，所以称为正弦鉴相特性。其中，相位差为应包括的相位见页和式从这点相位看，鉴相器鉴别的是输入输出信号的相位差，因此称它为鉴相器。Ө图环路滤波由组成的无源或由及运算放大器组成的有源都为线性网络。设此网络的传输算子和传输函数分别为和，则其数学模型如图所示图积分滤波器图其中，将式中的改为或者,未找到引用源。就可以得到该滤波器的传递函数或者传输特性。无源比例积分滤波器图其中，传输算子为,未找到引用源。为,未找到引用源。未找到引用源将式中的改为或者,未找到引用源。就可以得到该滤波器的传递函数或者传输特性。有源比例积分器图其中传输算子为,未找到引用源。未找到引用源将式中的改为或者,未找到引用源。就可以得到该滤波器的传递函数或者传输特性。压控振荡器其频率瞬时是控制电压的函数。电路不同，控制特性也不同，但在环路锁定点附近，总可以近似为直线。即可得到如下控制方程是的控制灵敏度或增益频率捕获过程频率捕获过程就是在定频差范围内使的趋近的过程。锁相环主要工作在两个状态稳态锁定状态失锁状态捕获则是进入锁定状态的过渡过程。为了说明这过程，先看入出信号相位关系图瞬时频差当输入角频率即矢量的旋转速率与输出角频率即矢量的旋转速率不同时，两矢量将相对旋转，其夹角将随时间无限增大，绕过周又周，这就是系统的失锁状态。只有当与相等时，两矢量以相同的角速度旋转，相对夹角很小维持不变，这就是环路的锁定状态。由此可知，在输入固定频率信号条件下，环路进入同步状态后，输出信号与输入信号之间频差等于零，相差等于常数，即常数这种状态就称为锁定状态。锁相环路的线性相位模型锁相环的基本特性是对固定频率的输入信号具有自动跟踪锁定特性。当捕获锁定后频差为零，只有很小的稳态剩余相差当输入信号的相位和频率发生变化时，锁相环能跟踪输入信号的相位和频率。整个跟踪过程中，环路的相差是不大的，环路以相位在这种条件下，环路方程可以用相位进行线性近似。鉴相器在的条件下，对鉴相特性作的线性近似，滤除变频信号分量后的鉴相器误差方程这表明图低通滤波器假设滤波的传输函数为图在可见当环路中的传输函数采用不同形式时，闭环传输函数和误差传输函数也就不同。不同的会有相应稳态特性和暂态特性，稳定性也不同，为了保证锁相环闭环控制系统正常工作，必要的前提是系统稳定，因此设计关系到系统稳定性要特别注意。通常二阶或二阶以下的锁相环，不论环路增益多大，系统都是稳定的，即无条件稳定的而三阶或三阶以上的锁相环则是有条件稳定的，所以设计时要考虑足够的稳定余量。锁相环路具有以下主要特性它是个相位反馈控制系统，最大特点能实现对输入信号频率和相位的自动跟踪。窄带跟踪滤波器同步跟踪状态环路锁定后没有频差压控振动器的输出频率严格等于输入信号的频率常数锁相环线性相位模型图跟踪特性环路锁定后，当输入信号稍有变化，的频率立即发生相应变化。它跟踪输入信号载波与相位变化，的输出信号就是需要提取的载波信号。这就是环路的载波跟踪特性。只要让环路有适当的低通特性，的输出信号的频率和相位就跟踪输入调频或调相信号的频率和相位变化，即的输出即得到输入的复制点。这就是调制跟踪特性可制成角调制信号的调制器与解调器。锁相接收机多普勒频移在实际工程中，常把位置信号速度信号和加速度信号作为典型输入量来分析各种控制系统的性能。在锁相环中也是这样，只不过环路的输入量是相位，所以三种典型的暂态信号是相位阶跃信号相位斜升信号和相位加速度信号。图这三种信号在实际工程中是由收发信机的相对运动产生的。因此，不妨通过研究收发信机的相对位置和相位之间的关系来研究这三种信号。设发射机发射信号的频率为,未找到引用源。，瞬时相位为,未找到引用源若收发信机相对距离为，则接收机接收信号的瞬时相位为,未找到引用源。，锁相环的输入量为,未找到引用源。式中为光速。接收信号的瞬时功率为由式可见，若收发信机的距离不变，则，则环路的输入量不变若收发信机的距离发生突变时，则接收信号的相位将发生阶跃变化若收发信机作相对匀速运动，则,为相对速度，环路输入量作斜升变化，斜升速度为,未找到引用源。若收信机作加速度变化，相位变化加速度为,未找到引用源这种由收发信机相对运动而产生的频率变化叫做多普勒频移。锁相接收机的基本模型和工作原理在通信中，由于发射端高速移动或者发射端距离接收端比较远，使得发回的信号很微弱，又由于移动引起的多普勒效应，频率漂移严重。在这种情况下，如果采用普通接收机，势必要求它有足够的带宽，这样势必会有更多的噪声没有被滤掉，从而使得接收机的输出信噪比将严重下降而无法有效地检出有用信号。如果采用图所示的锁相接收机，利用环路的窄带跟踪特性，就可以十分有效的提高输出信噪比，获得满意的接收结果。图锁相接收机实际上是个窄带跟踪环路，它比般的锁相环回路多了个混频器和中频放大器，由压控振荡器输出电压作为本振电压频率为,未找到引用源。，它与外加接收信号频率为,未找到引用源。相混后，输出中频电压，经过中频放大后加到鉴相器与本地标准中频参考信号进行相位比较，在环路锁定时，加到鉴相器上的两个中频信号频率相等。当外界输入频率发生变化时，压控振荡器的频率也会发生变化，使中频信号自动维持在标准中频上不变。这样，中频放大器的通带就可以做得很窄，从而保证鉴相器输入端有足够的信噪比，这样就提高了接收机的灵敏度。锁相接收机在通信中的应用锁相接收机由于其特点被广泛的应用于各个行业。尤其是在航天航空通信的地面接收部分有着广泛的用途。地面站用的锁相接收机可以有两种形式，它们分别是图的和。图图由于地面接收机中可配备有频率稳定度很高的频率源，因此加到鉴相器的参考信号及本振信号可以取自标准信号源。在图中，由于环路工作于载波跟踪状态，所以输出信号中含有多普勒频移，中放信号和中放信号可以近似认为不包含多普勒频移，因而中频带宽可以做的很窄，从而使进入的噪声功率减少，从而增加信噪比，改善环路的噪声性能，而在图中，将频率合成器和中放放在换外，中放的带宽比较宽。此方案是与环路的调整和维修，只要加个中频模拟信号就可以调试回路。当射频范围比较宽或者有几个频段时，只需要改变频率合成器的频率，环路对各频段都是适用的，适用比较灵活。结论锁相接收机是个窄带跟踪环路的调整。比般的锁相环回路多了个混频器和中频放大器。外界输入频率发生变化时，压控振荡器的频率也会发生变化，使中频信号自动维持在标准中频上不变。因此，可以是的中频的带宽作的很窄，从而使得噪声的带宽减小，另噪声的功率减小，从而提高信噪比。此外，由于锁相环的跟踪特质，使得接收端可以在与发射端相对运动速度较大时稳定可靠的跟踪信号频率和相位，从而准确的接收信息。参考文献王福生，鲁昆生锁相技术第二版武汉华中科技大学出版社,胡宴如，耿苏燕高频电子线路北京高等教育出版社，加特纳锁相环技术北京人民邮电出版社，目次引言锁相环原理锁相环的组成锁相环工作原理锁相环路的线性相位模型锁相接收机锁相接收机在通信中的应用结论参考文献引言锁相环最初用于改善电视接收机的行同步和帧同步，以提高抗干扰能力。世纪年代后期随着空间技术的发展，锁相环用于对宇宙飞行目标的跟踪遥测和遥控。年代初随着数字通信系统的发展，锁相环应用愈广，例如为相干解调提取参考载波建立位同步等。具有门限扩展能力的调频信号锁相鉴频器也是在年代初发展起来的。在电子仪器方面，锁相环在频率合成器和相位计等仪器中起了重要作用锁相环是个闭环的相位控制系统，它跟踪输入信号的相位，并自动锁定。实现对输入信号频率和相位的自动跟踪。它跟踪固定频率的输入信号时无频差，跟踪信号的相位时锁相控制精度很高跟踪信号的频率变化的输入信号时收音机精度也很高。它对输入信号恰似个窄带跟踪滤波器，能够跟踪淹没在噪声之中的微弱信号。鉴于上述种种独特功能，它在电子设备中越来越广泛地被采用。它的窄带跟踪滤波和低门限特性，使它成为从噪声中检测调频调相合调幅信号的最佳方法之，尤其是对于频率不稳定的微弱信号的检测和接收更是有着无与伦比的优势。本文将通过其基本原理简单的探讨锁相接收机技术以及锁相接收机在通信方面的应用。锁相接收机工作原理锁相环的组成锁相环由三个基本部件组成鉴相器环路滤波器和压控振荡器构成。图鉴相器是个相位比较环节，它把输入信号与压控振荡器输出信号的相位进行比较，产生对应两信号相位差的误差电压。,是两信号相位差鉴相器特性可以是多种多样的，有正弦形方波三角形锯齿形特性。它的电路有各种形式，主要有两类相乘器电路序列电路它的输出电压是输入信号过零点与反馈电压过零点之间时间差的函数。这类鉴相器的输出只与波形的边沿有关，适用于方波，通常用电路构成。环路滤波器低通具有低通特性，滤除中的变频成分和噪声，以保证环路要求的性能，增加环路的稳定性，产生对应的个直流控制电压。常用的环路滤波器有积分滤波器无源比例积分滤波器和有源比较积分滤波器压控振荡器它是个电压频率转换器，由控制产生相应频率，使其频率朝着输入信号的频率靠拢，由于相位负反馈的作用直至消除频差实现环路锁定。经锁定的频率与输入信号的频率趋于致。当入与出存在频差时，鉴出的相差就是消除频差使朝着变化所需的控制电压。电路的形式很多晶体负阻和。电路实现输入输出无频差，相差极小。锁相环工作原理鉴相器正弦波如图所示，鉴相器通常用模拟乘法器构成。图设输入信号为的输出信号其中是的自由振荡频率，是环路的个重要参数。以为参考的最小时相位。从鉴相角度分析都把它们看成相位。由于与的参考相位不同，不便直接比较，故需改用统的参考相位，这样来，可将入，出改写为式中未找到引用源。未找到引用源。未找到引用源。称为环路的固有频差。设乘法器的相乘系数为将上面两式相乘环路的瞬时相位差