任务4-6 鉴频与鉴相

任务4-7 鉴频与鉴相

4-6-1资讯准备

任务描述

1．了解鉴频的概念、方法及鉴频的主要技术要求；

2．理解各类鉴频电路的组成、工作原理、分析方法及主要特点。

资讯指南

导学材料 一、鉴频方法综述

调频信号解调又称为频率检波，是从调频波中取出原调制信号，即输出电压与输入信号的瞬时频率偏移成正比，又称为鉴频器，简称鉴频。它是把调频信号的频率

)()(t t c ωωω∆+=与载波频率c ω比较，得到频差)()(t f t m ωω∆=∆，从而实现频率检波。

1．鉴频的方法

鉴频的方法很多，其工作原理都是将输入的调频信号进行特定的变换，使变换后的波形包含反映瞬时频率变化的量，再通过低通滤波器滤波就可以得到原调制信号。常用的鉴频方法有以下几种：

(1)斜率鉴频器

它先将输入等幅的调频波通过线性网络进行频率-幅度变换，得到振幅随瞬时频率变化的调频波，然后用包络检波器将信号的振幅变化取出来；其输出信号就是原调制信号。

(2)相位鉴频器

它先将输入等幅的调频波通过线性网络进行频率-相位变换，得到附加相位随瞬时频率变化的调频波，然后用鉴相器将它的附加相移变化取出来，其输出信号就是原调制信号。

(3)脉冲计数式鉴频器

它先将输入等幅的调频波通过非线性变换网络进行波形变换，得到数目与瞬时频率成正比、但幅度和形状相同的调频脉冲序列，然后将信号通过低通滤波器，其输出信号就是原调制信号。

2．鉴频器的主要技术要求

鉴频器的输出电压u o随输入调频的瞬时频率f的变化特性称为鉴频特性。为了实现不失真的解调，u o应与f成线性关系，即鉴频特性曲线应为一条直线。但是，实际的鉴频特性往往是一条曲线，所以它只能在有限频率范围内实现线性鉴频。图4-6-1为一典型的鉴频特性曲线，由于该曲线与英文字母“S”相似，故又称为S曲线。由图可以看出，对应于调频波的中心频率f c，输出电压u o=0；当信号频率向左右偏离时，u o分别为正负值。

图4-6-1 鉴频特性曲线

对鉴频器主要技术要求有：

(1)鉴频特性为线性

鉴频电路输出低频解调电压与输入调频信号瞬时频偏的关系称为鉴频特性，理想的鉴频特性应是线性的。实际电路的非线性失真应该尽量减小。

(2)鉴频线性范围要宽

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，其中线性部分称为鉴频线性范围。要求其鉴频线性范围足够宽。

(3)鉴频灵敏度要高

在鉴频线性范围内，单位频偏产生的解调信号电压的大小称为鉴频灵敏度S d。S d越大，鉴频效率就越高。

二、鉴频电路

1．斜率鉴频器

斜率鉴频器是利用频幅转换网络将调频信号转换成调频-调幅信号，然后再经过检波电路取出原调制信号，这种方法称为斜率鉴频，因为在线性解调范围内，解调信号电压与调频信号瞬时频率之间的比值和频幅转换网络特性曲线的斜率成正比。斜率鉴频的电路模型如图4-6-2所示。

图4-6-2 斜率鉴频器模型

在斜率鉴频电路中，频幅转换网络通常采用LC 并联回路或LC 互感耦合回路，检波电路通常采用差分检波电路或二极管包络检波电路。

(1)单失谐回路斜率鉴频器

单失谐回路斜率鉴频器电路原理如图4-6-3所示。图中虚线左边采用简单的并联失谐回路，实际上它起着时域微分器的作用；右边是二极管包络检波器，通过它检出调制信号电压。

图4-6-3 单失谐回路鉴频原理电路

当输入调频信号为)sin cos(11t m t U u f c sm s Ω+=ω时，通过起着频幅变换作用的时域微分器(并联失谐回路)后，其输出为

)

sin sin()cos ( )sin cos(101

02t m t t U A t m t dt d

U A u f c m c sm f c sm s Ω+Ω∆+-=Ω+=ωωωω (4-6-1)

式中，微分器频率特性00)(ωωjA j A =，0A 为电路增益。然后通过二极管包络检波器，得到需要的调制信号。

所谓单失谐回路，是指该并联回路对输入调频波的中心频率是失谐的。在应用时，为了获得线性鉴频特性，总是使输入调频波1s u 的载波角频率c ω，工作在LC 并联回路幅频特性曲线上接近于直线段线性部分的中点上，见图4-6-4(a)中O 或O '点。这样，单失谐回路就可将输入的等幅调频波变换成幅度按频率变化的调频波2s u ，然后通过二极管包络检波器，得到需要的调制信号)(t u Ω，如图4-6-4(b)所示。

图4-6-4 单失谐回路斜率鉴频器

由于单失谐回路的幅频特性曲线倾斜部分的线性很差，所以这种鉴频器的非线性失真严重，其线性鉴频范围很窄。为了扩展线性范围，可采用双失谐回路鉴频器。

(2)双失谐回路鉴频器

图4-6-5是双失谐回路鉴频器的原理图。它是由三个调谐回路组成的调频-调幅变换电路和上下对称的两个振幅检波器组成。初级回路谐振于调频信号的中心频率，其通带较宽。次级两个回路的谐振频率分别为01ω、02ω，使01ω、02ω与c ω成对称失谐，即

c c ωωωω-=-0201。

图4-6-5 双失谐鉴频器原理图

图4-6-6是双失谐回路鉴频器的幅频特性，其中实线表示第一个回路的幅频特性，虚线表示第二个回路的幅频特性，这两个幅频特性对于c ω是对称的。当输入调频信号的频率为

c ω时，两个次级回路输出电压幅度相等，经检波后输出电压为002010=-=u u u 。

图4-6-6 双失谐回路鉴频器的特性

当输入调频信号的频率由c ω向升高的方向偏离时，L 2C 2回路输出电压大，而L 1C 1回路输出电压小，则经检波后0201u u <，则002010<-=u u u 。当输入调频波信号的频率由c ω向降低方向偏离时，L 1C 1回路输出电压大，L 2C 2回路输出电压小，经检波后0201u u >，则

002010>-=u u u 。

图4-6-7是某微波通信机采用的双失谐回路鉴频器的实际电路，它的谐振频率是35MHz 和40MHz 。调频信号经两个共基放大器分别加到上、下两个回路上，而两个回路的连接点与检波电容一起接地。这与前面电路不同。由于接地点改变，输出电压o u 改从检波器电阻中间取出，它是由检波电流1I 和2I 决定的。因为检波二极管V 1和V 2的方向是相反的，所以

o u 决定于两个检波电流之差。