第 7 章频率调制与解调

第 7 章频率调制与解调 7.1 调频信号的分析

1 ．调频信号的数学表示式tUtu m cos)( )(cos)( tUtu ccmc

tUKt mfc cos)(

)sincos( tmtUu fccmFM

2 ．调频信号的波形

3 ．调频信号的带宽4 ．调频信号与调幅信号的比较

（ 1 ）调频信号是将信息携带在载波的频率上，而调幅信号则将信息携带在载波的幅度上。（ 2 ）调频信号的幅度是不变的，是等幅波，可采用限幅电路消除寄生的幅度变化，因此抗干扰能力强，而调幅信号的幅度是按调制信号的规律变化，容易受寄生幅度的干扰。

（ 3 ）对调频信号进行功率放大时，功率放大器可采用效率较高的非线性功率放大器（如第 4 章的谐振功率放大器），而对调幅信号进行功率放大时，为保证其幅度不失真，功率放大器必须是线性放大器（甲类功率放大器）。（ 4 ）传送同一个信息，采用的调制方式不同，所需的带宽也不同。调频方式比调幅方式需要的带宽大得多，所以调频信号的频带利用率低，在信道拥挤、频率范围不宽的情况下不宜采用调频方式。

第 7 章频率调制与解调

7.2 调频电路7.2.1 概述产生调频信号的电路称调频电路，产生调频信号的电路主要有两种，即直接调频电路和间接调频电路。

振荡器

调制信号

调频信号晶体振荡器调相器

积分器调制信号

调频信号

1 ．调制特性调频信号的频率偏移与调制信号电压的关系称调制特性。为了不失

真的调制，要求调制特性为线性，实际上，调制特性无法做到理想的线

性，只能保证在一定的调制电压范围内近似为线性。如图所示。


f

ut

f(t)

uΩ

UΩm

Δfm

2 ．调制灵敏度第 7 章频率调制与解调

单位电压引起的频率偏离量，称为调制灵敏度。

3 ．最大频偏

最大频偏 Δfm 指在正常调制电压作用下，调制电路所能达到的最大频率偏离。

4 ．频率响应

调频信号具有一定的带宽，在调频信号带宽范围内，调制特性应达到规定的要求。

5 ．寄生调幅

理想的调频信号幅度是恒定的，但实际调频信号的幅度由于各种干扰的存在，幅度是变化的，把这种干扰引起的调频信号幅度的变化称寄生调幅，在实际中应尽量减小寄生调幅。

6 ．中心频率稳定度

第 7 章频率调制与解调第 7 章频率调制与解调

7.2.2 直接调频电路1 ．变容二极管直接调频电路

变容二极管直接调频电路如图所示。

£«

R 1C 1 R 2

C2

R 3

R 4

R 5

R 6

R 7

C 3

C 4

C 5

C 6

C 7

L

L C

C j

U CC

uΩ

图中， C2 、 R4 组成直流电源滤波电路， R1 、 R2 、 R3 为偏置电阻，给晶体管提供合适的直流偏压， C1 ， C3 为交流旁通电容，起隔直通交的作用， C4 、 C5 、 C6 为高频旁通电容，对高频交流信号短路，对直流和低频交流信号开路， C7 为耦合电容，起隔直通交的作用， LC

称高频扼流圈，对高频交流信号开路，对直流和低频交流信号短路，它与 C6 共同作用，阻止高频振荡信号干扰低频调制信号源， R5 、 R6 、R7 为变容二极管提供一直流负偏压 UCJ 。

2 ．晶体直接调频电路第 7 章频率调制与解调

为了进一步提高频率稳定度，可利用变容二极管对石英晶体振荡器进行直接调频。需要注意的是石英晶体的串联谐振频率和并联谐振频率非常接近，因此石英晶体振荡器的频率可调范围很小，所以调频频偏很小，一般相对频偏只有 0.01% 左右。

图为用于无线话筒中的发射机电路，它是一个 100MHZ 的石英晶体振荡变容二极管直接调频电路。

£«

£

2200

1000

25K

20K

3K

100

2.2¦ÌH30K

100

100

100

100

27

L

V2

V1

9V

(a)晶体振荡器直接调频电路

C

V2100

100

CJ

(b)晶体振荡器交流通路

uΩ

CJ

第 7 章频率调制与解调 7.2.3 间接调频电路

1 ．调相电路

所谓调相就是用调制信号控制载波的相位，使其按照调制信号的规律变化。变容二极管调相原理电路如图所示。

£«

£

载波输入

L

C

调制信号

直流偏压

CJ

LC

2 ．实际调相电路

载波

调制信号

10K

100K

100K

10K

0.02 μ F

1000 1000

1000

CJ

-9V

输出

7.2.4 扩展频偏的方法第 7 章频率调制与解调

为了扩展频偏，又使载波频率大小符合要求，可采用倍频和混频相结合的电路对调频信号进行处理，达到扩展频偏的目的。倍频可扩展调频信号的绝对频偏，而混频则可将载波频率变化至要求值，同时扩展调频信号的相对频偏。

7 ． 3 鉴频器 7 ． 3 ． 1 概述

1 ．鉴频器的主要技术指标

（ 1 ）中心频率

（ 2 ）鉴频特性曲线

（ 3 ）鉴频灵敏度 SD

（ 4 ）线性鉴频范围

2 ．鉴频的主要方法第 7 章频率调制与解调

（ 1 ）斜率鉴频 -频率幅度

线性变换网络包络检波器调频信号

调频调幅信号

解调输出

（ 2 ）相位鉴频器

-频率相位线性变换网络相位检波器

调频信号

解调输出

（ 3 ）脉冲计数式鉴频

非线性变换网络低通滤波器

调频信号调频脉冲序列解调输出

（ 4 ）锁相鉴频

7 ． 3 ． 2 斜率鉴频器第 7 章频率调制与解调

1 ．单失谐回路鉴频器

V

u FM L 1C 1 R L

C Lu FM-AM u o

图中虚线以右为包络检波电路，虚线以左为线性变换网络，其任务是将调频信号 uFM

转换成调频调幅信号 uFM-AM ，即将频率的变化转移到幅度上。线性网络转换信号的原理如图所示。

U O

ω（t）

t

t

u FM-AM

ω ω o

ω C

2 ．双失谐回路鉴频器第 7 章频率调制与解调

u o1

u o2

u FM

V 1

V 2

fo1

fo2

R LC L

R L

u o

u FM-AM1

u FM-AM2 C L

图 7-23 中有上下两个并联谐振电路都工作于失谐状态，故称双失谐回路鉴频器电路。 fo1 为上谐振电路的固有谐振频率， fo2 为下谐振电路的固有谐振频率，两个谐振回路对调频信号的中心频率 fc 对称失谐，既 fo1-fc=fc-fo2或 fc-fo1 =fo2-fc ，且失谐度（ fo1-fc ）应大于输入调频信号的最大频偏。两个谐振电路的谐振曲线形状要完全相同，上下两个包络检波电路要平衡，即对应电路元件参数完全相同。

双失谐回路鉴频器线性鉴频范围与两个谐振回路的谐振频率 fo1 、 fo

2 有关， fo1 与 fo2 偏离 fC太大，鉴频特性曲线在 fC附近的线性变差， f

o1 与 fo2 偏离 fC太小，则线性鉴频范围缩小，所以双失谐回路鉴频器的调整比较麻烦。

3 ．集成电路斜率鉴频器


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£

V 1 V 2 V 3 V 4

V 5

V 6

U CC

IO

R S

u FM

R 1 R 2 R 3

R 4

R C

u o(t)

C 1 C 2

C 3 C 4

L

u FM-AM2u FM-AM1

射随器包络检波差动放大器

射随器包络检波

1

12

1

LCfo

)(2

1

21

2CCL

fo

7.3.3 相位鉴频器


1 ．乘积型相位鉴频器

A M XYXY

低通滤波器

-频率相位变换网络u FM u X (t)

u Y (t)

u o1 (t) u o (t)

相位检波器

2 ．叠加型相位鉴频器

-频率相位变换网络包络检波器u FM (t)

u 2(t)

u 1(t)

u O (t)

叠加型相位检波器

u o1 (t)

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