飞机通信系统第三章.ppt

第三章 调频收发基础与自动频率微调 在无线电高度表、多普勒雷达及甚高频全向信标系统中，为了获取系统所需的导航信息，采用了调频信号。采用调频制的优点是它的抗干扰能力强。这也正是电视伴音和调频广播系统应用调频信号的一个重要原因。 第一节 调频信号的产生与解调 一、调频收发设备的特点 1、调频制的主要特点 与调幅制相比，调频制的主要特点是抗干扰能力强和占用的频带宽。 调频是使载波信号的频率按基带调制信号的规律变化，而载波的幅度保持不变。 FM是基带调制信号去调变载波的角频率。载波的瞬时角频w(t)=wc+kfva(t) 已调的瞬时相角为 FM已调波表达式为 抗干扰能力强 当调制指数mf较大时，不仅调频信号的边频数目较多，而且振幅也较大。图3-1所示为mf由0.5增至4调频信号频谱的变化情况。 在mf较大的情况下，调频 信号中有用的边频信号所占 用的功率比例远比载频大， 而调幅波的边频功率最大只能 等于载波功率的一半（ma=1） 正因为调频波具有比调幅波 更大的信号边频功率，所以 才能具有优越的抑制噪声和 干扰的能力。 2、对调频电路的要求 （1）调制特性 为避免失真，我们总是希望已调信号的频率偏移能够线性地随调制信号变化，即实现线性调频。受调振荡器的频率偏移量⊿f与调制电压的关系称为调制特性。设载频中心频率为f0，调制电压为u(t)，则应有 但实际的调频电路总是会产生一定程度的非线性失真的，应视系统的具体要求尽可能减小调制失真。 （2）最大频移与相对频偏 调频信号频率偏离中心频率f0的最大偏移值⊿f叫做最大频移，通常称为频偏。最大频移与中心频率的比值⊿f / f0 则称为相对频偏。对最大频移和相对频偏的要求，视系统的功能不同而异。 例如，调频式无线电高度表为了提高测高精度，要求具有较大的频偏，典型设备的最大频偏达50MHz。不过由于载频高达4300MHz, 相对频偏只有0.011。全向信标系统基准信号副载波9960Hz的最大频偏虽只有480Hz，但相对频偏却为0.048。 （3）调制灵敏度 调制电压变化单位数值所产生的振荡频率偏移，称为调制灵敏度。若为理想线性调频，则调制灵敏度等于最大频偏⊿fm与调制电压幅度Um之比，即 显然，Ｓ越大，获得大频偏的调频信号越容易。 （4）载波频率稳定度 调频信号的频率随调制信号变化时，其中心频率f0应保持一定的稳定度，以便接收机能正常地接收调频信号。在采用简单的直接调频方式的电路中，要获得较大的频偏而又要求中心频率稳定，往往是比较困难的。 （5）寄生调幅 调频时往往会伴随产生附加的调幅，应尽可能减小寄生调幅或不产生寄生调幅。 ３、调频接收电路 图3-2为简单的调频接收电路的原理框图，它和一般调幅接收机的主要区别在于信号解调部分。调频接收机的信号解调部分是由限幅器和鉴频器组成的。 限幅器的功能是消除调频信号的寄生调幅。当调频信号通过鉴频器之前的高频放大器、中频放大器等电路时，由于信号频率偏离这些回路谐振频率的程度不等，所以必然会产生附加的寄生调幅。为了使鉴频器的输出只与信号频率偏移量有关而不受振幅变化的影响，需在鉴频器之前设置限幅器，以获得等幅的调频信号输至鉴频器。 鉴频器的功用和调幅接收机中的包络检 波器相似，用来从调频信号中解调出低 频调制信号，所以又可以称为频率检波器。 二、调频信号的产生 产生调频信号的方法很多，主要的有直接调频和间接调频。 1、直接调频 直接调频是用调制信号去直接控制振荡器的振荡频率，使振荡器的瞬时频率线性地按调制信号的规律变化，对于LC振荡器来说，其振荡频率决定于振荡回路的电感L和电容C。 如果能够在回路中加入一个可变电抗元件，而以调制信号去控制该可变电抗的数值，则可实现对振荡频率的控制。根据这一基本原理实现直接调频的具体方法，有变容二极管调频、电抗管调频、晶体振荡器调频、电容式微音器调频等等。 此外，对于在雷达等设备中所使用的速调管振荡器，可通过改变加在速调管反射极上的控制电压的方法来实现直接调频。 （1）变容二极管调频 利用变容二极管实现直接调频，是无线电高度表常用的调频方法。其他无线电设备中各种用途的压控振荡器，也往往采用变容二极管来实现频率控制。这种方法电路简单，几乎不需要调制功率，却可以获得较大的频移，其缺点是中心频率的稳定度较差。 变容二极管是一种特殊的半导体二极管，是利用半导体PN结的结电容随反向电压变化而变化的特性制成的。可以将变容二极管看成是由等效的结电容Ｃj和电阻Ｒs串联而成的。根据变容二极管的上述特性，实用中往往把变容二极管作为一种电压控制的可变电抗元件来使用。当加在二极管两端的控制电