鑒頻器簡介

　　鑒頻器是輸出電壓和輸入信號頻率相對應(yīng)的電路。按用途可分為兩類。第一類用于調(diào)頻信號的解調(diào)。常見的有斜率鑒頻器、相位鑒頻器、比例鑒頻器等，對這類電路的要求主要是非線性失真小，噪聲門限低。第二類用于頻率誤差測量，如用在自動頻率控制環(huán)路中產(chǎn)生誤差信號的鑒頻器。對這類電路的零點漂移限制較嚴(yán)，對非線性失真和噪聲門限則要求不高。

　　使輸出電壓和輸入信號頻率相對應(yīng)的電路。按用途分為兩類：一類用于調(diào)頻信號的解調(diào)，常見的有斜率鑒頻器、相位鑒頻器、比例鑒頻器等，對這類電路的要求主要是非線性失真小，噪聲門限低。另一類用于頻率誤差測量，如用在自動頻率控制環(huán)路中產(chǎn)生誤差信號的鑒頻器。對這類電路的零點漂移限制較嚴(yán)，對非線性失真和噪聲門限則要求低。斜率鑒頻器的電路比較簡單，但回路失諧時其諧振特性曲線不是直線，因而鑒頻特性的線性較差。相位鑒頻器鑒頻特性的線性較好，鑒頻靈敏度也較高。

鑒頻器百科

　　鑒頻器是輸出電壓和輸入信號頻率相對應(yīng)的電路。按用途可分為兩類。第一類用于調(diào)頻信號的解調(diào)。常見的有斜率鑒頻器、相位鑒頻器、比例鑒頻器等，對這類電路的要求主要是非線性失真小，噪聲門限低。第二類用于頻率誤差測量，如用在自動頻率控制環(huán)路中產(chǎn)生誤差信號的鑒頻器。對這類電路的零點漂移限制較嚴(yán)，對非線性失真和噪聲門限則要求不高。

　　使輸出電壓和輸入信號頻率相對應(yīng)的電路。按用途分為兩類：一類用于調(diào)頻信號的解調(diào)，常見的有斜率鑒頻器、相位鑒頻器、比例鑒頻器等，對這類電路的要求主要是非線性失真小，噪聲門限低。另一類用于頻率誤差測量，如用在自動頻率控制環(huán)路中產(chǎn)生誤差信號的鑒頻器。對這類電路的零點漂移限制較嚴(yán)，對非線性失真和噪聲門限則要求低。斜率鑒頻器的電路比較簡單，但回路失諧時其諧振特性曲線不是直線，因而鑒頻特性的線性較差。相位鑒頻器鑒頻特性的線性較好，鑒頻靈敏度也較高。

　　原理

　　實現(xiàn)調(diào)頻信號解調(diào)的鑒頻電路可分為三類，第一類是調(diào)頻 -- 調(diào)幅調(diào)頻變換型。這種類型是先通過線性網(wǎng)絡(luò)把等幅調(diào)頻波變換成振幅與調(diào)頻波瞬時頻率成正比的調(diào)幅調(diào)頻波，然后用振幅檢波器進(jìn)行振幅檢波。第二類是相移乘法鑒頻型。這種類型是將調(diào)頻波經(jīng)過移相電路變成調(diào)相調(diào)頻波，其相位的變化正好與調(diào)頻波瞬時頻率的變化成線性關(guān)系，然后將調(diào)相調(diào)頻波與原調(diào)頻波進(jìn)行相位比較，通過低通濾波器取出解調(diào)信號。因為相位比較器通常用乘法器組成，所以稱為相移乘法鑒頻。第三類是脈沖均值型。這種類型是把調(diào)頻信號通過過零比較器變換成重復(fù)頻率與調(diào)頻信號瞬時頻率相同的單極性等幅脈沖序列，然后通過低通濾波器取出脈沖序列的平均值，這就恢復(fù)出與瞬時頻率變化成正比的信號。鑒頻器是一種具有移相鑒頻特性的的陶瓷濾波元件，主要用在電視機或錄像機的伴音中頻放大或解調(diào)電路中以及FM調(diào)頻收音機的鑒頻器電路中。它分為平衡型和微分型兩種類型，前者用于同步鑒相器作平衡式鑒頻解調(diào)，后者用于差分峰值鑒頻器作差動微分式鑒頻解調(diào)。德鍵調(diào)頻音頻窄帶型JTCV10.7M系列貼片鑒頻器，搭配多種IC應(yīng)用于FM程序檢驗，轉(zhuǎn)換頻率為有用的音頻信號。

　　調(diào)頻波的特點是振幅保持不變，而瞬時頻率隨調(diào)制信號的大小線形變化，調(diào)制信號代表所要傳送的信息，在分析或?qū)嶒灂r，常以低頻正弦波為代表。鑒頻的目的就是從調(diào)頻波中檢出低頻調(diào)制信號，即完成頻率—電壓的變換作用。能完成這種作用的電路被稱為鑒頻器。

　　調(diào)相波的解調(diào)電路，是從調(diào)相波中取出原調(diào)制信號，即輸出電壓與輸入信號的瞬時相位偏移成正比，又稱為鑒相器。對于調(diào)頻波的解調(diào)電路來說，是從調(diào)頻波中取出原調(diào)制信號，即輸出電壓與輸入信號的瞬時頻率偏移成正比，又稱為鑒頻器。

　　鑒相電路通常分為模擬電路型和數(shù)字電路型兩大類。而在集成電路系統(tǒng)中，常用的電路有乘積型鑒相和門電路鑒相。鑒相器除了用于解調(diào)調(diào)相波外，還可構(gòu)成移相鑒頻電路。特別是在鎖相環(huán)路中作為主要組成部分得到了廣泛的應(yīng)用。

　　分類

　　斜率鑒頻器：其中，晶體管和LC回路實質(zhì)上是一個調(diào)諧放大器，但回路的諧振頻率f0與已調(diào)頻信號的中心頻率fc是失諧的。一旦已調(diào)頻信號的瞬時頻率發(fā)生變化，放大器就輸出一個與之相對應(yīng)的調(diào)幅-調(diào)頻波。經(jīng)二極管檢波處理，即可在負(fù)載RL上得到與原調(diào)制信號變化規(guī)律相同的輸出。斜率鑒頻器的電路比較簡單，但回路失諧時其諧振特性曲線不是直線，因而鑒頻特性的線性較差。

　　相位鑒頻器：初、次級回路均調(diào)諧在調(diào)頻波的中心頻率fc上，即f0=fc。電容 C0將初級電壓u1耦合到次級線圈的中心抽頭上，使加在檢波二極管D1、D2上的電壓分別為和鑒頻器的輸出電壓u則是檢波負(fù)載R4和 R3上的電壓之差。初、次級的電壓u1和u2之間的相位差隨調(diào)頻波的瞬時頻率而變化。當(dāng)瞬時頻率f=fc時，u2比u1滯后90°，但|UD1|=|UD2|，這時，鑒頻器輸出為零。當(dāng)f》fc時，u2滯后于u1的相角小于90°，|UD1|《|UD2|，鑒頻器的輸出大于零。當(dāng)f《fc時，u2滯后于u1的相角小于90°，|UD1|》|UD2|），鑒頻器的輸出小于零。相位鑒頻器鑒頻特性的線性較好，鑒頻靈敏度也較高。相位鑒頻器包括兩大部分：頻相變換器與相位檢波器。頻相變換器是由電容耦合（CM）雙調(diào)諧回路所組成，它的作用是將輸入調(diào)頻波V12的瞬時頻率變化轉(zhuǎn)化成Vab的相位變化。相位檢波器又分成兩部分：首先是在耦合回路的次極進(jìn)行電壓的矢量迭加，將Vab相對于V12的相差的變化轉(zhuǎn)化成合成電壓VD幅值的變化，這就把調(diào)頻波瞬時頻率的變化進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成VD的包絡(luò)變化，而后通過兩個包絡(luò)檢波器，采用差動輸出取出低頻調(diào)制信號V0。

　　陶瓷鑒頻器

　　是一種具有移相鑒頻特性的陶瓷濾波元件，主要用在電視機或錄像機的伴音中頻放大或解調(diào)電路中以及FM調(diào)頻收音機的鑒頻器電路中。它分為平衡型和微分型兩種類型，前者用于同步鑒相器作平衡式鑒頻解調(diào)，后者用于差分峰值鑒頻器作差動微分式鑒頻解調(diào)。陶瓷鑒頻器的文字符號和電路圖形符號與陶瓷濾波器同。用于電視機或錄像機中的陶瓷鑒頻器有JT4.5MD、JT5.5MB、JT6.0MB、JT6.5MD、JT6.5MB2、CDA6.5MC、CDA6.5MD等型號。用于FM調(diào)整收音機中的陶瓷鑒頻器有JT10.7MG3等型號。

　　一種微波鑒頻器的設(shè)計

　　一、引言

　　根據(jù)一種雷達(dá)微波鎖相本振的需要，本文作者研制了一個X波段的微波鑒頻器。這個鑒頻器的研制早在1989年就已完成，于1991年投入小批量生產(chǎn)。它的鑒頻特性好，性能穩(wěn)定可靠，在生產(chǎn)過程中已經(jīng)表現(xiàn)出良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

　　二、鑒頻器的工作原理

　　鑒頻器電路的工作是基于將信號頻率變化轉(zhuǎn)換成幅度變化的原理。它可以用圖1的示意圖來表示。

　　圖1 鑒頻器的原理示意圖

　　從原理圖1的信號關(guān)系可以得出：

　　在第二個3dB耦合器的兩個輸出端口的輸出功率分別為P1和P2，其輸出功率的比為

　　式中，φ是由于引入延遲線Δλ后比另一條基準(zhǔn)路徑附加的相位移。

　　因為 ，（3）式可改寫成

　　將線內(nèi)波長代入（4）式，可以得到

　　式中，

　　——自由空間中電磁波的傳播速度；

　　——輸入射頻信號的頻率。

　　ξr——介質(zhì)基片的相對介電常數(shù)；

　　由（5）式可以看出，輸出功率的比是輸入射頻信號的頻率和延遲線長度的函數(shù)，即輸出信號的幅度隨輸入信號的頻率而變化。延遲線鑒頻器就是利用這種變化關(guān)系來構(gòu)成的。

　　鑒頻器的射頻信號經(jīng)過兩條路徑的電長度相差延遲線Δλ。經(jīng)過兩檢波器檢波得到的視頻信號同時送到視頻放大器中相迭加。其輸出的視頻輸出信號就是我們所要求的鑒頻器輸出信號。隨著射頻輸入信號的頻率的變化，這個鑒頻器的輸出信號的幅度應(yīng)該是線性變化的，即對應(yīng)于輸出信號的某一幅度值只能有一個頻率，它是單值的。如果將鑒頻器的輸出信號幅度在示波器屏上顯示出來，它就應(yīng)該是一條直線，確切一點說，應(yīng)是一條很接近直線的軌跡。

　　延遲線Δλ的值由下式確定，

　　而

　　式中，

　　 ——工作頻帶的中心工作頻率；

　　 ——要求的最大帶寬。

　　式中的n的值可以適當(dāng)選取，它可為1、3、5、7、9等等。但是n值的大小會影響可使用頻帶的寬度。n值選得大了，鑒頻器輸出視頻信號隨頻率變化就呈現(xiàn)多個周期，n值選得越大，周期就越多，能夠作為鑒頻器特性使用的線性范圍就越小。相反地，n值選得小，這個頻率范圍就大些。當(dāng)然，這個頻率范圍大了又很難匹配好，鑒頻器的鑒頻曲線的線性就會變差。所以要根據(jù)使用要求適當(dāng)?shù)倪x取n的值。既要滿足線性要求，又要能達(dá)到要求的頻率范圍。

　　三、鑒頻器的設(shè)計和制作

　　實際制作的鑒頻器電路由兩個3dB90°耦合器、一條延遲線段和兩個檢波器組成，鑒頻器的微波部分示于圖2中。

　　圖2 鑒頻器的微波電路片

　　在鑒頻器的設(shè)計過程中，我們注意到影響鑒頻器的鑒頻特性的關(guān)鍵部件是檢波器，對它的匹配要求很高。兩個檢波器的輸入電壓駐波比，以及檢波的幅度特性在同頻率點都要很接近。就是說其一致性要很好。檢波器前面的兩個3dB90°耦合器要求具有較好的隔離。尤其是處在射頻信號輸入端的那一個定向耦合器更需要具有好的隔離。

　　這里所介紹的鑒頻器中，除了上述的兩個3dB90°耦合器外，兩個檢波器中也各有一個這種耦合器，也就是說總共有四個耦合器。為了方便和制作工藝的簡單易于實現(xiàn)，采用了四個相同的耦合器。

　　本文作者曾經(jīng)在《微波》上發(fā)表的文章《三公分帶線寬帶鏡象抑制平衡混頻器》中所描述的三分支線定向耦合器正好也適合我們的上述要求。在我所設(shè)計制作的X波段雷達(dá)微波鎖相本振用的微波鑒頻器要求的頻率范圍內(nèi)，這種三分支線定向耦合器可以做到20dB以上的隔離和1.2的電壓駐波比。因此，我們將這種3dB90°三分支線定向耦合器用在當(dāng)前要設(shè)計的鑒頻器中了。

　　對于檢波器要求輸入電壓駐波比較好，要力求避免射頻信號及其電路中產(chǎn)生的諧波的多重反射。這種多重反射會嚴(yán)重地影響檢波器的駐波特性及其輸出頻率響應(yīng)的平坦性。由三分支線定向耦合器、兩個肖特基勢壘檢波二極管及其后面的低通濾波器構(gòu)成的檢波器是一種性能較好的平衡檢波器。肖特基勢壘檢波二極管后面的低通濾波器在這里是設(shè)計來足以將射頻信號及其諧波旁路掉，不讓其反射回去形成多重反射，使檢波器的檢波特性得以保證。

　　鑒頻器的鑒頻頻率范圍由延遲線Δλ的長度來確定。這個延遲線是50歐姆阻抗線，它只是比另一路徑長了這么一個長度而已。

　　整個鑒頻器電路是印制在一塊RT/Duroid 5880 基片材料上。印制電路的重復(fù)性很好，鑒頻特性比較一致。一對特性較一致的肖特基勢壘檢波二極管錫焊在三分支線定向耦合器與低通濾波器之間的間隙處，鑒頻特性基本上都能保證。只是在焊接時要盡可能將檢波二極管所處的位置焊接在比較一致的地方。

　　由于采用的電路結(jié)構(gòu)是對稱印制帶線的，檢波二極管是埋在RT/Duroid 5880基片的孔內(nèi)，所以電路結(jié)構(gòu)相當(dāng)穩(wěn)定可靠。第一個三分支線定向耦合器和兩個檢波器的定向耦合器的隔離端口都是采用的固定的外接50歐姆負(fù)載。這三個50歐姆負(fù)載的駐波特性都在1.1左右，可以單獨用網(wǎng)絡(luò)分析儀檢測。

　　鑒頻器由于使用的肖特基勢壘檢波二極管的特性有些差別，鑒頻器的鑒頻特性曲線的斜率稍有不同。這可以通過調(diào)整后面所接視頻放大器的增益來得到調(diào)整。批生產(chǎn)的鑒頻器典型的測試鑒頻特性曲線見圖3。如圖所示，該曲線呈現(xiàn)的最大鑒頻頻率誤差小于±5MHz，在－55℃至＋70℃的溫度范圍內(nèi)鑒頻特性基本保持不變。

　　圖3 鑒頻器的測試鑒頻特性曲線

　　四、結(jié)論

　　鑒頻器經(jīng)過小批量生產(chǎn)，已被證明其鑒頻特性穩(wěn)定可靠。全部電路印制在同一塊基片上，保證了性能的復(fù)現(xiàn)性，使生產(chǎn)變得更容易了。

　　鑒頻器的良好線性是基于微波集成技術(shù)的發(fā)展。全部電路印制在同一塊基片上，保證了電路印制線的長度被嚴(yán)格的控制。除了我們所要求的延遲線Δλ外，沒有其它多余的不便控制的線長度產(chǎn)生，消除了影響電壓駐波比的不連續(xù)性。巧妙而適用的電路設(shè)計較好地控制了檢波二極管產(chǎn)生的諧波反射，改善了檢波器的駐波特性。采用了隔離足夠好的三分支線定向耦合器，使全部電路處在同一平面上，大大簡化了制作工藝。采用外接50歐姆負(fù)載，避開了內(nèi)負(fù)載制作時不易準(zhǔn)確控制的情況，這是為了得到較好的駐波特性。所有這些工作，使鑒頻器的高性能得以實現(xiàn)。