1、第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.1 6.1 概述概述角度调制与振幅调制的异同：角度调制与振幅调制的异同：1 1）振幅调制属于）振幅调制属于频谱线性搬移电路频谱线性搬移电路,调制信号寄生于已调信号的振幅调制信号寄生于已调信号的振幅变化中；变化中；2 2）角度调制属于频谱的非线性搬移电路）角度调制属于频谱的非线性搬移电路,已已调波为等幅波调波为等幅波,调制信息寄生于已调波的频率和相位调制信息寄生于已调波的频率和相位变化中。变化中。FMFM，PMPM vAMAM1.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.2 6.2 调角信号的分析调角信号的分析 6.2.1 6.2.1 瞬
2、时频率和瞬时相位瞬时频率和瞬时相位如果设高频载波信号为：如果设高频载波信号为：)(cos)cos()(tUtUtuomooomo 当进行角度调制当进行角度调制(FM(FM或或PMPM）后后 ,其已调波的角频率将是其已调波的角频率将是时间的函数即时间的函数即(t)(t)。可用。可用右图所示的旋转矢量表示。右图所示的旋转矢量表示。t t=t t(t)(t)o)t(t t=0=0实轴实轴2.设旋转矢量的长度为设旋转矢量的长度为omU初相角为初相角为 ，t t=t t时，时，o 矢量与实轴之间的瞬时相角为矢量与实轴之间的瞬时相角为 )(t，显然有：显然有：关系关系瞬时频率与瞬时相角的瞬时频率与瞬时相角
3、的 todtttdttdt0)()()()(而该矢量在实轴上的投影：而该矢量在实轴上的投影：)(cos)(tUtuomo 第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.2 6.2 调角信号的分析调角信号的分析 6.2.1 6.2.1 瞬时频率和瞬时相位瞬时频率和瞬时相位t t=t t(t)(t)o)t(t t=0=0实轴实轴3.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.2 6.2 调角信号的分析调角信号的分析 6.2.2 6.2.2 调角信号的分析与特点调角信号的分析与特点1.调频波的数学表示tUuoomot cos）（载波信号：载波信号：tUu cos调调制制信信号号：由于已调波
4、频率随调制信号线性变化，则有：由于已调波频率随调制信号线性变化，则有：)()()(ttuktofo 4.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.2 6.2 调角信号的分析调角信号的分析 6.2.2 6.2.2 调角信号的分析与特点调角信号的分析与特点其中：其中：为载波角频率，为载波角频率，FMFM波的中心频率。波的中心频率。o 为调频灵敏度，为调频灵敏度，fk)()(tutkf 单位调制信号振幅引起的频率偏移。单位调制信号振幅引起的频率偏移。()()ftk ut 称为瞬时频率偏移（简称频称为瞬时频率偏移（简称频偏）偏）,寄载了调制信息，表示瞬时频率相寄载了调制信息，表示瞬时频率相对于
5、载波频率的偏移。对于载波频率的偏移。最大频偏最大频偏 max|()|mffkutk U5.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.2 6.2 调角信号的分析调角信号的分析 6.2.2 6.2.2 调角信号的分析与特点调角信号的分析与特点另外，由瞬时频率与所对应的瞬时相位的关系，若另外，由瞬时频率与所对应的瞬时相位的关系，若设设 则有：则有：0 o 0000()()()()()tttfofott dtk utdttkut dttt其中其中,)t(称为瞬时相位偏移称为瞬时相位偏移 0()()sintffUtkut dtktmax()mfUtk 最大相位偏移：最大相位偏移：0()cos()
6、cos()tomomFMofutUtUtkut dt6.0()cos()cossincossintomFMoffmomoomofutUtkut dtk UUttUtmt对于单一频率调制的对于单一频率调制的FMFM波，由于波，由于 tUtu cos)(于是一般调频信号的数学表达式：于是一般调频信号的数学表达式：mfm 称为称为FMFM波的调频指数，即最大相位偏移。波的调频指数，即最大相位偏移。注意：与注意：与AMAM波不同，波不同，m m f f 一般可大于一般可大于1 1，且，且m m f f 越越大，抗干扰性能越好，但频带越宽。大，抗干扰性能越好，但频带越宽。第第6 6章章 角度调制和解调角
7、度调制和解调 6.2 6.2 调角信号的分析调角信号的分析 6.2.2 6.2.2 调角信号的分析与特点调角信号的分析与特点7.2.调相波的数学表示第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.2 6.2 调角信号的分析调角信号的分析 6.2.2 6.2.2 调角信号的分析与特点调角信号的分析与特点tUuoomot cos）（载波信号：载波信号：tUu cos调调制制信信号号：由于已调波相位随调制信号线性变化，则有：由于已调波相位随调制信号线性变化，则有：)()()(tttukttopo 8.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.2 6.2 调角信号的分析调角信号的分析 6.2
8、.2 6.2.2 调角信号的分析与特点调角信号的分析与特点其中：其中：to 为载波的相位角。为载波的相位角。pk为调相灵敏度，为调相灵敏度，)()(tutkp 表示单位调制信号振幅引起的相位偏移。表示单位调制信号振幅引起的相位偏移。)()(tuktp 为瞬时相位偏移，即为瞬时相位偏移，即 )(t 相对于相对于 to 的偏移量。的偏移量。最大相位移：最大相位移：max|()|mpppk utk Um又称（调相指数）又称（调相指数）9.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.2 6.2 调角信号的分析调角信号的分析 6.2.2 6.2.2 调角信号的分析与特点调角信号的分析与特点另外，由
9、瞬时相位与所对应的瞬时频率之间的关系，另外，由瞬时相位与所对应的瞬时频率之间的关系，可得：可得：)()()()(tdttdukdttdtopo 最大频偏最大频偏:Ukdttdukppmmax|)(|PMPM波的表达式：波的表达式：)(costuktUupoPM coscoscoscosomPMopmomopuUtk UtUtmt式中：式中：dttduktp)()(称为称为PMPM波的瞬时频偏波的瞬时频偏10.FMFM波波 PMPM波波瞬时频率瞬时频率()()oftk utdttduktpo)()(瞬时相位瞬时相位otFodttuktt 0)()(opotuktt )()(最大频偏最大频偏 ma
10、x|()|fmFmk utk Umax()|mppmdutkk Udt最大相位最大相位 0max|()|tfmFmFmkut dtUk max|()|pmppmmkutk U 表达式表达式:0()cos()cos()cossincossinomFMtomofofmomooomofoutUtUtkut dtk UUttUtmt ()cos()cos()coscoscoscosomPMomopoomopmoomopoutUtUtk utUtk UtUtmt 3.3.调频波与调相波的比较调频波与调相波的比较11.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.2 6.2 调角信号的分析调角信号的分
11、析 调频波与调相波的区别：调频波与调相波的区别：1）若调制信号为单一频率的余弦波，PM波的相位变化规律仍是余弦形式；FM波的频率变化规律是余弦形式，但相位变化规律却是正弦形式的。2）PM波的调制指数只与调制信号的幅度有关，与调制信号的频率无关；但FM波的调制指数不仅与调制信号的幅度成正比，而且与调制信号的频率成反比。6.2.2 6.2.2 调角信号的分析与特点调角信号的分析与特点3）FM波的最大频偏与调制信号的幅度有关，与调制信号的频率无关；但PM波的最大频偏不仅与调制信号的幅度成正比，而且与调制信号的频率成正比。注意：无论调频还是调相，最大频偏与调制指数之间的关系都是相同的。12.m mp
12、p m mm mm mf fFMFM波：波：Ukfm UkmffPMPM波：波：Ukpm Ukmpp可以看出调相制的信号带宽随调制信号频率的升高而可以看出调相制的信号带宽随调制信号频率的升高而增加，而调频波则不变，有时把调频制叫做恒定带宽增加，而调频波则不变，有时把调频制叫做恒定带宽调制。调制。第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.2 6.2 调角信号的分析调角信号的分析 6.2.2 6.2.2 调角信号的分析与特点调角信号的分析与特点13.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.2 6.2 调角信号的分析调角信号的分析 6.2.3 6.2.3 调角信号的频谱与带宽调角信
13、号的频谱与带宽1.调角信号的频谱调角信号的频谱如果用如果用m m代替代替m mf f 或或 m mp p，把，把 FM FM 和和 PMPM信号用统一的调信号用统一的调角信号来表示，且令角信号来表示，且令 ，则单一频率调制的调角，则单一频率调制的调角信号统一的表示式为信号统一的表示式为0 o sincos)(tmtUtuo 利用三角公式：利用三角公式：sinsincoscos)cos(可展开成以下级数：可展开成以下级数：1204202cos)(2)(4cos)(22cos)(2)()sincos(nntnmJmJtmJtmJmJtm14.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.2 6
14、.2 调角信号的分析调角信号的分析 6.2.3 6.2.3 调角信号的频谱与带宽调角信号的频谱与带宽 012531)12cos()(25sin)(23sin)(2)(2)sinsin(nntnmJtmJtmJmJtm式中式中 称为第一类称为第一类Bessel functionBessel function，当，当m m，n n一定一定时，时，)(mJn)(mJn为定系数，可由曲线和函数表查出。所以：为定系数，可由曲线和函数表查出。所以：01212sin)12sin()(2cos2cos)(2)()(nononnottnmJUttnmJmJUtu 又利用三角函数积化和差公式：又利用三角函数积化和
15、差公式：)cos(21)cos(21sinsin)cos(21)cos(21coscos 所以上式可表示为所以上式可表示为:nontnmJUtu)cos()()(15.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.2 6.2 调角信号的分析调角信号的分析 6.2.3 6.2.3 调角信号的频谱与带宽调角信号的频谱与带宽讨论：讨论：单一频率信号调制下调角信号频谱具有如下特点：单一频率信号调制下调角信号频谱具有如下特点：(1)FM/PM(1)FM/PM信号的频谱由载频信号的频谱由载频 和无限对上，下边频分和无限对上，下边频分量量 组成其中分量组成其中分量 的幅度为的幅度为 ，其大，其大小决定于
16、小决定于m m；上下边频分量上下边频分量 的幅度为的幅度为 其大小与其大小与m m和和n n的大小有关。一般有：的大小有关。一般有：o)(no o omUmJo)(:omUmJn)()(no 值越大所占频带越宽值越大所占频带越宽一定时一定时当当不计不计高次边频分量可以忽略高次边频分量可以忽略一定时一定时当当mmJmnmJnmnn,)(:,0)(:o调制信号调制信号u u载波载波u uo oFM/PMFM/PM的频谱的频谱o-2o-3o-4o-o+oo+2o+3o+416.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.2 6.2 调角信号的分析调角信号的分析 6.2.3 6.2.3 调角信号
17、的频谱与带宽调角信号的频谱与带宽(2)(2)由第一类由第一类Bessel functionBessel function的性质：的性质：)()1()(2mJmJnnn ）所以有所以有 :为奇数为奇数为偶数为偶数nmJmJnmJmJnnnn),()(),()(各边频分量与载频分量之间的频率间距为各边频分量与载频分量之间的频率间距为n n ，且，且当当n n为偶数时，上下边频分量符号相同，而当为偶数时，上下边频分量符号相同，而当n n=奇数奇数时，上下边频分量符号相反。时，上下边频分量符号相反。方和恒等于方和恒等于，各阶贝赛尔函数的平，各阶贝赛尔函数的平）对于任意的）对于任意的11m由此可得：FM
18、/PMFM/PM信号的平均功率与未调载波的平均信号的平均功率与未调载波的平均功率是一样的，且与调制指数无关。功率是一样的，且与调制指数无关。17.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.2 6.2 调角信号的分析调角信号的分析 6.2.3 6.2.3 调角信号的频谱与带宽调角信号的频谱与带宽2.调角信号的带宽调角信号的带宽实际上可以把调角信号认为是有限带宽的信号，这取实际上可以把调角信号认为是有限带宽的信号，这取决于实际应用中允许解调后信号的失真程度。决于实际应用中允许解调后信号的失真程度。工程上有两种不同的准则：工程上有两种不同的准则：(1)(1)比较精确的准则：比较精确的准则：F
19、MFM信号的带宽包括幅度大于未信号的带宽包括幅度大于未调载波振幅调载波振幅1%1%以上的边频分量，即以上的边频分量，即 01.0|)(|fnmJ如在满足上述条件下最高边频的次数为如在满足上述条件下最高边频的次数为n n maxmax，则，则FMFM信信号的带宽为号的带宽为B BFMFM=2n=2nmaxmax 或或B BFMFM=2n=2nmaxmaxF F，其中，其中 2 F利用利用B B e e s s s s e e l functionl function可得近似公式可得近似公式:FmmBffFM)1(2 18.15.010.0|)(|mJn(2)(2)常用的工程准则：凡是振幅小于未调
20、载波振幅常用的工程准则：凡是振幅小于未调载波振幅的的10%10%15%15%的边频分量可以忽略不计。即的边频分量可以忽略不计。即 由由Bessel functionBessel function可得：可得：B BFMFM=2(m=2(mf f+1)F+1)F在实际应用中也常区分为：在实际应用中也常区分为：)(22,10)1(2,1)(,2,1为最大频偏为最大频偏称为宽带调频称为宽带调频波频带相同波频带相同与与称为窄带调频称为窄带调频mmfFMffFMfFMfffFmBmFmBmAMFBm第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.2 6.2 调角信号的分析调角信号的分析 6.2.3 6.
21、2.3 调角信号的频谱与带宽调角信号的频谱与带宽19.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.2 6.2 调角信号的分析调角信号的分析 6.2.3 6.2.3 调角信号的频谱与带宽调角信号的频谱与带宽对有限频带的调制信号，即对有限频带的调制信号，即F=F=F F minminF F maxmax，调角信号的频带为：调角信号的频带为：maxmaxmax,2,10)1(2,12,1mFffBmFmBmFBmmm时时时时时时20.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.3 6.3 调频电路调频电路 6.3.1 6.3.1 实现调频、调相的方法实现调频、调相的方法 由相位与频率之间
22、的关系：由相位与频率之间的关系：)/(,)()()(,)()(0sraddttdtraddtttt 在同一调制信号在同一调制信号 的控制下，形成的的控制下，形成的FMFM波和波和PMPM波的波的表达式为：表达式为：)(tu)(cos)()(cos)(0tuktUtudttuktUtupoPMtfoFM 以上的过程为直接调频或直接调相。以上的过程为直接调频或直接调相。21.)(tu 调频器调频器 tFoFMdttuktUtu0)(cos)(FMdirect)(tu 调相器调相器)(costuktUupoPM 第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.3 6.3 调频电路调频电路 6.3.
23、1 6.3.1 实现调频、调相的方法实现调频、调相的方法 MdirectP22.(2)(2)把把)(tu先微分后再调频，可以得间接调相。先微分后再调频，可以得间接调相。微分微分调频调频(1)(1)如果把如果把 先积分后，再经过调相器，也可得到先积分后，再经过调相器，也可得到对对 而言的调频波，也称为间接调频。而言的调频波，也称为间接调频。)(tu)(tu)(tu tdttu0)(积分积分调相调相 tpoFMdttuktUu0)(cos)(tu)(costuktUupoPM )(tudtd 第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.3 6.3 调频电路调频电路 6.3.1 6.3.1 实
24、现调频、调相的方法实现调频、调相的方法 23.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.3 6.3 调频电路调频电路 6.3.2 6.3.2 压控振荡器直接调频电路压控振荡器直接调频电路 用调制信号电压控制振荡回路的参数，如回路电容用调制信号电压控制振荡回路的参数，如回路电容C C或回路电感或回路电感L L，并使振荡频率，并使振荡频率正比于所加调制信号正比于所加调制信号电压，即可实现调频。电压，即可实现调频。在直接调频法中常采用压控振荡器作为频率调制器来在直接调频法中常采用压控振荡器作为频率调制器来产生调频信号。产生调频信号。通常有：通常有：，压控振荡器的输出信号即，压控振荡器的输出信
25、号即为调频信号。为调频信号。)()(ftukto VCOVCO的特点：瞬时频率随外加控制信号的变化而变化。的特点：瞬时频率随外加控制信号的变化而变化。24.)(tu VCOVCO )(cos)(dttuktUtufoFM 式中：式中：U U为振荡信号的振幅，为振荡信号的振幅，：o 当当 0)(tu时的振荡频率，时的振荡频率，k k f f：VCOVCO控制灵敏度。控制灵敏度。VCOVCO中最常用的压控元件：中最常用的压控元件：变容二极管变容二极管 由晶体管和场效应管组成的电抗电路。由晶体管和场效应管组成的电抗电路。压控振荡器直接调频的优点：可获得较大频偏；压控振荡器直接调频的优点：可获得较大频
26、偏；缺点：中心频率稳定性差，常采用自动频率微调电缺点：中心频率稳定性差，常采用自动频率微调电路来克服载频偏移。路来克服载频偏移。第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.3 6.3 调频电路调频电路 6.3.2 6.3.2 压控振荡器直接调频电路压控振荡器直接调频电路 25.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.3 6.3 调频电路调频电路 6.3.3 6.3.3 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路1.1.变容二极管变容二极管 扩散电容：正向偏置时起主要作用；扩散电容：正向偏置时起主要作用；势垒电容：反向偏置起主要作用。势垒电容：反向偏置起主要作用。正向偏置时半导
27、体二极管的正向电阻小，所以为利用正向偏置时半导体二极管的正向电阻小，所以为利用PNPN结的电容，结的电容，PNPN结应工作在反向偏置状态。结应工作在反向偏置状态。PNPN结反向偏置时电容会随外加反向偏压而变化，而专结反向偏置时电容会随外加反向偏压而变化，而专用的变容二极管，是经过特殊工艺处理（控制半导体用的变容二极管，是经过特殊工艺处理（控制半导体的掺杂浓度和掺杂的分布）使势垒电容能灵敏地随反的掺杂浓度和掺杂的分布）使势垒电容能灵敏地随反向偏置电压的变化而呈现较大变化的压控变容元件。向偏置电压的变化而呈现较大变化的压控变容元件。半导体二极管的半导体二极管的PNPN结具有电容效应，它包括：结具有
28、电容效应，它包括：26.)1(DRoUuCCj 结电容结电容C Cj j与反偏电压与反偏电压u uR R的关系：的关系：C Co o为为：0 Ru时的电容值（零偏置电容）时的电容值（零偏置电容）:Ru反向偏置电压，反向偏置电压，U UD D：PNPN结势垒电位差。结势垒电位差。V3.0:GeV7.0:Si ：结电容变化指数，通常：结电容变化指数，通常=1/2=1/21/31/3，经特殊工，经特殊工艺制成的超突变结电容艺制成的超突变结电容 =1=15 5。可以看出可以看出C C j j与与u uR R之间是非线性关系，即变容二极管之间是非线性关系，即变容二极管属于非线性电容，这种非线性电容基本上
29、不消耗能属于非线性电容，这种非线性电容基本上不消耗能量，产生的噪声量级也较小，是较理想的高效率，量，产生的噪声量级也较小，是较理想的高效率，低噪声非线性电容。低噪声非线性电容。第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.3 6.3 调频电路调频电路 6.3.3 6.3.3 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路27.tmCtmUUCtUUUUUUCUtUUCUtUUCCjQDooDDoDDoDojcos1cos11cos1cos1)cos(10000设在变容二极管上加一个静态工作电压设在变容二极管上加一个静态工作电压U Uo o和一个单频和一个单频调制信号调制信号 tUtu cos
30、)(，则结反偏电压：，则结反偏电压：tUUtuUtuooR cos)()(而结电容：而结电容：第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.3 6.3 调频电路调频电路 6.3.3 6.3.3 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路28.其中：其中：DojQUUCC 10为静态工作点的结电容。为静态工作点的结电容。oDUUUm 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。C Cj ju uR RU UQ Qu uR Rt tC C j jt tC CjQjQ第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.3 6.3 调频电路调频电路 6.3.3 6.3.3 变容二极
31、管直接调频电路变容二极管直接调频电路29.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.3 6.3 调频电路调频电路 6.3.3 6.3.3 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路2.2.变容二极管直接调频的原理电路变容二极管直接调频的原理电路 +u uR R-L LC Cj jC C1 1C C2 2VTVTL LC Cj jC C1 1C C2 2VTVTL LD DC C3 3C C4 4E EC CR R2 2+u u-R R1 1+U Uo o-为了突出调频性能的分析，下图只画出了它的高频为了突出调频性能的分析，下图只画出了它的高频交流等效电路，没有画出直流馈电电路。交流等
32、效电路，没有画出直流馈电电路。30.图中；图中；C C3 3为高频偶合电容，为高频偶合电容，C C4 4为偶合隔直电容，为偶合隔直电容，L LB B为为高频扼流圈，阻止高频电流经过调制信号源被旁路，高频扼流圈，阻止高频电流经过调制信号源被旁路，右图为振荡器交流等效电路，右图为振荡器交流等效电路，C Cj j与振荡器回路并联，与振荡器回路并联，R R1 1，R R2 2为为C Cj j的偏置电路，为的偏置电路，为C C j j提供静态直流偏压提供静态直流偏压 221RRREUCo 而二极管的反偏电压为：而二极管的反偏电压为：)(tuUuoR 第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.3
33、6.3 调频电路调频电路 6.3.3 6.3.3 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路31.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.3 6.3 调频电路调频电路 6.3.3 6.3.3 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路由上电路可知，振荡频率为：由上电路可知，振荡频率为：LC1 而而 2121CCCCCCj 为了简化电路分析，如果设为了简化电路分析，如果设：2121CCCCCj，则有则有 jCC 2)cos1(1)cos1(11 tmLCtmLCLCjQjQj 其中其中 jQoLC1 为未加调制信号为未加调制信号 0)(tu时的振荡频率时的振荡频率，3.3.调频性能
34、分析调频性能分析即为调频振荡器的中心频率。即为调频振荡器的中心频率。L LC C1 1C C2 2C Cj jVTVT+u uR R-32.DooffoDooooUUktUktUUUtmt 其中其中,coscoscos1)(则则讨论讨论:(1)1)设设 =2=2即满足线性调频即满足线性调频。则则 2cos1)(tmto 第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.3 6.3 调频电路调频电路 6.3.3 6.3.3 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路2 (2)(2)当当33.利用级数展开，即利用级数展开，即)x!2)1n(nnx1)x1(2n tcosm)12(2!21tcos
35、m21)t(22o )(t忽略高次项忽略高次项 可近似为：可近似为：t2costcos)(t2cosm)12(8tcosm2m)12(81)t(m2m0020020 是由是由C Cj jV V d d的非线性而引起的的非线性而引起的,om 0结论：结论：1 1）oom 2)12(8 为中心频率的偏移量，为中心频率的偏移量，第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.3 6.3 调频电路调频电路 6.3.3 6.3.3 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路34.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.3 6.3 调频电路调频电路 6.3.3 6.3.3 变容二极管直接调频
36、电路变容二极管直接调频电路2 2）02 mm 为与调频频率有关的最大频偏，为与调频频率有关的最大频偏，mom 3 3）omm 22)12(8 为由于由于C Cj ju uR R的非线性作用，使频偏的非线性作用，使频偏中增加了中增加了的谐波分量（的谐波分量（2 2）而引起的附加频偏，会）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。造成调频接收时的非线性失真，应尽量减少这种失真。4)4)定义调频灵敏度定义调频灵敏度：DoooDomfUUUUUUUmUS 2220调制信号振幅调制信号振幅最大角频偏最大角频偏35.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.3 6.3 调
37、频电路调频电路 6.3.5 6.3.5 间接调频电路间接调频电路 1.1.间接调频法间接调频法 高稳定度载高稳定度载波振荡器波振荡器 相位相位调制器调制器积分积分 电路电路多级倍频多级倍频和混频器和混频器宽带宽带 )(tuFM)(tu dttu)(窄带窄带)(tuFM间接调频法就是利用调相方法来实现调频。间接调频法就是利用调相方法来实现调频。36.但最大频偏小的缺点可以通过多级倍频器后获得符但最大频偏小的缺点可以通过多级倍频器后获得符合要求的调频频偏，另外采用混频器变换频率可以合要求的调频频偏，另外采用混频器变换频率可以得到符合要求的调频波工作范围。得到符合要求的调频波工作范围。采用高稳定度的
38、晶体振荡器作为主振级，然后再对这采用高稳定度的晶体振荡器作为主振级，然后再对这个稳定的载频信号进行调相，这样一来就可得中心频个稳定的载频信号进行调相，这样一来就可得中心频率稳定度高的调频信号。率稳定度高的调频信号。在间接调频时，要获得线性调频必需以线性调相为基在间接调频时，要获得线性调频必需以线性调相为基础。但在实现线性调相时，要求最大瞬时相位偏础。但在实现线性调相时，要求最大瞬时相位偏移移 ，因而线性调相的范围很窄，因此转换成，因而线性调相的范围很窄，因此转换成的调频波的最大频偏的调频波的最大频偏 很小，即：很小，即：m mf f11，这是间接，这是间接调频法的主要缺点。调频法的主要缺点。o
39、m30 mf 第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.3 6.3 调频电路调频电路 6.3.5 6.3.5 间接调频电路间接调频电路 37.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.3 6.3 调频电路调频电路 6.3.5 6.3.5 间接调频电路间接调频电路 2.2.变容二极管调相电路变容二极管调相电路 间接调频的关键电路是调相器，常用的变容二极管间接调频的关键电路是调相器，常用的变容二极管调相电路是将变容二极管接在高频放大器的谐振回调相电路是将变容二极管接在高频放大器的谐振回路里而构成的。调制信号的作用是使谐振回路谐振路里而构成的。调制信号的作用是使谐振回路谐振频率改变，
40、当载波通过这个回路时由于失谐而产生频率改变，当载波通过这个回路时由于失谐而产生相移，从而获得调相功能。相移，从而获得调相功能。R1R2R3R4C1C2C3C4CjL)(tu载波输入载波输入调相波调相波 输出输出UQ=9V单级谐振回路变容管调相电路38.如忽略二次方以上各项可得回路的谐振频率：如忽略二次方以上各项可得回路的谐振频率：cos21cos11)(o2ojtmtmLCt 回路的频率偏移：回路的频率偏移：tmtt cos2)()(oo 在高在高Q Q值及谐振回路失谐不大的情况下，并联值及谐振回路失谐不大的情况下，并联LCLC谐振回路电压和电流间的相位关系为：谐振回路电压和电流间的相位关系为
41、：)(2arctan)(otQt回路的相位偏移：C Cj jL L调相波调相波输出输出载波输入载波输入第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.3 6.3 调频电路调频电路 6.3.5 6.3.5 间接调频电路间接调频电路)(2arctan)(o tQt 39.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.3 6.3 调频电路调频电路 6.3.5 6.3.5 间接调频电路间接调频电路 当当/6/6（或（或3030o o）时，）时，tantan，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 sU Ur r，或，或U U r
42、rU Us s时，输出电压时，输出电压U Uo o(t)(t)的大小的大小决定于振幅小的输入信号，且线性范围为决定于振幅小的输入信号，且线性范围为第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.4 6.4 调频波的解调原理及电路调频波的解调原理及电路 6.4.3 6.4.3 相位鉴频器相位鉴频器57.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.4 6.4 调频波的解调原理及电路调频波的解调原理及电路 6.4.3 6.4.3 相位鉴频器相位鉴频器2.2.互感耦合相位鉴频器互感耦合相位鉴频器(1)(1)电路结构和基本原理电路结构和基本原理uFM+u3 -+u2-+u1-LcC2C1VD2V
43、D1R1R2EcC4C3VTCcML2L158.第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.4 6.4 调频波的解调原理及电路调频波的解调原理及电路 6.4.3 6.4.3 相位鉴频器相位鉴频器互感耦合相位鉴频器的组成包括：放大器、频率相位互感耦合相位鉴频器的组成包括：放大器、频率相位转换网络和平衡式转换网络和平衡式以互感以互感M M耦合的初次级双调谐回路组成耦合的初次级双调谐回路组成频率相位转换频率相位转换网络，网络，u u1 1经移相网络生成经移相网络生成PM-FMPM-FM波波u u2 2，并使，并使|U U1 1|=|=|U U2 2|。另外，另外，u u1 1经耦合电容经耦合电
44、容C CC C在扼流圈在扼流圈L LC C上产生的电压上产生的电压u u3 3=u=u1 1。故其等效电路如图所示。故其等效电路如图所示。放大器由晶体管放大器由晶体管VTVT组成，它把输入调幅波组成，它把输入调幅波u uFMFM放大，在放大，在集电极电路中获得放大后的集电极电路中获得放大后的FMFM波电压波电压u u1 1。VD1C3R1C4R2VD2221u221u13uu 1ou ou 2ouud1ud259.两个检波器的输出电压为：两个检波器的输出电压为：21ooouuu 第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.4 6.4 调频波的解调原理及电路调频波的解调原理及电路 6.4.
45、3 6.4.3 相位鉴频器相位鉴频器频率相位转换网络使相位转换网络使u u1 1和和u u2 2在载频在载频f f0 0上形成固定的上形成固定的 相移，当相移，当u u1 1的瞬时频率在的瞬时频率在f f0 0的基础上线性调变时的基础上线性调变时u u1 1和和u u2 2的相位差也在的相位差也在 的基础上线性调变。的基础上线性调变。2/2/由于变压器次级中心抽头，所以两个u2/2信号分别加于二极管包络检波器，上下检波器的输入端高频电压为：21121uuud 21221uuud 242131,RCVDRCVD平衡式平衡式平衡式包络检波器，平衡式包络检波器，包络检波器组成。包络检波器组成。60.
46、(2)(2)工作原理分析：工作原理分析：如果忽略次级回路对初级回路的影响，则初级回路如果忽略次级回路对初级回路的影响，则初级回路中流过中流过L L1 1的电流的电流 近似为：近似为：1i111111LjuLjrui 而次级回路中产生的感应电动势而次级回路中产生的感应电动势1112uLMMijE 第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.4 6.4 调频波的解调原理及电路调频波的解调原理及电路 6.4.3 6.4.3 相位鉴频器相位鉴频器当忽略二极管检波器等效输入电阻对次级回路的影当忽略二极管检波器等效输入电阻对次级回路的影响时，次级回路电流响时，次级回路电流 i i2 2为：为：)1(
47、)1(2221122222CLjruLMCLjrEi所以：次级回路两端电压所以：次级回路两端电压u u2 2为：为：)1(222211222CLjrCuLMjCjiu61.讨论讨论:（1 1）当输入）当输入FMFM波瞬时频率波瞬时频率f f等于调频波中心频率等于调频波中心频率f f o o，即即f f=f f o o时，次级回路谐振，时，次级回路谐振，有有0122 CLoo 02201122011290 rCuLMrCuLMju 则：则：即有即有u u2 2 滞后滞后u u1 1的相位差为的相位差为/2/2，由矢量图可得：，由矢量图可得：|U Ud1d1|=|=|U Ud2d2|1u221u2
48、21u2du1du若设检波器的传输系数为若设检波器的传输系数为K Kd1d1=K Kd2d2=K Kd d。0)(2121 dddoooUUKuuu所以所以第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.4 6.4 调频波的解调原理及电路调频波的解调原理及电路 6.4.3 6.4.3 相位鉴频器相位鉴频器 22221111|ddddoddddoUkuKuUkuKu则有：则有：62.（2 2）当瞬时频率）当瞬时频率f f f fo o 时，则有时，则有 ，这时，这时次级回路呈电容性。次级回路呈电容性。01 CL )90(|0221122112 ZCuLMZCuLMju 注意式中注意式中 为次级
49、回路阻抗。为次级回路阻抗。)1(2222CLjrZ 2221rCLarctg 为为Z Z2 2的相角。的相角。由矢量图，由矢量图，u u2 2滞后滞后u u1 1的相位大于的相位大于/2/2，且随，且随 相位差相位差f221u221u1u2du1du所以：所以：|U Ud1d1|U Ud2d2|0|)|(|21 dddoUUKu第第6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.4 6.4 调频波的解调原理及电路调频波的解调原理及电路 6.4.3 6.4.3 相位鉴频器相位鉴频器63.（3 3）当）当f f|U Ud2d2|0|)|(|21 dddoUUKu221u221u 1u1du2du第第
50、6 6章章 角度调制和解调角度调制和解调 6.4 6.4 调频波的解调原理及电路调频波的解调原理及电路 6.4.3 6.4.3 相位鉴频器相位鉴频器64.根据上述分析，相位鉴频器具有如图所示的鉴频特性根据上述分析，相位鉴频器具有如图所示的鉴频特性曲线。曲线。互感耦合回路相位鉴频器中的耦合双回路是一个互感耦合回路相位鉴频器中的耦合双回路是一个频频相变换器，它把相变换器，它把FMFM波波u u1 1(t)(t)变换成变换成PMPMFMFM波波u u2 2(t)(t)，而而FMFM波波u u1 1(t)(t)与与PMPMFMFM波波u u2 2(t)(t)经叠加后变换成两个经叠加后变换成两个AMAM
