工作情况：频率比较器频率比较器可控频率电路可控频率电路Ev Cv y 0y 0 0r Ev yr1)(sHECvv 00yryr0102yy上面上面的的两个特性曲线两个特性曲线图图将改画成下面将改画成下面的的两个两个图；图；用图解用图解法法求联立解时，将两个特性曲线求联立解时，将两个特性曲线图图画在画在同一同一坐标坐标图图上。上。0 Ev Ev 0 52 Ev 0M11初始失谐：yM1My可以看出：yM两个特性曲线的交点两个特性曲线的交点M M为其解为其解为稳态频差。My为了减小稳态频差，可以改变曲线的斜率。为了减小稳态频差，可以改变曲线的斜率。5.AFC电路
22、的电路的应用应用：混频器混频器中频中频放大器放大器解调器解调器压压控控 振荡器振荡器鉴频鉴频器器混频器混频器中频中频放大器放大器鉴频鉴频器器压压控控 振荡器振荡器低通低通滤波器滤波器 输出输出信号信号 接收接收信号信号 输出输出信号信号 接收接收信号信号 调幅调幅接收机接收机AFC电路方框图：电路方框图：本地振荡频率发生本地振荡频率发生正偏离正偏离；中频放大器频率也发生中频放大器频率也发生正偏离正偏离；鉴频鉴频器器输出输出电压电压降低降低VCO频率；频率；中频频率中频频率偏离偏离的数值的数值减少。减少。调频调频接收机接收机AFC电路方框图：电路方框图：调频调频接收机的接收机的鉴频鉴频器也器也是
23、是 AFC电路；电路；鉴频鉴频器器输出信号经低通滤波器分离输出信号经低通滤波器分离；低通滤波器输出低通滤波器输出电压电压改变改变VCOVCO频率；频率；中频频率中频频率偏离偏离的数值的数值减少。减少。541、四种解调方法、四种解调方法：利用调频波的过零信息实现解调；利用调频波的过零信息实现解调；将调频波变换为调相将调频波变换为调相-调频波，用相位检波器解调；调频波，用相位检波器解调；将等幅调频波变换为调幅将等幅调频波变换为调幅-调频波，用幅度解调器解调。调频波，用幅度解调器解调。利用锁相环路实现解调；利用锁相环路实现解调；2、三个主要指标、三个主要指标 灵敏度灵敏度 线性范围线性范围 非线性失
24、真非线性失真3、五种鉴频电路、五种鉴频电路：过零检测电路；过零检测电路；斜率鉴频器；集成电路正交鉴频器；斜率鉴频器；集成电路正交鉴频器；相位鉴频器相位鉴频器，锁相鉴频电路锁相鉴频电路。55二、调二、调角角波波与与调幅波的比较调幅波的比较抗干扰性能好抗干扰性能好：大多数噪声都会引起已调波的振幅变化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噪声）；角度解调电路中，采用限幅器能够去除大部分的分的AM噪声；而在噪声；而在AM接收机中，这个噪声难以消除。接收机中，这个噪声难以消除。带宽大带宽大：角度调制的边频多，频谱分量丰富，带宽大；角度调制的边频多，频谱分量
25、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；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。调频波的抗干扰性能是以增加信道有效带宽为代价的。系统复杂系统复杂。5657未调载波未调载波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。确恢复数字信息。返回返回基带信号基带信号 1 0 1 1 0
26、58下下图（图（A）所示为中频放大器和相位鉴频器的级联电路，耦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，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（曲线如图（B）所示。所示。1若输入电压为若输入电压为：Vi（t）=3cos2107t+0.5sin（103t）（v）请写出鉴频器输出电压的表示式。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，若次级线圈的同名端由上端为下端，S曲线如何变化？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），若耦合电路初次级调谐不正确（即初次级失谐），S曲曲 线如何变化线如
27、何变化？5960（1 1）由）由)10sin(5.0102cos3)(37tttvi5.0FmHzFmfFm31025.0由图由图(b)(b)可得可得:时时 所以所以，可得输出电压，可得输出电压:)(1.0-VVom)(10cos(1.03VtVo（2 2）若次级线圈的同名端由上变为下，则鉴频器输出）若次级线圈的同名端由上变为下，则鉴频器输出 电压与原来反相，电压与原来反相，S曲线也反相。（3 3）若耦合电路初次级调谐不正确）若耦合电路初次级调谐不正确:若初级调谐不正确，使得S曲线发生上下变化。若次级调谐不正确，S曲线过零点发生变化。HzF3105.0 HzfmK25.061（调制指数（调制指数，波形，频谱结构，功率分配，抗干扰能力，波形，频谱结构，功率分配，抗干扰能力。）。）62返回一返回一返回二返回二tVtVtVtVtvccmMccmMSSBsin2sincos2cos)(）（V1CC02022-11-16通信电路原理通信电路原理-北航北航08年年64l l 谢谢！谢谢！
