乘积型相位鉴频器的设计、仿真与研究

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1、乘积型相位鉴频器的设计、仿真与研究一、电路基本原理1.电路原理及用途乘积型相位鉴频器是由模拟乘法器MC1496和低通滤波器组成。其中低通滤波器的工作原理：低通滤波器容许低频信号通过,但减弱(或减少)频率高于截止频率的信号的通过。对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。当使用在音频应用时,它有时被称为高频剪切滤波器,或高音消除滤波器。低通滤波器概念有许多不同的形式，其中包括电子线路（如音频设备中使用的hiss滤波器、平滑数据的数字算法、音障（acousticbarriers）、图像模糊处理等等。低通滤波器在信

2、号处理中的作用等同于其它领域如金融领域中移动平均数（movingaverage)所起的作用；这两个工具都通过剔除短期波动、保留长期发展趋势提供了信号的平滑形式。模拟乘法器MC1496：(a)MC1496内部结构（b）MC1496引脚图MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。其内部电路图和引脚图如图所示。引脚8与10接输入电压，1与4接另一输入电压，输出电压从引脚6与12输出。引脚2与3外接电阻RE，引脚4与8所对应的三极管构成对差分放大器产生串联电流负反馈，以扩展输入电压的线性动态范围。引脚1与4为负电源端或接地端，引

3、脚5外接电阻。用来调节偏置电流及镜像电流的值。2．主要技术指标乘积型鉴相器组成方框图如图2-1所示。图中，两个输入信号分别为：调相波本地参考信号（1-1）图1-1乘积型鉴相器组成方框图（1）和均为小信号当

4、

5、≤26mV、

6、

7、≤26mV时，由式(1-1)可得输出电流为式中为乘法器的相乘增益因子。通过低通滤波器后，上式中第二项被滤除，于是可得输出电压为（1-2）图1-2乘积型鉴相器的鉴相特性曲线鉴相器灵敏度为(1-3)（2)为小信号，为大信号当

8、

9、≤26mV、

10、

11、≥100mV时，由式(1-1)可得输出电流为（1-4）鉴相

12、器灵敏度为（1-5）（3)和均为大信号当

13、

14、≥100mV,

15、

16、≥100mV时，由式(1-1)可得输出电流为（1-6）鉴相器灵敏度为（1-7）图1-3电流波形图3．乘法器实现同步检波的原理同步检波分为乘积型和叠加型两种方式，它们都需要接收端恢复载波的支持，本实验采用乘积型同步检波。乘积型同步检波是直接把本地恢复载波与调幅信号相乘，用低通滤波器滤除无用的高频分量，提取有用的低频信号，它要求恢复载波与发射端的载波同频同相，否则将使恢复出来的调制信号产生失真。实验中，用MC1496/1596构成的振幅调制电路产生调幅信号，然

17、后采用实验电路实现信号的解调。本实验电路的输出电流中，除了解调所需要的低频分量外，其余所有分量都属于高频范围，很容易滤除，因此不需要载波调零电路，而且可采用单电源供电。本电路可解调DSB或SSB信号，亦可解调AM信号。MC1496/1596的10脚输入载波信号，可用大信号输入，一般为100-500mV；1脚输入已调信号，信号电平应使放大器保持在线性工作区内，一般在100mV以下。二、设计方案1.电路原理图用MCl496构成的乘积型相位鉴频器电路。（1）MC1496内部结构（2）乘积型相位鉴频器电路原理图2.元件参数图

18、2-2中调频信号通过电缆由输入端IN输入,经D1和D2组成的双限幅器整形，除去寄生调幅，其中一路信号由1496的输入端8、10输入，另一路信号经C9、C10、L1、R15、组成的LC串并联移相网络，变为调相调频波，由1496的输入端1、4端输入。LC串并联移相网络的工作原理另一路经LC串并联移相网络输出的信号，产生的的相移为：(2-1)当时，上式可近似表示为(2-2)或(2-3)式中为回路的谐振频率，与调频波的中心频率相等，Q为回路品质因数，△f为瞬时频率偏移。鉴频器的相移与频偏△f的特性曲线如图2-3所示。由图可见

19、：在f=f0即△f=0时相位等于，在范围内，相位随频偏呈线性变化，从而实现线性移相。图2-3相移与频偏MCl496的作用是将调频波与调频～调相波相乘，其输出经R11、C3，C4组成的RC低通滤波网络输出。乘法器鉴相的基本原理设在乘法器的一个输入端输入调频波us(t)设其表达式为：(2-4)式中，为调频系数，或，其中为调制信号产生的频偏。乘法器的输出中，高频分量可以被滤波器滤掉。经低通滤波器得到所需要的频率分量为：（2-5）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，当时，,所以输出信号电压为：（2-6

20、）因此鉴频器的输出电压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。所以相位鉴频器的线性鉴频范围受到移相网络相频特性线性范围的限制。乘积型相位鉴频器鉴频特性鉴频器的输出电压u0与调频波瞬时频率的关系称为鉴频特性，特性曲线(或称S曲线)如图2-4所示。图2-4鉴频器的鉴频特性曲线(或称S曲线)鉴频器的主要性能指标是鉴频灵敏度Sd和