相位鉴频器的工作原理及应用探究

相位鉴频器是利用谐振回路的相位-频率特性，将输入的调频波编制成幅度随调频波瞬时频率变化的调幅-调频波，再利用包络检波器解调出原调制信号。图7-3-8是电感耦合相位鉴频器原理电路图。相移网络为耦合回路。图中，初、次级回路参数相同，中心频率均为f0＝fc（fc为调频信号的中频载波频率）。U1是经过限幅放大后的调频信号，它一方面经隔直电容C0加在后面的两个包络检波器上，另一方面经互感M耦合在次级回路两端产生电压U2。L3为高频扼流圈，它除了保证使输入电压U1经C0全部加在次级回路的中心抽头外，还要为后面两个包络检波器提供直流通路。二极管VD1、VD2和两组C、RL组成平衡的包络检波器，差分输出。在实际中，鉴频器电路还可以有其他形式，如接地点改接在下端（图中虚线所示），检波负载电容用一个电容代替，还可以省去高频扼流圈。

图7-3-8　电感耦合相位鉴频器原理电路图

互感耦合相位鉴频器的工作原理可分为移相网络的频率－相位变换、加法器的相位－幅度变换和包络检波器的差分检波3个过程。

1.频率-相位变换

频率-相位变换是由图7-3-9所示的互感耦合回路完成的。由图7-3-9（b）的等效电路可知，初级回路电感L1中的电流为

图7-3-9　互感耦合回路

式（7-3-1）中，Zf为次级回路对初级回路的反射阻抗，在互感M较小时，Zf可以忽略。考虑初、次级回路均为高Q回路，r1也可忽略。这样，式（7-3-1）可近似为

初级电流在次级回路产生的感应电动势为

感应电动势U2在次级回路形成的电流I2为

I2流经C2，在C2上形成的电压U2为

式中，A＝KQ为耦合因子，Q≈1/(ω0C2r2)，ξ＝2QΔf/f0，φ＝arctan ξ为次级回路的阻抗角。

图7-3-10　频率-相位变换电路的相频特性

由上可以看出，在一定频率范围内，U2与U1间的相差与频率之间具有线性关系。因而互感耦合回路可以作为线性相移网络，其中固定相差π/2是由互感形成的。应当注意，与鉴相器不同，由于U2由耦合回路产生，相移网络由谐振回路近似形成，因此，U2的幅度随频率变化。但在回路通频带之内，幅度基本不变。

2.相位-幅度变换

根据图中规定的U2与U1的极性，图7-3-11是图7-3-8简化电路原理图。这样，在两个检波二极管上的高频电压分别为

图7-3-11　简化电路

合成矢量的幅度随U2与U1间的相差而变化（FM-PM-AM信号），如图7-3-12所示。

图7-3-12　不同频率时的UD2与UD1矢量图

3.检波输出

由于是平衡电路，两个包络检波器的检波系数Kd1＝Kd2＝Kd，包络检波器的输出分别为uo1＝Kd1UD1、uo2＝Kd2UD2。鉴频器的输出电压为(www.xing528.com)

由上面分析可知，当f＝f0＝fc时，鉴频器输出为零；当f﹥f0＝fc时，鉴频器输出为正；当f﹤f0＝fc时，鉴频器输出为负。由此可得此鉴频器的鉴频特性，如图7-3-13（a）所示，为正极性。在瞬时频偏为零（f＝f0＝fc）时输出也为零，这是靠固定相移π/2及平衡差分输出来保证的。

图7-3-13　鉴频特性曲线

在理想情况下，鉴频特性不受耦合回路的幅频特性的影响，调频信号通过耦合回路移相后得到的是等幅电压，鉴频特性形状与耦合回路这一移相网络的相频特性相似，如图7-3-13（c）中曲线①所示。但实际上，鉴频特性受耦合回路的幅频特性和相频特性的共同作用，可以认为是两者相乘的结果，如图7-3-13（c）中曲线②所示。在频偏不大的情况下，随着频率的变化，U2与U1幅度变化不大而相位变化明显，鉴频特性近似线性；当频偏较大时，相位变化趋于缓慢，而U2与U1幅度明显下降，从而引起合成电压下降。