高頻課設(shè)- 單邊帶信號(hào)濾波器設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 單邊帶信號(hào)濾波器設(shè)計(jì) 初始條件： 調(diào)制信號(hào)頻率1kHz 載波頻率100kHz 要求完成的主要任務(wù): 1.要求：用WEB仿真，能夠觀察輸入輸出波形。 參 數(shù)自定。相移法（單邊帶）. 熟悉EWB仿真操作系統(tǒng)，及高頻電子 線路課程 . 按照要求設(shè)計(jì)電路，計(jì)算電路的參數(shù)，完成課程設(shè)計(jì)。 參考書：1、高頻電子線路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)楊翠娥，哈爾濱工程大學(xué)出版社 2、高頻電路設(shè)計(jì)與制作，何中庸譯，科學(xué)出版社 3、模擬電子線路 謝沅清 ，成都電子科大出版社 4、高頻電子線路第四版 張肅文，高教出版社 5、高頻電子線路輔導(dǎo) 曾興雯

2、 陳健 劉乃安，西安電子科大出版社 時(shí)間安排：1、理論講解，老師布置課程設(shè)計(jì)題目，學(xué)生根據(jù)選題開始查找資料；2、 課程設(shè)計(jì)時(shí)間為1周。 （1）確定技術(shù)方案、電路，并進(jìn)行分析計(jì)算， 時(shí)間1天； （2）選擇元器件、安裝與調(diào)試，或仿真設(shè)計(jì)與分析，時(shí)間2天； （3）總結(jié)結(jié)果，寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告，時(shí)間2天。指導(dǎo)教師簽名： 2010年 12月1 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日 摘要本課程設(shè)計(jì)在功能上實(shí)現(xiàn)了單邊帶濾波器法。與標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制相比,單邊帶調(diào)制（SSB）對(duì)于頻譜和輸出功率的利用率更高，單邊帶調(diào)制,就是通過某種辦法,只傳送一個(gè)邊帶的調(diào)制方法。單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生,通常采用濾波法和相移法兩種。本課程

3、設(shè)計(jì)采用濾波法。This course is designed to achieve the function of a single sideband filter method. Compared with the standard amplitude modulation, single sideband modulation (SSB) for the utilization of spectrum and higher output power, single sideband modulation, that is, by some way, send only one sideb

4、and modulation method. SSB signal generation, commonly used filter and phase shift method two. This course is designed using filter. 目錄1 濾波器法總體方案設(shè)計(jì)21.1單邊帶信號(hào)濾波器法的原理方案21.2 單邊帶信號(hào)濾波器法總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析32 單邊帶信號(hào)濾波器法單元電路的設(shè)計(jì)和整體電路實(shí)現(xiàn)52.1 平衡調(diào)幅器的電路設(shè)計(jì)52.2帶通濾波器的電路設(shè)計(jì)62.3單邊帶信號(hào)濾波器法的放大器電路設(shè)計(jì)62.4單邊帶信號(hào)濾波器法整體電路與分析83 單邊帶信號(hào)濾波器法的仿

5、真93.1單邊帶信號(hào)濾波器法的仿真輸入波形圖93.1.1 輸入載波信號(hào)：93.1.2 輸入調(diào)制信號(hào)：103.2單邊帶信號(hào)濾波器法的仿真輸出波形圖113.3 電路仿真結(jié)果分析113.5電路性能分析134 設(shè)計(jì)總結(jié)145 參考文獻(xiàn)15附錄： 器件清單15 單邊帶信號(hào)濾波器設(shè)計(jì) 1 濾波器法總體方案設(shè)計(jì)1.1單邊帶信號(hào)濾波器法的原理方案與標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制相比,單邊帶調(diào)制（SSB）對(duì)于頻譜和輸出功率的利用率更高。盡管很少用于數(shù)據(jù)傳送,SSB仍廣泛地用于HF和VHF低端的語音通訊。雙邊帶調(diào)制信號(hào)包含有兩個(gè)完全相同的基帶信號(hào),即上、下邊帶。由于兩個(gè)邊帶含的信息相同,因而從信息傳輸角度考慮,傳送一個(gè)邊帶同樣可以

6、達(dá)到信息傳輸?shù)哪康?。單邊帶調(diào)制,就是通過某種辦法,只傳送一個(gè)邊帶的調(diào)制方法。單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生,通常采用濾波法和相移法兩種。本課程設(shè)計(jì)采用濾波法所謂濾波法,是對(duì)雙邊帶信號(hào)利用網(wǎng)絡(luò)濾出單邊帶信號(hào), 因?yàn)?一般的m(t)具有豐富的低頻成分,因而要求濾波器的截止特性極為陡峭才行。這就給實(shí)際制作帶來困難,尤其是截止特性陡峭的高頻網(wǎng)絡(luò)更難制作。因此,在實(shí)際中,往往采用多次頻移及多次濾濾的辦法來實(shí)現(xiàn)。用濾波法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制，是分雙邊帶信號(hào)形成和無用邊帶抑制兩步完成的。雙邊帶信號(hào)由平衡調(diào)制器形成。由于調(diào)制器的平衡作用，載頻電平被抑制到很低。對(duì)無用邊帶的抑制，是由緊跟在平衡調(diào)制器后面的邊帶濾波器完成的。邊帶濾波

7、器是一帶通濾波器，若下邊帶為無用邊帶，則恰當(dāng)?shù)剡x擇其中心頻率和通帶寬度，讓上邊帶信號(hào)通過而抑制下邊帶。當(dāng)需要形成多路獨(dú)立邊帶信號(hào)時(shí)，就需要有相應(yīng)數(shù)目的單邊帶信號(hào)產(chǎn)生器，它們具有不同的載頻和不同中心頻率的邊帶濾波器。然后把這些占有不同頻段的單邊帶信號(hào)線性相加，便可得到多路獨(dú)立邊帶信號(hào)。 傳輸帶寬不會(huì)大于消息帶寬，為調(diào)幅的一半；載頻被抑制（在調(diào)幅中，調(diào)制指數(shù)m=1時(shí),發(fā)射功率的三分之二集中在不帶消息的載頻上）。這不僅節(jié)省了功率，而且大大減小了電臺(tái)相互間的干擾。此外，單邊帶傳輸受傳播中頻率選擇性衰落的影響也較調(diào)幅為小，而且沒有門限效應(yīng)等。這些優(yōu)點(diǎn)就使單邊帶技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了短波通信的范圍。 單邊帶

8、技術(shù)要求有很高的系統(tǒng)頻率精度。對(duì)于傳輸話音信號(hào)，若只要求級(jí)單字清晰度，則系統(tǒng)頻率誤差小于±100赫就已足夠；若要反映較好的自然度,則系統(tǒng)頻率誤差應(yīng)小于±20赫。對(duì)于傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)，則要求有更高的頻率精度,通常頻率誤差不允許超過2赫。過高的頻率精度要求，會(huì)限制單邊帶調(diào)制在廣播業(yè)務(wù)中的應(yīng)用。此外，單邊帶調(diào)制不能處理比較低的基帶頻帶，在處理過程中必然帶來時(shí)間延遲，這些缺點(diǎn)在一定程度上也影響單邊帶技術(shù)的應(yīng)用。1.2 單邊帶信號(hào)濾波器法總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析單邊帶信號(hào)濾波器法原理方框圖如下： 這種方法對(duì)濾波器的要求很高，而且由于載波頻率不能太高，要將逐步提高到所需要的工作頻率上，就需要

9、經(jīng)過多次的平衡調(diào)幅與濾波，下面的方框圖就是經(jīng)過了多次平衡調(diào)幅與濾波的方框圖。 圖中，第一平衡調(diào)幅器（BM1）輸出的兩個(gè)邊帶被第一濾波器（1）將下邊帶濾除，因此上邊帶（f1+F）成為第二平衡調(diào)幅器（BM2）的調(diào)制頻率。這樣f2雖然可以遠(yuǎn)比f1高，但BM2輸出的兩個(gè)頻帶相距為2（f1+F），它與f2的比值2（f1+F）/ f2仍然足夠大，因而容易有第二濾波器（2）濾去一個(gè)邊帶，只讓（f1+ f2+F）通過，作為BM3的調(diào)制信號(hào)。以下依此類推，即可將載波頻率提高到預(yù)期值。2 單邊帶信號(hào)濾波器法單元電路的設(shè)計(jì)和整體電路實(shí)現(xiàn)2.1 平衡調(diào)幅器的電路設(shè)計(jì) 上圖中：（1） 式中（2）將與的表達(dá)式代入式（1）

10、中，參考上圖所示的電流與電壓正方向，即可求得輸出電壓為 （3）由式（3）可知，輸出中沒有載波分量，只有上下邊帶（）與調(diào)制信號(hào)頻率（可用濾波器濾掉）。亦平衡調(diào)幅器的輸出是載波被抑制的雙邊帶。從平衡調(diào)幅器獲得被抑制的雙邊帶后，在設(shè)法濾去一條邊帶，即可獲得單邊帶輸出。2.2帶通濾波器的電路設(shè)計(jì)帶通是讓某一個(gè)范圍的頻率通過，濾除其余頻率。如高通濾波器+低通濾波器可組成帶通濾波器。它大體分為模擬帶通濾波器和數(shù)字帶通濾波器. 本課程設(shè)計(jì)采用的是模擬帶通濾波器模擬帶通濾波器一般是用電路元件(如電阻、電容、電感)來構(gòu)成我們所需要的頻率特性電路。模擬帶通濾波器的原理是通過對(duì)電容、電阻和電感參數(shù)的配置，使得模擬濾

11、波器對(duì)基波呈現(xiàn)很小的阻抗，而對(duì)諧波呈現(xiàn)很大的阻抗，這樣當(dāng)負(fù)載電流信號(hào)通過該模擬帶通濾波器的時(shí)候就可以把基波信號(hào)提取出來。上圖就是一個(gè)簡易的帶通濾波器。2.3單邊帶信號(hào)濾波器法的放大器電路設(shè)計(jì) 上圖為高頻功率放大起的基本電路。晶體管的集電極耗散功率在任何時(shí)間總是等于瞬時(shí)集電極電壓與瞬時(shí)集電極電流的乘積。根據(jù)能量守恒定律有；集電極效率當(dāng)由20%提高到75%時(shí)，輸出功率提高12倍2.4單邊帶信號(hào)濾波器法整體電路與分析整體電路圖本課程設(shè)計(jì)的單邊帶濾波器法才用了兩級(jí)來增加頻率。第一本振頻率=60kHZ，第二本振頻率=4050kHZ，連續(xù)可變，在第二個(gè)平衡調(diào)幅器處取上邊帶，因此最后送到天線的載頻為 100

12、110kHZ連續(xù)科可變。輸出的頻率為 101111kHZ電路參數(shù)的計(jì)算：對(duì)于第一級(jí)，本振頻率=60kHZ，由，設(shè),則可得出2.6mH；對(duì)于第二級(jí)，頻率100110kHZ，由，設(shè)，則可得=1.6mH。3 單邊帶信號(hào)濾波器法的仿真3.1單邊帶信號(hào)濾波器法的仿真輸入波形圖3.1.1 輸入載波信號(hào)：3.1.2 輸入調(diào)制信號(hào)：3.2單邊帶信號(hào)濾波器法的仿真輸出波形圖3.3 電路仿真結(jié)果分析 理想濾波特性是不可能做到的，實(shí)際濾波器從通帶到阻帶總有一個(gè)過渡帶。電話通信中通常取語音信號(hào)頻帶為300-3400Hz,由于最低頻率為300Hz,因此允許過渡帶為600Hz.實(shí)現(xiàn)濾波器的難易與過渡帶相對(duì)于載頻的歸一化值

13、有關(guān)，過渡帶的歸一化值越小，分割上、下邊帶的濾波器就愈難實(shí)現(xiàn)。隨著載頻的提高，采用一級(jí)調(diào)制直接濾波法的辦法已不可能實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制，這時(shí)可以采用多級(jí)調(diào)制的辦法。單邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)，首先以單頻調(diào)制為例，然后推廣到一般情況。3.4 電路相關(guān)計(jì)算 設(shè)單頻調(diào)制信號(hào)為，載波為，則雙邊帶信號(hào)的時(shí)間波形為保留上邊帶的單邊帶調(diào)制信號(hào)為同理可得保留下邊帶的單邊帶調(diào)制信號(hào)為(4.3-2)式(1.3)第一項(xiàng)與調(diào)制信號(hào)和載波的乘積成正比，稱為同相分量;而第二項(xiàng)乘積中則包含調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)分別相移的結(jié)果，稱為正交分量。由此可引出實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制的一種方法，即相移法，如圖1.3所示。兩路相乘結(jié)果相減時(shí)得到上邊帶信號(hào);相加

14、時(shí)則得到下邊帶信號(hào)。當(dāng)調(diào)制信號(hào)為確知的周期性信號(hào)時(shí)，由于它可以分解成許多頻率分量之和，因而只要相移I是一個(gè)寬帶的相移網(wǎng)絡(luò)，對(duì)每個(gè)頻率分量都能相移，則圖中所示的相移法同樣適用，只需將輸入調(diào)制信號(hào)更改為即可。圖1.3相移法產(chǎn)生單邊帶信號(hào)方框圖    然而，對(duì)于調(diào)制信號(hào)為非周期性的更一般情況，我們則需要借助希爾伯特變換推導(dǎo)時(shí)域表達(dá)式。3.5電路性能分析雙邊帶信號(hào)雖然抑制了載波，提高了調(diào)制效率，但調(diào)制后的頻帶寬度仍是基帶信號(hào)帶寬的 2 倍，而且上、下邊帶是完全對(duì)稱的，它們所攜帶的信息完全相同。因此，從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜?，只用一個(gè)邊帶傳輸就可以了。我們把這種只傳輸

15、一個(gè)邊帶的調(diào)制方式稱為單邊帶抑制載波調(diào)制，簡稱為單邊帶調(diào)制 (SSB) 。采用單邊帶調(diào)制，除了節(jié)省載波功率，還可以節(jié)省一半傳輸頻帶，僅傳輸雙邊帶信號(hào)的一個(gè)邊帶 ( 上邊帶或下邊帶 ) 。因此產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的最簡單方法，就是先產(chǎn)生雙邊帶。然后讓它通過一個(gè)邊帶濾波器，只傳送雙邊帶信號(hào)中的一個(gè)邊帶，這種產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的方法稱為濾波法。由于理想的濾波器特性是不可能作到的，實(shí)際的邊帶濾波器從帶通到帶阻總是有一個(gè)過渡帶，隨著載波頻率的增加，采用一級(jí)載波調(diào)制的濾波法將無法實(shí)現(xiàn)。這時(shí)可采用多級(jí)調(diào)制濾波的辦法產(chǎn)生單邊帶信號(hào)。即采用多級(jí)頻率搬移的方法實(shí)現(xiàn)：先在低頻處產(chǎn)生單邊帶信號(hào)，然后通過變頻將頻譜搬移到更高的載

16、頻處。產(chǎn)生 SSB 信號(hào)的方法還有：相移形成法，混合形成法。雙邊帶信號(hào)雖然抑制了載波，提高了調(diào)制效率，但調(diào)制后的頻帶寬度仍是基帶信號(hào)帶寬的2倍，而且上、下邊帶是完全對(duì)稱的，它們所攜帶的信息完全相同。因此，從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜?，只用一個(gè)邊帶傳輸就可以了。我們把這種只傳輸一個(gè)邊帶的調(diào)制方式稱為單邊帶抑制載波調(diào)制，簡稱為單邊帶調(diào)制(SSB)。采用單邊帶調(diào)制，除了節(jié)省載波功率，還可以節(jié)省一半傳輸頻帶，僅傳輸雙邊帶信號(hào)的一個(gè)邊帶(上邊帶或下邊帶)。因此產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的最簡單方法，就是先產(chǎn)生雙邊帶。然后讓它通過一個(gè)邊帶濾波器，只傳送雙邊帶信號(hào)中的一個(gè)邊帶，這種產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的方法稱為濾波法。由于理想的濾波

17、器特性是不可能作到的，實(shí)際的邊帶濾波器從帶通到帶阻總是有一個(gè)過渡帶，隨著載波頻率的增加，采用一級(jí)載波調(diào)制的濾波法將無法實(shí)現(xiàn)。這時(shí)可采用多級(jí)調(diào)制濾波的辦法產(chǎn)生單邊帶信號(hào)。即采用多級(jí)頻率搬移的方法實(shí)現(xiàn)：先在低頻處產(chǎn)生單邊帶信號(hào)，然后通過變頻將頻譜搬移到更高的載頻處。產(chǎn)生SSB信號(hào)的方法還有：相移形成法，混合形成法。4 設(shè)計(jì)總結(jié) 本課程設(shè)計(jì)只是在功能上實(shí)現(xiàn)單邊帶濾波器法，真正的單邊帶濾波器法相對(duì)來說要比本課設(shè)的功能多而且要復(fù)雜。本課設(shè)只是簡單的單邊帶濾波器法。這次的設(shè)計(jì)是通過自己在圖書館和網(wǎng)上查閱資料所完成的，課程設(shè)計(jì)的任務(wù)一般是設(shè)計(jì)、組裝并調(diào)試一個(gè)簡單的電子電路裝置。需要綜合運(yùn)用“高頻電子線路”課

18、程的知識(shí)，通過調(diào)查研究、查閱資料、方案論證與選定；設(shè)計(jì)選取電路和元器件；組裝和調(diào)試電路，測(cè)試指標(biāo)及分析討論，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。在這次課程設(shè)計(jì)中，學(xué)會(huì)了怎樣去根據(jù)課題的要求去設(shè)計(jì)電路和調(diào)試電路。動(dòng)手能力得到很大的提高。從中發(fā)現(xiàn)自己并不能很好的熟練去使用所學(xué)到的數(shù)電知識(shí)。在以后學(xué)習(xí)中要加強(qiáng)對(duì)使用電路的設(shè)計(jì)和選用能力。但由于電路比較簡單、定型，不是真實(shí)的生產(chǎn)、科研任務(wù)，所以基本上能有章可循，完成起來并不困難。把過去熟悉的定型分析、定量計(jì)算逐步和工程估算、實(shí)驗(yàn)調(diào)整等手段結(jié)合起來，掌握工程設(shè)計(jì)的步驟和方法，了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的程序和實(shí)施方法。這對(duì)今后從事技術(shù)工作無疑是個(gè)啟蒙訓(xùn)練。通過這種綜合訓(xùn)練，可以掌握高頻電子線路設(shè)計(jì)的