内容发布更新时间 : 2024/12/22 22:02:56星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

乘积型相位鉴频设计与仿真

1.鉴频器概述

鉴频器使输出电压和输入信号频率相对应的电路。按用途可以分为两类：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。对于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。

实现调频信号解调的鉴频电路可分为三类，第一类是调频——调幅变换型。第二类是相依乘法鉴频型，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呈线性关系，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。

2.鉴频器的主要参数

2.1鉴频特性(曲线)

指鉴频器的输出电压u0与输入电压瞬时频率f 或频偏Δf 之间的关系曲线。 理想鉴频特性曲线应是一条直线，但实际上往往有弯曲，呈S形，如下图所示。

uouomaxf变换器uofBfcfAf(a)(b) 1

2.2鉴频器的主要参数

1）鉴频器的中心频率f0

鉴频器的中心频率f0对应于鉴频特性曲线原点处的频率。通常，由于

鉴频器中心与中频频率相同。 2）鉴频带宽Bm

鉴频带宽Bm:是指鉴频器能够不失真地解调所允许输入信号频率变化的最大范围。 3）鉴频器的线性度

鉴频器的线性度：是指鉴频特性曲线在鉴频带宽内的线性特性。 4）鉴频跨导SD

鉴频跨导SD :是指鉴频器在载频处的斜率，它表示单位频偏所能产生的解调输出电压。鉴频跨导又叫做鉴频灵敏度。用公式表示为：

duoSD?dff?fcduo?d?f?f?0跨导也可以理解为将输入频率转换为输出电压的能力或效率，因此又称为鉴频效率

3.鉴频方法

3.1直接鉴频法

是直接从调频信号的频率中提取原来调制信号的方法。主要有脉冲计数鉴频法。

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3.2间接鉴频法

就是先对调频信号进行变换或处理，再从变换后的信号中提取原调制信 号的鉴频方法。又可分为振幅鉴频法、相位鉴频法两大类。 本设计采用相位鉴频法，原理如下：

相位鉴频器将输入的调频波UFM做变换，变换成调相调频波UPM/FM,在与调频波UFM叠加，在电路参数与信号参数匹配的情况下，得到幅度与调制信号呈线性关系的调幅调相调频波，最后经包络检波，解调出调制信号。

鉴相器是用来比较两个同频输入电压U（ 和U2(t) 的相位，而输出电压 U0(t) 1t）是两个输入电压相位差的函数， 即

uo(t)?f[?1(t)??2(t)]

3.2乘积型相位鉴频器原理说明

利用模拟乘法器的相乘原理可实现乘积型相位检波，其基本原理是：在乘法器的一个输入端输入调频波us?t?，设其表达式为 ：

us?t??Usmcos??ct?mfcos?t?

式中，mf——调频系数，mf??w/?或mf??f/f，其中??为调制信号的频偏。 另一输入端输入经线性移相网络移相后的调频调相波us'?t?，设其表达式为：

????ct?mfsin?t?????? us'?t??U'smcos??ct?mfsin?t???????? ?U'smsin????2?式中，????——移相网络的相频特性。 这时乘法器的输出u0?t?为

u0?t??KEus?t?u's?t??11'?KEUsmU'smsin?2??msin?t????KUU????cfEsmsm???? ??22式中，第一项为高频分量，可以被低通滤波器滤掉。第二项是所需要的频率分量，只要

线性移相网络的相频特性????在调频波的频率变化范围内是线性的，当?????0.4rad，

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sin?????????。因此鉴频器的输出电压u0?t?的变化规律与调频波瞬时频率的变化规律相同，从而实现了相位鉴频。

4.乘积型相位鉴频器实验电路说明及仿真设计

4.1乘积型相位鉴频器电路

用MC1496构成的乘积型相位鉴频器电路如图4-12所示。

图4--12 MC1496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：

???2??Qn? ??????arcta ??2??12?????0?当

???0??1时，上式近似表示为：

?(??)??2?arctan(Q2???0)

或 ?(?f)??2?arctan(Q2?f) f0式中f0—回路的谐振频率，与调频波的中心频率相等。

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Q—回路品质因数。

?f—瞬时频率偏移。

相移?与频偏?f的特性曲

线如图所示。

由图可见：在f?f0即?f?0的范围内，相位与频偏呈线性关系，从而实现线性移相

MC1496的作用是将调频波与调频调相波相乘，其输出端接集成运放构成的差分放大器，将双端输出变成单端输出，再经R0C0滤波网络输出。

可见：在f?f0即?f?0的范围内，相位与频偏呈线性关系，从而实现线性移相。

4.2仿真电路设计及结果分析

相位鉴频器整体仿真电路图

仿真结果：

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