通信电子电路.ppt

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1、通信电子电路通信电子电路何丰 主编重庆邮电学院人民邮电出版社v第八章第八章 角度调制与解调角度调制与解调v8.1 概概 述述 v8.2 调角波的定义和实施方案 v8.3 调频的实现及其电路性能的比较 v8.4 调角波的解调实现 v8.5*集成调频收/发信电路介绍 v8.6 数字与模拟信号下的电路 第八章第八章角度调制与解调角度调制与解调v与幅度调制一样，角度调制也属于频带多路通信系统的基本调制方法。其目的也是将频带信号的频率进行变换，即提高频带信号占用的频率。此外，角度调制在调制的同时还完成信号频率的重构，即调制前后的信号频谱不再是调幅式的频谱位移关系，而是频率的非线性变换。8.1 概概 述述

2、v角度调制角度调制可以分为调频和调相两种方式。从时域来看，它们都是通过用调制信号（即基带信号）去控制载波瞬时相位（或瞬时角度）的方法来实现的v如设载波为：v （8-1-1）v式中，为常数，反映了载波振幅的大小；为载波的瞬时相位。为载波的固有频率，为载波的初相位。8.1 概概 述述v则角度调制输出的调角波为：v （8-1-2）v此外，我们将与调频电路对应的接收电路称为鉴频器鉴频器，与调相电路对应的接收电路称为鉴相器鉴相器。8.2 调角波的定义和特性调角波的定义和特性v由式（8-1-2），可得调角波的瞬时相位如下：v （8-2-1）v式中，f函数通常是非线性的，但在等于零时，也应等于零。v由于相位

3、变化的快慢可以用频率来描述，所以调角波的瞬时频率可以表示为：v （8-2-2）8.2 调角波的定义和特性调角波的定义和特性v从理论上讲，用调制信号去控制瞬时相位的实施方法有三种。v第一，用调制信号直接控制瞬时相位；v第二，用调制信号直接控制瞬时频率；v第三，用调制信号同时对相位和频率进行控制。v实际中，考虑到相位与频率存在内在联系，以及信号变换应与信息一 一对应的要求，上述三种方法中前两种是简单可行的。8.2 调角波的定义和特性调角波的定义和特性v其中，与第一种对应的调制称为调相调相，v有：v （8-2-3）v式中，kp为电路变换比例常数，单位为rad/V，表示单位调制信号引起的相位变化量。v

4、与第二种对应的调制称为调频调频，有：v （8-2-4）8.2.1 调频波与调相波的特点及其实调频波与调相波的特点及其实现方案现方案v频率调制频率调制是用调制信号去控制高频载波的频率，使其瞬时频率在原来基础上新增随调制信号线性变化的频率分量，简称为调频调频，记为FM；v相位调制相位调制是用调制信号去直接控制高频载波的相位，使其瞬时相位在原来基础上新增随调制信号线性变化的相位分量，简称为调相调相，记为PM。8.2 调角波的定义和特性调角波的定义和特性v1 调频波调频波v由式（8-2-4）得调频时已调波的瞬时角频率为：v （8-2-5）这时，已调信号的瞬时相角可表示为：v令：=+（8-2-7）v为积

5、分后随时间变化的部分，表示了信息变化的情况，被称为瞬时相偏瞬时相偏或相偏相偏，与调制信号积分的变化成正比。8.2 调角波的定义和特性调角波的定义和特性v将式（8-2-6）代入（8-1-2），可得调频波表达式为：v 8-2-8）v2.调相波调相波v在式（8-2-3）的基础上，令调相波的瞬时相位为：v （8-2-9）v式中，(t)为瞬时相位相对于载波相位的偏移，简称为相偏相偏。它直接反映了信息的变化规律。8.2 调角波的定义和特性调角波的定义和特性v将式代入（8-1-2），可得调相波表达式为：v （8-2-10）v对应已调波的瞬时角频率为：v （8-2-11）v式中，为调相波的瞬时角频偏瞬时角频偏

6、或频偏频偏，它和调制信号的微分成正比。8.2 调角波的定义和特性调角波的定义和特性v3.实现方案分析实现方案分析v对于调频波的频偏实现问题，我们可以用图对于调频波的频偏实现问题，我们可以用图8-2-1（a）的两个方案，其中用调制信号直的两个方案，其中用调制信号直接去控制载波频率的方案常称为直接调频，接去控制载波频率的方案常称为直接调频，v用调制信号先经积分电路积分后，再通过调用调制信号先经积分电路积分后，再通过调相的方法最终得到调频波的方案称为间接调相的方法最终得到调频波的方案称为间接调频。频。8.2 调角波的定义和特性调角波的定义和特性v对于调相波的相偏实现问题，我们可以用图8-2-1（b）

7、的两个方案，其中用调制信号直接去控制载波相位的方案被称为直接调相直接调相，v用调制信号先经微分电路微分后，再通过调频的方法最终得到调相波的方案称为间接调间接调相相。8.2 调角波的定义和特性调角波的定义和特性8.2.2 调角波的特性及其通信传输的调角波的特性及其通信传输的可实施性可实施性v1.时域描述时域描述v我们将调角波频偏的最大值称为最大频偏最大频偏，用表示，即：v （8-2-12）v将调角波相偏的最大值称为调制指数调制指数，用m表示，即：v （8-2-13）v调频时，用m f表示，称为调频指数调频指数；调相时，用m p表示，称为调相指数调相指数。8.2.2 调角波的特性及其通信传输的调角

8、波的特性及其通信传输的可实施性可实施性v用正弦调制信号进行的调制称为正弦调制正弦调制。v设调制信号 ，代入式（8-2-8）并整理得调频波表达式：v （8-2-14）v对于调相波，根据式（8-2-10）有：v （8-2-15）8.2.2 调角波的特性及其通信传输的调角波的特性及其通信传输的可实施性可实施性v2.调角波的频谱分析调角波的频谱分析v采用如下的统一表达式采用如下的统一表达式 v （8-2-16）v为了讨论方便，令 ，并将上式通过三角公式展开，可得：v （8-2-17）8.2.2 调角波的特性及其通信传输的调角波的特性及其通信传输的可实施性可实施性v将式中的和两项展成级数，即：v （8-

9、2-18）v （8-2-19）式中，是宗数为m的n阶第一类贝塞尔函数，它们与的关系曲线如图8-2-2所示。8.2.2 调角波的特性及其通信传输的调角波的特性及其通信传输的可实施性可实施性v将上两式代入式（8-2-17），并借助三角公式：v （8-2-20）v可得已调波表达式为：v 载频分量v 第一边频v 第二边频v 第三边频v 第四边频v （8-2-21）8.2.2 调角波的特性及其通信传输的调角波的特性及其通信传输的可实施性可实施性v根据第一类贝塞尔函数的特性可以证明：v （8-2-22）v则式（8-2-21）的已调波可写成 v （8-2-23）8.2.2 调角波的特性及其通信传输的调角波的

10、特性及其通信传输的可实施性可实施性8.2.2 调角波的特性及其通信传输的调角波的特性及其通信传输的可实施性可实施性v根据帕塞瓦尔定理，调角波的平均功率等于载波分量和各边频分量功率之和，即：v （8-2-24）v式中，RL为负载电阻。v又由式（8-2-17）可知，已调波的总功率也可表示为：v （8-2-25）v故：（8-2-26）8.2.2 调角波的特性及其通信传输的调角波的特性及其通信传输的可实施性可实施性v3.调角波的通信可实施性分析调角波的通信可实施性分析v采用去掉某些边频分量的调角波传输方案的可行性理由是：v1）保留的频率分量代表了原信息的主要功率分量，它能使信息基本无失真；v2）从信号

11、传输的背景来看，无线通道中存在大量干扰，如加大接收端的滤波带宽，必然会增加识别有用信号的难度；v3）在调角信号的等幅特性下，收端可以采用限幅加滤波相结合的信号识别技术，将频带内的个别强干扰频率有效地削弱，使信号传送质量比调幅方式要高得多。8.2.2 调角波的特性及其通信传输的调角波的特性及其通信传输的可实施性可实施性v4.调角波的带宽调角波的带宽v由时由时 ，小于小于0.1，可得：，可得：v （8-2-27）v式中，式中，m为最大相偏；为最大相偏；max为调制信号的最为调制信号的最大角频率，若采用大角频率，若采用Hz为单位，则用为单位，则用F表示。表示。v若若m 1（工程上，只需），则工程上，

12、只需），则v （8-2-28）8.2.2 调角波的特性及其通信传输的调角波的特性及其通信传输的可实施性可实施性v通常，我们称其为窄带调角波窄带调角波。v与之相反，若m 1，则：v （8-2-29）v其值近似为最大频偏的二倍，我们称其为宽宽带调角波带调角波。v若调角波具体为调频波，由表8-2-1可得：v v （8-2-30）8.2.2 调角波的特性及其通信传输的调角波的特性及其通信传输的可实施性可实施性v对于调相波，由表8-2-1可得：v v （8-2-31）v例题例题8.2.1：在无线多路通信系统中，模拟调频广播的最大频偏规定（国标）为75kHz，最高调制频率为15kHz。求已调波的带宽。8.

13、2.2 调角波的特性及其通信传输的调角波的特性及其通信传输的可实施性可实施性v解：由表8-2-1，可得调频指数 radv代入式（8-2-27），得已调波带宽为：v kHzv实际运用表明，取 kHz，效果更好。v8.2.2 在足够大的条件下，将单音调频波波形进行处理，即将绝对值大于的波形削平。问：处理后得到的新波形中存在哪些频率分量？8.3 调频的实现及其电路性能的比较调频的实现及其电路性能的比较v1.系统要求系统要求v2 电路要求电路要求v在考虑到式（在考虑到式（8-2-5）和调制电路的非线性后，我们可以用）和调制电路的非线性后，我们可以用式：式：v （8-3-1）v来表示实际的角频偏。通常称

14、此关系为调频电路的调频特来表示实际的角频偏。通常称此关系为调频电路的调频特性。性。v（1）调制非线性）调制非线性v理想的调频电路应使随成比例地变化，即实现线性调频。理想的调频电路应使随成比例地变化，即实现线性调频。但实际电路中，总存在一定程度的非线性，即调频非线性，但实际电路中，总存在一定程度的非线性，即调频非线性，由此引起的失真称为非线性失真。由此引起的失真称为非线性失真。8.3 调频的实现及其电路性能的比较调频的实现及其电路性能的比较v（2）调频灵敏度v在等于零附近，调制信号幅值变化单位数值所产生的频偏称为调频灵敏度调频灵敏度，即：v （8-3-2）v（3）最大频偏与相对频偏v电路的最大频

15、偏电路的最大频偏与实际调频时输出的最大频偏不是同一个概念，它描述的是电路本身具有的能力。v我们将与的比值称为相对频偏相对频偏。8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析v1.多谐振荡型直接调频电路的原理多谐振荡型直接调频电路的原理8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析v信号必需满足：v （8-3-3）v整理后可得，调频波的最大可能频偏为：v （8-3-4）v2.正弦振荡型直接调频电路的分析正弦振荡型直接调频电路的分析v正弦振荡型调频电路正弦振荡型调频电路的电路模型如图8-3-2所示。在图中选频部分包含有受控性质的可变电抗元件（受控的可变电容或电感）的条件

16、下，振荡电路在可控电抗元件参数变化时，能够实现调频的功能。8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析v正弦振荡型调频电路分析的关键内容有：调制信号与振荡信号之间的共存安排及其相互隔离的电路措施，调频电路性能指标的分析计算。8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析v（1）基本变容二极管调频电路原理）基本变容二极管调频电路原理v变容二极管是利用PN结的结电容随反偏电压变化的特性制成的一种专用压控可变电容器件，工作于较高的频率范围内。v（1）共存信号的加入与隔离原理8.3.1 直接调频的实现及性能分析直

17、接调频的实现及性能分析8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析v（2（8-3-7）振荡频率的求解v在谐振信号为弱信号的前提下，将二极管上的反向电压设为：v （8-3-5）v代入变容二极管的压容特性公式（4-7-1），可得结电容随调制电压调变的关系式：v （8-3-6）v式中，CjQ为变容二极管在静态工作点的结电容。其值为：8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析v若认为振荡频率近似等于谐振回路的谐振频率时，振荡器的瞬时振荡角频率表示为：v （8-3-8）v式中，（8-3-9）v其中，。v令：（8-3-10）8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实

18、现及性能分析v（3）调制器的性能分析v为了分析简单，我们以单音调制为例。设，v 代入式（8-3-8）得：v （8-3-11）v式中，（8-3-12）v又因为：（8-3-13）8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析v所以在小信号条件下，忽略三次及其以上的方次，整理可得：v （8-3-14）v显然，时 ，电路完成理想的线性调频线性调频，无输出失真v频偏 。8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析v 选定后，由式（8-3-14）可得与调制信号有关，但不随调制信号变化的频率部分，即：v (8-3-15)v我们称为已调波中心频率的迁移已调波中心频率的迁移。v中心

19、角频率的相对偏离值为：v (8-3-16)8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析v调频波的有用角频偏：v (8-3-17)v角频偏二次谐波失真的最大值：v (8-3-18)v调频波二次谐波失真系数调频波二次谐波失真系数：v (8-3-19)v式中，为调频波有用角频偏的最大值。8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析v式中，为调频波有用角频偏的最大值。v由式（8-3-2）和式（8-3-8）得调制灵敏度为：v (8-3-20)v将式（8-3-9）代入上式，可整理得：v (8-3-21)8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析v（4）电路

20、举例v（2）部分接入调频电路的稳定性能）部分接入调频电路的稳定性能8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析v由图可见，振荡回路总电容应为：v （8-3-22）v在振荡波较弱的要求下，将变容二极管的电容，即式（8-3-6）代入上式，并整理可得：v （8-3-23）v式中，（8-3-24）v在无调制信号，即 0时，振荡器的振荡频率就应该是载波频率，与此对应的回路总电容为：v （8-3-25）v （8-3-26）8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析v在小信号 条件下，对振荡频率表达式进行泰勒级数展开，并保留前三项后，整理可得：v （8-3-27）v式中，（

21、8-3-28）v （8-3-29）v （8-3-30）8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析v设 ，则式（8-3-27）变为：v （8-3-31）v调频波的有用角频偏：v (8-3-32)v将上式与式（8-3-17）比较后，我们发现p的出现是由于变容管部分接入后引起的，因此，我们称p为接入系数接入系数。8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析v已调波中心频率的迁移为：v (8-3-33)v调频波二次谐波失真系数：v (8-3-34)v由式（8-3-2）和式（8-3-29）得调制灵敏度为：v (8-3-35)v（3）*变容管直接调频电路的实例分析变容管直

22、接调频电路的实例分析v 减小已调波对变容管容量影响的实例减小已调波对变容管容量影响的实例v由（b）图的高频等效电路可以得出：v加到每只变容管上的高频电压为总电压幅度的一半，降低了高频电压的作用；v两只变容管上的高频电压极性总是相反的，使高频电压引起的容量变化正好相反。8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析v据此得出电路的特点：v可以削弱和抵消高频谐振频率中的某些无用分量，有效地减小了高频电压引起的调制非线性失真；v防止了高频电压使变容管工作于非反向工作状态，即导致谐振电路Q值大大下降，振荡器性能恶化的情况出现；v两变容管的总电容量是单管的一半。8.3.1 直接调频的实现及

23、性能分析直接调频的实现及性能分析v进一步提高调频电路稳定性的实例v结合第四章，我们可以想到晶体型调频电路具有：频率稳定度高；晶体显感性频率范围窄，不易获得较大的频偏。8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析8.3.1 直接调频的实现及性能分析直接调频的实现及性能分析v 提高频偏的调频电路实例8.3.2 间接调频方法及其调相电路的间接调频方法及其调相电路的优势优势v从原理上讲主要有以下两大类：v从改变已有载波相位出发得到的相移时延相移时延法法；v从波形的数学

24、近似相等出发得到的矢量合矢量合成法成法。8.3.2 间接调频方法及其调相电路的间接调频方法及其调相电路的优势优势8.3.2 间接调频方法及其调相电路的间接调频方法及其调相电路的优势优势v1.可控相移时延调相电路可控相移时延调相电路v在理论上，调相电路应满足式（在理论上，调相电路应满足式（8-2-9）的线性调相）的线性调相关系，即：关系，即：v （8-3-36）其中，）其中，应为常数。应为常数。v（1）可控时延调相原理及电路构成优势）可控时延调相原理及电路构成优势v由式（8-3-36）得：v （8-3-37）v式中，v，具有时间单位s，其值与调制信号成比例。8.3.2 间接调频方法及其调相电路的

25、间接调频方法及其调相电路的优势优势v若将调相脉冲出现时刻选在调相波的 v =时，则应有关系：v ，n=0，1，2，3，（8-3-38）v即：（8-3-39）v式中，为载波的周期。8.3.2 间接调频方法及其调相电路的间接调频方法及其调相电路的优势优势v将代入式（8-3-37），可得相位变化率的最大值：v式中，为调制信号的最大值。这时，图8-3-15（b）调相脉冲序列的最小时间差，即容许的最大脉冲间隔宽度为：v （8-3-40）8.3.2 间接调频方法及其调相电路的间接调频方法及其调相电路的优势优势8.3.2 间接调频方法及其调相电路的间接调频方法及其调相电路的优势优势v由式（8-3-39），整

26、理可得：v ，n=0，1，2，3，（8-3-41）v令：，则：v ，n=0，1，2，3，（8-3-42）8.3.2 间接调频方法及其调相电路的间接调频方法及其调相电路的优势优势v若 ，即 ，上式右边在0到范围内取值，也就是一个载波周期内，只有一个存在。对的存在范围限制如下：v ，n=0，1，2，3，（8-3-43）8.3.2 间接调频方法及其调相电路的间接调频方法及其调相电路的优势优势8.3.2 间接调频方法及其调相电路的间接调频方法及其调相电路的优势优势v（2）变容管调相电路）变容管调相电路8.3.2 间接调频方法及其调相电路的间接调频方法及其调相电路的优势优势v在未调制时，回路谐振频率等于

27、载波频率，即：v =（8-3-44）v调制时，设：v （8-3-45）v载波通过回路后，在并联回路电感上得：v （8-3-46）8.3.2 间接调频方法及其调相电路的间接调频方法及其调相电路的优势优势v由式（A-3-5）、式（A-3-4）和式（8-3-44）和式（8-3-45），整理可得：v （8-3-47）v将式（8-3-6）代入，并整理得：v （8-3-48）v因此，调相灵敏度为：v （8-3-49）8.3.2 间接调频方法及其调相电路的间接调频方法及其调相电路的优势优势v这时，可得小信号条件下的相偏为：v （8-3-50）v2.矢量合成（波形合成）调相方案矢量合成（波形合成）调相方案v设

28、单音调制时，调相波为：设单音调制时，调相波为：v v （8-3-51）8.3.2 间接调频方法及其调相电路的间接调频方法及其调相电路的优势优势 式中 =0.26，即调相指数 0.26（或度），则：v （最大误差在0.034），v和 （最大误差在0.0003）v （8-3-52）8.3.2 间接调频方法及其调相电路的间接调频方法及其调相电路的优势优势8.3.2 间接调频方法及其调相电路的间接调频方法及其调相电路的优势优势v3.最大线性频偏与频偏扩展的方法最大线性频偏与频偏扩展的方法v实现较大角偏量的方法包含：实现较大角偏量的方法包含：v对核心调偏电路（调频和调相电路）进行对核心调偏电路（调频和调

29、相电路）进行改进，改进，v从信号特点出发，对已调信号进行系统处从信号特点出发，对已调信号进行系统处理，简称角偏量的信号处理扩展法。理，简称角偏量的信号处理扩展法。v（1）调偏电路的特点）调偏电路的特点v（2）角偏量的信号处理扩展法8.3.2 间接调频方法及其调相电路的间接调频方法及其调相电路的优势优势8.3.2 间接调频方法及其调相电路的间接调频方法及其调相电路的优势优势v（3）指定载频和大频偏的实现方案举例v第一方案，用变容管直接调频电路，实现高于指定载频的调频后，再经下混频器得到相对频偏较大的指定载频调频信号。v第二方案，用变容管调相电路，实现载频较低、相对频偏较大的间接调频后，再通过倍频

30、器将载频提升到所需频率，获得指定的调频波。8.3.3*数字调角信号及其实现数字调角信号及其实现v1.数字频率调制及其性能分析数字频率调制及其性能分析v由此推得电路的缺陷如下：由此推得电路的缺陷如下：v（1）在保证接收端识别信号类型所需的主要）在保证接收端识别信号类型所需的主要能量的情况下，已调波的传输带宽越大，越能量的情况下，已调波的传输带宽越大，越不利于频率资源的高效利用；不利于频率资源的高效利用；v（2）对宽带信号的滤波提取，以及对低能量）对宽带信号的滤波提取，以及对低能量分量的限带，都会使输出调频信号的包络出分量的限带，都会使输出调频信号的包络出现较大的起伏。现较大的起伏。8.3.3*数

31、字调角信号及其实现数字调角信号及其实现8.3.3*数字调角信号及其实现数字调角信号及其实现v改造的方向如下：v（1）图中的积分器是实现调频的关键，但这样的积分器虽能将输入的数码流 转换成连续变化的相位，但已调波的功率能量集中度仍不理想。v（2）基于数据 由几种码元组合而成的特点，和 波形也可以由几种基本波形片断按时分次序组合得到。8.3.3*数字调角信号及其实现数字调角信号及其实现v2.数字相位调制与电路构成数字相位调制与电路构成v数字相位调制又称移相键控移相键控，简写为PSK。8.3.3*数字调角信号及其实现数字调角信号及其实现8.3.3*数字调角信号及其实现数字调角信号及其实现v3.调频与

32、调相波调频与调相波v这种差异使得实际已调波具有以下的不同点：这种差异使得实际已调波具有以下的不同点：v（1）发）发0期间与发期间与发1期间比较时，调频波的频期间比较时，调频波的频率差异比较明显，而调相波的频率基本没有率差异比较明显，而调相波的频率基本没有差异。差异。v（2）在发端）在发端0、1变动的舜间，调频波的频偏变动的舜间，调频波的频偏最小，而调相波会出现快速频率变动。最小，而调相波会出现快速频率变动。8.3.3*数字调角信号及其实现数字调角信号及其实现8.4 调角波的解调实现调角波的解调实现v调角信号包括调频信号和调相信号两种，其中，调频信号的解调称为频率检波，简称鉴鉴频频，v完成鉴频功

33、能的电路称为鉴频器鉴频器；v调相信号的解调称为相位检波，简称鉴相鉴相，v完成鉴相功能的电路称为鉴相器鉴相器。8.4.1 限幅的系统功能分析与限幅电限幅的系统功能分析与限幅电路路8.4.1 限幅的系统功能分析与限幅电限幅的系统功能分析与限幅电路路v1.限幅对解调电路本身的贡献限幅对解调电路本身的贡献v2.限幅电路的抗干扰优势与限幅电路的抗干扰优势与“信息时分提取信息时分提取再生再生”法法v3.常见限幅电路常见限幅电路v图图8-4-2（a）为双二极管限幅器。为双二极管限幅器。8.4.1 限幅的系统功能分析与限幅电限幅的系统功能分析与限幅电路路8.4.1 限幅的系统功能分析与限幅电限幅的系统功能分析

34、与限幅电路路v工作在过压状态的丙类谐振功率放大器也就可以作为限幅器使用，称为晶体三极管限幅晶体三极管限幅器器。8.4.1 限幅的系统功能分析与限幅电限幅的系统功能分析与限幅电路路8.4.1 限幅的系统功能分析与限幅电限幅的系统功能分析与限幅电路路v在实际鉴频接收系统中，限幅电路也可以与鉴频电路融为一体，互不分离。相应的鉴频电路称为限幅鉴频器限幅鉴频器。8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v图8-4-5为典型的鉴频关系曲线，即鉴频特性鉴频特性曲线曲线。8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v（1）鉴频灵敏度v鉴频灵敏度

35、指单位频偏所产生的输出电压，以f fc 时鉴频特性曲线的斜率来表示，即：v （8-4-1）v（2）鉴频带宽v在不考虑非线性失真的情况下，图8-4-5中两弯曲点之间的频率范围BW即为鉴频带宽鉴频带宽。显然，为了与调频波最大频偏相适应，鉴频带宽BW应满足：v （8-4-2）v此外，考虑到实际鉴频特性的非线性，实用的鉴频带宽应小于BW。v（3）非线性失真8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v1.脉冲式鉴频器脉冲式鉴频器（信息的时分提取、信号再生鉴频器）v脉冲式鉴频电路由两个部分组成，第一部分脉冲式鉴频电路由两个部分组成，第一部分实现调角波的信息时分提取，第二部

36、分实现实现调角波的信息时分提取，第二部分实现调制信号的再生。脉冲式鉴频的调制信号的再生。脉冲式鉴频的“脉冲式脉冲式”得名于第一部分采用的脉冲电路。得名于第一部分采用的脉冲电路。8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v2.斜率鉴频器斜率鉴频器（信息的振幅表示、信号再生鉴频器）v整个电路的第一部分将已调波转换成振幅受控于频偏的调频调幅波调频调幅波；v第二部分根据第一部分的振幅实现调制信号的再生。8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v（1）单失谐回

37、路斜率鉴频器单失谐回路斜率鉴频器单失谐回路斜率鉴频器是最简单的斜率鉴频器。它由一个单失谐回路和一个二极管v所谓失谐回路失谐回路是指该回路的谐振频率对输入调频波的载波频率是失谐的。8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v（2）双失谐回路斜率鉴频器v双失谐回路斜率鉴频器双失谐回路斜率鉴频器采用对称电路结构，通过一定的相互补偿展宽了频率振幅转换的线性区域，其电路原理类似于乙类放大器对交越失真的改进过程。8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点8.4.2

38、 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v3.相位鉴频器相位鉴频器（信息的相差表示、信号再生鉴频器）8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v通常，我们将相位检波器的一个输入信号称为参考信号参考信号，即调频波；另一个称为调频调调频调相波相波 ，它与参考信号的相位存在相差。v而相位检波器又分为两步，v第一步是获得反映相差信息的相差信号相差信号，v第二步才是调制信号的再生。按相差信号的获取机理，我们将相位检波器分为乘积型和叠加型两种。8.4.2 通用型线性鉴频电

39、路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v（1）乘积型相位鉴频器乘积型相位鉴频器（频相转换、相差信号生成、信号再生鉴频器）8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v则两信号经模拟乘法器相乘后，输出为：v 8-4-4）v经过低通滤波器后，将高频项滤除，便得到仅与两信号附加相移相关的低频信号，即：v （8-4-5）8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v设附加相移 （k为比例常数），则：v （8-4-6）v若 ，则有：v （8-4-7）v即输出信号与已调波瞬时频偏成正比。8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线

40、性鉴频电路的实现及其特点其特点8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v对这一网络，我们可写出其传输系数为：v令 ；，则上式可写成：v （8-4-8）v其幅频特性为：v （8-4-9）v其相频特性为：v （8-4-10）8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v若失谐不大，则：v将此代入式（8-4-10），即得：v （8-4-11）v 若进一步有 ，则 v （8-4-12）v即附加相移与瞬时频率的偏移成正比。将上式代入式（8-4-7）中，有：v （8-4-13）8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现

41、及其特点其特点v（2）叠加型相位鉴频器叠加型相位鉴频器（频相转换、相差振幅转换、信号再生鉴频器）8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v第一：频相转换电路由初级回路 和次级回路 构成，它们均调谐在输入载频 上。v第二：调频调相波由电路结构自然形成，其相关原理稍候再讲。图8-4-15（b）为相应的鉴相等效电路。v第三：由二极管 和 ，两个电阻R，两个电容C构成上下对称的两个包络检波器。8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v在估算初级电流时，忽略初级电感本身的损耗和从次级反射到初级的损耗，则：v （8-4-17）v初级电

42、流在次级回路中产生的感应电压为：v （8-4-18）8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v 次级回路中产生的电流 为：v （8-4-19）v式中，为次级回路的串联阻抗。v 在次级回路两端产生的电压 为：v v （8-4-20）8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v由此，可见耦合回路的传输函数为：，v （8-4-21）v v其幅频特性和相频特性分别如图8-4-16（b）（c）所示。8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现

43、及其特点其特点v设调频波瞬时频率的变化范围在耦合回路的带宽内，且失谐系数 较小，则式（8-4-23）进一步写成：v （8-4-24）v设 v 则：v其中 ，和由回路的幅频特性决定。8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v可得调频调相波：v （8-4-25）v （8-4-26）v其中，、和分别为：v （8-4-27）v （8-4-28）8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v （8-4-29）v式中，（8-4-30）v将式（8-4-27）和式（8-4-28）用泰勒级数展开，并代入式（8-4-16）中，可得：v （8-4-

44、31）8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v一般 ，即 ，上式中的三次方及其以上方项均可忽略，则上式进一步简化为：v （8-4-32）v当 较小时，则上式可写成：v v （8-4-33）8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v加在两个二极管输入端的调频调幅电压为：v （8-4-34）v （8-4-35）v这个结果和图8-4-15的电路是一致的；所以前面分析的结果还可以用于这个电路，其耦合系数为：v （8-4-36）8.4.2 通用型线性鉴频电

45、路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v在FG两端并接了一个大容量的电容 ，一般取 ，与 的时间常数约 s。检波电阻中点和检波电容中点断开，输出电压取自DE两端，而不是取自FG两端。为了构成检波输出，二极管 、的连接方向相反，使电容 和 两端的电压 和 的极性相同，即两端的电压是 和 之和，而非二者之差。8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点v由图8-4-22可看出，DE两端的输出解调电压为：v

46、（8-4-37）v式中 ，可由下列回路方程求得 v v：考虑到 的对称条件，有：v （8-4-38）v一般 ，上式可简化为：v （8-4-39）8.4.2 通用型线性鉴频电路的实现及通用型线性鉴频电路的实现及其特点其特点8.4.3*数字调角波的解调数字调角波的解调v一般来说，数字调角波的解调分三步来完成，如图8-4-25所示。其中，第一步用来产生识识别信号别信号，第二步完成对发端码元类型的判断，第三步用来再生再生原二进制数据流。8.4.3*数字调角波的解调数字调角波的解调v1.非相干解调非相干解调v非相干解调非相干解调是指解调电路中不需要同步载波信号。8.4.3*数字调角波的解调数字调角波的解

47、调8.4.3*数字调角波的解调数字调角波的解调v2.载波提取电路载波提取电路v就一般来说，从接收信号中获取载波的方法就一般来说，从接收信号中获取载波的方法可以分为两类。可以分为两类。v第一，通过发端安排的导频来获取同步载波；第一，通过发端安排的导频来获取同步载波；v第二，在没有导频安排的情况下，从接收信第二，在没有导频安排的情况下，从接收信号中获取载波。号中获取载波。8.4.3*数字调角波的解调数字调角波的解调8.4.3*数字调角波的解调数字调角波的解调v3.相干解调相干解调v相干解调相干解调是指解调电路中需要同步载波的情况。图8-4-29就是一例。8.4.3*数字调角波的解调数字调角波的解调

48、8.5*集成调频收集成调频收/发信电路介绍发信电路介绍v随着集成电路的发展，集成电路已广泛应用到通讯设备中。也正因为如此，通讯设备的小型化、高可靠性得到了可靠的保证。v下面，我们介绍MOTOROLA公司推出的调频发射机集成电路MC2831A和调频接收机集成电路MC3363，以及典型的应用电路。8.5.1 调频发射机集成电路调频发射机集成电路MC2831Av如下的特点：v工作电压范围宽 ：；v功耗低。当 时，消耗电流典型值为4mA；v电池检测器可指示低电平；v外围元器件少。8.5.1 调频发射机集成电路调频发射机集成电路MC2831A8.5.2 接收机集成电路接收机集成电路MC3363vMC33

49、63的主要性能特点有：v接收机单片化：内部集成了从天线输入到音频预放大输出的全两次超外差式调频接收电路。v输入频带宽：第一混频的内部本振频率可达200MHz，用外部本振时频率可达450MHz。第一本振可采用灵活的LC振荡器单信道工作，也可作为锁相频率合成器的VCO多信道工作。v可低电平工作：8.5.2 接收机集成电路接收机集成电路MC3363v低功耗：当 时，消耗电流典型值为3.6mA（不含RF晶体管放大器）。v具有较高的灵敏度和镜象抑制能力：12dB SINAD（信号对噪声和失真比）时，灵敏度典型值为 。v有数据信号整型比较器：可用于FSK数据通信，速率可达：200035000BPS。v有60dB动态范围的RSSI（接收信号场强指示器）。8.6 数字与模拟信号下的电路数字与模拟信号下的电路