第6章角度调制和解调.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第,6,章 角度调制和解调,（,angle modulation and demodulation,）,6.1,概述,6.2,调角信号的分析,6.3,调频电路,6.4,调频波的解调原理及电路,6.6,FM,发射机与接收机,6.5,调频制的抗干扰性及特殊电路,任意正弦波信号：,其中：,总相角，,振幅，,角频率，,为初相角,如果利用调制信号,去控制三个参量中的某个，,可产生调制的作用,:,amphitude,modulation AM:,frequency modulation FM:,phase modulation PM:,角度调制,AM,调制方式中,AM,DSB,属于频谱,线性搬移电路,调制信号寄生于已调信号的振幅变化中,FM,PM,调制方式中：,属于频谱的非线性搬移电路,已调波为等幅波,调制信息寄生于已调波的频率和相位变化中,SSB,6.1,概述,休息,1,休息,2,FM，PM,从已调波中检取出原调制信号的过程称为解调,(AM),振幅解调,检波,(FM),频率解调,鉴频,detection,(frequency discrimination),(PM),相位解调,检相,(phase detection),AM,休息,1,休息,2,当进行角度调制（,FM,或,PM,）,后,其已调波的角频率将是时间的函数,即 。可用右图所示的旋转矢量表示,(t),t,=,t,(t),t,=0,实轴,设旋转矢量的长度为,且当,t=0,时，,初相角为 ，,t,=,t,时刻，,矢量与实轴之间的瞬时相角为,，显然有：,而该矢量在实轴上的投影：,6.2,调角信号的分析,一,.,调角信号的分析与特点,1.,瞬时频率和瞬时相位（,instantaneous frequency and phase,）,如果设高频载波信号为：,休息,1,休息,2,调制信号：,（,1,）调频,FM,：,由于,已调波频率随调制信号线形变化,，则有：,其中：,:,载波角频率，,FM,波的中心频率,.,：调频灵敏度，,单位调制信号振幅引起的频率偏移,.,瞬时频率偏移,（简称,频偏,）,寄载了调制信息，表示瞬时频率相对于载波频率的偏移,.,最大频偏,另外，由瞬时频率与所对应的瞬时相位的关系，若设,则有：,其中：,：,瞬时相位偏移，,2.,调频信号与调相信号的数学表示：,设：载波：,最大相位偏移：,一般令,，称为,FM,波的调频指数，于是一般调频信号的,数学表达式：,所以有：,注意：与,AM,波不同，,m,f,一般可大于,1,，,且,m,f,越大，抗干扰性能,越好，但频带越宽。,对于单一频率调制的,FM,波，由于,由于,已调波的相位随调制信号线形变化,，则有：,其中：,：为,载波的相位角,。,：,调相灵敏度,，,，,单位调制信号振幅引起的相位偏移,.,：,瞬时相位偏移,，即,相对于,的偏移量。,2,相位调制：,最大相位移：,（,调相指数,）,另外，由瞬时相位与所对应的瞬时频率之间的关系，可得：,式中：,；,PM,波,瞬时频偏,最大频偏,:,PM,波的表达式为：,对于单一频率调制信号,的,PM,波：,如果设载波：,，调制信号：,FM,波,PM,波,(1),瞬时频率：,3.,调频信号与调相信号的比较,(2),瞬时相位：,(3),最大频偏,(4),最大相位：,(5),表达式,:,讨论：（,1,）一般调角信号的表达式：,m,p,m,m,m,f,（,2,）,FM,波：,（,3,）,PM,波：,可以看出调相制的信号带宽随调制信号频率的升高而增加，而调,频波则不变，有时把调频制叫做恒定带宽调制。,（,3,）调频波的波形,休息,1,休息,2,如果用,m,代替,m,f,或,m,p,，,把,FM,和,PM,信号用统一的调角信号来表示,且令,，则单位频率调制的调角信号的表示式可统一,表达成为：,（利用三角公式：,可展开成以下级数：,6.2.3,调角信号的频谱与带宽,式中：,称为第一类,Bessel function,，当,m,，,n,一定时，,为定系数，其值可以由曲线和函数表查出,。,所以：,又利用三角函数积化和差公式：,休息,1,休息,2,所以上式最终可表示为：,讨论：在单一频率信号调制下，调角信号频谱具有的特点：,1,FM/PM,信号的频谱由载频,和无限对上，下边频分量,组成,.,其中：,分量：,，其大小决定于,m,:,上,下边频分量,与,m,和,n,的大小有关。,o,-,FM/PM,的频谱,o,+,o,o,+2,o,+3,o,+4,o,-,2,o,-,3,o,-,4,o,调制信号,u,载波,u,o,一般有,:,2,由第一类,Bessel function,的性质：,所以有,:,各边频分量与载频分量之间的频率间距为,n,，,且当,n,为偶数时，上下边频分量符号相同，而当,n,=,奇数时，上下边频分量符号相反。,凡是振幅小于未调载波振幅的,10%15%,的边频分量可以忽略不计。,实际上,可以把调角信号认为是有限带宽的信号,，,这取决于实际应用中允许解调后信号的失真程度。,工程上有两种不同的准则：,(1),比较精确的准则：,FM,信号的带宽包括幅度大于未调载波振幅,1%,以上的边频分量，即,如果在满足上述条件下的最高边频的次数为,n,max,，则,FM,信号的带宽为,B,FM,=2n,max,或,B,FM,=2n,max,F,，,其中,利用,B,e,s,s,e,l function,可得近似公式,:,(2),常用的工程准则：,由,Bessel function,可得,B,FM,=2(m,f,+1)F,在实际应用中也常区分为：,休息,1,休息,2,2,调频信号的带宽,对有限频带的调制信号，即,F=,F,min,F,max,，,调角信号的频带为：,6.3,调频电路,休息,1,休息,2,6.3.1,实现调频、调相的方法,6.3.2,变容二极管直接调频,电路,6.3.3,晶体振荡器直接调频,电路,6.3.4,间接调频,电路,由相位与频率之间的关系：,在同一调制信号,的控制下，形成的,FM,波和,PM,波的表达式为：,以上的过程为直接调频或直接调相,6.3,调频电路,仿真,休息,1,休息,2,6.3.1,实现调频、调相的方法,(2),把,先微分后再调频，可以得间接调相（,indirect PM,）,(1),如果把,先积分后，再经过调相器，也可得到对,而言的调频波，也称为间接调频。（,indirect frequency modulation,）,继续,返回,仿真,休息,1,休息,2,VCO,的特点：,瞬时频率随外加控制信号的变化而变化,。,VCO,式中：,U,为振荡信号的振幅，,:,当,时的振荡频率，,k,f,为,:,VCO,控制灵敏度。,6.3.2,压控振荡器直接调频电路,用调制信号电压控制振荡回路的参数，如回路电容,C,或回路电感,L,，,并使振荡频率,正比于所加调制信号电压，即可实现调频。,在直接调频法中常采用压控振荡器（,Voltage Control Oscillator,）,作为频率调制器来产生调频信号。,VCO,中最常用的压控元件：,变容二极管,由晶体管和场效应管组成的电抗电路。,压控振荡器直接调频,：优点：可获得较大频偏,.,缺点：中心频率稳定性差，常采用自动频率微调（,automatic frequency control,，,AFC,）,电路来克服载频偏移。,仿真,休息,1,休息,2,通常有：，,压控振荡器的输出信号即为调频信号。,1.,变容二极管,扩散电容,(,diffusion capacitance),正向偏置,，电容效应比较小。,势垒电容,(,barrier capacitance),反向偏置,，势垒区呈现的电容效应。,所以,为利用,PN,结的电容，,PN,结应工作在反向偏置状态,.,6.3.3,变容二极管直接调频,电路,（,Varactor,diode direct FM,）,PN,结反向偏置时，结电容会随外加反向偏压而变化，而专用的变容二,极管，是经过特殊工艺处理（控制半导体的掺杂浓度和掺杂的分布）使势,垒电容能灵敏地随反向偏置电压的变化而呈现较大变化的压控变容元件。,结电容,C,j,与反偏电压,u,R,的关系：,式中,C,o,：,时的电容值（零偏置电容）,反向偏置电压，,U,D,：,PN,结势垒电位差。,：,结电容变化指数，通常,=1/21/3,，,经特殊工艺制成的超突变结电容,=15,可以看出,C,j,与,u,R,之间是非线性关系，即,变容二极管属于非线性电容，这种非线性电容基本上不消耗能量，产生的噪声量级也较小，是较理想的高效率，低噪声非线性电容。,休息,1,休息,2,PN,结具有电容效应,设在变容二极管上加一个静态工作电压,U,o,和一个单频调制信号,，则结反偏电压：,而结电容：,其中：,为静态工作点的结电容。,表示结电容调制深度的调制指数。,休息,1,休息,2,C,j,u,R,U,Q,u,R,t,C,j,t,C,jQ,为了突出调频性能的分析，下图只画出了它的高频交流等效电路，没有画出直流馈电电路，,2.,变容二极管直接调频的原理电路,图中；,C,3,为高频偶合电容，,C,4,为偶合隔直电容，,L,B,为高频扼流圈，阻止高频电流经过调制信号源被旁路，右图为振荡器交流等效电路，,C,j,与振荡器回路并联，,R,1,，,R,2,为,C,j,的偏置电路，为,C,j,提供静态直流偏压,，而二极管的反偏电压为：,休息,1,休息,2,+,u,R,-,L,C,j,C,1,C,2,VT,L,C,j,C,1,C,2,VT,L,D,C,3,C,4,E,C,R,2,+,u,-,R,1,+,U,o,-,则,由上电路可知，振荡频率为：,;,而,为了简化电路分析，如果设,：,，,则有,所以：有,其中：,为未加调制信号,（,）,时的振荡频率,，,3,调频性能分析,即为调频振荡器的中心频率。,讨论：,1,设,=2,即满足线性调频,。,2,当,则,L,C,1,C,2,C,j,VT,+,u,R,-,（利用级数展开忽略高次项，,可近似为：,是由,C,j,V,d,的非线性而引起的。虽然,（,2,）,：,与调频频率有关的最大频偏，虽然,（,3,）,：,由于,C,j,u,R,的非线性作用，使频偏中增加,了,的谐波分量（,2,）,而引起的附加频偏，会造成调频接收时的非线性失真，应尽量减少这种失真。,其中：（,1,）,：,为中心频率的偏移量,另外，定义调频灵敏度,：,休息,1,休息,2,4.,实用变容管二极调频电路,（,1,）,L,1,，,C,1,、,C,2,串联，,C,3,和反向串联的两个变容二极管，三个支路并联组成电容反馈三点式振荡电路。,(2),直流偏置电压,-,U,Q,同时加在两个变容二极管的正极，调制信号 经,L,4,扼流圈加在二极管负极上，二个二极管的动态偏置为,：,（,3,）两个变容二极管串联后的总电容,C,j,与,C,3,串联后接入振荡回路，对振荡回路来说是部分接入，与单二极管直接接入比较，在 相同的情况下，,m,值降低。,（,4,）两变容二极管反向串联，对高频信号而言，加到,两管的高频电压降低一半，可减弱高频电压对结电压,的影响，另外在高频电压的任一半周内，一个变容管,寄生电容增大，而另一个减少，使结电容的变化不对,称性相互抵消，从而消弱寄生调制。,仿真,休息,1,休息,2,C,1,C,2,L,1,C,3,C,j1,C,j2,C,1,C,3,C,j1,C,j2,u,R,1,R,2,L,e,R,e,C,2,L,1,C,b,C,4,C,5,C,6,C,7,L,2,L,3,+,-,VT,-,U,Q,E,C,L,4,u,d,在要求调频波中心频率稳定度较高，而频偏较小的场合，可以采用直接对晶体振荡器调频的方法。,6.3.4,晶体振荡器直接调频,电路,1,晶体振荡器直接调频原理,右图为并联型,Pierce Oscillator,，,其振荡频率为：,式中：,C,g,为晶体的动态电容，,C,o,：,晶体的静态电容，,，,f,q,：,晶体的串联谐振频率,。,在电路中，当,C,j,变化时，,C,L,变化，从而使晶体振荡器的振荡频率也发生变化，如果压控元件,C,j,受调制电压 控制，则,Pierce Oscillator,就成为一个,晶体调频振荡器。,注意：晶体在电路中呈现为一个等效电感，,故只能工作于晶体的串联谐振频率,f,q,与并联谐振频率,f,p,之间,，而,f,q,与,f,p,之间的频率变化范围只有,量级，再加上,C,j,的串联，晶体的,可调振荡频率更窄,。,休息,1,休息,2,C,2,C,l,C,j,J,T,例如载频为,40,MHZ,的晶体调频振荡器，能获得最大频偏只有,7.5,KHZ,，,所以采用晶体调频振荡器虽然可以获得较高的频率稳定度，但,缺点是最大频偏很小,，实际中需要采用扩大频偏的措施。,扩大频偏的方法有两种：,晶体支路中串接小电感；,利用,型网络进行阻抗变换来扩展晶体呈现感,性的工作频率范围。,2,晶体调频振荡器的实际电路,仿真,休息,1,休息,2,C,1,C,2,C,j,L,J,T,采用串接小电感,L,的方法来扩大调频的频偏，变容二极管的反向偏压由,E,C,经稳压管,VD,Z,稳压后经,R,Z2,=2.4k,和,W,1,=47k,电位器分压后，经,R,=10K,电阻加至变容管正极。改变,47,K,电位器,W,1,的活动端可以调整变容管的,U,o,从而改变,C,j,，,把调频器的中心频率调至规定值。调制信号 经电位器,W,2,加于变容管,VD,，,改变,4.7,K,电位器,W,2,的活动头，可以调整加在变容二极管上的调制信号电压幅值，从而获得要求的频偏。,-,U,o,+,C,5,u,(,t,),W,1,W,2,VD,J,T,C,L,R,b1,R,b2,C,1,C,2,R,e,C,3,E,C,R,z2,R,z1,VD,z,R,C,4,+,-,1,.,间接调频法,高稳定度,载波振荡器,相位,调制器,积分,电路,多级倍频,和混频器,宽带,窄带,6.3.4,间接调频,电路,但最大频偏小的缺点可以通过多级倍频器后获得符合要求的调频频偏，另外采用混频器变换频率可以得到符合要求的调频波工作范围。,采用高稳定度的晶体振荡器作为主振级，然后再对这个稳定的载频信号进行调相，这样一来就可得中心频率稳定度高的调频信号。,在间接调频时，要获得线性调频必需以线性调相为基础。,但在实现线性调相时，要求最大瞬时相位偏移,，因而线性调相的范围很窄，,因此转换成的调频波的最大频偏,很小，即：,m,f,1,，,这是间接调频,法的主要缺点,.,间接调频法就是利用调相方法来实现调频。,R,1,R,2,R,3,R,4,C,1,C,2,C,3,C,4,C,j,L,载波输入,间接调频的关键电路是,调相器,.,高稳定度,振荡器,调相器,积分器,2,.,变容二极管调相电路,如果忽略二次方以上各项，可得回路的谐振频率为,：,将变容二极管接在高频放大器的谐振回路里，就可构成变容二极管调相电路。,C,j,L,U,Q,=9V,载波输入,调相波,输出,回路的频率偏移为：,在高,Q,值及谐振回路失谐不大的情况下，并联,LC,谐振回路电压和电流间的相位关系为：,O,o,幅频特性,/6,-,/6,当,/6,（,或,30,o,）,时，,tan,可得,:,表明,:,单级,LC,谐振回路在满足,U,r,，或,U,r,U,s,时，,输出电压,U,o,(t),的大小决定于小的输入信号，且,线性范围为,休息,1,休息,2,u,FM,一 电路结构和基本原理,3.,互感耦合相位鉴频器,由二个部分组成：,1,移相网络：,互感为,M,的初，次级双调谐耦合回路组成的移相网络，,u,1,经移相网络生成,PM-FM,波,u,2,，,并使,|,U,1,|=|,U,2,|,+,u,3,-,另外，,u,1,经耦合电容,C,C,在扼流圈,L,C,上产生的电压,u,3,=u,1,，,故其等效电路如右下图所示。,VD,1,C,3,R,1,C,4,R,2,VD,2,2,包络检波器：,组成平衡式包络检波器。,两个检波器的输出电压为：,+,u,2,-,+,u,1,-,返回,L,c,C,2,C,1,VD,2,VD,1,R,1,R,2,E,c,C,4,C,3,VT,C,c,M,L,2,L,1,u,d1,u,d2,二 工作原理分析：,上下检波器的输入端高频电压为：,如果忽略次级回路对初级回路的影响，则初级回路中流过,L,1,的电流 近似为：,而次级回路中产生的感应电动势,当忽略二极管检波器等效输入电阻对次级回路的影响时，次级回路电流,i,2,为：,所以：次级回路两端电压,u,2,为：,VD,1,C,3,R,1,C,4,R,2,VD,2,u,d1,u,d2,L,c,C,2,C,1,VD,2,VD,1,R,1,R,2,E,c,C,4,C,3,VT,C,c,M,L,2,L,1,i,1,i,2,二 工作原理分析：,讨论,:,（,1,）当输入,FM,波瞬时频率,f,等于调频波中心频率,f,o,，即,f,=,f,o,时，次级回路谐振。,即：,则有：,即有：,u,2,超前,u,1,相位差,/2,，,由矢量图,可得：,|,U,d1,|=|,U,d2,|,若设检波器的传输系数为,K,d1,=,K,d2,=,K,d,。,则有：,所以：,二 工作原理分析：,（,2,）当瞬时频率,f,f,o,时,，则有，这时,次级回路呈电感性。,注意：式中 为,次级回路阻抗。,为,Z,2,的相角。,由矢量图，,u,2,超前,u,1,的相位小于,/2,，,且随,所以：,|,U,d1,|,U,d2,|,二 工作原理分析：,（,3,）当,f,f,o,时,，,次级回路呈电容性。,所以：,其中：,可见：,u,2,超前,u,1,的相位差大于,/2,，,且,所以有：,|,U,d1,|,U,d2,|,二 工作原理分析：,f,f,o,u,o,o,根据上述分析，相位鉴频器具有下图所示的鉴频特性曲线。,f,f,o,互感耦合回路相位鉴频器中的,耦合双回路是一个频,相变换器，它把,FM,波,u,1,(t),变换成,PMFM,波,u,2,(t),，而,FM,波,u,1,(t),与,PMFM,波,u,2,(t),经叠加后变换成两个,AMFM,波,u,d,1,(t),，,u,d,2,(t),经包络检波器后即可恢复原调制信号，,其过程为：,相位鉴频器不具有自限幅作用，为了抑制调频信号在传输过程中形成的寄生干扰调幅的影响，一般需要在接受机中放末级电路中加限幅器，而限幅器要求输入,FM,信号的电压幅值较大，约为,13,V,PP,，,这就增加了调频接收机中所需的中放和限幅放大器的级数。而,比例鉴频器具有自限幅的作用,，,且只要求前级中放提供零点几伏的,FM,信号电压就能正常工作，不需要另加限幅放大器，这使调频接收机的电路简化，,体积可能缩小，降低成本。,一 电路结构,6.4.4,比例鉴频器,（,ratio,discriminator,）,比例鉴频器与相位鉴频器在电路结构上相差很小，其主要区别在：,（,1,）在两类鉴频器中,D,2,的极性连接相反,（,2,）在,A,，,B,端并联一个大电容,C,0,，,C,0,与（,R,1,+,R,2,）,组成较大的时间常数（约为,0.10.25,s,）。,这样在检波过程中,A,，,B,两端电压基本不变，等于,E,o,（,3,）,比例鉴频器输出电压不是在,A,，,B,端，而是在中点,C,，,D,端引出。,E,o,C,D,返回,+,u,1,-,+,u,2,-,u,FM,+,u,o,-,L,c,C,o,VT,VD,2,VD,1,C,2,C,1,R,1,R,2,C,c,E,c,C,4,C,3,L,1,L,2,M,R,L,C,L,A,B,比例鉴频器在输入端的频率,相位变换电路与和互感相位鉴频器是相同的，右图为其等效电路。,有：,其中：,二 工作原理,而,如果设两个二极管检波器的传输系数为,K,d1,=,K,d2,=,K,d,，,则两检波管的输出电压为：,而比例鉴频器的输出电压：,+,u,o1,-,+,u,o2,-,返回,u,d1,u,d2,+,E,o,-,+,u,o,-,+,u,1,-,VD,1,C,3,R,1,C,4,R,2,VD,2,C,L,R,L,C,o,二 工作原理,讨论：（,1,）当时，,由矢量图可得,|,u,d1,|=|,u,d2,|,，即,U,d1,=,U,d2,u,2,u,d1,u,d2,u,1,-,u,1,U,d1,U,d2,（,2,）当,f,f,o,时，则有 ，,u,2,与,u,l,的相位差为,-,/2,-,(,t,),由矢量图可得,|,u,d2,|,u,d1,|,，即,U,d2,U,d1,u,d1,u,d2,u,1,-,u,1,U,d1,U,d2,u,2,（,3,）当,f|,u,d2,|,，即,U,d1,U,d2,u,d1,u,d2,u,1,-,u,1,u,2,U,d1,U,d2,由此可见，比例鉴频器的鉴频特性曲线如右图所示，,只要工作在鉴相特性的线性鉴相区，就可以还原出原调制信号,三 自限幅原理,f=f,o,ff,o,u,o,=0,u,o,0,ff,o,u,o,0,比例鉴频器的输出电压,u,o,只取决于输入,FM,波瞬时频率的变化，而与输入,FM,幅度变化的大小无关。,如果设输入,FM,波的瞬时频率不变，即,=,常量，而由于传输过程中的寄生干扰调幅使输入,FM,波的幅度发生变化。则由于,u,2,u,d1,u,d2,u,1,-,u,1,U,d1,U,d2,u,d1,u,d2,u,1,-,u,1,U,d1,U,d2,u,2,u,d1,u,d2,u,1,-,u,1,u,2,U,d1,U,d2,f,u,o,f,o,f,m,-,f,m,f,(t),可见，,另外，当输入,FM,波的瞬时频率变化时，即有：,返回,一 电路组成框图,/,2,移相,相乘器,低通,滤波器,电路由,移相器,，,相乘器,和,低通滤波器,三部分组成,输入信号一般来自调频接,收机中放限幅器电路（中频载波为,6.5,MHZ,或,10.7,MHZ,）,的中频,FM,信号，,参考信号 和 同步正交，即 与 在载频上有,/2,的固定相位差。,二 正交鉴频器的性能分析,而经,/2,移相后的 信号，对载频有固定,/2,相移，但对各边频分量（）则产生相位迟延,，,即,6.4.5,移相乘积鉴频器,设输入,FM,波 为单一频率调制的信号，即,所以：相乘器的输出电压 为：,经低通滤波器后，滤除 分量，并由三角函数公式：,所以有：,又因为 通常 ，所以,可见，,正交鉴频器的输出电压,U,o,就是原调制信号电压，只是增加了一个附加的固定相移（,）,/2,，,这是通过线性网络传输而形成的时间延迟。,正交鉴频器的核心是相乘器，便于集成化，在集成电路调频接收机中，调频信号的解调常采用正交鉴频器。,返回,一 调频制中的噪声,以上各种调频信号解调的原理分析中，都没有考虑到噪声的干扰，,实际上，信道内存在着的干扰和噪声是不可避免的，与有用信号一起加到解调器，使解调器输出除了有用信号外，必然伴有干扰和噪声，,这将影响信号的传输质量，,在严重情况下，当输出信噪比较小时，有用信号甚至会淹没在干扰和噪声中，,因此要求各种解调方式应具有优良的抗噪声性能。,解调器,低通滤波器,输出,信号,+,噪声,+,干扰,解调器抗噪声的能力通常用解调器的输出信噪比来度量：,输出信噪比,=,输出信号功率,P,SO,/,输出噪声平均功率,P,n o,由于在实际信号中存在着各种形式的干扰和噪声，是十分复杂的，而调制信号的解调本身是一个非线性的过程，使分析和计算复杂化，本课程在此只引用有关结论。,6.5,调频制的抗干扰性及特殊电路,B,FM,B,FM,/2,P,n o,P,s o,如图所示，,如果输入鉴频器的噪声功率谱密度为均匀分布的白噪声，那么经鉴频器输出的噪声功率谱密度将随调制频率的增加而呈平方律增加。,在调频广播中传送的语音信号的能量大部分集中在低频端，而在,调制信号高频端信号功率谱最小，相反鉴频器输出的噪声功率谱密度却在调制信号的高频端最大，这就使,得鉴频器输出的调制信号高频端的输出信噪比严重恶化，为改善鉴频器在调制信号高频端的输出信噪比，,可以人为的在调频发送端提升调制信号中的高频分量，即这就是在调频发射中接入预加重网络的原因。,2,鉴频器的输出信噪比与输入信噪比之间的关系,理论上可以推出,：,1,鉴频器输出的噪声功率谱密度,P,n,i,f,o,鉴相器的,噪声制度增益,：,由上式可以看出，随调制指数,m,f,的增加，噪声制度增益将急剧增加，即在相同输入信噪比的情况下，输出信噪比增大，系统的抗干扰能力增大，但同时,B,FM,=2,（,m,f,+1,）,F,max,也增加，这表明,调频系统抗干扰性能的改善，是以增加,FM,信号的传输带宽为代价的。,即当,返回,以上的讨论是在输入信噪比较大的情况下进行的，,当输入信噪比较低，而小于一定的门限数值时，鉴频器的输出信噪比将急剧恶化，有用信号甚至完全淹没在噪声中，而无法正常接收，这种现象叫做鉴频器的门限效应。,为了建立调频信号解调时门限效应的概念，设鉴频器输入未加调制的载波信号，如果改变载频信号的振幅，则相当于改变鉴频器输入端的信噪比,二 调频信号解调的门限效应,（,1,）当,U,FM,输入大时，即,P,s i,/,P,n i,较大,设,u,FM,=,U,FM,cos,（）,噪声：,其中 表示随机变化的噪声幅度，而,表示在,02,范围内随机变化的噪声相位，,且,u,(t),v,FM,u,n,(t),u,n,(t),u,n,(t),由矢量图可以看出，,合成矢量的幅度 和相位 变化不大，,即合成矢量是一个调幅,调角的信号，,且 的变化 不会造成瞬时频率的突变，故对瞬时频率变化能作出响应的鉴频器的输出为小起伏的噪声信号。,即，输入信噪比较小的情况下。合成矢量的端点轨迹如下图所示，合成矢量的相位 可以围绕原点在,02,范围内剧烈变化，由于瞬时频率,所以当 由,0,到,2,突变时，会产生正脉冲瞬时频率变化,而当 由,2,到,0,突变时，会产生负脉冲瞬时频率变化，,(3),当,U,FM,输入较小时，,u,FM,u,n,u,n,u,n,鉴频器对此正负瞬时频率脉冲的响应就是正负脉冲噪声，,由此产生啸叫声，使输出信噪比急剧下降，这就是调频接收门限效应现象的物理解释。,2,由上分析可知：,当输入信噪比低于门限值时，调频解调的抗噪声性能严重恶化，并不比调幅解调有多少优越性，只有在门限值以上工作的调频解调器才有优良的抗噪声性能。,一般鉴频器的门限值与,m,f,有关，当,m,f,大时,门限值也较大，但在不同的,m,f,下，门限值变化,范围不大，大约在,811,dB,范围内变化，,所以一般认为鉴频器的门限值约为,10,dB,左右。,鉴频器输出噪声功率随调制频率,F,的升高按抛物线规律增加，但各种消息信号（语音，音乐）它们的能量都集中在低频端，在高频端功率谱密度随频率的增高而下降。,三 预加重电路与去加重电路,因此，在调制频率的高频端输出信噪比明显下降，这对调制信号的接收是不利的，为了进一步改善调频器的输出信噪比，针对调频制的特点，调制信号高频端的信噪比采用,加重技术。,加重技术包括：,预加重：,在发射端利用预加重网络对调制信号频谱中的高频成份振幅进行人为提升。,去加重：在接收端利用去加重网络，把调制信号高频端人为提升的信号振幅降下来，使调制信号中，高，低频各频率分量的振幅保持原来的比例关系，避免解调后信号的失真。,采用预加重和去加重技术后，,即保证了鉴频器在调制频率的高，低频端都具有较高的输出信噪比，又避免了采用预加重后造成解调信号失真。,由于鉴频器输出噪声功率谱密度是随调制频率,F,按抛物线（平方律）规律上升，于是要求发送端的预加重网络也应使信号功率随调制信号频率,F,按抛物线规律上升，即要求预加重网络的传输函数应,满足：,1,预加重网络,这对应于一个微分电路。所以,预加重网络的传输函数在调制频率的低频端为常数，而在高频端相当于微分电路，,近似这种响应的典型预加重,RC,网络如图所示。,2,去加重网络,去加重网络应具有与预加重网络相反的网络特性。,即,相当于积分电路，预加重和去加重网络的传输函数的乘积应为一个常数。,四 静噪声电路,在调频通信或调频广播接收时，会遇到无信号，或弱信号时，或在调机寻找信号的情况，这时就会出现鉴频器的输入信噪比低于门限值的实际情况，由于门限效应鉴频器输出端的噪声很大。,一调频发射机（,FM transmitter,）,的组成。,f,01,=200kHz,振荡器,调相器,多级倍频器,混频器,多级倍频器,功率放大器,积分,预加重,可变频振荡器,N,1,=64,f,01,=200KHz,f,m1,=25Hz,f,0 3,=1.8-2.3MHZ,f,m3,=1.6KHZ,f,L,=11-10.5MHZ,f,0,=86.4-110.4MHZ,f,m,=76.8KHZ,N,2,=48,6.6,FM,发射机与接收机,f,02,=12.8MHZ,f,m2,=1.6KHZ,调频广播波段：，而（音频）调制信号 的频率,=50,H,Z,15KH,Z,，,要求输出的,FM,信号最大频偏,=75,KHZ,，,输出,FM,信号的带宽,:,B,FM,=2,（,m,f,+1,）,F,max,=2 +2 F,max,=180KHZ,，,于是在调频广播工作波段内，,各调频电台的频率间隔取,200,KHZ,，,可容纳,100,个电台。,多级倍频器,f,01,=200kHz,振荡器,调相器,积分,预加重,混频器,可变频振荡器,多级倍频器,功率放大器,间接调频器,返回,广播调频接受机的通频带,B=200KHZ,，,中频载波频率,f,I,=10.7MHZ,，,自动频率微调（,AFC,）,电路的作用是微调本,振频率,f,L,，,保证中频,f,I,=f,L,-f,s,=10.7MHZ,稳定，这对提高调频,接收机的整机选择性，灵敏度和保真度是极有益处的。,二 调频接收机（,FM receiver,）,的组成,射频放大器,混频器,中频放大,限幅器,鉴频器,静噪电路,去加重，音频功放,本振,AFC,返回,