1、本科毕业论文（设计）题 目 电视音响无线发射与接收装置的设计 学 院 电子与信息工程 专 业 电子信息工程 班 级 08 统本电信 02 班 学 号 081111302035 学生姓名 蔡 伟 峰 指导教师 张 首 军 完成日期 2012 年 5 月 西安思源学院教务处制二一 二 年 五 月中文摘要随着无线通信技术的迅速发展，无线发射与接收装置已广泛地应用于通信、计算机、自动控制、自动测量、遥控遥测、仪器仪表、医疗设备和家用电器等领域。家用电器之间的有线连接，使得其使用很不方便。因此越来越多的家用电器(例如，电视机、 DVD、游戏机)开始采用无线传输技术来收发音视频数据，通过采用无线传输技术使
2、得家电可以随意更换摆放位置，而且在电视机使用中普遍存在一个问题，如果在家人休息时使用时就会影响到家人。但是如果能设计出电视电视音响无线发射与接收的装置，那么这个问题就可以迎刃而解了。因此本设计具有很高的实用价值。该装置可将人们发出的声音转换成受音频信号调制的放大的高频载波信号，通过天线向空间发射，然后通过音响无线接收电路和耳机的作用将音频信号解调还原为声音或与电视播出的声音同时播放出来，用户可以通过耳机很方便的听到声音，而不影响到其他人。关键词：无线通信 调制 高频载波信号 解调AbstractWith the rapid development of wireless communicati
3、on technology, the wireless transmitter and receiver devices have been widely used in communications, computer, automatic control, automatic measurement, remote control / telemetry, instrumentation, medical equipment and household appliances and other fields. Wired connection between the household a
4、ppliances, making it very easy to use. More and more household appliances (eg, TV, DVDs, game consoles) began to use the wireless transmission technology to send and receive audio and video data through the use of wireless transmission technology makes home appliances can freely change the placement
5、, and use the TV a common problem, family rest, will affect the family. But if we can design a wireless transmitter and receiver devices of the television and television audio, then this problem can be solved. Therefore, this design has a high practical value.The device to convert people to the voic
6、e of the high-frequency carrier signal modulated by the audio signal amplified by the antenna to the space launch, and then through a wireless audio receiver circuit and headphone to restore the audio signal demodulator for sound or television broadcastout the sound while playing, the user can hear
7、the sound through headphones, without affecting the others.Keywords：wireless communications modulation high-frequency carrier signal demodulation目 录第 1 章 绪 论 .11.1 通信系统概述 11.2 无线通信系统的基本组成 11.2.1 无线通信系统组成框图 11.2.2 各部分功能 21.3 发射与接收设备的工作过程及原理 31.3.1 发射设备的工作过程及原理 31.3.2 接收设备的工作过程及基本原理 51.4 无线电波的传播 .61.5
8、 未来无线通信技术的发展趋势 7第 2 章 AM，FM,PM 调制原理 82.1 AM 调制原理 .82.2 FM 调制原理 .82.3 PM 调制原理 102.4 几种调制方式间的比较 112.4.1 PM 与 FM 的比较 .112.4.2 AM 与 FM 各自优缺点 .12第 3 章 调频信号的解调 .133.1 调频波解调概述 133.2 频率解调器的技术指标 .153.3 频率解调器中的鉴频电路 .163.3.1 斜率鉴频电路 .163.3.2 相位鉴频电路 .17第 4 章 电视音响无线发射与接收装置的设计 .204.1 电视音响无线发射与接收装置的基本组成 .204.2 发射端的
9、原理 .214.3 接收端的原理 .214.4 结论 22参考文献 24致谢 25西安思源学院本科毕业论文（设计）1电视音响无线发射与接收装置的设计第 1 章 绪 论1.1 通信系统概述通信是指将信息由一地传向另一地。现代通信的主要任务就是快速而准确地传输、交换和处理信息。随着通信技术的日益发展及电子器件的不断更新，实现通信的方式和手段越来越多，相对应的通信形式有有线通信、无线通信、微波通信、卫星通信等等。根据电信号传输媒质的不同，通信系统又可分为有线通信系统和无线通信系统。有线通信是指通过电线、电缆线、光缆线等有线媒质来传递信息，例如电话、有线电视、光纤通信均属有线通信。无线通信是指电信号利
10、用电磁波的传播来完成信息的传输，例如无线广播、移动通信、卫星通信均属无线通信。1.2 无线通信系统的基本组成1.2.1 无线通信系统组成框图如图 1-1 所示为无线通信系统的模型(组成框图)。当然，根据所研究的对象和问题的不同，可以得到更为具体的系统模型。输入变换装置 发射设备 传输信道 接收设备 输出变换装置图 1-1 通信系统的组成框图输入变换装置通常用于将信源的输出变换成适合传输的电信号，如话筒可以将语音信号变换成电信号，摄像机可以将图像信号变换成电信号。输出变换装置的作用则是将接收到的电信号变换成适合用户接收的形式，如声音、图像等。西安思源学院本科毕业论文（设计）21.2.2 各部分功
11、能通信系统的核心由三部分组成，即发射设备、传输信道和接收设备。这三部分的主要功能简述如下。1.发射设备发射设备能够将电信号变换成适合信道传输的形式。比如，在无线电广播中，规定了各发射台的频率范围，发射设备把输入变换装置输出的电信号转换到适当的频率范围进行发射，这样各发射台发送的信号就不会相互干扰。发射设备一般采用调制方式实现这样的信号变换。所谓调制，是指用信息信号去改变载波信号的参数(如振幅、频率、相位)，使其随信息信号变化。在调幅发射设备中，就是用信息改变载波信号的振幅，使发送的信息信号包含在载波的振幅变化之中；在调频发射机中，发送的信息包含在载波的频率变化之中。调制的类型很多，究竟采用何种
12、调制方式，要结合所分配的带宽、信号在信道中传播时遭遇到的噪声和干扰类型，以及在发送之前进行信号放大所能采用的电子器件等来综合考虑。另外，调制还使得多个用户的信息可以在同一物理信道上同时发送，例如可利用载波频率的不同来区分用户。发射设备除了完成调制功能外，还应具备信号滤波、已调信号放大、信号辐射等功能。2.传输信道传输信道是一种用于将来自发射机的信号传输到接收机的物理介质。在无线传输中，信道通常是自由空间；在有线传输中，信道可以采用多种物理介质，包括电线、电缆和光缆等。无论哪种物理介质，其基本特征是所传送的信号会被各种可能因素损伤，引起信号质量变差，如受到产生于接收机前端放大器的热噪声、接收天线
13、接收的人为噪声、大气噪声等加性噪声的影响，再比如，在用于长距离短波无线传输的电离层无线信道上，存在会引起信号恶化的多径传播，这是一种非加性信号干扰，会使信号的振幅随时间的变化而变化，通常称之为衰落。3.接收设备接收设备的功能是将信道传输的信号进行处理，恢复接收信号中包含的信西安思源学院本科毕业论文（设计）3息。如果信号通过载波调制发送，那么接收机必须通过解调从载波中提取信息。在信道传输和恢复信息的过程中会产生一定的干扰和失真，因此，接收设备恢复的信号也会有一定的失真。除了完成信号解调这一主要功能外，接收机还要完成信号的滤波、放大、噪声抑制等其它一系列功能。1.3 发射与接收设备的工作过程及原理
14、1.3.1 发射设备的工作过程及原理1.声音信号的传输过程信息的表现形式多种多样，可以是符号、文字、语音、图片、图像、数据等等。这里我们仅以声音信号的传输过程为例，来介绍发射设备的工作过程和原理。人耳能听到的声音的频率约在 20 Hz20 kHz 左右，通常把这一频率范围称为音频。这种声波的频率较低，波长较长，在空气中传播的速度很慢，衰减很快，所以声音在空气中的传输距离非常有限。如何使声音传输得更远呢？首先需要把声音信号转换为电信号，常用的转换装置就是麦克风，从麦克风得到的电信号通常强度很小，只有几毫伏到零点几伏，需要经过音频放大器放大。经过音频放大器放大后的信号可以利用导线传输，这就是有线广
15、播。但如何实现音频信号的无线传输呢？我们把音频放大器输出的电信号加到天线上，能否实现无线传输呢？根据电磁辐射理论，只有当天线的尺寸和电信号的波长能够相比拟时，才能有效地辐射。声音信号的频率为 20 Hz20 kHz，则波长为 1510315106 m，这样大尺寸的天线无法制造。即使存在这样的天线，可以把音频信号辐射出去，但各个电台发出的信号频率都是 20 Hz20 kHz，在空间中将相互混合，使收听者无法正常接收信号。解决这个问题的方法是将音频信号调制后再发射，即用要传送的音频信号去控制一个高频信号的参数，使其参数随音频信号的变化而变化，由于高频信号的频率很高，这样天线尺寸就可以减小。另外，对
16、于不同的广播电台，可以采用不同的高频频率调制，这样彼此互不干扰。例西安思源学院本科毕业论文（设计）4如中央电视台新闻联播的载波频率为 640 kHz，重庆经济广播电台的载波频率为 101.5 MHz。用于调制的高频信号称为载波信号。从上面的描述可知，声音利用无线电波传输出去，首先把声音变成音频电信号，然后将这种低频信号装载在高频载波中，通过与高频载波波长相当的天线把信号有效地辐射到空间中去。2.发射设备的组成发射设备的组成框图如图 1-2 所示。图 1-2 中振荡器的作用是产生高频的振荡信号，即载波信号，其频率为载波频率，一般我们收听广播时所说的频率就指的是载波频率。图 1-2 发射设备的组成
17、框图振荡器产生的振荡信号往往还不能直接用做载波。要使振荡器的频率稳定度高，振荡器的频率就不能太高(这一点我们将在后面的章节中论述)，所以在振荡器之后，还需要使用倍频器，把载波频率提高到所需要的数值上。中间放大器对倍频器输出的信号进行放大，提供给输出放大器足够的激励。输出信号的频率与输入信号的频率相同。调制器实际是音频放大器，对音频信号进行放大，以便在进行调制时有合适的调制信号幅度，使调制后的已调信号有合适的调制深度。输出放大器有两个作用：一是对载波进行幅度调制，得到经过调幅后的已调信号，调幅是在输出级进行的；二是对经过调幅后的已调信号进行功率放大，保证输出信号有足够大的功率。输出信号馈送到天线
18、，由天线进行辐射。输出信号的功率大小决定了信号传输距离的远近振荡器 中间放大器 输出放大器调制器倍频器图 1-2 发射设备的组成框图西安思源学院本科毕业论文（设计）51.3.2 接收设备的工作过程及基本原理接收设备的工作过程是发射设备工作过程的逆过程，它的基本任务是将接收天线上感应的已调信号接收下来，并将其还原为原来的信号，例如还原为原来的音频信号。接收空间中的电磁波的任务由接收天线来完成。空间中有很多发射台发送的信号，接收设备需要从众多的信号中选择所要接收的信号，因此在接收天线之后，应该有滤波电路。滤波电路的作用是把所需的电信号从众多的信号中选择出来，同时把不需要的信号滤除掉，以免产生干扰。
19、滤波电路的输出信号还不能直接加到耳机这样的终端设备上，因为滤波电路的输出信号是一个已调信号，载波频率较高，还必须先把它恢复成原来的音频信号。这种从调幅波中还原出原来的音频信号的部件叫做解调器。对调幅信号的解调，叫做检波；对调频信号的解调，叫做鉴频；对调相信号的解调，叫做鉴相。现代接收设备广泛采用超外差方案。超外差式调幅接收机的组成框图如图1-3 所示。滤波电路高频放大器变频器中频放大器检波器低频放大器图 1-3 超外差式调幅接收机的组成框图超外差式调幅接收机的主要特点是：把高频已调信号的载波频率变为较低的固定不变的中频已调信号，利用中频放大器进行放大，然后进行检波。高频放大器的放大倍数并不大，
20、由一级高频放大器即可完成，接收机整机的增益主要由中频放大器决定。当接收机改变接收频率时，只需改变滤波电路、高频放西安思源学院本科毕业论文（设计）6大器、变频器的谐振频率，保持固定的中频频率，这样使中频放大器的选择性与增益和接收的载波频率无关，从而提高整机的灵敏度。得到固定的中频频率的任务由变频器来完成。变频器由混频器和本地振荡器构成。本地振荡器产生的振荡信号，通常叫做外差信号。当接收机欲接收的高频信号的载波频率发生变化时，本地振荡器的振荡频率同样发生变化，使两者的差频(中频)频率固定不变。由于变频后的载波频率是固定的，因此中频放大器的谐振回路不需要随时调整，无论信号频率怎么变化，中频总是不变的
21、，选择性也容易做得更好，这是超外差式调幅接收机的主要优点。1.4 无线电波的传播无线电波从发送端经过无线信道传输到达接收端。无线电波的传播方式主要有三种，即地面波传播、天波传播和空间波传播，下面分别进行简单介绍。1地面波传播地面波传播是指电波沿地球表面的传播，也称为绕射或表面波传播。虽然地球的表面是弯曲的，但电磁波具有绕射的特点，其传播距离与大地损耗有密切的关系，工作频率愈高，衰减就愈大，传播的距离就愈短。所以利用绕射方式传播时，采用长、中波比较合适，由于地面的电性能在较短时间内的变化不大，因此电磁波沿地面的传播比较稳定。2.天波传播天波传播是利用电离层的反射而进行的传播。在太阳的照射下，大气
22、层上部的气体将发生电离，产生自由电子和离子，被电离了的这部分大气层称为电离层。由于太阳辐射强度、大气层密度及大气成分在空间的分布不均匀，因此整个电离层形成层状结构。在距离地面高度约 100 km 的高空，有厚约 20 km 的电离层，称为 E 层；在距离地面高约 200400 km 处，有电离层 F 层。一般中波在夜间可经 E 层反射而传播，短波则经 F 层反射而传播，而由于超短波频率过高，电离层的离子、电子密度又不够大，故超短波都穿透电离层传播到宇宙空间而不能被反射回地面。3.空间波传播西安思源学院本科毕业论文（设计）7空间波传播是指电磁波由发射天线直接辐射至接收天线，也称为直射。由于经地面
23、及建筑物等反射的电磁波亦能抵达接收天线，故空间波实际上是直射波和反射波的合成，也存在多径传播的现象。例如对于 30 MHz 以上的电磁波，由于频率非常高，地面波传播的衰减很大，电磁波穿入电离层也很深，不能反射回地面，因此不能采用地面波和天波传播，这种情况下就主要采用空间波传播，由发射天线直接辐射至接收天线，沿空间直线传播。发射天线和接收天线的高度将影响这种直射传播的距离，即空间波的传播距离受限于视距范围。发射天线和接收天线越高，传播距离也越远。1.5 未来无线通信技术的发展趋势（1）高频率化。（2）高速率化。（3）集成化和小型化。（4）低功耗。（5）数字化/软件化。（6）低价与人性化。西安思源
24、学院本科毕业论文（设计）8第 2 章 AM，FM,PM 调制原理2.1 AM 调制原理幅度调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。幅度调制器的一般模型如图 2-1 所示。图 2-1 幅度调制模型在图 2-1 中，若假设滤波器为全通网络（ 1） ，调制信号 叠加直tm流 后再与载波相乘，则输出的信号就是常规双边带（AM）调幅 .AM 调制器0A模型如图 2-2 所示图 2-2 AM 调制模型AM 信号波形的包络与输入基带信号 成正比，故用包络检波的方法很容tm易恢复原始调制信号。 但为了保证包络检波时不发生失真，必须满足，否则将出现过调幅现象而带来失真。AM 信
25、号的频谱是由载频分max0tA量和上、下两个边带组成（通常称频谱中画斜线的部分为上边带，不画斜线的部分为下边带） 。上边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。显然，无论是上边带还是下边带，都含有原调制信号的完整信息。故 AM 信号是带有载波的双边带信号，它的带宽信号带宽的两倍。2.2 FM 调制原理频率调制的一般表达式为： ()cos()tFMFstAtKmd（2-1）FM 和 PM 非常相似，如果预先不知道调制信号的具体形式，则无法判断已调信号是调频信号还是调相信号。西安思源学院本科毕业论文（设计）9()()FMmtSt 图 2-3 直接调频法()FtdtPt图 2-4
26、间接调频法图 2-3 所示的产生调频信号的方法称为直接调频法，图 2-4 所示的产生调频信号的方法称为间接调频法。由于实际相位调制器的调节范围不可能超出，因而间接调频的方法仅适用于相位偏移和频率偏移不大的窄带调制情形，而直接调频则适用于宽带调制情形。根据调制后载波瞬时相位偏移的大小，可将频率调制分为宽带调频（WBFM）与窄带调频（NBFM） 。宽带与窄带调制的区分并无严格的界限，但通常认为由调频所引起的最大瞬时相位偏移远小于 30时，（2-2）称为窄带调频。否则，称为宽带调频。为方便起见，无妨假设正弦载波的振幅 A1，则由式（2-1）调频信号的一般表达式，得=()cos()tFMFSttKmd
27、（2-3）()sin()t tc cFd 通过化解，利用傅立叶变化公式可得 NBFM 信号的频域表达式：（2-4） 在 NBFM 中，由于下边频为负，因而合成矢量不与载波同相，而是存在相位偏移 ，当最大相位偏移满足式（2-2）时，合成矢量的幅度基本不变，这样就形成了 FM 信号。西安思源学院本科毕业论文（设计）10图 2-5 NBFM 信号频谱2.3 PM 调制原理在模拟调制中，一个连续波有三个参数可以用来携带信息而构成已调信号。当幅度和频率保持不变时，改变载波的相位使之随未调信号的大小而改变，这就是调相的概念。角度调制信号的一般表示形式为：S (t)=Acos t+(t)mC式中，A 是载波
28、的恒定振幅； t+(t)是信号的瞬时相位，而 (t)称为瞬时相位偏移；d t+(t)/dt 为信号的瞬时频率，而 d(t)/dt 称为瞬时频率偏移，即相对于 的瞬时频率偏移。C设高频载波为 u =U cos t，调制信号为 U(t)，则调相信号的瞬时相cmc位(t)= +K U(t)ctp瞬时角频率 (t)= = +Kdt() cpdt)(u调相信号 u =U cos t+K u(t) PMcm将信号的信息加在载波的相位上则形成调相信号，调相的表达式为：S (t)=Acos t+K f(t)+ PCPM0这里 K 称为相移指数，这种调制方式，载波的幅度和角频率不变，而瞬PM时相位偏移是调制信号
29、 f(t)的线性函数，称为相位调制。调相与调频有着相当密切的关系，我们知道相位与频率有如下关系式：= = +K f(t)dt)( CPM(t)= t+K dt)(f西安思源学院本科毕业论文（设计）11所以在调相时可以先将调制信号进行微分后在进行频率调制，这样等效于调相，此方法称为间接调相，与此相对应，上述方法称为直接调相。调相信号的产生如图 2-6 所示：图 2-6 PM 调相信号的产生实现相位调制的基本原理是使角频率为 的高频载波 u (t)通过一个可cc控相移网络, 此网络产生的相移 受调制电压 u(t)控制, 满足=K u(t)的关系, 所以网络输出就是调相信号，可控相移网络调相原理p图
30、如图 2-7 所示：图 2-7 可控相移网络调相原理图2.4 几种调制方式间的比较2.4.1 PM 与 FM 的比较FM(1) 瞬时频率： )()(tuktFo(2) 瞬时相位： otFodukt 0)(3) 最大频偏： UtFmmax|)(|(4) 最大相位： ax0|tf dukkF表达式： )(cos)(ttuFM0oftkUPM dtuktpo)()(opot)(Ukkpmmax|ax|)(|tuppp)(cos)(ttuPMopkUott西安思源学院本科毕业论文（设计）12sincosoftUktfmcoscsopotmtU2.4.2 AM 与 FM 各自优缺点AM 调制的优点是接收
31、设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差，信号带宽较宽，频带利用率不高。因此，AM 制式用于通信质量要求不高的场合，目前主要用在中波和短波的调幅广播中。FM 波的幅度恒定不变，这使得它对非线性器件不甚敏感，给 FM 带来了抗快衰落能力。利用自动增益控制和带通限幅还可以消除快衰落造成的幅度变化效应。这些特点使得 NBFM 对微波中继系统颇具吸引力。WBFM 的抗干扰能力强，可以实现带宽与信噪比的互换，因而 WBFM 广泛应用于长距离高质量的通信系统中，如空间和卫星通信、调频立体声广播、短波电台等。WBFM 的缺点是频带利用率低，存在门限效应，因此在接收信号弱、干扰大的情况下宜采用 NBFM，这
32、就是小型通信机常采用 NBFM 的原因。西安思源学院本科毕业论文（设计）13第 3 章 调频信号的解调3.1 调频波解调概述解调过程是调制过程的逆过程，即把低频信号从高频载波上搬移下来的过程。解调过程在收信端，实现解调的装置叫做解调器。在调频波中，调制信息包含在已调信号瞬时频率的变化中，所以，解调的任务就是把已调制瞬时频率变换成电压或电流的变化。我们把从调频波中恢复出原调制信号的过程称为鉴频(或频率检波)，而把完成调频信号解调的电路称为鉴频器。调频波的解调方法就其实现原理来分，可以分为两大类：一类是利用反馈环路来实现解调。另一类是对输入调频信号进行波形变换，将瞬时频率中反映调制规律的变化转换成
33、信号幅度的(或平均值的)变化，最后通过包络检波器(或低通滤波器)将原调制信号解调出来。根据波形变换的不同特点，这类鉴频器又可归纳为下列 3 种实现方法。1)脉冲计数法脉冲计数法是利用调频波的过零信息来实现解调的。因为调频波的瞬时频率是随调制信号变化的，所以它在相同的时间间隔内过零点的数目将不同。瞬时频率高时，同样的时间间隔内，其过零点的数目就多；而瞬时频率低时，过零点的数目就少。利用调频波这个特点，通过给过零点计数的方式，就可以将调频波中瞬时频率的变化信息检测出来，转换成对应的电压或电流，从而实现鉴频功能。图 3-1 所示是脉冲计数法的实现方框图。调频信号 uFM(t)经脉冲形成电路后，在每个
34、过零点处形成一个脉冲，形成脉冲序列，然后对脉冲进行展宽，使每一个脉冲宽度相同。这样，就将一个调频波变换成为脉宽相同而周期变化的脉冲序列，它的周期变化反映调频波瞬时频率的变化。将此信号通过低通滤波器滤波，取出其平均分量。瞬时频率高时，单位时间内过零点数目就多，相应的脉冲数也多，经过低通滤波器其平均分量也就高；瞬时频率低时，过程正好西安思源学院本科毕业论文（设计）14相反，低通滤波器输出的平均分量就低。因此，低通滤波器输出的平均分量反映了调频波瞬时频率的变化，也即反映了调制信号的变化规律，其输出即为解调信号。uFM（t）u1（t）u2（t）uo（t）脉冲形成 低通滤波脉冲展宽图 3-1 脉冲计数解
35、调器框图脉冲计数法又称为过零检测或周期记数检测。该方法多用于载波频率较低的情况，如数据传输终端机中。2)斜率鉴频法调频波瞬时频率的变化与调制信号成正比，而其幅度是恒定的。斜率鉴频法是先将调频波瞬时频率的变化转换为幅度变化，使变换后信号的幅度变化也与调制信号成正比，形成一个调幅-调频波，然后再用包络检波器对其幅度解调，即可得到所希望的原调制信号。图 3-2 为斜率鉴频器的组成框图。幅频转换功能由线性网络来完成。只要将调频波通过一个微分电路，就可实现调频波到调幅-调频波的变换。uFM（t）u1（t）线性网络uo（t）包络检波器图 3-2 斜率鉴频器方框图3)相位鉴频法所谓相位鉴频法，就是将调频波先
36、变换为调相-调频波，使其相位的变化与瞬时频率的变化成正比，然后用相位检波器解调，即得到所需的原调制信号。图 3-3 所示为相位鉴频器的原理框图。为了实现从调频波到调相波的转换，通常是将调频波延时 t 时间，在 t 满足一定条件时，可以得到瞬时相位随瞬时频率线性变化的调相-调频波。西安思源学院本科毕业论文（设计）15线性网络频率相位相位检波器uo（t） （）uFM（t）图 3-3 相位鉴频器的原理框图当调制信号为单音余弦 uW(t)UWmcosWt 时，对应的调频波经过 t 时间的延时后，其表达式为uFM(tt)coswc(tt)mfsinW(tt) (3-1)若 Wt 的值较小，将有 sinW
37、tWt，cosWt1 的近似关系，则式(3-1)可简化为 uFM(tt)cos(wctmfsinWtwctmfWtcosWt) (3-2)由式(3-2)可以看出，wctmfsinWt 为原调频信号的瞬时相位，而wctmfWtcosWt 则为一附加相位，该附加相位与调制信号成正比，包含了调制信号的信息，因此式(3-2)是一个调相-调频波。要注意的是：该结论是在假定Wt 较小的情况下得到的，通常取 Wt0.2rad，即要求延时 t0.2/W。当 t 满足条件时，延时 t 的调频波为一附加相位与调制信号成比例的调相-调频波。3.2 频率解调器的技术指标鉴频器的主要特性通常由鉴频特性曲线表示。所谓鉴频
38、特性，是指鉴频器的输出电压 uo 与输入信号频偏 Df 之间的关系，频偏 Df 定义为输入信号频率与鉴频器中心频率之差，通常鉴频器的中心频率选择为调频波的中心频率。衡量鉴频特性的主要指标有：(1)灵敏度。鉴频器的灵敏度通常用鉴频特性曲线零点处的斜率表示，即(3-3)灵敏度的单位为 V/ Hz。sd 越大，鉴频器的灵敏度就越高，表明鉴频器在频偏0dfus西安思源学院本科毕业论文（设计）16一定的情况下，输出的电压就大。显然，鉴频器的鉴频灵敏度越高越好。(2)线性范围。线性范围是指鉴频特性近似为直线的范围。通常希望这个范围正负部分对称且大于 FM 信号最大频偏的两倍。(3)非线性失真。由于鉴频特性
39、不是理想直线而使解调信号产生的失真称为鉴频器的非线性失真。3.3 频率解调器中的鉴频电路3.3.1 斜率鉴频电路斜率鉴频器是先将调频波通过线性频率幅度转换网络，使输出调频波的振幅按瞬时频率的规律变化，然后再用包络检波器检出反映振幅变化的解调信号。实际中常用 LC 并联谐振回路完成频率幅度的转换功能。最简单的斜率鉴频电路如图 3-4(a)所示，它由单失谐的 LC 并联谐振回路和二极管包络检波器组成。为获得线性的频率幅度转换特性，LC 并谐回路总是对输入 FM 波的中心频率失谐，且将 FM 波的中心频率选在并谐回路幅频特性斜坡的近似直线段中点，如图 3-4(b)所示。这样，输入的等幅的 FM 波经
40、 LC 并谐回路后，变为幅度反映瞬时频率变化的 AM-FM 波，然后通过二极管包络检波器检测出原调制信号，完成鉴频功能。图 3-4 斜率鉴频器电路与波形(a) 斜率鉴频电路； (b)单失谐回路斜率鉴频器波形西安思源学院本科毕业论文（设计）17实际上，由于单失谐回路的幅频特性曲线斜坡段线性很差，因而鉴频失真较大，而且难消除直流分量和高次谐波分量，所以单失谐回路斜率鉴频器是不实用的。为了扩大鉴频特性的线性范围，实用的鉴频器都是采用两个单失谐回路构成双失谐回路斜率鉴频器，如图 3-5(a)所示。其中，回路 1 调谐在 f01 上，回路 2 调谐在 f02 上，且 f01、f02 均对调频波的中心频率
41、 fc 呈左右失谐，并满足 Df f01 fcfcf02 的关系，谐振回路 1 和谐振回路 2 的幅频特性如图 3-5(b)所示。图 3-5 双失谐回路斜率鉴频器(a) 原理电路；(b)鉴频特性3.3.2 相位鉴频电路相位鉴频器由频相转换网络和相位检波器构成。下面首先讨论相位检波器的实现电路。1.鉴相器鉴相器又称相位检波器，用来检测两信号之间的相位差，并输出与相位差对应的电压。鉴相器主要分为数字鉴相器和模拟鉴相器两大类。本节仅讨论使用广泛的模拟鉴相器。模拟鉴相器按其实现原理的不同又可分为叠加型和乘积型。1)叠加型鉴相器将两个输入信号叠加后加到包络检波器而构成的鉴相器称为叠加型鉴相器。为了扩展线
42、性鉴相范围，一般都采用两个包络检波器组成的平衡电路。2)乘积型鉴相器图 3-6 所示为乘积型鉴相器的原理框图。西安思源学院本科毕业论文（设计）18k相位检波器u， o（t）u2（t）u1（t）uo（t）图 3-6 乘积型鉴相器原理框图假设两个输入信号分别为除 pi/2 固定相移外，它们之间的相位差均为 Dj，则相乘后的电压为uo(t)经低通滤波器滤除和频项 2w 后，得可见，乘积型鉴相器的鉴相特性为正弦函数，即鉴相器输出电压 uo(t)与两信号的相位差 Dj 之间并不是线性关系。只有当|Dj|p/12 时，才有 uo(t)KDj 的近似线性关系。所以，鉴相器只能不失真地解调|Dj|很小的调相信
43、号。当|Dj|较大时，解调时将存在非线性失真。2.叠加型相位鉴频器叠加型鉴频器如图 3-7 所示， L1、 C1 和 L2、 C2 为互感耦合双调谐回路，作为鉴频器的频相转换网络，回路的初、次级均调谐在输入调频波的中心频率fc 上。二极管 V1、V2 和电阻 RL 以及电容 C3、 C4 构成叠加型鉴相器。隔直流电容 Cc 对输入信号频率呈短路。 L3 为高频扼流圈，它对输入信号频率呈高阻抗，可近似认为开路，而对平均分量接近短路，并为包络检波器提供直流通路。当输入调频信号加到初级回路时，该信号通过互感耦合在次级回路 L2、 C2 上产生，同时又通过 Cc、 L3 和 C4 至地形成回路，由于
44、Cc、 C4 对高频近似短路，因此 L3 上的电压近似为 1。22m()cos()utUt1o12()in()utKtt m1m2ssinKUo12m()sinutU西安思源学院本科毕业论文（设计）19图 3-7 叠加型相位鉴频器原理电路3.乘积型相位鉴频器乘积型相位鉴频器由频相转换网络与乘积型鉴相器共同构成。频相转换网络是将调频波频率的变化转换为相位的变化，通常是利用调谐回路的相频特性来实现的。鉴相器是将反映调制信号规律的相位变化检测出来，使原调制信号还原。由前面的分析已知，乘积型鉴相器由相乘器和低通滤波器构成。目前，这类电路大多采用专用模拟集成电路来实现，这给设计带来了方便，通常只需给集成
45、块附加少量的外围元件并外接低通滤波器即可。此外，专用集成电路块中，除了包含鉴频器本身外，还包含了性能良好的限幅器，这不仅提高了鉴频器性能，而且节约了成本。西安思源学院本科毕业论文（设计）20第 4 章 电视音响无线发射与接收装置的设计目前，电视机是家庭常用电器之一，普及率很高。但是在使用中存在一个问题，如果在家人休息时使用时就会影响到家人，如果能设计出电视电视音响无线发射与接收的装置，那么这个问题就可以迎刃而解了。因此本设计具有很高的实用价值。4.1 电视音响无线发射与接收装置的基本组成设计一种电视用音响无线发射与接收装置，该装置由具有调制电路的音响无线发射电路和具有接收及解调电路与音频功率放
46、大电路的音响无线接收电路组成，其音频功率放大电路的输出端上连接有耳机。音响无线接收与发射电路由相并联的音响无线接收电路和电视音响无线发射电路组成，其“V+”端与电视机高频头组件电路的“+B（12V） ”端相连，其“V-”端与电视机高频头电路的接地端“GND”相连。音响无线接收电路由接收及解调电路和音频功放电路组成，音频功放电路的音频信号输出端与电视机的喇叭相连接，其电视音响无线发射电路的输入端与电视机的音频输出端相连。该装置的组成框图如图 4-1 所示，由与电视机音频输出端相连接的电视音响无线发射电路和与电视机的喇叭相连接的电视音响无线接收电路组成。电视音响无线发射电路 音响无线接收电路电视机
47、音响 电源 耳机西安思源学院本科毕业论文（设计）21图 4-1 电视音响无线发射与接收装置的组成框图4.2 发射端的原理电视音响无线发射电路如图 4-2 所示，具体工作原理如下：将耳机插头 p插到电视机耳机插座上，得到音频信号经耦合电容 C进入由、构成的高频调制电路，产生受该声音信号调制的高频载波信号，该高频载波信号经由、构成的高频放大电路进行功率放大后通过天线向空间发射。图 4-2 电视音响无线发射电路4.3 接收端的原理电视音响无线接收电路如图 4-3 所示，具体工作原理如下：首先将音响无线发射电路发出的高频载波信号通过由、西安思源学院本科毕业论文（设计）22构成的接收及解调电路滤除高频载
48、波信号，解调出音频信号，然后使音频信号经耦合电容输入到由、组成的音频功率放大电路对音频信号进行功率放大后，由耳机 J还原为声音。图 4-3 电视音响无线接收电路4.4 结论本电视音响无线发射与接收装置构思新颖、结构合理、性能稳定、实用性强，主要解决了电视机在使用过程中影响他人休息这一问题，在日常生活中应用比较广泛。该装置工作时可通过音响无线发射电路将人们发出的声音装换成受音频信号调制的放大的高频载波信号，通过天线向空间发射，然后再由电视音响无线接收电路及其耳机将音频信号还原为声音。较之于已有的电视音响装置而言，本装置具有不干扰他人休息的显著优点。同时如果在该装置的音频输入端接上话筒，可以使人们在欣赏电视的时候也能尽情展现自己的美丽歌喉，大大提高了电视的娱乐功能，真正实现了视听唱为一体的娱乐多功能。如果在该装置的发射电路的输入端接上话筒，将接收电路的输出端换为喇叭，就可以将该装置改装成能应用于课堂多媒
