【正文】 相位鑒頻器矢量圖 finf0 Vab 2 Vab 2 – VD2 VD1 V12 90?+? 由于鑒頻器的輸出電壓等于兩個(gè)檢波器輸出電壓之差， 而每個(gè)檢波器的輸出電壓 (峰值或平均值 )正比于其輸入電壓 的振幅 VD1(或 VD2)，所以鑒頻器輸出電壓 (峰值或平均值 )為 V0 = Va?b? = kd(VD1–VD2) (854) 式中 kd為檢波器的電壓傳輸系數(shù)。 V a ?b ? C 1 L 1 M + – C 2 L 2 c b b ? a D 1 D 2 R 2 R 1 C 3 C 4 a ? + – V 12 C 5 L 3 V 12 + – 將上式與圖 824的矢量圖聯(lián)系起來(lái)，可以看出：當(dāng)fin=f0時(shí)，因?yàn)?VD1=VD2，所以 Va?b?=0；當(dāng) fin＞ f0時(shí)，因?yàn)?VD1＞ VD2，所以 Va?b?＞ 0；當(dāng) fin＜ f0時(shí)，因?yàn)?VD1＜ VD2，所以 Va?b?＜ 0，因此，輸出電壓 Va?b?反映了輸入信號(hào)瞬時(shí)頻率的偏移 Df。而 Df與原調(diào)制信號(hào) v?(t)成正比，即 Va?b?與 v? (t)成正比。亦即實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻波的解調(diào)。 若將 Va?b?與頻移 Df之間的關(guān)系畫(huà)成曲線，便得到如圖 825所示 的 S形鑒頻特性曲線。 vD f+ D f m– D f mo – D f m+ D f mvD fo(a) 正極性鑒頻曲線 (b) 負(fù)極性鑒頻曲線 圖 825 圖 (a)為正極性鑒頻曲線，鑒頻跨導(dǎo) S＞ 0。若次級(jí)線圈的同名端 相反，則為負(fù)極性鑒頻，鑒頻跨導(dǎo) S＜ 0，如圖 (b)所示。 其矢量圖讀者可自行畫(huà)出。 在該曲線的中間部分，輸出電壓與瞬時(shí)頻移 Df之間近似地成線性關(guān)系， Df越大，輸出電壓也越大；但當(dāng)信號(hào)頻率偏離中心頻率越來(lái)越遠(yuǎn)，超過(guò)一定限度 (?Df?＞ Dfm)后，鑒頻器的輸出電壓又隨著頻移的加大而下降。其主要原因是，當(dāng)頻率超過(guò)一定范圍以后，已超出了輸入電路的通頻帶，耦合回路的頻率響應(yīng)曲線的影響變得顯著起來(lái)，這就導(dǎo)致了 的大小也隨著頻移的加大而下降，所以最后反而使鑒頻器的輸出電壓下降。因此， S型鑒頻特性曲線的線性區(qū)間兩邊的邊界應(yīng)對(duì)應(yīng)于耦合回路頻率響應(yīng)曲線通頻帶的兩個(gè)半邊界點(diǎn)，即半功率點(diǎn)。 abV? 前面介紹的相位鑒頻器，當(dāng)輸入調(diào)頻信號(hào)的振幅發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓也會(huì)發(fā)生變化，因此由各種噪聲和干擾引起的輸入信號(hào)寄生調(diào)幅，都將在其輸出端反映出來(lái)。為了抑制噪聲及干擾，在鑒頻器前必須增設(shè)限幅器。而比例鑒頻器具有自限幅功能，因而采用它可以省去外加的限幅器。 167。 比例鑒頻器 比例鑒頻器的原理電路 圖 826 + L1 C2 V2 Va ? b ? V12 Vo RL V12 C1 C5 a b D2 D1 C3 C4 M N R1 R2 C6 a ? b ? M L2 c L3 其波形變換部分與相位鑒頻器基本相同，電路上差別主要 有以下幾點(diǎn)： (1) R1， R2連接點(diǎn) N接地，負(fù)載 RL接在 MN之間，輸出電壓由 M， N引出。 (2) R1和 R2兩端并接大電容 C6(一般為 10?F)，使得在檢波過(guò) 程中 a?b?間的端電壓基本保持不變。 (3) D1和 D2按環(huán)路順接，以保持直流通路，因此 C3和 C4上的 電壓極性一致， Va?b?=VC3+VC4。比例鑒頻器的輸出電壓 )VV1V2V(21)VV(K212D1Dbaba1D2D0O39。39。39。39。?????v 2. 自限幅特性分析 比例鑒頻器不需要前置限幅器，它本身就具有抑制寄生調(diào)幅所產(chǎn)生的干擾的能力，在比例鑒頻器中，由于 C6的電容量很大，因此電壓 Va?b?基本穩(wěn)定不變，它只決定于調(diào)頻波的載波振幅，而與其頻偏及寄生調(diào)幅都無(wú)關(guān) . 當(dāng)輸入信號(hào)振幅由于干擾突然變大時(shí)，由于電壓 Va?b?基本恒定，就使得檢波管的電流明顯加大，加重了對(duì)輸入回路的負(fù)載，即回路 Q值下降 ,可迫使信號(hào)振幅減小。反之亦然。因而很好地起到了穩(wěn)幅的作用。 調(diào)頻制的抗干擾 (噪聲 )性能 關(guān)于各種調(diào)制方式的抗干擾性能分析屬于后續(xù)課程“ 通信原理 ” 的課程內(nèi)容，但是，有些高頻電路的組成(例如，調(diào)頻收發(fā)信機(jī)中的預(yù)加重、去加重等特殊電路 )與抗噪聲性能的分析是密切相關(guān)的。本課程只能在講清楚討論條件后，直接引用有關(guān)結(jié)論。 抗干擾性是指在接收機(jī)解調(diào)器的輸入端信噪比 (SNR)相同時(shí)，哪種調(diào)制方式的接收機(jī)輸出端信噪比高，則認(rèn)為這種調(diào)制方式的抗干擾性能好。在本章的開(kāi)頭曾提到調(diào)頻制的突出特點(diǎn)是它的抗干擾性能優(yōu)于調(diào)幅制，這是為什么呢？對(duì)此，簡(jiǎn)述如下。 分析表明，對(duì)于單音調(diào)頻波 (假定干擾也是單頻信號(hào) )而言， 解調(diào)的輸出電壓信噪比為 (SNR)FM ? nsfns VVmFfVV ?D (855) 式中， 為接收機(jī)輸入端信噪比， Vs和 Vn分別表示信號(hào)與干擾電 壓的幅值； Df為頻偏； F為調(diào)制信號(hào)頻率； mf為調(diào)頻指數(shù)。 一般寬帶調(diào)頻系數(shù) mf 總是大于 1的，因而調(diào)頻接收機(jī)信噪比與 輸入端相比是有所提高的。 nsVV 對(duì)于調(diào)幅接收機(jī)而言，檢波輸出電壓信噪比為 (SNR)AM ? nsaVVm (856) 當(dāng) ma=1時(shí)，輸出端信噪比與輸入信噪比相等，這是調(diào)幅接收最好的情況。而通過(guò) ma1，則結(jié)果要差些。 由于在調(diào)幅制中，調(diào)幅系數(shù) ma不能超過(guò) 1，而在調(diào)頻制中，調(diào)頻系數(shù) mf 可以遠(yuǎn)大于 1，所以說(shuō)調(diào)頻制的抗干擾性能優(yōu)于調(diào)幅制。以上分析表明，加大調(diào)制系數(shù) mf 可以使鑒頻輸出信噪比增加，但必須注意，加大 mf 將增加信號(hào)帶寬。 因此，調(diào)頻制抗干擾性能優(yōu)于調(diào)幅制，是以犧牲帶寬為代價(jià)的。 以上討論僅指干擾為單頻信號(hào)的簡(jiǎn)單情況，如果干擾信號(hào)非單頻，而是白噪聲，分析表明，只有在調(diào)頻系數(shù)大于 ，調(diào)頻制的抗干擾性能才優(yōu)于調(diào)幅制。因此，常把 mf=。在抗干擾性能方面，窄帶調(diào)頻并不優(yōu)于調(diào)幅制，因?yàn)檎瓗д{(diào)頻信號(hào)和調(diào)幅信號(hào)的帶寬并無(wú)差異。 從表面看，增加帶寬將使更多的噪聲信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)，但是，為什么寬帶的調(diào)頻信號(hào)反而可以提高信噪比呢？ 這是因?yàn)檎{(diào)頻信號(hào)的頻譜是有規(guī)律地?cái)U(kuò)展的，各旁頻分量是相關(guān)的，經(jīng)解調(diào)后寬帶信號(hào)可以凝聚為窄帶的原始調(diào)制信號(hào)頻譜。而噪聲各頻率是彼此獨(dú)立的，不能凝聚，解調(diào)后仍分布在寬帶內(nèi)，大部分 將被濾波器濾除，這就使輸出信噪比得以提高。 從上式還可以看出，調(diào)頻接收機(jī)中鑒頻器輸出端的噪聲隨調(diào)制信號(hào)頻率的增加而增大，即鑒頻器輸出端噪聲電壓頻譜呈三角形 (其噪聲功率譜呈拋物線形 )，如圖 827所示。而各種消息信號(hào)(如話音、音樂(lè)等 )，它們的能量都集中在低頻端，因此在調(diào)制信號(hào)的高頻端輸出信噪比將明顯下降，這對(duì)調(diào)頻信號(hào)的接收是很不利的。 鑒頻器輸出噪聲頻譜fm i nfm a x噪聲功率譜噪聲電壓譜F圖 827 鑒頻器輸出噪聲頻譜 (SNR)FM ? nsfns VVmFfVV ?D 為了使調(diào)頻接收機(jī)在整個(gè)頻帶內(nèi)都具有較高的輸出信噪比，可以在調(diào)頻發(fā)射機(jī)的調(diào)制器之前，人為地加重高音頻，使高音頻電壓提升，這被稱為“預(yù)加重”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的電路稱為預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)。 但這樣做的結(jié)果，改變了原調(diào)制信號(hào)各調(diào)制頻率之間的比例關(guān)系，將造成解調(diào)信號(hào)的失真。因此，需要在調(diào)頻接收機(jī)鑒頻器輸出端加入一個(gè)與預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)傳輸函數(shù)相反的去加重網(wǎng)絡(luò) ，把人為提升高音頻電壓振幅降下來(lái)，恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)各頻率之間的比例關(guān)系，使解調(diào)信號(hào)不失真。 ―預(yù)加重”技術(shù) 1. 預(yù)加重網(wǎng)絡(luò) 調(diào)頻噪聲頻譜呈三角形，即與調(diào)制信號(hào)頻率 F成正比。與此相對(duì)應(yīng)，可將信號(hào)電壓做類似處理，要求預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)應(yīng)滿足 ∝ 2?F，這對(duì)應(yīng)于一個(gè)微分電路。但考慮到對(duì)信號(hào)的低端不應(yīng)加重，一般采用的預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)及其傳輸特性分別如圖 828(a)、 (b)所示 . 至解調(diào)器CR2調(diào)制信號(hào)R1 7 . 5 k0 . 01 ?0F1F2F| H ( j 2 ? F )/d B6 d B/ 倍頻程)F2j(H ?圖 828 預(yù)加重網(wǎng)絡(luò) 圖中 CR21F11 ??RC21F2 ??(式中 R=R1//R2) 對(duì)于調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)中的預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)參數(shù) C、 R R2的 選擇，常使 F1=， F2=15kHz，此時(shí) R1C=75?s。 2. 去加重網(wǎng)絡(luò) 去加重網(wǎng)絡(luò)及其頻響特性見(jiàn)圖 829(a)、 (b)，去加重網(wǎng)絡(luò) 應(yīng)具有與預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)相反的網(wǎng)絡(luò)特征。因而應(yīng)使 ∝ 1/2?F， 可見(jiàn)，去加重網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于一個(gè)積分電路。在廣播調(diào)頻接收機(jī)中， 去加重網(wǎng)絡(luò)參數(shù) R、 C的選擇應(yīng)使 F1=， F2=15kHz，此時(shí) R1C=75?s。 )F2j(H ?輸出鑒頻器輸出的解調(diào)信號(hào)R7 . 5 k 0F 1 F 2 FH ( j 2 ? F )/dB– 6 d B /倍頻程C0 . 01 ?圖 829 去加重網(wǎng)絡(luò) 本 章 小 結(jié) 1. 角度調(diào)制是載波的總相角隨調(diào)制信號(hào)變化，它分為調(diào)頻和調(diào)相。調(diào)頻的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)線性變化，調(diào)相波的瞬時(shí)相位隨調(diào)制信號(hào)線性變化。調(diào)角波的頻譜不是調(diào)制信號(hào)頻譜的線性搬移，而是產(chǎn)生了無(wú)數(shù)個(gè)組合頻率分量，其頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)制指數(shù) m有關(guān)，這一點(diǎn)與調(diào)幅是不同的。 2. 角度調(diào)制信號(hào)包含的頻譜雖然是無(wú)限寬，但其能量集中在中心頻率 f0附近的一個(gè)有限頻段內(nèi)。略去小于未調(diào)高頻載波振幅 10%以下的邊頻，可認(rèn)為調(diào)角信號(hào)占據(jù)的有效帶寬為 BW=2(Dfm+Fmax)，其中， Dfm為頻偏， Fmax為調(diào)制信號(hào)最高頻率。 3. 調(diào)角波的調(diào)制指數(shù)可表達(dá)為 , 但其中調(diào)頻波的 mf與調(diào)制頻率 F成反比，而調(diào)相波的 mp則與調(diào)制頻率 F無(wú)關(guān)。調(diào)頻波的頻帶寬度與調(diào)制信號(hào)頻率無(wú)關(guān)近似為恒帶調(diào)制，調(diào)相波的頻帶寬度隨調(diào)制信號(hào)的頻率而變化。 4. 調(diào)角波的平均功率與調(diào)制前的等幅載波功率相等。調(diào)制的作用僅是將原來(lái)的載頻功率重新分配到各個(gè)邊頻上而總的功率不變。 Ffm D?5. 實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法有兩類，直接調(diào)頻與間接調(diào)頻。 直接調(diào)頻是用調(diào)制信號(hào)去控制振蕩器中的可變電抗元件 (通常是變?nèi)荻O管 )，使其振蕩頻率隨調(diào)制信號(hào)線性變化；間接調(diào)頻是將調(diào)制信號(hào)積分后，再對(duì)高頻載波進(jìn)行調(diào)相，獲得調(diào)頻信號(hào)。 直接調(diào)頻可獲得大的頻偏，但中心頻率的頻率穩(wěn)定度低；間接調(diào)頻時(shí)中心頻率的頻率穩(wěn)定度高，但難以獲得大的頻偏，需采用多次倍頻、混頻加大頻偏。 6. 調(diào)頻波的解調(diào)稱為鑒頻或頻率檢波，調(diào)相波的解調(diào)稱為鑒相或相位檢波。與調(diào)幅波的檢波一樣，鑒頻和鑒相也是從已調(diào)信號(hào)中還原出原調(diào)制信號(hào)。鑒頻的主要方法有斜率鑒頻器、相位鑒頻器、比例鑒頻器、相移乘法鑒頻器和脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器。前三種鑒頻器的基本原理都是由實(shí)現(xiàn)波形變換的線性網(wǎng)絡(luò)和實(shí)現(xiàn)頻率變換的非線性電路組成。相位鑒頻器和比例鑒頻器則是利用耦合電路的相頻特性將調(diào)頻波變成調(diào)幅調(diào)頻波，然后再進(jìn)行振幅檢波。比例鑒頻器具有自動(dòng)限幅的功能，能夠抑制寄生調(diào)幅干擾。