【文章內(nèi)容簡介】 和相對(duì)幅度保持不 變。進(jìn)行這種頻率變換時(shí)，新頻率等于信號(hào)原來的頻率與某一參考頻率之和或差。該參考頻率通常稱為本機(jī)振蕩頻率。本機(jī)振蕩頻率可以是由單獨(dú)的信號(hào)源供給，也可以由頻率變換電路內(nèi)部產(chǎn)生。當(dāng)本機(jī)振蕩由單獨(dú)的信號(hào)源供給時(shí)，這樣的頻率變換電路稱為混頻器。 混頻器常用的非線性器件有二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管和乘法器。本振用于產(chǎn)生一個(gè)等幅的高頻信號(hào) VL，并與輸入信號(hào) VS 經(jīng)混頻器后所產(chǎn)生的差頻信號(hào)經(jīng)帶通濾波器濾出。 本實(shí)驗(yàn)采用集成模擬相乘器作混頻電路實(shí)驗(yàn)。 因?yàn)槟M相乘器的輸出頻率包含有兩個(gè)輸入頻率之差或和，故模擬相乘器加濾波器，濾 波器濾除不需要的分量，取和頻或者差頻二者之一，即構(gòu)成混頻器。 圖 2 半雙工調(diào)頻無線對(duì)講機(jī)的設(shè)計(jì) 7 圖 3 圖 2 所示為相乘混頻器的方框圖。設(shè)濾波器濾除和頻，則輸出差頻信號(hào)。圖 3為信號(hào)經(jīng)混頻前后的頻譜圖。我們?cè)O(shè)信號(hào)是：載波頻率為 Sf 的普通調(diào)幅波。本機(jī)振蕩頻率為 Lf 。 設(shè)輸入信號(hào)為 tVv SSS ?cos? ，本機(jī)振蕩信號(hào)為 tVv LLL ?cos? 由相乘混頻的框圖可得輸出電壓 tVtVVKKvSLSLSLMF)c o s ()c o s (2100???????? （ 7） 式中 SLMF VVKKv 210 ? 定義混頻增益 MA 為中頻電壓幅度 0V 與高頻電壓 SV 之比，就有 半雙工調(diào)頻無線對(duì)講機(jī)的設(shè)計(jì) 8 LMFSM VKKVVA 210 ?? （ 8） 圖 3 為模擬乘法器混頻電路，該電路由集成模擬乘法器 MC1496 完成。 + 12 1 2J7J8J9C 1 21 04C 1 11 04C71 04C 1 51 04C81 04R 1 01KR 1 12 00R 1 28 20R 1 38 20R71KR 1 41 00R 1 53 .3 KR 1 63 .3 KR 2 16 .8 KR 2 05 10R 1 71kF24 .5 MD28 .2 VC 1 61 04T H 6T H 7T H 8 T H 9T P 5S I G +1GNADJ2GNADJ3S I G 4BIAS5O U T +6NC7C A R +8NC9C A R 10NC11O U T 12NC13VEE14U1M C 1 49 6 圖 43 MC1496 構(gòu)成的混頻電路 MC1496 可以采用單電源供電，也可采用雙電源供電。本實(shí)驗(yàn)電路中采用＋ 12V，－ 8V 供電。 R12（ 820Ω）、 R13（ 820Ω）組成平衡電路， F2為 選頻回路。本實(shí)驗(yàn)中輸入信號(hào)頻率為 Sf ＝ ，本振頻率 Lf ＝ 。 為了實(shí)現(xiàn)混頻功能，混頻器件必須工作在非線性狀態(tài)，而作用在混頻器上的除了輸入信號(hào)電壓 VS和本振電壓 VL外，不可避免地還存在干擾和噪聲。它們之間任意兩者都有可能產(chǎn)生組合頻率， 這些組合信號(hào)頻率如果等于或接近中頻，將與輸入信號(hào)一起通過中頻放大器、解調(diào)器，對(duì)輸出級(jí)產(chǎn)生干涉，影響輸入信號(hào)的接收。 干擾是由于混頻器不滿足線性時(shí)變工作條件而形成的，因此不可避免地會(huì)產(chǎn)生干擾，其中影響最大的是中頻干擾和鏡象干擾。 鑒頻 調(diào)頻波的解調(diào)稱為頻率檢波，簡稱鑒頻（ FM Detector,Discriminator）。其作用是從已調(diào)波中檢出反映在頻率變化上的調(diào)制信號(hào)。 在調(diào)頻接收機(jī)中，當(dāng)?shù)确{(diào)頻信號(hào)通過鑒頻前各級(jí)電路時(shí)，因電路頻率特性不均勻而導(dǎo)致調(diào)頻信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)的變化，從而造成調(diào)頻信號(hào)的振幅發(fā)生 變化。如果存在著干擾，還會(huì)進(jìn)一步加劇這種振幅的變化。鑒頻器解調(diào)這種信號(hào)時(shí)，上述寄生調(diào)幅就會(huì)反映在輸出解調(diào)電壓上，產(chǎn)生解調(diào)失真。因此，一般必須在鑒頻前加一限幅器以消除寄生調(diào)幅，保證加到鑒頻器上的調(diào)頻電壓是等幅的。可見，限幅與鑒頻一般是連用的，半雙工調(diào)頻無線對(duì)講機(jī)的設(shè)計(jì) 9 統(tǒng)稱為限幅鑒頻器。 乘積型 鑒頻器 1. 鑒頻是調(diào)頻的逆過程，廣泛采用的鑒頻電路是相位鑒頻器。鑒頻原理是：先將調(diào)頻波經(jīng)過一個(gè)線性移相網(wǎng)絡(luò)變換成調(diào)頻調(diào)相波，然后再與原調(diào)頻波一起加到一個(gè)相位檢波器進(jìn)行鑒頻。因此，實(shí)現(xiàn)鑒頻的核心部件是相位檢波器。 相位檢波又分為疊加型 相位檢波和乘積型相位檢波，利用模擬乘法器的相乘原理可實(shí)現(xiàn) 乘積型相位檢波，其基本原理是：在乘法器的一個(gè)輸入端輸入調(diào)頻波 )(tvs ，設(shè)其表達(dá)式為 ： ]s inc o s [)( tmwVtv fcsms ??? 式中， fm 為調(diào)頻系數(shù)， ??? /?fm 或 ffmf /?? ，其中 ?? 為調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的頻偏。另 一輸入端輸入經(jīng)線性移相網(wǎng)絡(luò)移相后的調(diào)頻調(diào)相波 )(39。 tvs ， 設(shè)其表達(dá)式為 )]}(2[s i nc os {)( 39。39。 ???? ????? tmVtv fcsms )](s i ns i n [39。 ??? ???? tmV fcsm 式中，第一項(xiàng)為高頻分量，可以被濾波器濾掉。第二項(xiàng)是所需要的頻率分量，只要線性移相網(wǎng)絡(luò)的相頻特性 )(?? 在調(diào)頻波的頻率變化范圍內(nèi)是線性的，當(dāng))( ??? 時(shí)， )()(sin ???? ? 。因此鑒頻器的輸出電壓 )(tvo 的變化規(guī)律與調(diào)頻波 瞬時(shí)頻率的 變 化規(guī)律相 同，從而實(shí)現(xiàn)了相位鑒頻。所以相位鑒頻器的線性鑒頻范圍受到移相網(wǎng)絡(luò)相頻特性的線性范圍的限制 。 2 鑒頻特性 相位鑒頻器的輸出電壓 V0 與調(diào)頻波瞬時(shí)頻率 f 的關(guān)系稱為鑒頻特性，其特性曲線 (或稱S 曲線 )如圖 141 所示。鑒頻器的主要性能指標(biāo)是鑒頻靈敏度 Sd 和線性鑒頻范圍 2Δfmax 。 Sd定義為鑒頻器輸入調(diào)頻波單位頻率變化所引起的輸出電壓的變化量，通常用鑒頻特性曲線fvo? 在中心頻率 of 處的斜率來表示，即fVS od ?? / , 2Δfmax 定義為鑒頻器不失真解調(diào)調(diào)頻波時(shí)所允許的 最大頻率線性變化范圍，2Δfmax可在鑒頻特性曲線上求出。 圖 4 3. 乘積型相位鑒頻器 用 MCl496 構(gòu)成的乘積型相位鑒頻器實(shí)驗(yàn)電路如圖 5 所示。其中 C13與并聯(lián)諧振回路 L1C18共同組成線性移相網(wǎng)絡(luò)，將調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率的變化轉(zhuǎn)變成瞬時(shí)相 位的變化。分析表明 ，該網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)的相頻特性 )(?? 的表達(dá)式為 f of m a xf m i n2 Δ f m a xf圖 1 4 1 相 位 鑒 頻 特 性半雙工調(diào)頻無線對(duì)講機(jī)的設(shè)計(jì) 10 )]1(a rc t a n[2)( 22 ???oQ ????? （ 9） 當(dāng) 1???o?? 時(shí)，上式可近似表示為 )2(a rc t a n(2)( oQ ? ???? ??? 或 )2(a rc t a n(2)( oQ ? ???? ??? （ 10） + 12 1 2J6J7L12 .2 u H / / 1 0 0pC 1 84 70 pC 1 61 04C 2 21 03C 2 11 03C 1 51 04C 1 91 04C 1 41 04C 1 34 7pR 1 01KR 1 18 20R 1 21KR 1 32 00R 1 43 .3 KR 1 53 .3 KR 2 22KR 2 06 .8 KR 1 75 10R 1 81 00 KD38 .2 V12 34567141312111098U2M C 1 49 6R 2 12KE31 0u f / 1 6vR 1 92KC 2 01 04T H 6T H 7T P 1R92 00R 1 61 00 KT H 5D12 A P 9D22 A P 9T H 8 圖 5 正交鑒頻（乘積型相位鑒頻） () 式中 of 為 回路的諧振頻率， 與調(diào)頻波的中心頻率相等。 Q 為 回路品質(zhì)因數(shù)。 △ f 為 瞬時(shí)頻率偏移。 相移 ? 與頻偏 △ f 的特性曲線如圖 6 所示。 由圖可見：在 f=f0即 △ f=0 時(shí)相位等于 2? ， 在 f? 范圍 內(nèi)，相位隨頻偏呈線性變化，從而實(shí)現(xiàn)線性移相。 MCl496 的作用是將調(diào)頻波 與調(diào)頻調(diào)相波相乘 ，其輸出 經(jīng) RC 濾波網(wǎng)絡(luò)輸出 。 圖 6 鎖相鑒頻 鎖相環(huán)由三部分組成，如圖 7 所示，它由相位比較器 PD、低通濾波器 LF、壓控振蕩器 VCO 三個(gè)部分組成一個(gè)環(huán)路。 鎖相環(huán)是一種以消除頻率誤差為目的的反饋控制電路。當(dāng)調(diào)頻信號(hào)沒有頻偏時(shí)，若壓控振蕩器的頻率與外來載波信號(hào)頻率有差異時(shí)，通過相位比較器輸出一個(gè)誤差電壓。這個(gè)誤差電壓的頻率較低，經(jīng)過低通濾波器濾去所含 2/?o)( f??offQ /2 ?圖 1 4 3 　 移 相 網(wǎng) 絡(luò) 的 相 頻 特 性半雙工調(diào)頻無線對(duì)講機(jī)的設(shè)計(jì) 11 鑒 相 器P D環(huán) 路 濾 波 器L F壓 控 振 蕩 器V C O)(tVi )(tVD )(tVC )(0 tV圖 1 4 4 基 本 鎖 相 環(huán) 路 方 框 圖 圖 7 的高頻成份，再去控制壓控振蕩器，使振蕩頻率趨近于外來載波信號(hào)頻率，于是誤差越來越小，直至壓控振蕩頻率和外來信號(hào)一樣，壓控振蕩器的頻率被鎖定在外來信號(hào)相同的頻率上，環(huán)路處于鎖定狀態(tài)。 R A 11 0KC41 03C31 03C74 74C11 04C61 03 C81 03J5J4V+1V+10V C O O U T9P I N3R F I N6B I A S7L P F5C A P12G A I N2L P F4T T L O U T16GND8C A P13S E T15OUT14V C O O U T11U1N E 56 4C51 04J2R72KR41KR61KR81KJ3F M I NA U D I O O U TC91 10 0 pC 1 01 10 pT H 1T H 4T H 3T H 2J1R31012348765S1C 1 14 7pC 1 22 0p+5R510 圖 8 鎖相鑒頻 () 當(dāng)調(diào)頻信號(hào)有頻偏時(shí)，和原來穩(wěn)定在載波中心頻率上的壓控振蕩器相位比較的結(jié)果，相位比較器輸出一個(gè)誤差電壓，如圖 8 所示，以使壓控振蕩器向外來信號(hào)的頻率靠近。由于壓控振蕩器始終想要和外來信號(hào)的頻率鎖定，為達(dá)到鎖定的條件，相位比較器和低通濾波器 向壓控振蕩器輸出的誤差電壓必須隨外來信號(hào)的載波頻率偏移的變化而變化。也就是說這個(gè)誤差控制信號(hào)就是一個(gè)隨調(diào)制信號(hào)頻率而變化的解調(diào)信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)了鑒頻。 集成選頻放大器 1. 集成選頻放大器的原理圖見下圖 半雙工調(diào)頻無線對(duì)講機(jī)的設(shè)計(jì) 12 R72 .7 KC91 04C31 04R62 .7 KIN4GND3V+2OUT1AGC5IN+6GND7OUT+8U2M C 1 35 0C71 04C81 04C41 04J2R22 00R12 00R35 .1 KF14 .5 MR81kC 1 04 71R 1 33 3KR 1 21MC 1 84 71R 1 13 .3 KR 1 01 0KC 1 71 02C 1 61 03R 1 44 70 K 1 2J3+ 12+ 12+ 12T H 3T H 5T H 4D21 N 41 4 8D31 N 41 4 8D11 N 41 4 8T P 2T P 4T P 7321411U 1 AT L 0 8 4567U 1 BT L 0 8 4 1 2+ 12W11KW2