第7章模擬調(diào)制與解調(diào)

1、第 7 章模擬調(diào)制與解調(diào)復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)2概 述l調(diào)制與解調(diào) 使高頻信號（載波）的某一個或幾個參量（幅度、頻率、相位）按照頻率較低的信息信號的變化規(guī)律改變，稱為調(diào)制。調(diào)制后的高頻信號稱為已調(diào)波。從已調(diào)波中將原來的信息信號恢復(fù)出來稱為解調(diào)。l調(diào)制與解調(diào)的目的 提高信息信號的頻率，使它能夠通過無線電波傳輸； 改變信息信號占用的頻帶，充分利用整個無線電頻譜寬度。復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)3l從載波改變的參量區(qū)分，可將調(diào)制形式分為幅度調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制以及幾種調(diào)制形式的混合；從信息信號和已調(diào)波信號的頻

2、譜關(guān)系區(qū)分，可以將調(diào)制形式分為線性頻譜變換和非線性頻譜變換兩種。l已調(diào)波解調(diào)時，按照是否需要原來的載波參與非線性運(yùn)算，可將解調(diào)過程分為相干解調(diào)與非相干解調(diào)兩大類。 l調(diào)制與解調(diào)過程都是非線性過程，在已調(diào)波中具有原來載波和信息信號所不具有的頻率成分。 復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)4振幅調(diào)制l振幅調(diào)制l載波的振幅隨調(diào)制信號幅度的變化而變化l振幅調(diào)制的形式l普通調(diào)幅 AM（Amplitude Modulation）l雙邊帶調(diào)幅 DSB AM（Double Side Band AM）l單邊帶調(diào)幅 SSB AM（Single Side Band AM）l殘留邊帶調(diào)幅 VSB

3、AM（Vestigial Side Band AM）復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)5普通調(diào)幅 AMl載波信號l調(diào)制信號l已調(diào)信號()cos(1cos)cos(1cos)cosAMCaCCaCCCaCvVk vtVVkttVVmttaaCVmkVcoscosCCCvVtvVt其中 稱為調(diào)制系數(shù)，ka 稱為調(diào)制靈敏度復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)6AM信號的波形l正常調(diào)制：ma1l通常 ma30minCCaaCCVVVmkVVvvAMttVCmaVC復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)7AM信號的頻譜l單頻調(diào)制CC-C+(1c

4、os)coscoscoscoscoscos()cos()22AMCaCCCaCCaaCCCCCCvVmttVtm VttmmVtVtVt復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)8AM信號的頻譜l頻帶調(diào)制C上邊帶下邊帶載頻BWmax22BW復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)9AM信號的功率l載波功率l邊帶功率l總功率l普通調(diào)幅的效率不高2(1)2aAMCSBCmPPPP22(cos)1()22CCCCCLLVtVPdtRR2222(coscos)1() ()2222aCCSBCLaCaCLm VttPdt dtRmVmPR 復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022

5、-2-24高頻電路基礎(chǔ)10例某AM發(fā)射機(jī)的載波發(fā)射功率為 9kW，當(dāng)載波被頻率1調(diào)制時，發(fā)射功率為10.125kW，試計算調(diào)制度m1。如果再加上另一個頻率2的正弦波對它進(jìn)行40%的調(diào)制，試求這兩個正弦波同時進(jìn)行調(diào)制時的總發(fā)射功率。2222120.50.4(1)(1)910.845kW2222CmmPP解：頻率1調(diào)制時，第二種情況下， 1 和2 之間滿足線性疊加關(guān)系，所以211(1)210.1252(1)2(1)0.59CSBCCmPPPPPmP復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)11雙邊帶調(diào)幅 DSB AMl抑制載波，只發(fā)送上下兩個邊帶信號l效率提高，帶寬不變coscosc

6、os()cos()22DSBaCCaaCCCCvmt VtmmVtVtC上邊帶下邊帶BW復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)12DSB AM 的波形tvDSB包絡(luò)過零時載波反相包絡(luò)過零時載波反相復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)13單邊帶調(diào)幅 SSB AMl抑制載波，僅發(fā)送一個邊帶（上邊帶或下邊帶）l效率提高，帶寬減小cos()2aSSBCCmvVtC上邊帶下邊帶BW復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)14殘留邊帶調(diào)幅 VSB AMl在DSB中保留部分載頻，SSB與DSB的一種折衷l比較容易解調(diào)，能夠傳送帶有直流的信號復(fù)旦大學(xué)電子工

7、程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)15不同形式的振幅調(diào)制比較l普通調(diào)幅：頻譜利用率低、功率利用率低、調(diào)制電路簡單、解調(diào)電路最簡單l雙邊帶調(diào)幅：頻譜利用率低、功率利用率較高、調(diào)制與解調(diào)電路稍復(fù)雜l單邊帶調(diào)幅：頻譜利用率高、功率利用率高、調(diào)制電路較復(fù)雜、解調(diào)較困難l殘留邊帶調(diào)幅：頻譜利用率高、功率利用率高、調(diào)制電路稍復(fù)雜、解調(diào)電路較簡單復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)16振幅調(diào)制電路l低電平調(diào)制電路l利用非線性器件的乘法作用構(gòu)成調(diào)制l在小信號狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制l高電平調(diào)制電路l利用丙類諧振功放的調(diào)制特性，作基極調(diào)制或集電極調(diào)制l電路簡單、輸出功率大、效率高l調(diào)制信號需要具

8、有較大的功率復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)17一、高電平調(diào)幅1、基極調(diào)制lVBB 與 v 形成實際的基極偏壓l晶體管工作在欠壓狀態(tài)vCvVBBVCCvAMC1C2C3( )cosbbBBvtVVt普通調(diào)幅波的調(diào)制電路復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)18+vVBBICICVCCVCEVBE特點(diǎn)： 所需調(diào)制功率相對較小 受調(diào)制特性非線性的影響，動態(tài)范圍較小 工作于欠壓狀態(tài)，效率較低復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)192、集電極調(diào)制lVCC 與 v 形成實際的集電極偏壓l晶體管工作在臨界過壓狀態(tài)vCvVBBVCCvAMC1C2

9、( )cosccCCvtVVt復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)20ICICVCE+vVCC特點(diǎn)： 需要的調(diào)制功率較大 工作在臨界過壓狀態(tài)，效率較高復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)213、雙重調(diào)制l理想的高電平調(diào)制狀態(tài)：效率高、線性好l影響高電平調(diào)制的因素：l工作在過壓狀態(tài)：效率高，但線性差l工作在欠壓狀態(tài)：線性好，但效率低l改善措施：雙重調(diào)制l基極調(diào)制集電極調(diào)制l集電極調(diào)制集電極調(diào)制l特點(diǎn)：放大器始終工作在臨界弱過壓狀態(tài)復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)22二、低電平調(diào)幅1、AMl實現(xiàn)原理l實現(xiàn)方案(1cos)cos(1)A

10、MCaCCaCaCvVm Vttvm vvm v vmavvAMvC1mavvAMvC復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)232、DSB調(diào)幅l實現(xiàn)原理lvDSB = k v vCl實現(xiàn)方案kvvDSBvC復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)24例 用MC1496構(gòu)成的AM和DSB調(diào)制器Pin10，載波輸入 Pin1，調(diào)制信號輸入調(diào)節(jié) Carrier Null 電位器，可輸出普通AM（有載波）或DSB（無載波）復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)25AM輸出信號及其頻譜DSB輸出信號及其頻譜復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高

11、頻電路基礎(chǔ)263、SSB調(diào)幅l實現(xiàn)原理1：濾波法lDSB電路邊帶濾波器l直接濾波難以在高頻端實現(xiàn)，所以實際多在較低頻率上實現(xiàn)SSB調(diào)制，再通過多次變頻與濾波，將載波頻率升上去OSCBPFOSCBPFOSCBPF +復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)27l實現(xiàn)原理2：移相法 其中 ， , 稱為 v 的 Hilbert 變換 cosaCvm Vt1cos()211coscossinsin2211cossin22SSBaCCaCCaCCCCvm Vtm Vttm VttvtvtsinaCvm Vt復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)28OSC /2sin t

12、sin tcos tcos t /2cos t+_vSSBcos tsin t sin tHilbert 變換要求對v 中的所有頻率分量移相，對于一般的模擬信號來說，實現(xiàn)稍復(fù)雜復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)29l實現(xiàn)原理3：相移濾波法OSC1 /2sin1tsin1tsin tsin tcos1tcos1t sin tBPFBPFcos(1- tOSC2sin(1- t /2cos(1- tsin2tcos2tsin2tsin(1- t cos2tsin(2+1- t復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)30振幅解調(diào)振幅解調(diào)電路l需要與載波同步的參考

13、信號l有乘積型和疊加型兩種結(jié)構(gòu)l適用于所有振幅解調(diào) 包絡(luò)檢波(非相干解調(diào))l設(shè)備簡單，無需其他信號l只適用于普通 AM 同步檢波 (相干解調(diào))復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)31大信號峰值包絡(luò)檢波電路l二極管串聯(lián)型電路lvi 大于二極管的導(dǎo)通電壓（通常要求vi在1V以上）l viDCRLvomax11, LLCR CR C復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)32大信號峰值包絡(luò)檢波電路的輸出波形tv0復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)33大信號峰值包絡(luò)檢波電路工作狀態(tài)分析l大信號工作狀態(tài)l二極管可以用折線近似 其中g(shù)D是二極管的正

14、向電導(dǎo), 00, 0DDDDDg vviviDvD1DDgr復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)34流過二極管的電流是導(dǎo)通角為q 的尖頂余弦脈沖，由于 3 時， 很小， 二極管上的損耗很小，大部分高頻能量都消耗在RL上 Vim Vo22imAMiVPR根據(jù)能量守恒定律，忽略二極管上的損耗，PAM = Po，所以2ooLVPR2LiRR 復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)41大信號峰值包絡(luò)檢波的非線性失真l惰性失真 產(chǎn)生原因：濾波電容C 的放電速率低于調(diào)制信號的下降速率tv0復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)42調(diào)制信號的包絡(luò)為(

15、)(1cos)mav tVmt( )sinamv tm Vtt 包絡(luò)的斜率為電容放電在 t = 0 時有最大斜率，為01(1cos)LtR ComaLtV eVmttR C 要求不產(chǎn)生惰性失真，即要求0( )LtR Cotv tV ett復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)43即求上式的極值可知，當(dāng)cos t = -ma時存在極小值，此時有1(1cos)sinsin11cosmaamLLaaVmtm VtR CR Cmtmt不產(chǎn)生惰性失真的條件為21aLamR Cm2(max)(max)(max)1aLamR Cm復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)44

16、l底部切割失真 發(fā)生在采用交流耦合電容與下級耦合的檢波電路中，輸出波形底部被切割原因：耦合電容上的直流壓降導(dǎo)致二極管截止viDCRLRgCCtv0復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)45viDCRLRgCC對于調(diào)制信號 而言，C的阻抗很大，可以忽略不計由于CC要耦合調(diào)制信號，所以容量較大，可以認(rèn)為在調(diào)制信號一個周期內(nèi)，CC上的電壓基本不變，大致等于載波電壓的峰值Vm，所以在RL兩端的直流電壓為方向為上正下負(fù)LLRmLgRVVRR復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)46由于載波電壓的最小值為 Vm(1-ma)，若二極管上的電壓反偏，導(dǎo)致二極管截止，輸出被切

17、割所以避免底部切割失真的要求是即(1)LmamLgRVmVRR(1)LmamLgRVmVRR/1gLgLaLgLgLRRRRmRRRRR對于調(diào)制信號()的交流電阻與直流電阻之比必須大于調(diào)制度復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)47實用的大信號峰值包絡(luò)檢波電路viDR1R2CCC2C1AGCR3C3VCC中頻放大器部分AGC電路檢波電路部分復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)48小信號平方律檢波IDiDttviVDviDCRLVDQ平均電流偏置電壓復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)49201222012202220222202. co

18、scos.11()221 (1cos)211 (1)2coscos2222CDiimCmCDDCmCaaCaaIaa va vaaVta VtII dtaa Vaa Vmtmaa Vmmtt組合頻率：（幅度正比于2ma），2（幅度正比于ma2/2）非線性失真： ，當(dāng) ma= 0.3 時，等于7.5%24amVV復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)50二極管并聯(lián)檢波viDCRL+vi 為負(fù)時，二極管導(dǎo)通，電容C 上的電壓始終近似于 vi 的峰值電壓。vi 為正時，二極管截止，電容C 上的電壓與 vi 疊加后加在 RL上。所以在 RL 上的峰值電壓等于輸入電壓的2倍。在輸出電壓

19、處加接低通濾波器，可以得到解調(diào)輸出。tvi復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)51三極管檢波VCCvoviICvotVBEt復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)52同步檢波l同步檢波：將已調(diào)信號與載波進(jìn)行非線性運(yùn)算進(jìn)行解調(diào)l同步檢波的關(guān)鍵是得到與發(fā)送端相同的載波信號l載波恢復(fù)的方法lDSB AM 平方法（平方+鎖相環(huán)提?。﹍SSB AM 1、發(fā)送導(dǎo)頻信號，接受端用鎖相環(huán)提取導(dǎo)頻 2、直接在接收端產(chǎn)生穩(wěn)定的本地振蕩信號復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)53平方法載波恢復(fù)的原理222222222cos()coscos () cos111

20、1 cos2()cos222221111 cos2()cos2cos2()cos24444DSBCCDSBCCCCCCCvVtVtvV VttV VttV Vtttt用鎖相環(huán)（窄帶濾波器）濾出2(Ct+)成分，再二分頻載頻成分交叉乘積成分調(diào)制成分復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)54乘積型同步檢波LPFvivovrDSB信號coscoscos()coscoscos()1 coscos()cos()2iiCrrrririrCrrirCrrCrrvVttvVtv vVVtttVVttt低頻部分高頻部分復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)55經(jīng)低通濾波后1c

21、oscos()2oirCrrvVVtt若r = C、r = 0，則正確解調(diào)若rC，則 ，解調(diào)信號被 調(diào)制若r0，則 ，檢波效率下降1coscos2oirvVVtt1coscos2oirrvVVt復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)56SSB信號cos() , cos()cos()cos()1 cos()cos()2iiCrrrririrCrrirCrrCrrvVtvVtv vVVttVVtt經(jīng)低通濾波后1cos()2oirCrrvVVt若r = C、r = 0，則正確解調(diào)若rC，則 ，解調(diào)信號產(chǎn)生頻移若r0，則 ，解調(diào)信號產(chǎn)生相移1cos()2oirvVVt1cos()2o

22、irrvVVt復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)57疊加型同步檢波包絡(luò)檢波vivovrDSB信號由于vDSB + vC = vAM，所以通過包絡(luò)檢波可以得到解調(diào)信號復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)58SSB信號cos()cos()coscos( )cos( )SSBCCCCrrrrCrSSBmCvVtVttvVtVtvvVttt假設(shè)r = C由于包絡(luò)檢波對于載頻的相位不敏感，所以不考慮相差，可以用本地振蕩產(chǎn)生參考信號Vr VC vr+ vSSB vSSBvrVm (t) t22222( )(cos)(sin)12()cos()11cos() cos

23、2CCmrCCrrrCCrrrVVvtVVtVtVtVVVVVttVV復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)592221( )1cos() cos21cos(cos)2CCmrrrrCCrVVVtVttVVVVtVtV在疊加后的幅度中包含 和 2 的成分 ，當(dāng) VC Vsm， VrmVD(on)。對于頻率c ，電容C的容抗遠(yuǎn)小于電阻RL；對于頻率 ，電容C的容抗遠(yuǎn)大于電阻RL。求輸出電壓表達(dá)式。vsvrvoRLRLCC復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)61解：這是一個用平衡調(diào)制解調(diào)電路同步解調(diào)SSB信號的例子，根據(jù)前面對平衡調(diào)制解調(diào)電路的分析，122()

24、2 coscos()cos() .DDDSLDSSDSLSLSiig v Stg Vtg Vtt在這個電路中，大信號是Vrmcosct，小信號是Vsmcos(c+)t，L=c，S=c+。由于輸出部分電容C的濾波作用，只有低頻部分才能夠在電阻RL上產(chǎn)生壓降，形成輸出電壓，所以上式中只有L-S項才有輸出，即121222()cos()cos2cosDDoutDSLSDsmoDLDLDLsmoutoutiig Vtg VtviRiRg R Vt復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)62角度調(diào)制l調(diào)頻 FM（Frequency Modulation）載波的瞬時頻率與調(diào)制信號成線性關(guān)系l

25、調(diào)相 PM（Phase Modulation）載波的瞬時相位與調(diào)制信號成線性關(guān)系l記載波為 v = Vm cos (t) 瞬時角頻率為 (t)，則有l(wèi)調(diào)頻與調(diào)相，實際上都有相位的變化，統(tǒng)稱調(diào)角波0( )( )( )( )(0)tdttdttd 復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)63調(diào)角信號的表示設(shè)調(diào)制信號為單頻信號調(diào)頻 瞬時角頻率 (t) 與 v (t) 成線性關(guān)系，即其中 Dm = kfV 是載波的最大角頻偏( )cosvtVt( )( )coscosCfCfCmtk vtk VttD00( )( )cossinttCmmCtddtt DD復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢20

26、22-2-24高頻電路基礎(chǔ)64其中 為調(diào)頻指數(shù)，表示載波的瞬時相位的最大偏移量注意：調(diào)幅系數(shù) ma1，而調(diào)頻指數(shù) mf 經(jīng)常大于1例如，F(xiàn)M廣播，Dfm=75kHz，F(xiàn)=15kHz，mf =5( )cos(sin)cos(sin)mFMmCmCfvtVttVtmtDmmffmFDD復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)65調(diào)相 瞬時相位 (t) 與 v (t) 成線性關(guān)系，即其中 mp = kpV 為調(diào)相指數(shù)，表示載波的瞬時相位的最大偏移量( )( )coscosCpCpCpttk vttk Vttmt( )cos()cos(cos)pmmCpmCpvtVtk vVtmt復(fù)旦

27、大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)66調(diào)頻波與調(diào)相波的比較FMPM已調(diào)波調(diào)制指數(shù)瞬時頻率瞬時相位最大頻偏最大相移cos( )mCfVtkvdmffmFDcos( )mCpVtk vtppmk V( )Cfk vt( )Cpdkvtdt( )Cftkvd( )Cptk vtmaxmax( )fkvtDmaxmax( )pdvtkdtDmaxmax( )fkvt dtDmaxmax( )pk vtD復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)67KeylFM 與 PM 互為微積分關(guān)系l若以調(diào)制指數(shù) m 代替調(diào)頻指數(shù) mf 或調(diào)相指數(shù) mp，可以統(tǒng)一表達(dá)為( )cos(

28、sin)CmCvtVtmt復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)68調(diào)角信號的頻譜單頻調(diào)制( )cos(sin)cos(sin)cossin(sin)sinCmCmCCvtVtmtVmttmtt021cos(sin)( )2( )cos(2)nnmtJmJmnt210sin(sin)2( )sin(21)nnmtJmnt其中20( 1)2( )!()!nmnnnmJmm nm為以m為宗量的第一類貝塞爾函數(shù)復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)690510152010.500.51mJ0J1J2J3J4J5貝塞爾函數(shù)貝塞爾函數(shù)復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022

29、-2-24高頻電路基礎(chǔ)70前幾個貝塞爾函數(shù)的值m=0.5m=1m=2m=5m=10J00.940.770.22-0.18-0.25J10.240.440.58-0.330.04J20.030.110.350.050.25J30.020.130.360.06J40.030.39-0.22J50.26-0.23J60.13-0.01J70.050.22J90.020.32復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)71021210( )( )2( )cos(2)cos2( )sin(21)sinCmnCnmnCnvtVJmJmnttVJmntt11coscoscos()cos()21s

30、insincos()cos()2( )( 1)( )nnJmJm ( )( )cos()CmnCnvtVJmnt根據(jù)復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)72調(diào)角信號的特征l具有無窮多個邊頻分量，分布在C兩側(cè)l由于第一類貝塞爾函數(shù)的性質(zhì) ，上下邊頻振幅相等，n為偶數(shù)時相位相同，n為奇數(shù)時相位相反l由于第一類貝塞爾函數(shù)的性質(zhì) ，調(diào)制指數(shù)m的改變引起邊頻功率分配的改變，總功率不變。已調(diào)波的總功率恒等于載波功率1( )( 1)( )nnJmJm 2( )1nnJm復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)73單頻調(diào)制的帶寬l無窮多分量，實際計算時忽略幅度小的邊頻分量l

31、當(dāng)m 1的邊頻有 Jn0 ，所以只取一對邊頻 BW 2Fl當(dāng)m110時，若考慮包含1015載頻幅度以上邊頻信號（相當(dāng)于考慮載波能量的9899），則 BW 2(m+1)Fl當(dāng)m 10時 BW 2mF復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)74頻帶調(diào)制的帶寬l調(diào)頻信號由于 即 ，當(dāng)F 增加時，mf下降，而 所以在頻帶調(diào)制時， BW 的增加不大，具有恒定帶寬特性l調(diào)相信號由于mp=kpV，與F 無關(guān)。當(dāng)F 增加時，mp保持不變，所以在頻帶調(diào)制時，帶寬 BW 與調(diào)制頻率 F 成正比, 2ffffk Vk Vmm F2(1)2(), 11022, 10fmffmfmFfFmBWm Ffm

32、DD復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)75CC+1C+2CC+1C+2調(diào)頻波的頻譜調(diào)相波的頻譜復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)76實際生活中的調(diào)頻信號lFM廣播，88108MHzl單聲道：最大調(diào)制頻率Fmax=15kHzl最大頻偏Dfm=75kHzlBW =2(75+15) = 180kHzl立體聲：最大調(diào)制頻率Fmax=53kHzl最大頻偏Dfm=67.5kHzlBW =2(67.5+53) = 241kHzl電視伴音l最大調(diào)制頻率Fmax=15kHzl最大頻偏Dfm=50kHzlBW2(50+15) =130kHz復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢20

33、22-2-24高頻電路基礎(chǔ)77調(diào)頻信號產(chǎn)生原理與電路l直接調(diào)頻l變?nèi)荻O管直接調(diào)頻l電抗管直接調(diào)頻l張弛振蕩器直接調(diào)頻l鎖相環(huán)調(diào)頻l間接調(diào)頻調(diào)相電路調(diào)相電路積分電路積分電路vCvvFM壓控振蕩器調(diào)頻復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)78變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路L、C1、C2 構(gòu)成電容三點(diǎn)式振蕩電路C3、D 與C1、C2 并聯(lián)變?nèi)荻O管上疊加有直流偏置電壓VDQ與調(diào)制信號電壓vLC1C3C2DvVCC復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)79LC1C3C2D+vVDQ00cos(1cos)(1)(1)jjjQjDQDQDDCCCCVvVVtMtVV0()jj

34、QDQDDCCVVVDQDVMVV其中，稱為結(jié)電容調(diào)制度復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)801212jC CCCC211( )(1cos)(1cos)CjjQtMtLCLCMt假定C3很大，又有 ， 則上式稱為變?nèi)荻O管的調(diào)制特性方程其中 ，是處于靜態(tài)工作點(diǎn)時的振蕩頻率1CjQLC當(dāng) = 2 時，獲得線性調(diào)制復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)81實際的變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路l變?nèi)荻O管部分接入當(dāng) C3 較小，與 Cj 相比不可忽略時，有312123312123(1cos)11( )(1cos)()(1cos)jjjjQjQjQC CC CCCCCC

35、CCMttLCC CMtC CLCCCCMt復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)82變?nèi)荻O管部分接入的LC諧振回路的頻率以及頻率變化率與調(diào)制電壓的關(guān)系： 0.400.400.4 =3 =2 =3v /(VDQ+VD)v /(VDQ+VD)f / f00.91.1100.10.30.2D(f /f0)Dv /(VDQ+VD) =0.5 =0.5 =1 =2 =10.4123()jQCCCC復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)83l變?nèi)荻O管背靠背連接對于高頻載波來說，D1D2反向串聯(lián)，所以由于高頻載波電壓造成的電容變化相互抵消，可以減輕寄生調(diào)制效應(yīng)LC1

36、C3C2+vVDQD1D2復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)8410p33p15pv12V15p1k1n4.3k10k1n1n201.21nvFM10k2k1210k1實際電路例子復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)85l石英晶體與變?nèi)荻O管聯(lián)合使用l石英晶體等效成一個電感l(wèi)頻率穩(wěn)定性很好l頻偏很?。?Df iZ，Z1Z2 時2212112CZCmmmiiiZZigvgvZZZvZZig Z復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)89l由電抗管構(gòu)成電抗元件1212121211, , 1, , , , , , mmmmZZRZj Cj g

37、 RCj RCZRZZj Cgj LZj LZRZg RRZRZj LZj g L電容電感電感電容復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)90VCCv實際電路的例子變壓器反饋振蕩電路 電抗管復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)91張弛振蕩器直接調(diào)頻電路l非正弦振蕩器l三角波、方波l一般需要通過濾波器取出基頻后輸出l頻偏較大l線性好l電路便于集成l單獨(dú)使用時頻率穩(wěn)定度不高，一般都組成鎖相環(huán)應(yīng)用復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢鎖相環(huán)調(diào)頻電路l載頻用石英晶體振蕩器，穩(wěn)定可靠l采用壓控多諧振蕩器，頻偏大，線性好l鎖相環(huán)工作在載波跟蹤狀態(tài)l最大頻偏受壓控振蕩器頻率范圍以及鑒

38、相器鑒相范圍限制2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)92調(diào)制信號已調(diào)信號載波信號復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)93調(diào)相電路與間接調(diào)頻電路l調(diào)相電路l矢量合成法調(diào)相l(xiāng)可變移相法調(diào)相l(xiāng)可變延時法調(diào)相l(xiāng)間接調(diào)頻電路：調(diào)制信號積分后，對載頻進(jìn)行調(diào)相l(xiāng)載波振蕩器與調(diào)制信號分開，C不受調(diào)制信號影響，精度高、穩(wěn)定性好l最大頻偏比較小，只能產(chǎn)生窄帶 FM 信號l要得到寬帶 FM 信號，需要在后級采用倍頻和混頻等措施復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)94可變移相法調(diào)相電路（直接調(diào)相）載頻振蕩器 =f (vVmcosCtvPMv實際電路原理復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢202

39、2-2-24高頻電路基礎(chǔ)95利用LC回路失諧時的相位變化實現(xiàn)調(diào)相諧振時相移為0失諧時產(chǎn)生相移復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)96當(dāng)C Cj 時，LC回路的諧振頻率可表述為22011( )(1cos)(1cos)CjjQtMtMtLCLC0( )(1cos)2CCtMtD當(dāng)結(jié)電容調(diào)制度 M 1 時LC回路失諧時的相移可表述為02arctanarctan()arctan(cos)QQ MtD 當(dāng) /6 時，tan，所以cosQ Mt QDVMVV復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)97可變移相法的特點(diǎn)：由于移相依靠LC回路的諧振特性實現(xiàn)，所以要獲得 與調(diào)

40、制信號成正比（即線性調(diào)相）的特性，必須滿足相移幅度小于 /6即30度的限制。復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)98矢量合成法調(diào)相電路cos(cos)coscos(cos)sinsin(cos)PMmCpmCpmCpvVtmtVtmtVtmt調(diào)相信號的表示：cos(cos)1sin(cos)cospppmtmtmt當(dāng)窄帶調(diào)相時，mp很小 (mp C，2 1，M 很小，則111vij L次級感應(yīng)電勢為2111Mej MivL復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)11421212222222211221122211()111111()evMiLrj LrjLj

41、 CCMMvijvjQvj CCLLjrjLC 02 22 20112, QQC rC rD其中頻率特性2111()1vMH jjQvLj 顯然，雙諧振移相網(wǎng)絡(luò)的相頻特性與單諧振電路一致：1、輸出電壓與輸入電壓之間存在 /2 的固定相移2、當(dāng)D 較小時，附加相移 D 與瞬時頻偏成正比2( )( )CQttDD復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)115正交鑒頻器LPFv1v2vo移相k調(diào)頻信號v1經(jīng)過移相網(wǎng)絡(luò)成為調(diào)相信號v2，兩個信號相互正交且有正比與輸入頻偏的附加相移 采用乘積型鑒相器檢出附加相移，實現(xiàn)鑒頻 常用于集成電路復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路

42、基礎(chǔ)116例 正交鑒頻器，載波頻率為10.7MHz，最大頻偏Dfm=75kHz。若要求非線性誤差不大于2%，試討論滿足線性鑒頻條件時對于頻-相變換網(wǎng)絡(luò)的Q值要求以及鑒頻跨導(dǎo)。乘法器低通濾波器voC2C1LvFM復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)117Q 18.5能夠滿足線性鑒頻條件解：頻相變換網(wǎng)絡(luò)的非線性誤差為02QDD0212QD600310.7 100.130.1318.52475 10mfQf DDarctan()|DDD要求誤差小于2，可得D /12 頻-相變換網(wǎng)絡(luò)的相移復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)1180odffdvgdf02QDD1

43、212012ofvvkVVkVV QfDDD120odvkVV QgffDD鑒頻跨導(dǎo)也稱鑒頻靈敏度，是指輸入調(diào)頻信號的單位頻偏所產(chǎn)生的鑒頻輸出電壓，即其中V1V2是進(jìn)入乘法器的兩個信號電壓幅度，k是乘法器的增益系數(shù)。代入前面的結(jié)果，有612(1.7 10 )odvgkVVfDD復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)119l疊加型鑒相器包絡(luò)檢波v1v2voV1V2VoD1122122122121222122212122212cos, sin()2(1sin)(1sin)CCovVtvVtVVVvvVVVVVVVVVVDDD疊加型鑒相器的輸出幅度中含有正弦鑒相成分。當(dāng) D /12

44、 時，可以近似為線性鑒相特性復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)120平衡疊加型鑒相電路22121222122212122212122212(1sin), (1sin)2sinoVVvVVVVVVvVVVVVVvvvVVDDD正弦鑒相特性。當(dāng) D /6 時，近似為線性鑒相特性其中 是包絡(luò)檢波器的效率復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)121平衡疊加型鑒相電路的矢量關(guān)系復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)122互感耦合的疊加型相位鑒頻器雙諧振回路移相網(wǎng)絡(luò)注意v1與v2正交包絡(luò)檢波121222221212222sinCVVVVQvVVVV

45、DD復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)123電容耦合的疊加型相位鑒頻器C2vD2D1VCCC5C3C4C1L1L2R1R3R2v1v2v+-v+-單諧振回路移相網(wǎng)絡(luò)注意v1與v2正交包絡(luò)檢波復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)124比例鑒頻器雙諧振回路移相網(wǎng)絡(luò)包絡(luò)檢波v2T1C01v2C02v1vT2D2D1+-+-C1C2R1R2C3VCCL1-1L1-2v+-v+-vFM復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)125221211222122212212221222312121223212212(1sin)(1sin)2111()(|

46、)sin222CCCCCCCCCVVVvVVVVVVVvVVVVVVVVVVVvVVVVvvVVDDD由于C3較大，VC3基本不變，此即V1與V2基本不變，所以比例鑒頻器具有自限幅功能1212222212122CVVVVQvVVVVDD當(dāng)相移較小時復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)126脈沖計數(shù)式鑒頻電路過零檢測低通濾波脈沖成形vv2vFMttv2vFMv復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢鎖相環(huán)鑒頻電路l鎖相環(huán)的閉環(huán)帶寬大于調(diào)制信號頻率l輸入調(diào)頻信號的最大頻偏引起的輸入鑒相器信號的相位差小于鑒相器的線性鑒相范圍l滿足上述條件后，鎖定狀態(tài)下壓控振蕩器的控制電壓跟隨調(diào)制信號變化l工作

47、穩(wěn)定可靠，便于集成2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)127復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)128鎖相鑒頻的數(shù)學(xué)模型l結(jié)構(gòu)l數(shù)學(xué)模型PDLFVCOvFMvKd sin Kf (p)Ko /pqivqovC復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)129cossin( )sin( )cosmFMmCmiimvVttttpttDDqqDsin()( )( )( )1sin()( )/sin()( )/1( )1sin()( )/cosdefCidefodefoidefoomoKKpvttKKpKpKKpKpptKKpKp KtKqqqqqqD當(dāng)輸入信號調(diào)制頻率 遠(yuǎn)小于鎖相環(huán)閉環(huán)自然頻率 n 時， 1，此時 vC(t) 就是解調(diào)輸出鎖相環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)調(diào)制信號復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢例 用集成鎖相環(huán)設(shè)計FM解調(diào)器 用 NE564 設(shè)計 FM解調(diào)電路，輸入信號幅度大于200mV，載頻 f0 = 1.20MHz，調(diào)制頻率 20Hz20kHz 可變，最大頻偏 100kHz。 NE564 本身帶有緩沖輸出，但是需要在輸出接一個低通濾波器以濾除毛刺。實際電路如下：2022-2-24高頻電路基礎(chǔ)130環(huán)路濾波器復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢設(shè)計過程：l按照自由振蕩頻率等于載頻的原則設(shè)計VCO的定時電容，并確保VCO的輸出頻率