高頻電子線路課程設(shè)計(單邊帶調(diào)制與解調(diào)電路設(shè)計)

1、* 實踐教學 *蘭州理工大學2010年秋季學期高頻電子線路題 目：單邊帶調(diào)制解調(diào)電路的設(shè)計 專業(yè)班級： 08級通信4班 姓 名： 學 號： 指導教師： 成 績： 摘要單邊帶調(diào)制技術(shù)是模擬調(diào)制中的重要技術(shù)，相對于幅度調(diào)制（AM）、雙邊帶調(diào)制（DSB）、殘留邊帶調(diào)制（VSB）而言，傳輸帶寬僅為調(diào)制信號帶寬，有效節(jié)約了帶寬資源，且節(jié)約載波發(fā)射功率。本課程設(shè)計主要介紹單邊帶調(diào)制解調(diào)電路的設(shè)計。學習和掌握電路設(shè)計的方法和仿真軟件，并綜合運用所學知識完成常規(guī)調(diào)幅的設(shè)計。本設(shè)計的技術(shù)指標是采用乘法器來實現(xiàn)DSB的調(diào)制，然后經(jīng)過帶通濾波器濾除一個邊帶，得到單邊帶調(diào)幅波，解調(diào)時采用同步檢波法實現(xiàn)。輸入?yún)⒖夹盘栴l

2、率5KHz,電壓60mV左右，調(diào)幅系數(shù)0.5，載波頻率為100KHz，載波電壓為60mV。 關(guān)鍵字 單邊帶，調(diào)制，解調(diào)目 錄第1章 單邊帶調(diào)制解調(diào)電路的設(shè)計意義4第2章 單邊帶調(diào)制解調(diào)電路的總體方案42.1 單邊帶調(diào)制方案42.2 單邊帶解調(diào)方案5第3章 電路參數(shù)選擇53.1 輸入信號參數(shù)53.2 調(diào)制器參數(shù)53.3 帶通濾波器參數(shù)63.4 低通濾波器參6第4章 電路工作原理及設(shè)計說明74.1 DSB信號的表達式、帶寬74.2 SSB信號的產(chǎn)生及設(shè)計84.3 SSB信號的解調(diào)94.4 帶通濾波器104.5 解調(diào)過程11第5章 實驗結(jié)果 12第6章 結(jié)果分析15實驗總結(jié)16參考文獻18第1章 單

3、邊帶調(diào)制解調(diào)電路的設(shè)計義傳輸信息是人類生活的重要內(nèi)容之一。利用無線電技術(shù)進行信息傳輸在這些手段中占有極重要的地位。無線電通信、廣播、電視、導航、雷達、遙控遙測等等，都是利用無線電技術(shù)傳播各種不同信息的方式。無線電通信傳輸語音、點嗎或其他信號；無線電廣播傳輸語言、音樂等；電視傳送圖像、語言、音樂；導航是利用一定的無線電信號指引飛機或船舶安全航行，以保證他們能平安到達目的地；雷達是利用無線電信號的反射來測定某些目標（如飛機、船舶等）的方位；遙測遙控則是利用無線電技術(shù)來測量遠處或運動體上的某些物理量，控制遠處機件的運行等。在以上這些信息傳遞的過程中，都要把頻率不高的調(diào)制信號加載到高頻載波上，然后進行

4、信號的傳輸。在信息的接收端需要把有用的信號從混雜的已調(diào)信號里解調(diào)出來。由于利用SSB調(diào)幅可以提高信道的利用率，所以選擇SSB調(diào)制與解調(diào)作為我課程設(shè)計的題目具有很大的實際意義。第2章 單邊帶調(diào)制解調(diào)電路的總體方案2.1 單邊帶調(diào)制方案所謂調(diào)制，就是在傳送信號的一方將所要傳送的信號附加在高頻振蕩上，再由天線發(fā)射出去。這里高頻振蕩波就是攜帶信號的運載工具，也叫載波。振幅調(diào)制，就是由調(diào)制信號去控制高頻載波的振幅，直至隨調(diào)制信號做線性變化。在線性調(diào)制系列中，最先應用的一種幅度調(diào)制是全調(diào)幅或常規(guī)調(diào)幅，簡稱為調(diào)幅（AM）。為了提高傳輸?shù)男?，還有載波受到抑制的雙邊帶調(diào)幅波（DSB）和單邊帶調(diào)幅波（SSB）。

5、在頻域中已調(diào)波頻譜是基帶調(diào)制信號頻譜的線性位移；在時域中，已調(diào)波包絡(luò)與調(diào)制信號波形呈線性關(guān)系。由于DSB信號的上、下兩個邊帶是完全對稱的，皆攜帶了調(diào)制信號的全部信息，因此，從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜紤]，僅傳輸其中一個邊帶就夠了。這就又演變出另一種新的調(diào)制方式單邊帶調(diào)制（SSB）。調(diào)制的方框圖如下：2.2、 單邊帶解調(diào)方案解調(diào)是從攜帶消息的已調(diào)信號中恢復消息的過程。在各種信息傳輸或處理系統(tǒng)中，發(fā)送端用所欲傳送的消息對載波進行調(diào)制，產(chǎn)生攜帶這一消息的信號。接收端必須恢復所傳送的消息才能加以利用，這就是解調(diào)。在本課程設(shè)計中我們采用同步檢波的方式，由乘法器和低通濾波器組成。實現(xiàn)同步檢波的關(guān)鍵是要產(chǎn)生一個與載

6、波信號同頻同相的同步信號。解調(diào)的方框圖如下：第3 章電路參數(shù)選擇3.1 輸入信號參數(shù)：輸入信號頻率5KHz，幅度為60mV的正弦波。載波頻率為100KHz，幅度為120mv的正弦波。3.2 調(diào)制器參數(shù)：因為中頻比外來信號頻率低且固定不變，中頻放大器容易獲得比較大的增益，從而提高收音機的靈敏度。在較低而又固定的中頻上，還可以用較復雜的回路系統(tǒng)或濾波器進行選頻。它們具有接近理想矩形的選擇性曲線，因此有較高的鄰道選擇性。如果器件僅實現(xiàn)變頻，振蕩信號由其它器件產(chǎn)生則稱之為混頻器。(a)原理電路(b)等效電路四個二極管組成平衡電路如上圖所示，構(gòu)成的二極管環(huán)形混頻電路中，各二極管均工作在受參考信號控制的開

7、關(guān)的狀態(tài)，它是另一類開關(guān)工作的乘法器。 二極管環(huán)形混頻器產(chǎn)品已形成完整的系列，它用保證二極管開關(guān)工作所需本振功率電平的高低進行分類，其中常用的是 Level 7，Level 17，Level 23三種系列，它們所需的本振功率分別為7dBm(5mW)，17dBm(50mW)和23dBm(200mW)，顯然，本振功率電平越高，相應的1dB壓縮電平也就越高，混頻器的動態(tài)范圍也就越大。對應于上述三種系列，1dB壓縮電平所對應的最大輸入信號功率分別為1dBm(1.25mW)、10dBm(10mW)、15dBm(32mW) 。 二極管環(huán)形混頻器具有工作頻帶寬（從幾十千赫到幾千兆赫）、噪聲系數(shù)低（約6dB）

8、、混頻失真小、動態(tài)范圍大等優(yōu)點。 二極管環(huán)形混頻器的主要缺點是沒有混頻增益，端口之間的隔離度較低，其中L端口到R端口的隔離度一般小于40dB，且隨著工作頻率的提高而下降。實驗表明，工作頻率提高一倍，隔離度下降5dB。3.3帶通濾波器參數(shù)：多環(huán)有源帶通濾波器特性參數(shù)如下G=1R5R7(1+C2C3) W=21R7C3C2(1R5+1R6) =1Q=12R1R+1R(2CC+2CC) 設(shè)計條件：G，W，設(shè)G=4，=0.5，W= 2*105（這時f=100KHz）選擇參數(shù)：C=C=C設(shè)計計算： Q=1R=1GCR=1（21 2-G）CR=2oC由以上公式可得C=C=100nF R=R100 R100

9、0解調(diào)電路的乘法器與調(diào)制電路的乘法器一樣，但是這時的解調(diào)過程中需要一個與載波同同相的的相干波。3.4低通濾波器參=1RC 5KHz由公式可得；R=R=10 C=C=10uF第4章 電路工作原理及設(shè)計說明4.1 DSB信號的表達式、帶寬    在幅度調(diào)制的一般模型中，若假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)（1），調(diào)制信號中無直流分量，則 輸出的已調(diào)信號就是無載波分量的，或稱抑制載波雙邊帶（DSB-SC）調(diào)制信號，簡稱雙邊帶（DSB）信號。DSB調(diào)制器模型如圖1-1所示?？梢奃SB信號實質(zhì)上就是基帶信號與載波直接相乘，其時域和頻域表示式分別為圖1-1DSB調(diào)制器模型DSB信號的包絡(luò)不

10、再與成正比，故不能進行包絡(luò)檢波，需采用相干解調(diào)；除不再含有載頻分量離散譜外，DSB信號的頻譜與AM信號的完全相同，仍由上下對稱的兩個邊帶組成。故DSB信號是不帶載波的雙邊帶信號，它的帶寬與AM信號相同，也為基帶信號帶寬的兩倍， 即 式中，為調(diào)制信號帶寬，為調(diào)制信號的最高頻率。4.2 SSB信號的產(chǎn)生及設(shè)計由于DSB信號的上、下兩個邊帶是完全對稱的，皆攜帶了調(diào)制信號的全部信息，因此，從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜紤]，僅傳輸其中一個邊帶就夠了。這就又演變出另一種新的調(diào)制方式單邊帶調(diào)制（SSB）。產(chǎn)生SSB信號的方法很多，其中最基本的方法有濾波法和相移法。本課設(shè)我采用的是濾波法。用濾波法實現(xiàn)單邊帶調(diào)

11、制的原理圖如圖3-9所示，圖中的為單邊帶濾波器。產(chǎn)生SSB信號最直觀方法的是，將設(shè)計成具有理想高通特性或理想低通特性的單邊帶濾波器，從而只讓所需的一個邊帶通過，而濾除另一個邊帶。產(chǎn)生上邊帶信號時即為，產(chǎn)生下邊帶信號時即為。圖1-2 SSB信號的濾波法產(chǎn)生顯然，SSB信號的頻譜可表示為原理框圖簡潔、直觀，但存在的一個重要問題是單邊帶濾波器不易制作。這是因為，理想特性的濾波器是不可能做到的，實際濾波器從通帶到阻帶總有一個過渡帶。濾波器的實現(xiàn)難度與過渡帶相對于載頻的歸一化值有關(guān)，過渡帶的歸一化值愈小，分割上、下邊帶就愈難實現(xiàn)。而一般調(diào)制信號都具有豐富的低頻成分，經(jīng)過調(diào)制后得到的DSB信號的上、下邊帶

12、之間的間隔很窄，要想通過一個邊帶而濾除另一個，要求單邊帶濾波器在附近具有陡峭的截止特性即很小的過渡帶，這就使得濾波器的設(shè)計與制作很困難，有時甚至難以實現(xiàn)。為此，實際中往往采用多級調(diào)制的辦法，目的在于降低每一級的過渡帶歸一化值，減小實現(xiàn)難度。從SSB信號調(diào)制原理圖中可以清楚地看出，SSB信號的頻譜是DSB信號頻譜的一個邊帶，其帶寬為DSB信號的一半，與基帶信號帶寬相同，即     式中，為調(diào)制信號帶寬，為調(diào)制信號的最高頻率。由于僅包含一個邊帶，因此SSB信號的功率為DSB信號的一半，即      

13、                    顯然，因SSB信號不含有載波成分，單邊帶幅度調(diào)制的效率也為100%。4.3 SSB信號的解調(diào)      從SSB信號調(diào)制原理圖中不難看出，SSB信號的包絡(luò)不再與調(diào)制信號成正比，因此SSB信號的解調(diào)也不能采用簡單的包絡(luò)檢波，如圖1-3所示 圖1-3 SSB相干解調(diào) 此時，乘法器輸出   經(jīng)低通濾波后的解調(diào)輸出為 

14、;       綜上所述，單邊帶幅度調(diào)制的好處是，節(jié)省了載波發(fā)射功率，調(diào)制效率高；頻帶寬度只有雙邊帶的一半，頻帶利用率提高一倍。缺點是單邊帶濾波器實現(xiàn)難度大。4.4 調(diào)制過程設(shè)計 將載波和調(diào)制信號作為輸入，得到的輸出信號為已調(diào)波，這種電路稱為調(diào)制器。平衡調(diào)制器產(chǎn)生抑制載波的雙邊帶（DSB）信號或單邊帶（SSB）信號，在通信系統(tǒng)中得到了廣泛應用。圖1-4是雙平衡調(diào)制器的原理圖，它由4個二極管和變壓器構(gòu)成。輸入信號為調(diào)制信號 和載波信號。這樣載波信號的正負控制著二極管的導通和截止。當載波信號為正半周時，二極管D1和D2導通，反之截止，當載

15、波信號為負半周時，二極管D3和 D4導通，反之則截止。帶通濾波器設(shè)計 帶通濾波器是一個允許特定頻段的波通過同時屏蔽其他頻段的設(shè)備 比如RC 振蕩回路就是一個模擬帶通濾波器。一個理想的帶通濾波器應該有平穩(wěn)的通帶(允許通過的頻帶)，同時限制所有通帶外頻率的波通過。但是實際上，沒有真正意義的理想帶通濾波器。真實的濾波器無法完全過濾掉所設(shè)計的通帶之外的頻率信號，在理想通帶邊界有一部分頻率衰減的區(qū)域，不能完全過濾，這一曲線被稱做滾降斜率(rollof)。滾降斜率通常用dB度量來表示頻率的衰減程度。一般情況下，濾波器的設(shè)計就是把這一衰減區(qū)域做的盡可能的窄，以便該濾波器能最大限度接近完美通帶的設(shè)計。帶通濾波

16、器的中心頻率f0和帶寬BW 之間的關(guān)系為： Q=fBW=ff-f f=2f-f帶通濾波器的電路形式有很多，這里我采用的是無限增益多反饋環(huán)型濾波器。 4.5 解調(diào)過程解調(diào)是調(diào)制的逆過程，把有用的信號從高頻載波上解調(diào)出來。在解調(diào)過程中，我才用的是同步檢波法，關(guān)鍵在于產(chǎn)生一個與原載波同頻同相的同步信號 。解調(diào)過程電路圖如下：低通濾波器是一個通過低頻信號而衰減或抑制高頻載波的部件。低通濾波器如下： 第5章 實驗結(jié)果輸入信號如圖5-1：圖5-1載波如圖5-2：圖5-2輸出雙邊帶信號如圖5-3：圖5-3雙邊帶頻譜如圖5-4：圖5-4經(jīng)過帶通濾波器輸出頻譜：經(jīng)過同步檢波后輸出圖形如圖5-5：圖5-6SSB調(diào)

17、制解調(diào)實物電路圖如下：第6章 結(jié)果分析總電路圖5-6將調(diào)制信號及載波信號耦合到二極管雙平衡回路中，由于所選二極管導通電壓的影響，導致輸出的雙邊帶波有失真，這也是本課設(shè)需要改進的地方。經(jīng)過帶通濾波器進行濾除其中一邊帶，提高發(fā)射效率，從而能減小發(fā)射所需的功率。這也是單邊帶優(yōu)于雙邊帶的一個特點。它避免的相移法的設(shè)備復雜及成本消耗增加。用相乘法進行解調(diào)，解調(diào)輸出波形經(jīng)過低通濾波器，可得到調(diào)制信號。 解調(diào)時的關(guān)鍵是要產(chǎn)生一個與載波同頻同相的一個正弦波。這樣才能得到較好的輸出波形。實驗總結(jié)課程設(shè)計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體

18、訓練和考察過程。通過這次設(shè)計讓我們真正理解了生活中日常見到的電子的裝置的基本工作原理，認識到理論與實踐之間的差距，聯(lián)系實際的應用去理解知識比一大堆理論來的直接與清晰明了。在設(shè)計中難免會遇到很多學習中不會注意到的問題，比如說在調(diào)制中在取某些值后輸出是失真的波形，在設(shè)計開始并沒有想過會存在那樣多的問題，當著手時才發(fā)現(xiàn)要完成一個信號的調(diào)制與解調(diào)，在元器件、電路和取值都要有一部分的要求，科學是嚴謹?shù)?，這更讓我們一絲不茍起來。此次課程設(shè)計主要針對幅度調(diào)制解調(diào)電路提出自己的設(shè)計方案，并利用仿真軟件來實現(xiàn)自己的設(shè)計電路圖。設(shè)計中用到了信號發(fā)生器、雙平衡調(diào)制器、帶通濾波器、同步檢波器及低通濾波器等在高頻電子線

19、路課程中學到的知識。由于對所學電路不熟悉，導致在設(shè)計的過程中無法畫出正確的電路圖，算不出電路中元器件的參數(shù)，使得在設(shè)計過程中繞了許多彎路，做了許多的無用功。設(shè)計過程中查閱了大量的有關(guān)高頻電子線路設(shè)計的書籍，鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合的必要性，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在此次課設(shè)中，我學習了MultiSim仿真軟件的運用，我們通過動手實踐操作，進一步學習和掌握了有關(guān)高頻原理的知識，加深了對幅度調(diào)制技術(shù)的認識。在設(shè)計時我們根據(jù)課題要求，復習了相關(guān)知識，還查閱了相當多的資料，這也在一定程度上拓寬了我們的視野，豐富了我們的知識。這次的高頻課程設(shè)計重點是通過實踐操作和理論相結(jié)合，提高動手實踐能力，提高科學的思維能力，更在兩周的時間了解了更多的有關(guān)調(diào)幅的課程精髓。在此次課設(shè)中我還深刻的體會到了小組之間的合作精神的重要性，在設(shè)計過程和后期處理過程中都存在著繁重的工作壓力，數(shù)據(jù)的處理，仿真軟件的模擬等等，在此過程中如果沒有小組之間的團隊精神，個人很