1、1. 模拟调制技术概述调制技术是把基带信号变换成传输信号的技术。它将模拟信号抽样量化后，以二进制数字信号“1”或“0” 对光载波进行通断调制，并进行脉冲编码（PCM） 。数字调制的优点是抗干扰能力强，中继时噪声及色散的影响不积累，因此可实现长距离传输。它的缺点是需要较宽的频带，设备也复杂。调 制 方 式 按 照 调 制 信 号 的 性 质 分 为 模 拟 调 制 和 数 字 调 制 两 类 ；按 照 载 波 的 形 式 分 为 连 续 波 调 制 和 脉 冲 调 制 两 类 。 模 拟 调 制 有 调幅 （ AM） 、 调 频 （ FM） 和 调 相 （ PM） 。 数 字 调 制 有 振 幅
2、 键 控（ ASK） 、 移 频 键 控 （ FSK） 、 移 相 键 控 （ PSK） 和 差 分 移 相 键控 (DPSK） 等 。 脉 冲 调 制 有 脉 幅 调 制 （ PAM） 、 脉 宽 调 制（ PDM） 、 脉 频 调 制 （ PFM） 、 脉 位 调 制 （ PPM） 、 脉 码 调 制（ PCM） 和 增 量 调 制 （ M） 。 示 出 常 用 调 制 方 式 的 已 调 波 形 。调 频 (FM） ： 用 调 制 信 号 控 制 载 波 的 振 荡 频 率 ， 使 载 波 的 频 率随 着 调 制 信 号 变 化 。 已 调 波 称 为 调 频 波 。 调 频 波 的
3、振 幅 保 持 不 变 ，调 频 波 的 瞬 时 频 率 偏 离 载 波 频 率 的 量 与 调 制 信 号 的 瞬 时 值 成 比 例 。调 频 系 统 实 现 稍 复 杂 ， 占 用 的 频 带 远 较 调 幅 波 为 宽 ， 因 此 必 须 工作 在 超 短 波 波 段 。 抗 干 扰 性 能 好 ， 传 输 时 信 号 失 真 小 ， 设 备 利 用率 也 较 高 。目前，应用最广泛的是采用变容二极管直接调频技术，即利用二极管反偏。工作时 PN 结呈现的势垒电容，它与回路中的电感共同构成振荡器的振荡回路，从而作为振荡频率直接调频电路。它具有工作频率高、固有损耗小和使用方便等优点。即 下
4、 面 以 变 容 二 极 管直 接 调 频 为 例 介 绍 调 频 电 路2. 电路组成与工作原理变 容 二 极 管 为 特 殊 二 极 管 的 一 种 。 当 外 加 顺 向 偏 压 时 ， 有 大 量电 流 产 生 ， PN（ 正 负 极 ） 接 面 的 耗 尽 区 变 窄 ， 电 容 变 大 ， 产 生 扩散 电 容 效 应 ； 当 外 加 反 向 偏 压 时 ， 则 会 产 生 过 渡 电 容 效 应 。 但 因加 顺 向 偏 压 时 会 有 漏 电 流 的 产 生 ， 所 以 在 应 用 上 均 供 给 反 向 偏 压 。变容二极管的结电容变化曲线如图 1 所示。在 变 容 二 极
5、管 直 接 调 频 电 路 中 ， 变 容 二 极 管 作 为 压 控 电 容 接 入到 谐 振 回 路 中 ,振 荡 器 的 振 荡 频 率 由 谐 振 回 路 的 谐 振 频 率 决 定 。 因此 ， 变 容 二 极 管 的 结 电 容 随 加 到 变 容 二 极 管 上 的 电 压 变 化 时 ， 由变 容 二 极 管 的 结 电 容 和 其 他 回 路 元 件 决 定 的 谐 振 回 路 的 谐 振 频 率变容二极管的压控电容特性曲线图 1也 就 随 之 变 化 ， 若 此 时 谐 振 回 路 的 谐 振 频 率 与 加 到 变 容 二 极 管 上的 调 制 信 号 呈 线 性 关 系
6、 ， 就 完 成 了 调 频 的 功 能 ， 这 也 是 变 容 二 极管 调 频 的 原 理 。3. 实 际 电 路 组 成变容二极管调频电路主要是由主振电路和变容二极管直接调频电路构成，电路如图所示。C14100nFC9100pFC10330pFC82330pFC724pFC330pFC1233pFC1310nFR42kR51kR615kR78.2kR23.9kR3180kR120k R88.2kR910kR101.5kC14.7uFW220kKey=A50%CC1100pFKey=A50%W15kKey=A50% L41.2uHL147uHKey=A50%D1BB910V112 V C8
7、5pF21C1110nF8XFG1XSC1A BExt Trig+_ + _Q12N3391Q22N339110121459616181303不加入调制信号图 2 C14100nFC9100pFC10330pFC82330pFC724pFC330pFC1233pFC1310nFR42kR51kR615kR78.2kR23.9kR3180kR120k R88.2kR910kR101.5kC14.7uFW220kKey=A50%CC1100pFKey=A50%W15kKey=A50% L41.2uHL147uHKey=A50%D1BB910V112 V C85pF21C1110nF8XFG1XSC
8、1A BExt Trig+_ + _Q12N3391Q22N3391101214596161813340加入调制信号 图 3 变容二极管直接调频电路4. 电路调试图 3 变容二极管直接调频仿真5. 变容二极管直接调频电路设计原理分析图 4 中，直接调频电路由变容二极管(Bb910)D1，耦合电容C1、C3、C82，偏置电阻 R1、R2，隔离电阻 R3 和电位器 W1 构成。其中等效电路图如下图 1.4 所示。LCaCJC3213图 4 变容二极管部分接入等效图 无调制时，谐振回路的总电容为：式中 ， （由于 C9 和 C10 电容值远大于 C7,C9 和 C10718Ca可串联忽略）CQ 为静
9、态工作点是所对应的变容二极管结电容。调频电路中，R1、R2、R3 和 W1 调节并设置变容二极管的反偏工作点电压 VQ， ，调制信号 u经 C82 和高频扼流圈 L1 加到二极管上。为了使 VQ 和 u能有效的加到变容管上，而不至于被振荡回路中 L4 所短路，须在变容管和 L4 之间接入隔直流电容 C3，要求它对高频接近短路，而对调制频率接近开路。C1 为高频滤波电容，要求它对高频的容抗很小，近似短路，而对调制频率的容抗很大，近似开路。信号 V 从端口通过 C82 输入，C82 为隔直电容，滤除输入信号中掺杂的直流成分。电感 L1 为高频扼流圈，要求它对高频的感抗很大，近似开路LCaCJC32
10、13 D1VVQ213高频通路 直流和调制频率通路图 5 变容二极管及其控制电路接入振荡电路Q3QCa路，而对直流和调制频率近似短路。对高频而言，L1 相当于断路，C3 相当于短路，因而 C3 和二极管 D1 接入 LC 振荡电路，并组成振荡器中的电抗分量，等效电路如下左图所示。对直流和调制频率而言，由于 C3 的阻断，因而 VQ 和 u可以有效的加到变容管上，不受振荡回路的影响，等效电路如图 1.5 是示。6. 电路工作分析6.1 谐振回路总电容Cja3回路总电容变化量 j2p单位调制电压所引起的最大频偏称为调制灵敏度，以 Sf 表示，单位为 kHz/V，即Sf = fm / VmVm为调制
11、信号的幅度； fm 为变容管的结电容变化 Cj 时引起的最大频偏。在频偏较小时，fm 与C 的关系可采用下面近似公式，即 Qom21Cf调制灵敏度 调制灵敏度 Sf 可以由变容二极管 Cj-v 特性曲线上 VQ 处的斜率 kc计算。Sf 越大，说明调制信号的控制作用越强，产生的频偏越大。 改变 CC1 的值可以使变容二极管的工作点调节到最佳状态。7. 电路元器件参数7.1 震荡回路参数 LC显然 LC 如有变化，必然引起震荡频率的变化，影响 LC 变化的因素有：元件的机械变形，周围温度变化的影响，适度，气压的变化，因此为了维持 LC 的数值不变，首先就应选取标准性高的，不易发生机械变形的元件；
12、其次，应尽量维持振荡器的环境温度的恒定，因为当温度变化时，不仅会使 LC 的数值发生变化，而且会引mVSf起电子器件的参数变化，因此高稳定度的振荡器可以封闭在恒温箱（杜瓦瓶）内，LC 采用温度系数低的材料制成。7.2 温度补偿法温度补偿理论 要提高频率稳定度，回路的标准性越高越好。使L 与 C 的变化量与 L 与C 的变化量相互抵消以维持恒定的震荡频率，：若回路的损耗电阻 r 很小，即 Q 值很高，则振荡频率可以近似的用回路的固有频率 f0 来表示。由于外界因素的影响，使 LC 产生微小的变量L、 C，因而引起振荡频率的变化，若选用合适的负温度系数的电容器（电感线圈的温度系数恒为正值） ，使得
13、C/C与 L/L 互相抵消，则 f 可减为零。这就是温度补偿法。7.3 回路电阻r 的大小是由振荡器的负载决定的，负载重时，r 大，负载轻时 r小，当负载变化时，振荡频率也随之变化。为了减小 r 的影响尽量使负载小且稳定，r 越小，回路的 Q 值越高，频率的稳定度也越高，7.4 加缓冲级为了减弱后级电路对主振器的影响，可在主振器后面加入缓冲级。所谓缓冲级，就是实际上是一级不需要推动功率的放大器（工作于甲类） 。7.5 有源器件的参数晶体管为有源器件时，若他的工作状态（电源电压或周围温度等）有所改变，则晶体管的 h 参数会发生变化，即引起振荡频率的改变。为了维持晶体管的参数不变，应该采用稳压电源
14、，和恒温措施。7.6 采用高稳定度 LC 振荡电路8. 元器件参数设置及常见故障8.1 电路元器件参数设置电路元器件参数设置时，ICQ 一般为 14mA。若 ICQ 偏大，振荡幅度增加，但波形失真加重，频率稳定性变差。为减小振荡回路高频电压对变容管的影响，p 应取小，但 p 过小又会使频偏达不到指标要求。8.2 调频振荡级与放大缓冲级相联时的常见故障：调频振荡级与缓冲放大级相联时，可能出现振荡级的输出电压幅度明显减小或波形失真变大的现象。产生的主要原因可能是射级跟随器的输入阻抗不够大，使振荡级的输出负载加重，可通过改变射随器电路的发射级电阻，提高射随器的输入阻抗。主振级的振荡频率改变或停振。
15、产生的原因可能是后级功放的输出信号较强，经公共地线、电源线或连接导线耦合至主振级，从而改变了振荡回路的参数或主振级的工作状态。可以加电源去耦滤波网络，修改振荡回路参数，或重新布线，减小级间相互耦合。输出功率明显减小，波形失真增大产生的原因可能是级间相互影响，使末级丙类功放谐振回路的阻抗发生变化，可以重新调谐，使回路谐振。 在变容二极管调频电路中，载频频率的不稳定性主要由温度变化、电源电压变化、负载阻抗变化等因素引起的。可以通过减少外界因素的变化来提高频率稳定度，如采用高稳定度直流稳压电源来减少电源电压的变化，可以通过提高谐振回路的标准性来实现。如采用参数稳定的回路电感器和电容器，也可以采用温度
16、补偿法，改进安装工艺，减弱振荡管与谐振回路的耦合。9. 变容二极管直接调频优缺点变容二极管直接调频电路由于变容二极管的电容变化范围大，因而工作频率变化就大，可以得到较大的频偏，且调制灵敏度高、固有损耗小、使用方便、构成的调频器电路简单。因而变容二极管直接调频器是一种应用非常广泛的调频电路。采用变容二极管调频的发射机，具有频率稳定，发射距离远，谐波少等优点。电路分三级，分别为振荡，缓冲放大，功率放大。振荡级以 Q1 为核心，组成电容式三点振荡器，频率为 88-108MHz，D1 ，D2 ，D3 为变容二极管，其中 D2、D3 用以改变频率，在高频回路中它们是串联接在振荡回路中，在低频回路中，它们是并联，并由 VR1 通过 L3 提供反向电压，来改变结电容，从而改变频率。输入信号通过 L2 加在 D1 上来改变 D1 的结电容，达到调频的目的。参考文献【1】 谢佳奎.电子线路（非线性部分）.北京：高等教育出版社，2002【2】 宋树祥.高频电子线路.北京：北京大学出版社，2007【3】 高吉祥.高频电子线路设计.北京：电子工业出版社，2007【4】 张肃文.高频电子线路.北京：高等教育出版社，2002【5】 胡艳茹 耿苏燕.高频电子线路. 北京：高等教育出版社，2009
