无线电通信-8.3 相位鉴频器及比例鉴频器

常用的相位鉴频器电路有两种，即电感耦合相位鉴频器和电 容耦合相位鉴频器。本节主要讨论电感耦合相位鉴频器，原 理电路图如下图：
波形变换
幅度检波
耦合谐振回路完成波形变换 对称包络检波器
电路说明
工作原理
由图可以看出，初级回路电流经互感耦合，在次级回路两端
感应产生次级回路电压。加在两个振幅检波器的输入信号分
1 2
VC
6
VC 4

1 2
(VC 3
VC4 )

1 2
(VC 4
VC3 )

1 2
Kd
(VD 2
VD1 )
其波形变换部分与相位鉴频器基本相同，电路上差别主要有 以下几点：
(1) 负载RL接在MN之间，输出电压由M，N引出(M为正)。
(2) R1和R2两端并接大电容C6(一般为10F)，使得在检波过 程中ab间的端电压基本保持不变。
别为
V D1

V ac

V 12

1 2
V ab

V 12
(8.8.1)
V D2

V bc

V 12


1 2
V ab

V 12
(8.8.2)
为了使分析简单起见，先作两个合乎实际的假定：
1) 初次级回路的品质因数均较高； 2) 初、次级回路之间的互感耦合比较弱。 这样，在估算初级回路电流时，就不必考虑初级回路 自身的损耗电阻和从次级反射到初级的损耗电阻。
基本原理：
②FM/AM—(包络检波)—恢复原调制信号
频-幅 变换器
包络检波器
最简单的频幅变换电路就是并联谐振回路:
利用失调回路中幅频特性曲线的倾斜部分来实现鉴频，解调 后失真较大，是一种原始类型的鉴频器，现在已很少采用， 但它对理解振幅鉴频器对FM波的解调有很直观的意义。
8.8 相位鉴频器
相位鉴频器的基本原理：利用回路的相位频率特性将调频波 变为调幅/调频波，然后用振幅检波器恢复调制信号。
鉴频跨导越大，鉴频特性曲线越陡峭，鉴频能力越强
2、鉴频灵敏度 主要是指为使鉴频器正常工作所需的输入调频波的幅度， 其值越小，鉴频器灵敏度越高。
vo
vo fo
f
f
BWD 2fmax
4、寄生调幅抑制能力
5、尽可能减小产生调频波失真的各种因素的影响，提高 对电源和温度变化的稳定性
振幅鉴频器（斜率鉴频器)
8.8 调角信号解调
调频波的解调又称频率检波，简称鉴频，要求输出信号与输 入调频波的瞬时频率的变化成正比； 调相波的解调又称相位检波，简称鉴相。
鉴 频
①第一类鉴频方法：首先进行波形变换，将等幅调频波 变成幅度随瞬时频率变化的调幅波，然后用振幅检波器 将幅度的变换检测出来；
的 ②第二类鉴频方法：对调频波通过零点的数目进行计数，
③ 当fin＜f0时，Z2呈容性，θ<0
Vab

MX C 2 L1 Z2
V12e
j

2


Z2呈容性，θ<0即
V a超b 前于
V 1 2一个大于
2
的相角


2


。
根据式(8.8.1)、式(8.8.2)和上面的相位关系的分析， 画出图所示的矢量图。
fin=f0
近似得到右图所示等效电路，
(8.8.3)
初级电流在次级回路中感应产生串 联电动势
(8.8.4)
图8.8.2 次级回路的等效电路
式中，正、负号取决于初次级线圈的绕向。
现在假设线圈的绕向使该式取负号。将式(8.8.3)代入式
(8.8.4)，得
V s


M L1
V 12
(8.8.5)
根据右图等效电路求出：
（8.8.10）
v
–fm
o
+fm
f
v
+fm
–fm
o
f
(a) 正极性鉴频曲线
(b) 负极性鉴频曲线
图(a)为正极性鉴频曲线，鉴频跨导S＞0。若次级线 圈的同名端相反，则为负极性鉴频，鉴频跨导S＜0， 如图(b)所示。
v
频正
曲极
线性 鉴
–fm
o
+fm
f
v
频负
曲极
+fm
线性
–fm
vFM (t) Vcm cosct k f
t 0
v
(t
)dt

dvFM dt
(t)

Vcm
c

k
f
v (t)
sin
ct

k
f
t 0
v
(t
)dt

vFM (t)
dvFM (t)
dt
检波
v (t)
振幅鉴频器的 ① FM波—(频幅变换)—FM/AM
r2
XC2 jX
2
V12
X2=XL2–XC2
① 从式可以看出，当信号频率fin等于中心频率f0(即回路 谐振频率)时，X2=0，于是
Vab
M j
L1
XC2 r2
V12
MX C2 L1r2
j
V12e 2
(8.8.7)
该式表明，次级回路电压
Vab
比初级回路电压V 1
2
超前
2
。
V ab
tg X 2 r2
V ab
MX C2 L1 Z2
V 12e
j
2


该式表明，当信号频率高于中心频率时，Z2呈感性，θ>0，
次级回路电压
V ab
超前于初级回路电压V 1 2
一个小于
2
的角度

2


。
V ab

jM L1
r2
XC2 jX
2
V12
– Vab 2
Vab 2 90–
O
VD1 V12
VD2
fin>f0 θ>0
Vab
2
90-
Vab –2
VD1
V12 VD2
fin<f0
θ<0
图8.8.3 相位鉴频器矢量图
C5
M
a D1
a
+ V12 C1 L1 –
+
C2 L2
c
L3 R1 + V12 – R2
C3 C4
Vab
–
b D2
b
Vab
Vs
ZC2
ZC2 ZL2
r2

jXC2 V12

M L1

r2 j( X L2 XC2 )

M j
L1
r2
XC2 jX
2
V12
(8.8.6)
式中，X2=XL2–XC2是次级回路总电抗，可正可负，还可为零。 这取决于信号频率。
V ab

jM L1
o
f
鉴
原因：当频率超过一定范围，超出了输入电路通频带，耦 合回路的频率响应曲线的影响变得显著，导致输出电压大 小也随着频移的加大而下降，最后反而使鉴频器的输出电 压下降。因此，S型鉴频特性曲线的线性区间两边的边界 应对应于耦合回路频率响应曲线通频带的两个半边界点， 即半功率点。
8.9 比例鉴频器
1
2

1 VC4 VC 3


1 2
Kd
Va`b`
2Va`b` 1 VD2 VD1

相位鉴频器和比例鉴频器的比较
相位鉴频器：输出比比例鉴频器大一倍，线性更好
比例鉴频器：能提供一个适合自动增益控制的电压 抗干扰好
前面介绍的相位鉴频器，当输入调频信号的振幅发生变 化时，输出电压也会发生变化，因此由各种噪声和干扰 引起的输入信号寄生调幅，都将在其输出端反映出来。 为了抑制噪声及干扰，在鉴频器前必须增设限幅器。而 比例鉴频器具有自限幅功能，因而采用它可以省去外加 的限幅器。
比例鉴频器的原理电路
Vo
VC 4

(3) D1和D2按环路顺接，以保持直流通路，因此C3和C4上的 电压极性一致，Vab=VC3+VC4。经推导比例鉴频器的输出电 压。
由Va`b` VC6 =(VC3 VC 4 )

1 2
(VC 4
VC3 )

VC 6 2
1
2VC 3 VC 6


VC 6 2
方 单位时间内的数目正比于调频波的瞬时频率；
法 ③第三类鉴频方法：利用移相器与符合门电路配合实现。
实用的鉴频器：
①振幅鉴频器（斜率鉴频器） ②相位鉴频器
③比例鉴频器
④脉冲计数器鉴频等
鉴频器的主要技术指标:
vo
vo fo
f
f
BWD 2fmax
鉴频特性曲线
1、鉴频跨导S 中心频率附近，单位频偏引起的输出电压的变化量：

jM L1
r2
XC2 jX 2
V12
X2=XL2–XC2
② 当信号频率fin高于中心频率f0时，XL2＞XC2，即X2＞0。 这时次级回路总阻抗为
Z2 r2 jX 2 Z2 e j
式中，Z2 是Z2的模，其值为
Z2
r22

X
2 2
是Z2的相角，其值为 arc 将Z2的关系式代入上式，得