通信電子線路研討1

1、北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院通信1303班仝欣通信電子線路實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 調(diào)幅及檢波指導(dǎo)教師:路勇學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)仝欣通信130313213029日期：2015年11月15日 成績(jī)：目錄（一）.實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)3（二）.實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容32.1.調(diào)制解調(diào)原理32.2.AM調(diào)制解調(diào)原理42.3.DSB調(diào)制解調(diào)原理52.4.SSB調(diào)制解調(diào)原理72.5.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容8（三）.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)方法83.1.信號(hào)的調(diào)制83.2.信號(hào)的解調(diào)14（四）.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析16三.研學(xué)感想18四.參考資料19振幅調(diào)制解調(diào)的研究（一）.實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)主要說明AM，DSB，SSB調(diào)制解調(diào)的基本技術(shù)，并分別在時(shí)域討論振幅調(diào)制與解調(diào)

2、的基本原理并介紹分析有關(guān)電路組成。其目的在于進(jìn)一步鞏固高頻、通信原理等相關(guān)專業(yè)課上所學(xué)關(guān)于頻率調(diào)制與解調(diào)等相關(guān)內(nèi)容，通過學(xué)習(xí)與掌握電路設(shè)計(jì)與仿真軟件的基礎(chǔ)上按要求設(shè)計(jì)一個(gè)通信電子線路并仿真，綜合所學(xué)知識(shí)進(jìn)行一次全面訓(xùn)練。1、熟悉模擬乘法器的特點(diǎn)與使用方法，掌握模擬乘法器調(diào)幅電路的基本工作原理；2、利用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅（AM）調(diào)制與解調(diào)，用MULTISM軟件進(jìn)行仿真，給出相應(yīng)波形；3、利用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB）調(diào)制與解調(diào)，用MULTISM軟件進(jìn)行仿真，給出相應(yīng)波形；4、利用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)抑制載波的單邊帶調(diào)幅（SSB）調(diào)制與解調(diào)，用MULTISM軟件進(jìn)行仿真，給出相應(yīng)波

3、形； 5、比較全調(diào)制調(diào)幅（AM Ma=1），抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB），抑制載波的單邊帶調(diào)幅（SSB）異同；（二）.實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容2.1.調(diào)制解調(diào)原理調(diào)制（modulation）就是對(duì)信號(hào)源的信息進(jìn)行處理加到載波上，使其變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)男问降倪^程，就是使載波隨信號(hào)而改變的技術(shù)。一般來說，信號(hào)源的信息（也稱為信源）含有直流分量和頻率較低的頻率分量，稱為基帶信號(hào)?；鶐盘?hào)往往不能作為傳輸信號(hào)，因此必須把基帶信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)相對(duì)基帶頻率而言頻率非常高的信號(hào)以適合于信道傳輸。這個(gè)信號(hào)叫做已調(diào)信號(hào)，而基帶信號(hào)叫做調(diào)制信號(hào)。調(diào)制是通過改變高頻載波即消息的載體信號(hào)的幅度、相位或者頻率，使其隨著基帶信號(hào)

4、幅度的變化而變化來實(shí)現(xiàn)的。而解調(diào)則是將基帶信號(hào)從載波中提取出來以便預(yù)定的接收者（也稱為信宿）處理和理解的過程。最常用的模擬調(diào)制方式是用正弦波作為載波的調(diào)幅(AM)、調(diào)頻(FM)、調(diào)相 (PM)三種。振幅調(diào)制方式是用傳遞的低頻信號(hào)去控制作為傳送載體的高頻振蕩波（稱為載波）的幅度，是已調(diào)波的幅度隨調(diào)制信號(hào)的大小線性變化，而保持載波的角頻率不變。在振幅調(diào)制中，根據(jù)所輸出已調(diào)波信號(hào)頻譜分量的不同，分為普通調(diào)幅（AM）、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB）、抑制載波的單邊帶調(diào)幅（SSB）等。AM的載波振幅隨調(diào)制信號(hào)大小線性變化；DSB是在普通調(diào)幅的基礎(chǔ)上抑制掉不攜帶有用信息的載波，保留攜帶有用信息的兩個(gè)邊帶；

5、SSB是在雙邊帶調(diào)幅的基礎(chǔ)上，去掉一個(gè)邊帶，只傳輸一個(gè)邊帶的調(diào)制方式。它們的主要區(qū)別是產(chǎn)生的方法和頻譜的結(jié)構(gòu)不同。解調(diào)是調(diào)制的逆過程。調(diào)制方式不同，解調(diào)方法也不一樣。與調(diào)制的分類相對(duì)應(yīng)，解調(diào)可分為正弦波解調(diào)（有時(shí)也稱為連續(xù)波解調(diào)）和脈沖波解調(diào)。正弦波解調(diào)還可再分為幅度解調(diào)、頻率解調(diào)和相位解調(diào)，此外還有一些變種如單邊帶信號(hào)解調(diào)、殘留邊帶信號(hào)解調(diào)等。同樣，脈沖波解調(diào)也可分為脈沖幅度解調(diào)、脈沖相位解調(diào)、脈沖寬度解調(diào)和脈沖編碼解調(diào)等。2.2.AM調(diào)制解調(diào)原理2.2.1調(diào)制原理AM信號(hào)是載波信號(hào)振幅在Vm0上下按輸入調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化的一種調(diào)幅信號(hào)，表達(dá)式如下：u(t)=UC+kU(t)coswct （式

6、1）由表達(dá)式可知可以看成是一直流電壓加低頻調(diào)制信號(hào)，再與高頻載波信號(hào)相乘。如圖所示低通通通低通若調(diào)制信號(hào)為:u=Ucost載波信號(hào)為: uC(t)=UCcoswct調(diào)幅波(已調(diào)波)的表示式為: u(t)=UC+kU(t)coswct =Uc(1+macost)coswct （式2）其中ma=kU/Uc，稱調(diào)幅系數(shù)或調(diào)幅度。調(diào)幅波的表示式表明：（1）調(diào)幅波的頻率為載波的頻率。（2）調(diào)幅波的幅值隨調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律而變。2.2.2.解調(diào)原理AM一般采用峰值包絡(luò)檢波方法，利用圖1-3所示電路可以達(dá)到峰值包絡(luò)檢波的目的。2.3.DSB調(diào)制解調(diào)原理2.3.1.調(diào)制原理抑制掉調(diào)幅信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)中無用的載頻分

7、量，僅傳輸兩個(gè)邊頻的調(diào)制方式稱為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB），表達(dá)式為U(t) =kUc(t)UW(t)（式3）由表達(dá)式可知，看成是調(diào)制信號(hào)直接與載波信號(hào)相乘，沒有直流分量。DSB調(diào)制波表達(dá)式為：U(t) =kUc(t)UW(t)=kUcUWcoswctcosWt=kUcUW cos(wc+W)t+cos(wc-W)t/2 （式4）雙邊帶在調(diào)制信號(hào)相位變化時(shí)，其高頻振蕩相位要發(fā)生突變2.3.2.解調(diào)原理雙邊帶由于失去載波，其包絡(luò)線不能完全反映調(diào)制信號(hào)的實(shí)際變化規(guī)律。使解調(diào)困難。所以我們一般使用乘積檢波即同步檢波方式。輸入DSB信號(hào)：Ui=UIcoswCtcosWt本振信號(hào)：U1=U1cos(

8、wC+Dw)t+f 濾除U2=kUiU1= kUIU1cosWt cos(Dwt+f)+ cos(2wC+Dw)t+f/2經(jīng)過濾波后得到UL= kUIU1cosWt cos(Dwt+f) /2 （式5）2.4.SSB調(diào)制解調(diào)原理2.4.1.調(diào)制原理因?yàn)檫咁l中，任何一個(gè)邊頻已包含了調(diào)制信號(hào)的全部信息，所以為了節(jié)省頻帶，可進(jìn)一步抑制掉其中一個(gè)邊帶，而只發(fā)送一個(gè)邊頻，這就是SSB。它的表示式為：U(t)= kUcUW cos(wc-)t （式6）由表達(dá)式可知在DSB調(diào)制基礎(chǔ)上加一帶通濾波器，濾去其中一個(gè)邊帶。產(chǎn)生單邊帶振幅調(diào)制SSB信號(hào)的方法有濾波法與移相法。濾波法一般采用多次平衡調(diào)幅和濾波，逐步將

9、載頻提高到要求的數(shù)值。濾波法所需設(shè)備復(fù)雜，但由于其性能穩(wěn)定可靠，是目前常用的標(biāo)準(zhǔn)形式。移相法是利用移相網(wǎng)絡(luò)，對(duì)載波和調(diào)制信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)南嘁疲员阍谙嗉舆^程中將其中的一個(gè)邊帶抵消而獲得SSB信號(hào)。移相法的優(yōu)點(diǎn)是無需多次調(diào)制與復(fù)雜的濾波器，缺點(diǎn)是不容易在調(diào)制信號(hào)整個(gè)頻帶范圍內(nèi)都保證90°相移。可知它的波形表達(dá)式為:U(t)=Umcos(wc+)t= kUcUW cos(wc+)t （式7）從上圖看，單頻時(shí)的SSB信號(hào)仍是等幅波，但它與原載波電壓是不同的。SSB信號(hào)的振幅和調(diào)制信號(hào)的幅度成正比，它的頻率隨著調(diào)制信號(hào)頻率的不同而不同，因此它含有消息特征。單邊帶信號(hào)的包絡(luò)與載波信號(hào)的包絡(luò)形狀相

10、同，在單頻調(diào)制時(shí)，它們的包絡(luò)都是一個(gè)常數(shù)，我們無法直接從SSB條幅信號(hào)的包絡(luò)中提取出調(diào)制信號(hào)信息。2.4.2.解調(diào)原理解調(diào)原理和DSB完全相同。2.5.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、利用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅（AM）調(diào)制與解調(diào)，用MULTISM軟件進(jìn)行仿真，給出相應(yīng)波形；2、利用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB）調(diào)制與解調(diào)，用MULTISM軟件進(jìn)行仿真，給出相應(yīng)波形；3、利用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)抑制載波的單邊帶調(diào)幅（SSB）調(diào)制與解調(diào)，用MULTISM軟件進(jìn)行仿真，給出相應(yīng)波形； 4、比較全調(diào)制調(diào)幅（AM Ma=1），抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB），抑制載波的單邊帶調(diào)幅（SSB）調(diào)制和解調(diào)的異同。（三）.實(shí)

11、驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)方法本實(shí)驗(yàn)采用MULTISM軟件仿真及調(diào)試，采用MULTISM提供的模擬乘法器符號(hào)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理畫出電路圖并利用示波器模擬輸出波形，實(shí)現(xiàn)了AM，DSB,SSB的調(diào)制和解調(diào)功能，觀察輸出波形并進(jìn)行對(duì)比比較，總結(jié)異同點(diǎn)。并且我的仿真全部采用調(diào)制信號(hào)頻率500Hz，載波信號(hào)頻率10kHz3.1.信號(hào)的調(diào)制3.1.1.AM調(diào)制普通調(diào)幅AM調(diào)制的仿真電路圖如下圖：乘法器兩個(gè)輸入端分別為調(diào)制信號(hào)：u=Ucost+UC 在調(diào)制信號(hào)中還使用了加法器，載波信號(hào)為:uC(t)=UCcoswc，將乘法器的輸出端接到示波器上方便觀察輸出波形Multisim仿真電路窗口中創(chuàng)建如圖所示的由乘法器(K=0.2)

12、組成的普通調(diào)幅(AM)電路，在該電路中，直流電壓源(圖中)和低頻調(diào)制信號(hào)(圖中)分別加到乘法器A1的Y輸入端口，高頻載波信號(hào)電壓(圖中)。將示波器1的A、B通道分別加到乘法器的Y輸入端口、模擬加法器的輸出端口，其構(gòu)成如圖所示。調(diào)制信號(hào)電壓的幅值改為4V，則調(diào)指數(shù)=1，這時(shí)電路輸出的曲線的包絡(luò)恰好為調(diào)幅曲線。當(dāng)調(diào)幅指數(shù)Ma<1，即輸入調(diào)制信號(hào)的幅值小于輸入直流信號(hào)，包絡(luò)波形無失真；高頻載波信號(hào)的振幅隨著調(diào)制信號(hào)的振幅規(guī)律變化，即已調(diào)信號(hào)的振幅在調(diào)制信號(hào)的上下按輸入調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化。調(diào)幅電路組成模型中的模擬乘法器對(duì)和實(shí)現(xiàn)相乘運(yùn)算得結(jié)果，反映在波形上是將不失真地轉(zhuǎn)移到載波信號(hào)振幅上。其仿真結(jié)果

13、見仿真示波器顯示波形，如圖所示。調(diào)制信號(hào)電壓的幅值增大至大于輸入直流信號(hào)，則此時(shí)調(diào)指數(shù)Ma>1,可以發(fā)現(xiàn)已調(diào)波的包絡(luò)形狀與調(diào)制信號(hào)不一樣，產(chǎn)生了嚴(yán)重的包絡(luò)失真，出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡量避免。其仿真結(jié)果見仿真示波器顯示波形，如圖所示。3.1.2.DSB調(diào)制DSB調(diào)制和AM調(diào)制的電路圖相同，只是將輸入直流信號(hào)設(shè)為0。仿真電路圖如下圖。調(diào)制信號(hào)載波信號(hào)DSB仿真電路的輸出波形見仿真示波器顯示波形，如下圖所示：3.1.3.SSB調(diào)制利用移相法實(shí)現(xiàn)SSB調(diào)制。移相法是利用移相網(wǎng)絡(luò)，對(duì)載波和調(diào)制信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)南嘁疲员阍谙嗉舆^程中將其中的一個(gè)邊帶抵消而獲得SSB信號(hào)。移相法的優(yōu)點(diǎn)是無需多次

14、調(diào)制與復(fù)雜的濾波器，缺點(diǎn)是不容易在調(diào)制信號(hào)整個(gè)頻帶范圍內(nèi)都保證90°相移。由移相法的原理圖可知輸入和兩個(gè)信號(hào)相乘并加上90度相移后的和兩者的乘積則可得到SSB調(diào)制后的信號(hào)。根據(jù)原理圖搭建電路如圖所示，V3和V4分別為V1和V2相移90度之后的信號(hào)。SSB仿真電路的輸出波形見仿真示波器顯示波形，如下圖所示：由上圖的波形可以看出SSB調(diào)制的輸出已調(diào)波的包絡(luò)不隨調(diào)制信號(hào)的振幅變化而變化，我們無法直接從SSB條幅信號(hào)的包絡(luò)中提取出調(diào)制信號(hào)信息。除了移相法產(chǎn)生單邊帶振幅調(diào)制SSB信號(hào)的方法還有濾波法。濾波法一般采用多次平衡調(diào)幅和濾波，逐步將載頻提高到要求的數(shù)值，需多次調(diào)制與復(fù)雜的濾波器。3.2

15、.信號(hào)的解調(diào)解調(diào)是調(diào)制的逆過程。調(diào)幅波的解調(diào)又叫振幅檢波，簡(jiǎn)稱檢波。完成檢波作用的電路稱為檢波器，它的作用是從振幅調(diào)制信號(hào)中不失真地檢出調(diào)制信號(hào)來。檢波的方式有多種，如平法律檢波、峰值包絡(luò)檢波、乘積檢波等。前兩種適用于解調(diào)普通調(diào)幅波，而乘積檢波既可解調(diào)普通調(diào)幅波，也可解調(diào)DSB及SSB信號(hào)。對(duì)于普通調(diào)幅信號(hào)來說，它的載波分量未被抑制掉，可以直接利用非線性器件實(shí)現(xiàn)相乘作用，得到所需的解調(diào)電壓，而不必另加同步信號(hào)。3.2.1.AM包絡(luò)檢波正常檢波通常利用二極管電容電阻構(gòu)成的檢波電路來對(duì)AM波進(jìn)行峰值包絡(luò)檢波。在AM調(diào)制的電路圖乘法器后面接一個(gè)峰值包絡(luò)檢波電路就可以將調(diào)制過的信號(hào)解調(diào)出來了。具體工作

16、原理是輸入信號(hào)Ui通過D給C充電，t充=RdC很小，輸出電壓UL很快接近輸入信號(hào)的峰值，并對(duì)D形成反壓，當(dāng)UL>Ui時(shí)：D截止，電容上的電壓放電，t放=RLC。只有Ui>UL時(shí)，才有電流id，其幅度與包絡(luò)幅度相對(duì)應(yīng)；UL為鋸齒波型，它與 Ui 的包絡(luò)形狀基本一致；UL重現(xiàn)調(diào)制信號(hào)包絡(luò)線形狀，從而完成峰包檢波。AM峰值包絡(luò)檢波的電路原理圖如調(diào)幅電路所示。解調(diào)調(diào)幅波時(shí)，二級(jí)管總是在輸入信號(hào)的每個(gè)周期的峰值附近到導(dǎo)通，因此輸出電壓與輸入信號(hào)包絡(luò)相同。二極管電流的平均分量流過電阻R形成檢波輸出，而高頻分量被電容C濾掉。下圖即為調(diào)制波形和解調(diào)輸出波形。3.2.1.AM包絡(luò)檢波失真情況由于在檢

17、波時(shí)候會(huì)出現(xiàn)失真情況，峰值包絡(luò)檢波會(huì)出現(xiàn)比如對(duì)角切割失真、底部切割失真、檢波器頻率失真等失真的情況，所以就這些失真情況作一個(gè)仿真總結(jié)。（1）惰性失真（仿真方案：將所有R全部調(diào)很大）引起原因：它主要是由于RlC太大引起的。適當(dāng)提高RlC有利于濾除高頻成分；但如太大，將因放電時(shí)間過長(zhǎng)面跟不上包絡(luò)的變化，而產(chǎn)生惰性失真。在二級(jí)管截止期間，電容C兩端電壓下降的速度取決于RC的時(shí)常數(shù)，如果電容放電速度過慢，使得輸出電壓不能跟隨輸入信號(hào)包絡(luò)下降的速度，那么檢波輸出將與輸入信號(hào)包絡(luò)不一樣，產(chǎn)生失真。這種由于RC時(shí)間常數(shù)過大而引起的失真稱為惰性失真或者對(duì)角切割失真。如圖。（2）底部切割失真產(chǎn)生這種失真是因?yàn)榻?/p>

18、直流負(fù)載不同引起的。要避免底邊切割失真，一定要設(shè)法增大交流阻抗和直流阻抗的比值。由上面三圖可得如下結(jié)論：當(dāng)用二極管包絡(luò)檢波法解調(diào)普通調(diào)幅波時(shí)，要選擇合適的電路參數(shù)。（四）.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析由上面的仿真波形對(duì)比可以得到一些有用的結(jié)論：AM調(diào)制的特點(diǎn)：AM調(diào)制即為對(duì)信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制，高頻載波信號(hào)的振幅隨著調(diào)制信號(hào)的振幅規(guī)律變化，即已調(diào)信號(hào)的振幅在調(diào)制信號(hào)的上下按輸入調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化。調(diào)制過程中有一個(gè)特殊的參數(shù)就是調(diào)幅指數(shù)Ma，當(dāng)調(diào)幅指數(shù)Ma<1，即輸入調(diào)制信號(hào)的幅值小于輸入直流信號(hào)時(shí)，包絡(luò)波形無失真；當(dāng)Ma=1時(shí)稱為全調(diào)制，即輸入載波信號(hào)的峰值和輸入直流信號(hào)相等，這時(shí)電路輸出的曲線的包絡(luò)幾乎恰好

19、為調(diào)制信號(hào)曲線；當(dāng)調(diào)指數(shù)Ma>1,即調(diào)制信號(hào)電壓的幅值增大至大于輸入直流信號(hào)，可以發(fā)現(xiàn)已調(diào)波的包絡(luò)形狀與調(diào)制信號(hào)不一樣，產(chǎn)生了嚴(yán)重的包絡(luò)失真，出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象。所以為了保證已調(diào)波的包絡(luò)真實(shí)地反映出調(diào)制信號(hào)的化規(guī)律，避免產(chǎn)生過調(diào)失真，要求調(diào)制系數(shù)Ma必滿足0<Ma<1。AM解調(diào)的特點(diǎn)：通常利用二極管電容電阻構(gòu)成的檢波電路來對(duì)AM波進(jìn)行峰值包絡(luò)檢波。但是在檢波時(shí)候會(huì)出現(xiàn)失真情況，峰值包絡(luò)檢波會(huì)出現(xiàn)比如對(duì)角切割失真、底部切割失真、檢波器頻率失真等失真的情況。并且在解調(diào)結(jié)果不是特別理想。所以當(dāng)用二極管包絡(luò)檢波法解調(diào)普通調(diào)幅波時(shí)，要選擇合適的電路參數(shù)，如選擇合適的R、C等。DSB調(diào)制的特

20、點(diǎn)：調(diào)制的結(jié)果和AM調(diào)制時(shí)Ma=1的結(jié)果比較類似。輸出的曲線包絡(luò)是為調(diào)制信號(hào)的曲線。DSB解調(diào)的特點(diǎn)：解調(diào)效果很好，近乎完全解調(diào)好信號(hào)，失真很小。SSB調(diào)制的特點(diǎn)：發(fā)現(xiàn)SSB調(diào)制之后的包絡(luò)都是一個(gè)常數(shù)，不隨調(diào)制信號(hào)的振幅變化而變化，我們無法直接從SSB調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)中提取出調(diào)制信號(hào)信息。SSB解調(diào)的特點(diǎn)：解調(diào)的效果也比較理想，失真比較小。AM全調(diào)制和DSB調(diào)制和解調(diào)的對(duì)比：AM調(diào)制中的高頻載波信號(hào)的振幅隨著調(diào)制信號(hào)的振幅規(guī)律變化，已調(diào)波的包絡(luò)攜帶調(diào)制信號(hào)信息，AM全調(diào)制波的頻譜里有載波分量，而且它的功率里，載波功率至少占到2/3（Ma=1，全調(diào)制時(shí)），即有用功率最多占1/3，效率較低，；DSB調(diào)制是在普通調(diào)幅的基礎(chǔ)上抑制掉不攜帶有用信息的載波，保留攜