本發(fā)明屬于頻偏測量，尤其涉及一種用于測量微弱頻偏的解調(diào)電路及最大頻偏測量方法。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)今通信技術(shù)領(lǐng)域，對于頻率調(diào)制(fm)信號，當(dāng)其最大頻偏不超過1khz時，通常被定義為微弱頻偏。解調(diào)這種微弱頻偏的fm波在眾多應(yīng)用場景中占據(jù)著至關(guān)重要的角色。例如，在射電天文學(xué)領(lǐng)域，捕獲并分析來自遙遠(yuǎn)宇宙體的微弱信號是一項日常任務(wù)。鑒于這些信號通常強度極低，并且伴隨著微小的頻率偏移，這就對接收設(shè)備提出了高靈敏度的要求，同時也需依賴精確的解調(diào)技術(shù)以確保這些珍貴信號的有效捕獲和詳細(xì)分析。

2、斜率鑒頻電路是一種調(diào)頻信號的解調(diào)電路，因其電路簡單容易實現(xiàn)的特點，實際中應(yīng)用較為廣泛。斜率鑒頻器是將調(diào)頻(fm)信號通過具有合適頻率特性的線性網(wǎng)絡(luò)，使其振幅按照瞬時頻率的變化規(guī)律變化，經(jīng)過包絡(luò)檢波器輸出反映振幅變化規(guī)律(即調(diào)頻信號頻率變化規(guī)律)的解調(diào)電壓。

3、斜率鑒頻器的鑒頻跨導(dǎo)是斜率鑒頻器性能評價的關(guān)鍵指標(biāo)之一，鑒頻跨導(dǎo)是指斜率鑒頻器的輸出電壓與輸入信號頻率偏差的變化率。鑒頻跨導(dǎo)越高，表明斜率鑒頻器對頻偏的響應(yīng)越敏感，解調(diào)輸出電壓的變化與輸入頻偏變化之間的相關(guān)性越強。

4、當(dāng)前斜率鑒頻電路主要依靠一個失諧的lc振蕩回路將調(diào)幅波轉(zhuǎn)換為調(diào)幅-調(diào)頻波，再通過包絡(luò)檢波電路捕獲調(diào)幅信號，最后經(jīng)過放大電路輸出最終的解調(diào)信號，其存在以下幾點不足：(1)諧振曲線斜率變化相對較緩，在試圖解調(diào)具有微弱頻偏的調(diào)頻波時，檢測到的微小頻率波動可能并不明顯，造成輸出電壓信號的準(zhǔn)確度受損。(2)當(dāng)調(diào)頻波的頻偏較小時，轉(zhuǎn)換為調(diào)幅-調(diào)頻波的包絡(luò)幅度也較小。當(dāng)現(xiàn)有斜率鑒頻電路直接對這種轉(zhuǎn)換后的調(diào)幅-調(diào)頻波進(jìn)行包絡(luò)檢波時，會產(chǎn)生幅度很小且信噪比很低的輸出信號。這意味著，一旦調(diào)頻波的頻偏發(fā)生細(xì)微改變，包絡(luò)檢波器的輸出信號幅度將只反映輕微的變動，間接削弱了斜率鑒頻電路的靈敏度。(3)現(xiàn)有斜率鑒頻電路大多只采用單回路調(diào)諧方式，只能利用一條諧振曲線進(jìn)行頻率變化到幅度變化的轉(zhuǎn)換，造成了較低的鑒頻跨導(dǎo)和靈敏度，難以滿足高精度解調(diào)需求。

5、另一方面，在斜率鑒頻電路中的后期信號處理和檢測階段，目前多數(shù)設(shè)計在包絡(luò)檢波之后直接采用有源濾波去除解調(diào)信號中包含的高頻噪聲，然后再對解調(diào)信號進(jìn)行放大。然而，在解調(diào)微弱頻偏的調(diào)頻信號時，這種方式可能會遇到問題。由于包絡(luò)檢波輸出信號的幅度本身很低，在先進(jìn)行有源濾波的情況下，由于解調(diào)信號本身較弱，有源濾波電路本身帶來的噪聲可能會進(jìn)一步疊加到微弱的解調(diào)信號上，會進(jìn)一步導(dǎo)致解調(diào)信號的信噪比下降。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于針對上述背景技術(shù)的不足，克服已有斜率鑒頻電路鑒頻跨導(dǎo)低、解調(diào)小頻偏的調(diào)頻信號時，解調(diào)輸出波形信噪比較低、波形嚴(yán)重失真的問題，提供了一種用于測量微弱頻偏的解調(diào)電路及最大頻偏測量方法，具體由以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

2、所述斜率鑒頻電路，包括：

3、信號源，為輸出包括載波、調(diào)制信號以及待測信號的一般信號源，所述待測信號為單音調(diào)制的調(diào)頻波，所述調(diào)制信號為單頻正弦波；

4、斜率鑒頻電路，對待測調(diào)頻信號進(jìn)行解調(diào)，獲得待測調(diào)頻信號解調(diào)輸出的調(diào)制信號波形；

5、單片機，接收所述調(diào)制信號波形，進(jìn)行fft運算測量出調(diào)制信號的頻率f；測量出斜率鑒頻電路解調(diào)輸出的調(diào)制信號波形的峰峰值，根據(jù)測量出的斜率鑒頻電路的鑒頻特性曲線在線性區(qū)的鑒頻跨導(dǎo)kd，計算出待測調(diào)頻波的最大頻偏。

6、所述用于測量微弱頻偏的解調(diào)電路的進(jìn)一步設(shè)計在于，斜率鑒頻電路包括：調(diào)幅-調(diào)頻波變換電路，包括同相放大器和雙調(diào)諧回路單元，同相放大器對輸入調(diào)頻波進(jìn)行限幅放大，抑制寄生調(diào)幅；同相放大器的輸出與雙調(diào)諧回路單元相連，雙調(diào)諧回路單元將放大后的調(diào)頻波轉(zhuǎn)換為上下兩個包絡(luò)幅度變化相反的調(diào)幅-調(diào)頻波，調(diào)幅-調(diào)頻波的包絡(luò)幅度變化和調(diào)頻波的瞬時頻偏成正比；

7、調(diào)幅-調(diào)頻波放大電路，包括兩個同相放大器，雙調(diào)諧回路單元的兩個輸出分別與兩個同相放大器相連，將上下兩個調(diào)幅-調(diào)頻波信號的包絡(luò)進(jìn)行放大；

8、包絡(luò)檢波電路，檢測經(jīng)放大的調(diào)幅-調(diào)頻波信號的包絡(luò)幅度變化，采用并聯(lián)設(shè)置的二極管檢波電路，由檢波二極管、高頻濾波電容和檢波電路負(fù)載電阻依次連接組成；

9、差分放大器，將包絡(luò)檢波電路的輸出進(jìn)行差分放大。

10、兩級放大器，對差分放大器的輸出進(jìn)一步放大；

11、有源rc濾波器，對兩級放大器的輸出進(jìn)行濾波，去除解調(diào)信號中包含的高頻噪聲。

12、所述用于測量微弱頻偏的解調(diào)電路的進(jìn)一步設(shè)計在于，所述調(diào)幅-調(diào)頻波變換電路中同相放大器對輸入調(diào)頻波進(jìn)行限幅放大，抑制寄生調(diào)幅，同時大幅度增加調(diào)頻信號的載波幅度，以增大雙調(diào)諧回路單元輸出的上下兩個調(diào)幅-調(diào)頻波包絡(luò)的幅度變化量。

13、所述用于測量微弱頻偏的解調(diào)電路的進(jìn)一步設(shè)計在于，所述雙調(diào)諧回路單元包括第一電容、第二電容以及電感，所述第一電容與所述電感并聯(lián)后再串接第二電容后接地，形成一個串聯(lián)諧振回路和一個并聯(lián)諧振回路。

14、所述用于測量微弱頻偏的解調(diào)電路的進(jìn)一步設(shè)計在于，設(shè)定所述串聯(lián)諧振回路的串聯(lián)諧振頻率fs，并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)諧振頻率fp，且滿足fs＜fp，輸入調(diào)頻信號的載波中心頻率f0落在fs和fp之間；當(dāng)輸入調(diào)頻波的載波瞬時頻率等于并聯(lián)諧振頻率fp時，下包絡(luò)輸出的調(diào)頻波幅度最??；當(dāng)載波瞬時頻率等于串聯(lián)諧振頻率fs時，下包絡(luò)輸出的調(diào)頻波幅度最大；經(jīng)過雙調(diào)諧回路輸出上下兩個包絡(luò)幅度變化相反的調(diào)頻-調(diào)幅波，選擇雙調(diào)諧回路的串聯(lián)諧振頻率fs、并聯(lián)諧振頻率fp以及載波中心頻率f0，使輸入調(diào)頻信號的瞬時頻率變化到載波包絡(luò)幅度的轉(zhuǎn)換工作在斜率鑒頻特性曲線斜率最大且線性度最好的位置，增大了轉(zhuǎn)換后得到的上下調(diào)幅-調(diào)頻波包絡(luò)幅度變化。

15、所述用于測量微弱頻偏的解調(diào)電路的進(jìn)一步設(shè)計在于，所述雙調(diào)諧回路單元的電感采用鈮鋅鐵氧體自行繞制電感。

16、所述用于測量微弱頻偏的解調(diào)電路的進(jìn)一步設(shè)計在于，所述調(diào)幅-調(diào)頻波放大電路的同相放大電路增益可調(diào)，當(dāng)待測調(diào)頻信號的頻偏小于設(shè)定值時，提高同相放大器的增益，對雙調(diào)諧回路輸出的調(diào)幅-調(diào)頻波的包絡(luò)幅度進(jìn)行放大，以提高斜率鑒頻電路的鑒頻跨導(dǎo)。

17、所述用于測量微弱頻偏的解調(diào)電路的進(jìn)一步設(shè)計在于，所述有源rc濾波器，采用sallen-key結(jié)構(gòu)的四階巴特沃茲低通濾波器，截止頻率高于解調(diào)信號的最高頻率。

18、本發(fā)明還提供了一種采用斜率鑒頻電路的調(diào)頻信號的最大頻偏測量方法，其特征在于包括如下步驟：

19、步驟1)根據(jù)鑒頻電路的鑒頻s曲線在線性區(qū)斜率基本不變的特點，預(yù)先測量出鑒頻電路的鑒頻s曲線；計算出鑒頻s曲線的斜率，即鑒頻電路的鑒頻跨導(dǎo)kd，步驟2)將待測調(diào)頻波送入斜率鑒頻電路；單片機采樣和測量鑒頻器輸出波形的電壓峰峰值vω，進(jìn)行fft運算，測量出單音調(diào)制調(diào)頻波的調(diào)制信號頻率f；根據(jù)鑒頻跨導(dǎo)kd，由式(1)計算出待測調(diào)頻波的最大頻偏δfm；

20、

21、本發(fā)明的有益效果：

22、1、本發(fā)明的斜率鑒頻電路中使用雙調(diào)諧諧振回路代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單調(diào)諧諧振回路，在相同的頻偏下，斜率鑒頻電路的解調(diào)輸出幅度增大為兩倍，顯著提高了鑒頻跨導(dǎo)。

23、2、本發(fā)明的斜率鑒頻電路中使用高q值的電感顯著提高lc諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，使諧振曲線具有更高的斜率，在輸入頻偏不變的前提下，調(diào)頻波轉(zhuǎn)換成的調(diào)幅-調(diào)頻波有更大的包絡(luò)幅度變化量，可以顯著提高鑒頻跨導(dǎo)和靈敏度。

24、3.本發(fā)明的斜率鑒頻電路在第一級通過同相放大器對輸入調(diào)頻信號進(jìn)行預(yù)放大，提高了調(diào)頻信號的載波幅度；在包絡(luò)檢波前對雙調(diào)諧回路輸出的上下兩路調(diào)幅-調(diào)頻波進(jìn)行再次放大，提高了包絡(luò)幅度變化量，因此包絡(luò)檢波電路輸出的解調(diào)信號幅度明顯增大；在差分放大后又進(jìn)行了兩級高增益的電壓放大和有源濾波。這些電路上的改進(jìn)措施都有效的提高了斜率鑒頻電路的鑒頻跨導(dǎo)和靈敏度，尤其是顯著提高了解調(diào)信號的信噪比。

25、4.經(jīng)實驗測量，本發(fā)明的斜率鑒頻電路的鑒頻跨導(dǎo)提高到約639mv/khz，在解調(diào)100hz最小頻偏的調(diào)頻信號時，解調(diào)輸出波形依然具有約60mv的電壓峰峰值，同時保持了低失真和較高信噪比。本發(fā)明的斜率鑒頻電路可以實現(xiàn)對微弱頻偏(小于1khz)的調(diào)頻信號的高精度解調(diào)和最大頻偏測量，并保證了輸出解調(diào)信號的穩(wěn)定性和高信噪比，為高效率、高質(zhì)量的通信傳輸提供了有力的技術(shù)支持。