高頻無線接收機原理及方法

1、2021/8/21一、無線電接收機的總體框圖超外差式接收機方框圖2021/8/22二、接收機的核心部分-解調(diào)器 1.接收機接收的信號 (1)模擬調(diào)制信號 普通調(diào)幅波(AM) ；雙邊帶調(diào)幅波(DSB) ； 單邊帶調(diào)幅波(SSB) ；調(diào)頻波(FM) ； 調(diào)相波(PM)。 (2)數(shù)字調(diào)制信號 數(shù)字振幅鍵控(ASK) ； 數(shù)字頻移鍵控(FSK) ； 數(shù)字相位鍵控(PSK) 。2021/8/23 2.調(diào)幅解調(diào)器(振幅檢波器) (1)分類： 非相干解調(diào)(振幅檢波器)AM波、等幅波 相干解調(diào)(同步檢波器) DSB波、SSB波 (2) 二極管大信號二極管大信號檢波電路 大信號包絡檢波是高頻輸入信號的振幅大于0

2、.5V，利用二極管兩端加正向電壓時導通，通過二極管對電容C充電，加反向電壓時截止，電容C上電壓對電阻R放電這一特性實現(xiàn)檢波的。 2021/8/24 大信號檢波的工作原理 檢波電路的主要技術(shù)指標 電壓傳輸系數(shù)Kd 等效輸入電阻Rid 非線性失真系數(shù)Kf 2021/8/25 大信號檢波器的分析與結(jié)論電壓傳輸系數(shù)：等幅波 調(diào)幅波Rrd33(rad) coscosimimdUUKcoscosimaimadUmUmK等效輸入電阻： 2idRR 2021/8/26例1.二極管檢波器如圖(a)、(b)所示。二極管的導通電阻 =80， =0V, R=10k，C=0.01F，當輸入信號電壓為 試分別計算圖(a)

3、、圖(b)的檢波輸出電壓各為多大?drBZUV104652cos2)(3ittuV104652cos2)(3ittuV104652sin2)(3ittu2021/8/27解：1.圖(a)二極管為正向連接電壓傳輸系數(shù) 由于二極管為正向連接，輸入正半周導通，檢波輸出電壓為正， 取正， o33d324.2rad422. 010108033Rr912. 0cosdKdKV104652cos2)(3ittuV824. 1912. 02dimAKUuV104652cos2)(3ittuV824. 1912. 02dimAKUuV104652sin2)(3ittuV824. 1912. 02dimAKUu2

4、021/8/28 2.圖(b)二極管為反向連接電壓傳輸系數(shù) 由于二極管為反向連接，輸入負半周導通，在計算時，可認為 是負值，即 o33d324.2rad422. 010108033Rr912. 0cosdKAudK912. 0dKV104652cos2)(3ittuV824. 1)912. 0(2dimAKUuV104652cos2)(3ittuV824. 1)912. 0(2dimAKUuV104652sin2)(3ittuV824. 1)912. 0(2dimAKUu2021/8/29 例2.二極管檢波器如圖(a)、(b)所示。二極管的導通電阻rd=80,UBZ =0,R=5k， C=0.

5、01F, Cc =20F, RL=10k，若輸入信號電壓 (1) (2) 試分別求出 、 、 。 V104652cos5 . 1)(3ittuV104652cos)104cos7 . 01 (5 . 1)(33itttuAuBuidR2021/8/210解：對于圖(a)檢波器 (1) (2) V104652cos5 . 1)(3ittuo33d330.49rad532. 01058033Rr862. 0cosdKV293. 1862. 05 . 1dimAKUuk5 . 22/idRRV104652cos)104cos7 . 01 (5 . 1)(33itttu862. 0cosdKV104c

6、os905. 0293. 1862. 0)104cos7 . 01 (5 . 133dimAttKUuk5 . 22/idRR2021/8/211 對于圖(b)檢波器(1)(2)V104652cos5 . 1)(3ittuo33d330.49rad532. 01058033Rr862. 0cosdKV293. 1862. 05 . 1dimAKUuV0Buk5 . 22/idRRV104652cos)104cos7 . 01 (5 . 1)(33itttu862. 0cosdKV104cos905. 0293. 1862. 0)104cos7 . 01 (5 . 133dimAttKUuV10

7、4cos905. 03Btuk5 . 22/idRR2021/8/212 檢波器的失真 頻率失真 當輸入信號是調(diào)制頻率為 的普通調(diào)幅波時，檢波器輸出端A點的電壓的頻率包含直流、 ，而輸出B點的電壓的頻率包含 。低通濾波器 具有一定的頻率特性，電容C的主要作用是濾除普通調(diào)幅波中的載波分量，為此應滿足 當C取得過大時，對于檢波后輸出電壓的上限頻率 , C的容抗將產(chǎn)生旁路作用。不同 的將產(chǎn)生不同的旁路作用，這樣便引起了頻率失真。maxmin maxmin maxmin RCRCi1max2021/8/213 不產(chǎn)生頻率失真，應滿足 耦合電容 的容抗將影響檢波器輸出的下限頻率 ，即 在范圍內(nèi)，電容 上

8、電壓降大小不同，在輸出端B點的電壓會因此而產(chǎn)生頻率失真。 不產(chǎn)生頻率失真的條件必滿足惰性失真當?shù)屯V波器的RC放電時間常數(shù)過大時,會產(chǎn)生惰性失真見圖所示。 RCmax1cCminmaxmin cCLcmin1RC2021/8/214不產(chǎn)生惰性失真的條件調(diào)制信號頻率為 時，則不產(chǎn)生惰性失真的條件為 a2a1mmRCmaxmin a2amax1mmRC2021/8/215 負峰切割失真 當輸入信號電壓為普通調(diào)幅波 時，檢波器輸出端A點的輸出 ，而輸出端B點因采用了隔直耦合電容 ，其輸出 ，在電容 兩端建立直流電壓 。因為 的電容量大，其上電壓可認為在 一周內(nèi)保持不變。這個電壓在通過 和 的分壓，將

9、會在 上建立分壓電壓 。 對二極管D來說是反向電壓，當輸入普通調(diào)幅波的振幅的最小值附近電壓數(shù)值小于 時，二極管截止，將會產(chǎn)生輸出電壓波形底部被切割，如圖所示，通常稱其為負峰切割失真。 ttmUuiaimicos)cos1 (cos)cos1 (aimAtmUucCtUmucoscosimaBcCcosimUcCRLRRURRURU2021/8/216不產(chǎn)生負峰切割失真的條件是 其中 為交流電阻， RRRRRmLLaRLLRRRRR2021/8/217 減小負峰切割失真的檢波電路 電路中的直流電阻為 ，而交流電阻 為 在R 一定條件下， 越大， 與 的差別越小，負峰切割失真也就不易產(chǎn)生。 一般取

10、 。 21RRRRL2L21RRRRRR1RRRRR)2 . 01 . 0(12021/8/218 (3) 同步檢波器 同步檢波器主要用于對抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波和單邊帶調(diào)幅波進行解調(diào)，也可以用來解調(diào)普通調(diào)幅波。 同步檢波器是由相乘器和低通濾波器兩部分組成。 它與包絡檢波器的區(qū)別在于檢波器的輸入除了有需要進行解調(diào)的調(diào)幅信號電壓ui外，還必須外加一個頻率和相位與輸入信號載頻完全相同的本地載頻信號電壓u0。經(jīng)過相乘和濾波后得到原調(diào)制信號。 2021/8/219 MC1596G同步檢波器2021/8/220 3.調(diào)相信號解調(diào)電路(鑒相器) 鑒相電路通常可分為模擬電路型和數(shù)字電路型兩大類。而在集成電路

11、系統(tǒng)中，常用的電路有乘積型鑒相和門電路鑒相。 鑒相器的主要指標是 (1)鑒相特性曲線，即鑒相器輸出電壓與輸入信號的瞬時相位偏移的關(guān)系。通常要求是線性關(guān)系。 (2)鑒相跨導，鑒相器輸出電壓與輸入信號的瞬時相位偏移的關(guān)系的比例系數(shù)。 (3)鑒相線性范圍，通常應大于調(diào)相波最大相移的二倍。 (4)非線性失真，應盡可能小。2021/8/221(1) 乘積型鑒相器 這種鑒相電路采用模擬乘法器作為非線性器件進行頻率變換，然后通過低通濾波器取出原調(diào)制信號。 令 根據(jù)U1m和U2m的大小不同，鑒相電路有三種工作情況：u1和u2均為小信號；u1和u2均為大信號；u1為小信號，u2為大信號。)(cos)(1c1m1

12、ttUtu)(sin)(2c2m2ttUtu0)(2t2021/8/222 u1和u2均為小信號(均小于26mV )根據(jù)模擬乘法器特性，其輸出電流為 式中第二項高頻成分經(jīng)低通濾波器濾除，在負載RL上可得輸出電壓為 是u1與u2兩信號的瞬時相位差。通常可用 表示。 畫出uo與 的關(guān)系曲線，稱其為鑒相器的鑒相特性曲線。這是一個周期性的正弦曲線。 21022ukTqukTqIi tttUUKuuKc1c2m1mM21Msin)(cos)(2sin21)(sin211c2m1mM12m1mMttUUKtUUK)(sin211L2m1mMotRUUKu)(1t)(et)(et2021/8/223 鑒相跨

13、導，其定義為 的單位為V/rad 對于u1、u2均為小信號且 時的鑒相跨導為 小信號正交乘積鑒相特性曲線 線性鑒相范圍 0eoedduSSrad6eL2m1mM21RUUKSrad6emax2021/8/224u1為小信號，u2為大信號(大于100mV)因為u2是大信號，雙曲正切函數(shù)具有開關(guān)函數(shù)的形式， 對上式按傅氏級數(shù)展開為相乘后的輸出電流為)(cos)(1c1m1ttUtutUtuc2m2sin)(21M2102th2th2ukTquKukTqukTqIi112th2ukTq)2()0(cctttttukTqccc25sin543sin34sin42th2021/8/225經(jīng)低通濾波器，在

14、負載RL上得到輸出電壓為 鑒相特性曲線仍是正弦形,鑒相跨導為 線性鑒相范圍仍為 ttttUKicc1c1mM3sin34sin4)(cos)(2sin2)(sin21c1mM11mMttUKtUK)(4sin32)(2sin321c1mM1c1mMttUKttUK)(sin2)(sin21L1mM1L1mMotRUKtRUKuL1mM2RUKSrad6emax2021/8/226u1和u2均為大信號(均大于100mV )乘法器的輸出電流i可表示為 因為u1是大信號，雙曲正切函數(shù)也具有開關(guān)函數(shù)的形式 傅氏級數(shù)展開為)(cos)(1c1m1ttUtutUtuc2m2sin)(2102th2thuk

15、TqukTqIi 112th1ukTq)2/32/()2/2/(cctt)(3cos34)(cos42th1c1c1ttttukTq)(5cos541ctt2102th2thukTqukTqIi 2021/8/227經(jīng)低通濾波器在負載RL上建立電壓為 ttttttIcc1c1c03sin34sin4)(3cos34)(cos4)(2sin8)(sin81c20120ttItI)(34sin38)(32sin381c201c20ttIttI)(4sin38)(2sin381c201c20ttIttI)(3)(6sin)3(8)(3sin)3(81c20120ttItI)(3sin)3(8)(si

16、n81212L0ottRIu11212L0)() 12sin() 12() 1(8nntnnRI2021/8/228對應于 區(qū)間，輸出電壓為對應于 區(qū)間，輸出電壓為 兩個輸入信號均為大信號時，其鑒相特性為三角波形。 在 區(qū)間，鑒相特性是線性的。線性鑒相范圍為)(21ooLtRIu)(221ooLtRIu)(2/1t/2)(2/-1t/2)(2/-1t2emax2021/8/229 (2)門電路鑒相器 門電路鑒相器的電路簡單，線性鑒相范圍大、易于集成化，得到較為廣泛的應用。常用的有或門鑒相器和異或門鑒相器。右圖(a)是一個異或門鑒相器的原理圖。它是由異或門電路和低通濾波器組成。 因為異或門電路的

17、兩個輸入電平不同時，輸出為“1”電平，而其它情況均為“0”電平。2021/8/2304. 調(diào)頻信號解調(diào)電路(鑒頻器) 調(diào)頻信號解調(diào)電路可分為三類 (1)調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換型。通過線性網(wǎng)絡把等幅調(diào)頻波變換成振幅與調(diào)頻波瞬時頻率成正比的調(diào)幅調(diào)頻波，然后用振幅檢波器進行振幅檢波。例如雙失諧回路鑒頻器、相位鑒頻器和比例鑒頻器等。 (2)相移乘法鑒頻型。將調(diào)頻波經(jīng)過移相電路變成調(diào)相調(diào)頻波，其相位的變化正好與調(diào)頻波瞬時頻率的變化成線性關(guān)系，然后將調(diào)相調(diào)頻波與原調(diào)頻波進行相位比較(鑒相)，通過低通濾波器取出解調(diào)信號。因為相位比較器通常用乘法器組成，所以稱為相移乘法鑒頻。 (3)脈沖均值型。把調(diào)頻信號通過過零比較器變換成重復頻率與調(diào)頻信號瞬時頻率相等的單極性等幅脈沖序列，然后通過低通濾波器取出脈沖序列的平均值，這就恢復出與瞬時頻率變化成正比的信號。2021/8/231(1)雙失諧回路鑒頻器 2021/8/2322021/8/233 (2)相位鑒頻器 2021/8/2342021/8/235 相位鑒頻電路2021/8/2362021/8/237(3) 比例鑒頻器2021/8/238(4)相移乘法鑒頻器 2021/8/2392021/8/240三、混頻器2021/8/241 通常將輸入回路、非線性器件與帶通濾波