正交鉴频器的论文.docx

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正交鉴频器的论文

摘要鉴频器使输出电压和输入信号频率相对应的电路。

按用途可分为两类。

第一类用于调频信号的解调。

常见的有斜率鉴频器、相位鉴频器、比例鉴频器等，对这类电路的要求主要是非线性失真小，噪声门限低。

第二类用于频率误差测量，如用在自动频率控制环路中产生误差信号的鉴频器。

对这类电路的零点漂移限制较严，对非线性失真和噪声门限则要求不高。

本设计使用LA1596为核心，设计正交鉴频器。

关键字正交鉴频器LM1596解调

目录

一绪论------------------------------------------------------1

二鉴频器及原理----------------------------------------------1

2.1鉴频器------------------------------------------------1

2.2正交鉴频器--------------------------------------------2

2.3相位鉴频器--------------------------------------------2

三设计的内容------------------------------------------------3

3.1正交鉴频器工作原理图----------------------------------3

3.2鉴频特性----------------------------------------------3

3.3乘积型相位鉴频器--------------------------------------4

四仿真结果及分析-------------------------------------------5

五小结------------------------------------------------------7

参考文献-----------------------------------------------------8

附录---------------------------------------------------------9

一绪论

实现调频信号解调的鉴频电路可分为三类，第一类是调频—调幅调频变换型。

这种类型是先通过线性网络把等幅调频波变换成振幅与调频波瞬时频率成正比的调幅调频波，然后用振幅检波器进行振幅检波。

第二类是相移乘法鉴频型。

这种类型是将调频波经过移相电路变成调相调频波，其相位的变化正好与调频波瞬时频率的变化成线性关系，然后将调相调频波与原调频波进行相位比较，通过低通滤波器取出解调信号。

因为相位比较器通常用乘法器组成，所以称为相移乘法鉴频。

第三类是脉冲均值型。

这种类型是把调频信号通过过零比较器变换成重复频率与调频信号瞬时频率相同的单极性等幅脉冲序列，然后通过低通滤波器取出脉冲序列的平均值，这就恢复出与瞬时频率变化成正比的信号。

调频波的特点是振幅保持不变，而瞬时频率随调制信号的大小线形变化，调制信号代表所要传送的信息，在分析或实验时，常以低频正弦波为代表。

鉴频的目的就是从调频波中检出低频调制信号，即完成频率—电压的变换作用。

能完成这种作用的电路被称为鉴频器。

率鉴频器：

其中，晶体管和LC回路实质上是一个调谐放大器，但回路的谐振频率f0与已调频信号的中心频率fc是失谐的。

一旦已调频信号的瞬时频率发生变化,放大器就输出一个与之相对应的调幅-调频波。

经二极管检波处理，即可在负载RL上得到与原调制信号变化规律相同的输出。

斜率鉴频器的电路比较简单，但回路失谐时其谐振特性曲线不是直线，因而鉴频特性的线性较差。

二鉴频器及原理

2.1鉴频器

角调波的解调就是从角调波中恢复出原调制信号的过程。

其中调频波的解调电路称为频率检波器或鉴频器（FD）。

与调幅接收机一样，调频接收机的组成也大多是采用超外差式的。

在超外差式的调频接收机中，鉴频通常在中频频率（如调频广播接收机的中频频率10.7MHZ）上进行。

就鉴频器的功能而言，它是一个将输入调频波的瞬时频率

（或频偏

）变换为相应的解调输出电压

的变换器，通常将此变换器的变换特性称为鉴频特性，用曲线表示为输出电压

与瞬时频率

或频偏

之间的关系曲线，称为鉴频特性曲线。

在线性解调的理想情况下，此曲线为一直线，但实际往往有弯曲，呈“S”曲线。

通常用峰值带宽

来近似衡量鉴频特性线性区的宽度，它指的是鉴频特性曲线左右两个最大值（±

）间对应的频率间隔。

鉴频器特性曲线一般是左右对称的，若峰值点的频偏为

则

=

。

对于鉴频器来讲，要求线性范围宽（

＞

），线性度好。

但在实际上，鉴频特性在两峰之间都存在一定的非线性，通常只有在

=0附近才有较好的线性。

对鉴频器的另外一个要求，就是鉴频跨导要大。

所谓鉴频跨导

，就是鉴频特性在载频处的频率，它表示的是单位频偏所能产生的解调输出电压。

鉴频跨导有叫鉴频灵敏度，用公式表示为：

鉴频跨导也可以理解为鉴频器将输入频率转换为输出电压的能力或效率，鉴频跨导又称为鉴频效率。

调频制具有良好的抗噪声能力，是以鉴频器输入为高信噪比为条件的，一旦鉴频器输入信噪比低于规定的门限值，鉴频器的输出信噪比将急剧下降，甚至无法接收。

调频致具有良好的抗噪声能力，是以鉴频器输入为高信噪比为条件。

一旦鉴频器输入信噪比低于规定的门限值，鉴频器的输出信噪比将急剧下降，甚至无法接受。

这种现象称为门限效应。

实际上，各种鉴频器都存在门限效应，只是门限电压的大小不同而已。

鉴频特性：

鉴调频电路输出低频解调电压与输入低频信号瞬时频偏的关系。

理想鉴调频特性应该是线形的，实际为“S”曲线

线形范围：

由于输入调频信号的瞬时频率是在载频附近变化，故鉴频特性曲线位于载频附近，其中线形部分称为鉴频线形范围。

正负峰间距

鉴频灵敏度

：

在鉴频线形范围内，单位频偏产生的解调信号电压的大小。

.

处的斜率。

单位频偏产生的输出电压的大小。

图2-1鉴频器及鉴频特性

2.2正交鉴频器

或称乘积型相位鉴频或称差动峰值鉴频器

图2-2电路

2.3相位鉴频法

相位鉴频法的原理框图如下图所示。

图中的变换电路具有线性的频率—相位转换特性，它可以将等幅的调频信号变成相位也随瞬时频率变化的、既调频又调相的FM-PM波。

把此FM-PM波和原来输入的调频信号一起加到鉴相器上，就可以通过鉴相器解调此调频信号。

相位鉴频法的关键是相位检波器，相位检波器或鉴相器就是用来检出两个信号之间的相位差，完成相位差—电压变换作用的部件或电路。

设输入鉴相器的两个信号分别为：

把它们同时加于鉴相器，鉴相器的输出电压

是瞬时相位差的函数，即：

在线性鉴相时，

与输入位相差

成正比。

信号

中引入

固定相移的目的在于当输入相位差

在零附近正负变化时，鉴相器输出电压也相应地在零附近正负变化。

图2-3相位鉴频器的框图

三设计的内容

3.1正交鉴频器的工作原理图

图3-1工作原理

3.2鉴频特性

相位鉴频器的输出电压U0与调频波瞬时频率f的关系称为鉴频特性，其特性曲线（或称S曲线）如图6-7所示。

鉴频器的主要性能指性是指标是鉴频灵敏度sd和线性鉴频范围2△fmax。

sd定义为鉴频器调频波单位频率变化量，通变用鉴频特性曲线u0-f在中心频率f0处的斜率来表示，即

sd=U0/△f（6-22）

图3-2相应鉴频特性

2△fmax定义鉴频器不失真解调调频波时所允许的最大频率线性变化范围，2△fmax可在鉴频特性曲线上求出。

3.3乘积型相位鉴频器

用LM1596构成的乘积型相位鉴频器电路如图6-8所示。

图3-3LM1596构成的相位鉴频器

其中C1与并联谐振回路C2L共同组成线性移相网络，将调频波的瞬时频率的变化转变成瞬时相位的变化。

分析表明，该网络的传输函数的相频特性

的表达式为：

（6-23）

当

1时，上式近似表示为

或

式中f0—回路的谐振频率，与调频的中心频率相等。

Q—回路品质因数。

△f—瞬时频率偏移。

相移

与频偏△f的特性曲线如图6-9所示。

图3-4移相网络的相频特性

下图是微波通信接收机中采用的失谐式平衡鉴频器的电路实例。

电路中有三个谐振回路，回路A调谐于中频频率35MHZ，回路B和C分别调谐于30MZ和40MHZ，三个回路的谐振频率互不相同，为了便于调整，减小三个回路之间的相互影响，改电路没有采用耦合的办法，而是将由两个共基极放大器连接，两个共基极放大器不仅可以使三个回路相互独立，而且影响信号的传输。

图3-5双失谐回路鉴频器实例

四仿真结果及分析

双失谐回路鉴频器的输入调频波的波形如下图5-1所示。

图4-1输入调频波的波形图

模块一后，调频波变换为调频、调幅波，其输出波形如下图5-2所示。

原调频信号为等幅的调频波，波形仅有有疏密之别，经变换电路变换后，波形振幅不等，形成包络。

图4-2调频、调幅波的波形图

再经模块二，即二极管包络检波器检波之后，输出所需的原调制信号，得到的仿真波形图如下图5-3所示。

图4-3双失谐回路鉴频器输出的原调制信号波形图

将原输入的调频波与经双失谐回路鉴频器鉴频之后输出的原调制信号进行对比，其仿真波形如下图5-4所示。

图4-4输入调频波与输出信号的比较

五小结

为期近一周的高频电子线路课程设计已经接近尾声。

通过这次课程设计首先对高频电路原理与分析课程的到了复习和应用。

并且对所学的知识的到了应用。

使得理论与实践相结合，对知识的掌握更佳的熟练。

之后分析电路实现的方案，对不同的电路进行分析，结合任务要求找出最好的电路方案。

并设计出它的总体电路图，了解电路图的各部分功能和电路实现的具体过程。

本次是要设计鉴频器，鉴频电路的作用是解调频率调制信号的调制信号。

本次课程设计采用振幅鉴法中的斜率鉴频法。

为了使电路的线性度好一点就用双谐平衡鉴频法。

这次课程设计业使我明白了在知识的领域里我还有很多很多的不足，并且再一次的深深的体会到理论和实践之间还有很到的差别。

在以后的学习中应该多多的注意实践知识的训练和积累。

在以后的学习生活中要不断的开拓自己的动手能力，不断的训练自己的动手能力。

这次课程设计让我深深的明白了自己以后该做什么，该怎么去做。

这次课程设计课程设计业让我复习了高频电子线路原理与分析的相关知识。

通过这次试验我复习了鉴频电路的设计。

通过这次课程设计我还对mathtype数学公式编辑器有了一定的了解，并且会用它编辑公式。

对word也有了进一步的掌握。

参考文献

[1]阳昌汉.高频电子线路.北京：

高等教育出版社，2006

[2]曾兴雯，刘乃安，陈健.高频电路原理与分析.西安：

西安电子科技大学出版社，2006.8

[3]张肃文.高频电子线路.北京：

高等教育出版社，1993

[4]陈邦媛.射频通信电路.北京：

科技出版社.2004

[5]董在望.通信电路原理.北京：

高等教育出版社.2002

[6]谢嘉奎.电子线路：

非线性部分.北京：

高等教育出版社，2004

[7]曾兴雯.高频电子线路.北京：

高等教育出版社，2004

附录

鉴频特性曲线（S曲线）的测量方法

测量鉴频特性曲线的常用方法有逐点描迹法和扫频量法

逐点描迹法的操作是：

用高频信号发生器作为信号源加到鉴频器的输入端US（见图6-8），先调节中心频率f0=10.7MHZ，输出幅度ucp-p=40mv。

鉴频器的输出端U0接数字万用表（置于“直流电压”档）测量输出电压U0。

（调谐并联谐振回路，使其谐振）。

再改变高频信号发生器的输出频率（维持幅度不变），记下对应的输出电压U0值，并填入下表。

最后根据表中测量值描绘S曲线。

扫频测量法的操作是：

将扫频仪（如BT—3型）的输出信号回到鉴频器的输入端US，扫频仪的检波探头电缆换成夹子电缆线接到鉴频器的输出端U0，先调节BT—3的“频率偏移”、“输出衰减”和“Y轴增益”等旋钮，使BT—3上直接显示出鉴频特性，利用“频标”可绘出S曲线。

调节谐振回路电容C2，平衡电位器RP可改变S曲线的斜率和对称性。