《高頻第六章少》PPT課件.ppt

1、2020/9/12,第一節(jié) 調(diào)角波的性質(zhì),第六章 角度調(diào)制與解調(diào),第二節(jié) 調(diào)頻方法及電路,第三節(jié) 限幅器,第四節(jié) 鑒頻器,2020/9/12,第六章 角度調(diào)制與解調(diào),上一章講的調(diào)幅是以u去控制載波振幅，反映到頻譜上是頻率搬移，其頻譜結構不變，所以屬于線性調(diào)制。 本章講的調(diào)角是以u去控制載波的頻率或相位，反映到頻譜上是一種復雜的變換（增加了許多組合頻率），屬于非線性調(diào)制。 調(diào)角的優(yōu)點：抗干擾能力強。,2020/9/12,以調(diào)制信號u去控制載波的頻率或相位，使載波的頻率或相位隨調(diào)制信號的規(guī)律變化，這樣得到的已調(diào)波稱調(diào)頻波或調(diào)相波，統(tǒng)稱調(diào)角波。 設載波 uo(t)=Ucos(t+o)=Ucos(t)

2、,第一節(jié) 調(diào)角波的性質(zhì),未調(diào)制時=常數(shù)；調(diào)角后 常數(shù)。,顯然：不論是FM還是PM，都會引起(t)的變化， 所以統(tǒng)稱為調(diào)角。,瞬時相位：,其中：(t) =t+o ；,瞬時頻率：,2020/9/12,（一）調(diào)頻（FM）波表示式 設u(t)=Ucost，載波uc(t)=Uccos(ct+o)，據(jù)調(diào)頻定義： 1）FM波的瞬時頻率： (t)=C+kfu=C+kfUcost=C+fcost,其中： C載頻，F(xiàn)M波中的中心頻率。 kf比例系數(shù)，單位調(diào)制信號強度引起的頻率變化， 表明控制能力的大小。 f最大頻偏，即FM瞬時頻率偏離C的最大值。,第一節(jié) 調(diào)角波的性質(zhì),一、調(diào)角波的表示式：,2020/9/12,F

3、M波的表示式： u(t)=Uccos(ct+mfsint+o),其中: mf稱調(diào)頻指數(shù)，是載波 相位上附加的最大相移， 它表明調(diào)制深度。,2）FM波的瞬時相位：,特點：頻率c變化與u成正比， 附加相移(t)與u相差90。,具體波形如圖,u,t,t,t, t,u(t),(t),(t),mf,f,c,第一節(jié) 調(diào)角波的性質(zhì),(t)=C+kfUcost =C+fcost,調(diào)頻引起的附加相移,2020/9/12,PM波瞬時頻率：,其中： mp=kpU：稱調(diào)相指數(shù)，代表調(diào)相波的最大相偏： kp的物理意義是單位調(diào)制信號強度引起的相位變化。,據(jù)調(diào)相定義，PM波的瞬時相位隨u線性變化，即 PM波的瞬時相位: (

4、t) =ct+o+KpU cost=ct+o+mpcost,（二）調(diào)相波的表示式,第一節(jié) 調(diào)角波的性質(zhì),2020/9/12, PM波表示式：,波形分析見圖,瞬時相位變化與u成正比； 瞬時頻率的變化與u的 微分成正比。與 u相差90。,特點：,u,t,t,t, t,u(t),(t),(t),mp,p,c,第一節(jié) 調(diào)角波的性質(zhì),U(t)=Uccos(ct+o+mpcost),2020/9/12,FM、PM波的比較,第一節(jié) 調(diào)角波的性質(zhì),FM波的表示式： u(t)=Uccos(ct+mfsint+o),PM波表示式：,U(t)=Uccos(ct+o+mpcost),2020/9/12,1、調(diào)頻時：

5、最大相偏mf1/ (f一定時)；最大頻偏fU ，與無關； 2、調(diào)相時： 最大相偏mpU ，(與無關)；最大頻偏在mp一定時，p,mf,f,mf=,mp,p=mp,用曲線表示：,f =KfU,mp=KPU,p,第一節(jié) 調(diào)角波的性質(zhì),值得強調(diào)的兩點差別:,最大頻偏,最大頻偏,最大相偏,最大相偏,調(diào)頻時：,調(diào)相時,2020/9/12,例6-1 設一組正弦調(diào)制信號，信號頻率最低為Fmin=300HZ,最高為3400HZ調(diào)制信號的幅度都一樣，調(diào)頻時，最大頻偏ff=75kHZ；調(diào)相時，最大相偏 mp=1.5rad/s 試求：調(diào)頻時，mf的變化范圍；調(diào)相時，fp的變化范圍。 解：1、調(diào)頻時： 調(diào)頻指數(shù)：mf

6、=f/=ff/F (mf)max=ff/Fmin=75103/300=250rad/s (mf)min=ff/Fmax=75103/3400=22rad/s,2、調(diào)相時： 最大頻偏：fp=mp(FminFmax)=1.5 (3003400)=4505100HZ 可見，調(diào)相時mp=kpU是不變的，但fpF,第一節(jié) 調(diào)角波的性質(zhì),可見，調(diào)頻時最大頻偏不變ff ，最大相偏變化mfF,2020/9/12,二、調(diào)角信號的頻譜和有效帶寬 (二)調(diào)角信號的頻譜 FM：u(t)=UCcos(ct+mfsint+0) PM：u(t)=UCcos(ct+mpcost+0) 由u引起的相移相差/2，無本質(zhì)區(qū)別。,利

7、用和角公式: u(t)=UCcos(msint)cos(ct+0)-sin(msint)sin(ct+0),在貝塞爾函數(shù)理論中有以下關系： cos(msint)=J0(m)+2J2(m)cos2t+2J4(m)cos4t+ sin(msint)=2J1(m)sint 2J3(m)sin3t +,第一節(jié) 調(diào)角波的性質(zhì),歸并成通式：u(t)=UCcos(ct+msint+0),2020/9/12,所以 ,u(t)=UCJo(m）cos(ct+o) +UCJ1(m)cos(c+)t+o - cos(c-)t+o +UCJ2(m)cos(c+2)t+o + cos(c-2)t+o +UCJ3(m)co

8、s(c+3)t+o - cos(c-3)t+o +,J0(m)以m為宗數(shù)的第一類貝塞爾函數(shù)載頻分量的振幅系數(shù),Jn(m)以m為宗量的邊頻分量 nc的振幅系數(shù),由式可以看出調(diào)角波頻譜特點： （1）頻率成分：c、cn，n=1,2, （2）邊頻分量的幅度：Un=UcJn（m）,(3）相位：當n=奇數(shù)時，上、下邊頻相位相反；,當n=偶數(shù)時，上下邊頻相位相同；,第一節(jié) 調(diào)角波的性質(zhì),2020/9/12,當m，n為已知時，以m為變量的振幅系數(shù)可由貝塞爾函數(shù)曲線（P110圖6-4）或P110的表6-2查得。,第一節(jié) 調(diào)角波的性質(zhì),查表方法:當m=4時,由表6-2可查得J0(4)=-39.71% , J1(4

9、)=-6.6% J2(4)=36.42%,由曲線可知： 當m為特定值時，載頻或某一邊頻振幅為零。 如： m=2.405 ； J0(m)=0 利用此特點可用來測量頻偏和調(diào)制指數(shù)。,橫坐標為m；縱坐標為n, Jn(m)%表示振幅系數(shù)值，其正負、大小無規(guī)律。查表可知，當m變量相同時，結果與查表相同。,查曲線方法:,2020/9/12,（二）調(diào)角波的頻譜寬度,窄帶調(diào)制（m1）；,寬帶調(diào)制（m1）。,1窄帶調(diào)制（m1）,當m很小時，cos(msint)1 sin(msint) msint,顯然，和AM波的頻譜相似，只是上、下邊頻相位相反。,頻帶寬度：B=2 把B=2的FM波調(diào)制稱窄帶調(diào)制，它廣泛用于移動

10、通信。,據(jù)m 的大小，調(diào)角信號分為兩種：,頻譜如圖所示：,第一節(jié) 調(diào)角波的性質(zhì),2020/9/12,2寬帶調(diào)制（m1） 完整的頻譜由U(t)式?jīng)Q定。 理論上說，調(diào)角波的頻譜應是無限寬的，但能量大都集中在載頻附近的邊頻分量。 在通信中，一般認為邊頻幅度小于載波幅度的10%即可忽略。,第一節(jié) 調(diào)角波的性質(zhì),其有效帶寬可表示為:B=2(m+1) 或 BHZ=2(m+1)F 例如:當m=4，B=2(4+1)=10,所以BHZ=2(75+15)=180KHZ(單聲道) ；立體聲為198kHZ 一般廣播系統(tǒng)中選取BHz=200kHZ,調(diào)頻廣播中規(guī)定最高頻偏fmax=75kHZ ；Fmax=15kHZ,當信

11、號為非簡諧信號時：,由表6-2顯見，當n(m+1)時，邊頻幅度均小于載頻振幅的10%。絕大部分能量都集中在n(m+1)邊頻分量。,2020/9/12,應該指出：最大頻偏與頻譜寬度概念是不同的。 最大頻偏：指在U的作用下，瞬時頻率偏離fc的最大值； 頻譜寬度：則是獲得主要調(diào)制信號能量的頻率范圍。,三、調(diào)制方式的比較,第一節(jié) 調(diào)角波的性質(zhì),2020/9/12,第一節(jié) 調(diào)角波的性質(zhì),2020/9/12,第一節(jié) 調(diào)角波的性質(zhì),2020/9/12,FM、PM的比較,第一節(jié) 調(diào)角波的性質(zhì),綜合說：調(diào)角優(yōu)于調(diào)幅，而調(diào)頻又優(yōu)于調(diào)相。,2020/9/12,一、調(diào)頻電路主要指標及實現(xiàn)方法 （一）調(diào)頻器的主要技術指

12、標 （1）調(diào)制特性的線性：調(diào)頻波頻偏與調(diào)制電壓關系特性f=f(U)稱調(diào)制特性，即要求fu。 （2）調(diào)制靈敏度：指單位調(diào)制電壓變化能產(chǎn)生的頻偏S=f/u，S 越大越好。,第二節(jié) 調(diào)頻方法及電路,（3）載頻穩(wěn)定度：越高越好。載頻穩(wěn)定是保證正常通信的必要條件。 （4）最大頻偏ff：在調(diào)制電壓作用下能獲得的最大頻偏。要求ff與 F 無關。(在整個波段內(nèi)保持不變)。,相對頻偏,ff /f c10-2時稱大頻偏：用于衛(wèi)星通信、微波中繼,2020/9/12,(1)直接調(diào)頻： u變化 LC回路的 L或C變化 變化 特點： 簡單，頻偏ff大; 但載頻fc的穩(wěn)定性較差。（因為變頻管偏置電壓漂移、溫度T變化fc變化

13、）,第二節(jié) 調(diào)頻方法及電路,（2）間接調(diào)頻: 首先u(t)dt 再調(diào)相 得調(diào)頻波 特點：fc穩(wěn)定，但ff小。,（二）調(diào)頻方法,2020/9/12,二、直接調(diào)頻電路 （一）變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路 電路如圖,C1為隔直電容 ;C2高頻旁路電容 ; RFC高頻扼流圈通直隔交; U調(diào)制電壓; -UB保證變?nèi)莨芄ぷ鞯姆聪蛑绷髌珘骸?UBUm,第二節(jié) 調(diào)頻方法及電路,2020/9/12,其中：, 變?nèi)莨艿碾娙菡{(diào)制度,U=0時的結電容,將其代入得：,u=UB+U=UB+Umcost,由圖變?nèi)莨軆啥穗妷海?第二節(jié) 調(diào)頻方法及電路,變?nèi)莨茈娙莓斖饧与妷?:u=0，CT=CT0（零偏） ； UD為PN結內(nèi)建電位。

14、,2020/9/12,回路振蕩頻率：,若令電容指數(shù)n=2，則有 ：=C(1-mTcost) =C-mTC cost =C-mcost 其中：m=mTC為 FM波最大角頻偏。,c=mcost 即cU(t)實現(xiàn)線性調(diào)頻。,第二節(jié) 調(diào)頻方法及電路,注意： 對實際的變?nèi)荻O管隨u而變，在一定的電壓范圍內(nèi)n=2； 要得到線性調(diào)頻，調(diào)制信號電壓幅度不能太大。即c不能太大。否則，將出現(xiàn)非線性失真。,2020/9/12,為了避免高頻振蕩電壓對CT的影響，常用對稱直接調(diào)頻電路如圖：,對u ， UB來說，兩變?nèi)莨懿⒙?lián)； 對高頻振蕩電壓，兩變?nèi)莨艽?lián)，相互補償、抵消。,第二節(jié) 調(diào)頻方法及電路,2020/9/12,第

15、二節(jié) 調(diào)頻方法及電路,(二)石英晶體調(diào)諧振蕩器：,實際電路見下圖：,優(yōu)點：中心頻率穩(wěn)定性高（因為晶體振蕩器） 缺點：頻偏小,克拉潑振蕩器,調(diào)節(jié)CT可調(diào)節(jié)振蕩頻率,1）間接調(diào)頻原理:,u(t)=Uccos(ct+o+mpcost),u(t)=Uccos(ct+mfSint+o),三、間接調(diào)頻電路（阿姆斯特朗系統(tǒng)）,先將調(diào)制信號積分; 再去調(diào)相，所得結果就是FM波（如圖）,FM波,PM波,2020/9/12,用U去調(diào)相，其相偏 (t)=kp u=（kp Umsint）/RC =（kfUm sint）/=mfsint (其中：kf=kp/RC，mf=kfUm/),則u 積分后：,第二節(jié) 調(diào)頻方法及電

16、路,顯然，這與調(diào)頻波的瞬時相偏表示式完全一致， 所以可實現(xiàn)間接調(diào)頻。,若設: U= Umcost,2020/9/12,C1C3 隔直電容 -9V提供反偏直流。 C4,R4 為積分器，以獲得u L，CT組成并聯(lián)諧振回路 當u =0時，CT=CTQ，f=fc，電路呈純阻。 u CT 對載頻信號而言失諧，回路呈感性 U導前I。,2)間接調(diào)頻電路：電路如圖,第二節(jié) 調(diào)頻方法及電路,-9V,u CT 對載頻信號而言失諧，回路呈容性 U滯后I 所以u 改變 CT改變 改變，實現(xiàn)調(diào)相。,u,2020/9/12,第三節(jié) 限幅器,問題：調(diào)角波中帶有的寄生調(diào)幅。 原因：1）在調(diào)制過程中產(chǎn)生。如圖 2）在傳輸過程中

17、產(chǎn)生。 危害：對發(fā)射端功放、和接收端的解調(diào)都很不利。 解決辦法：用限幅器來消除調(diào)角波的寄生調(diào)幅。 限幅器的的組成： 非線性元件 + 諧振回路,削去幅值 的變化,除去新產(chǎn) 生的諧波,常用的限幅器有： 二極管限幅器、三極管限幅器、差分對限幅器。,對限幅器的主要技術要求： （1）限幅區(qū)應具有平坦特性： 進入限幅區(qū)后，輸出電壓應維持在限幅值基本不變。 （2）限幅門限要低： 進入限幅區(qū)時，對輸入電壓幅值要求越低越好。 （3）進入限幅區(qū)之前： 應具有盡可能高的線性放大系數(shù)。,一、晶體二極管限幅器,1.組成：如圖,參數(shù)滿足： r d RRL,D1 D2參數(shù)： 導通電阻為 r d 導通電壓UD,1) |ui|

18、UD時：,輸出電壓：,2) |ui|UD時：,輸出電壓：,r d R,斜率r d / R,斜率為： RL /(R+ RL),UD,線性范圍,D1 D2均截止無限幅作用：,D1 D2分別在正負半周導通：,uo,限幅的結果：使uo的尖峰被削平。 二極管限幅器特點：工作頻率高、限幅特性對稱。,2.原理：,斜率越?。ㄆ教梗?限幅效果越好,t,二、晶體三極管限幅器,1.組成：如圖,1) 當ui較小時：,電路相當于一般的放大器。,2)當ui較大時：如圖,由于線性范圍的限制消除波峰，從而消除寄生振幅。,特點：工作頻率低，但具有一定的放大能力。,與普通調(diào)諧放大器類似； 但工作點低、線性范圍小。,普通放大器 的

19、工作狀態(tài),限幅器的 工作狀態(tài),三、差分對限幅器,1.組成：如圖 由單入單出差放組成；,1) 當ui Ut時：,2)當ui繼續(xù)增大時：如圖,正弦波成為方波。,特點：1）門限電壓低，可降低對前一極增益的要求。 2） Re用恒流源代替，易于集成。,iCZ ui 傳輸特性具有限幅作用,iCZ波形上下被削平。,ui,0,ui,Ut,iCZ,iCZmax,iCZ,t,0,2020/9/12,第四節(jié) 鑒頻器,鑒頻器 -實現(xiàn)FM波解調(diào)的裝置 實現(xiàn)鑒頻方法有三種： （1）將等幅的FM波變換成振幅與調(diào)頻波頻率成正比的FM-AM波，再進行振幅檢波，得到u。 優(yōu)點是：電路簡單可靠，應用最廣泛。 （2）利用移相器，得到

20、與調(diào)頻波的 f 變化成正比的FM-PM波，再通過鑒相器檢出u。 優(yōu)點是：性能好，便于集成，是發(fā)展方向。 （3）利用計過零點脈沖數(shù)目的方法，稱脈沖計數(shù)式鑒頻器。 優(yōu)點是：線性好，但 f 受限。,2020/9/12,即鑒頻器輸出電壓 U與調(diào)頻信號的頻率 f 之間的關系；,鑒頻器的主要質(zhì)量指標： （1）鑒頻跨導gD （亦稱鑒頻靈敏度）,鑒頻器的主要特性是鑒頻特性：,鑒頻特性曲線,它的形狀象S形， 又稱S曲線。,表示單位頻偏能產(chǎn)生輸出電壓的大小。 gD越大，S越陡，靈敏度越高。,（2）頻帶寬度B： 指S曲線的線性范圍；B=2fmax。,fmax為FM波 的最大頻偏,（3）非線性失真： B內(nèi)S曲線為直線

21、，無非線性失真，要求鑒頻器工作在B內(nèi)。 gD靈敏度高但B；反之BgD，必須兼顧。,2020/9/12,基本思想： FM波FM-AM波up 經(jīng)檢波,峰包檢波,變換器,t,t,t,t,up,up,up,uL,u ,優(yōu)點：簡單 缺點：線性范圍窄；大時失真嚴重。,UL,原理：Up曲線如圖,0,c,輸入FM波的C0； 處于失諧狀態(tài)。,一、斜率鑒頻器,1單斜率鑒頻器：如圖：,2020/9/12,2.平衡斜率鑒頻器,要求： D1=D2 C3=C4 R1=R2,0,(2)工作原理,初級回路調(diào)諧于0 = c ；兩次級回路分別調(diào)諧于1 、2 ； 且201 ；=1-0=0-2 ； up1=up2經(jīng)檢波后得|u1|=

22、|u2| 但極性相反。 則 U=u1-u2即為u1幅值的二倍。,(1)電路如圖：,up1,0,1,2,t,up2,t,（3）優(yōu)點：, u為單斜率的2倍。（電路完全對稱） 輸出無直流，無偶次諧波成分，失真小。 B較寬，可用于寬帶通信接收機。,（4）缺點： 調(diào)試不方便，難以做到嚴格對稱。,2020/9/12,利用耦合諧振回路初、次級間相移隨 f 變化的特性實現(xiàn)鑒頻。,1.電路（如圖）,要求： 檢波電路完全對稱； 即：C3=C4 D1=D2 R3=R4,Ld的作用：,（1） Ld對FM波開路；提供檢波器的直流通路; （2）加 U1 于 Ld 兩端 (C0、C4對FM波短路 )。,二、相位鑒頻器,20

23、20/9/12,2.工作原理： 檢波等效電路如圖：,由圖可得: UD1=U1+U2/2 UD2=U1-U2/2,下面分析U1、U2與頻率 f 的關系 : 設初、次級回路參數(shù)完全相同： 即: L1=L2=L , r1= r2= r ； Q1=Q2=Q, 1=2=,U= U1 -U2 = kd（UD1- UD2 ）=F(U1，U2),對高頻信號C3和C4可以看成短路 。,U1=kd1UD1 U2=kd1UD2,U1,U2,kd上下電路的 檢波效率相等,2020/9/12,根據(jù)：,UD1,UD2,U1,UD1,UD2,U1,UD2,UD1,U1,= 0時：=0、=0 U2導前U1900,0時：、0 U2導前U1小于900, 0時：、0 U2導前U1大于900,2020/9/12,U,0,由此得到S曲線：,當很高嚴重失諧時，使U1、U2U,出現(xiàn)拐點的原因：,峰包檢波后：,U 隨 f 變化的規(guī)律而變化；實現(xiàn)了鑒頻。,U,t,相位鑒頻器的優(yōu)點：電路簡單，線形較好，靈敏度較高。 缺點：工作頻帶較窄。,2020/9/12,移相器作用：把FM信號變換為PM信號。 相位檢波器：由乘法器構成，把U1、U2的相位差檢出。,最大優(yōu)點：適合于集成化，因而有發(fā)展前景。 （一）工作原理： 如 框圖：,常用的移相器如圖：,四、符合鑒頻器,下面分析移相器的波形變換原理