AM调制与解调.doc

课程设计课程设计 班班 级 级 姓姓 名 名 学学 号 号 指导教师 指导教师 成成 绩 绩 线路线路高频高频 课程设计报告课程设计报告 电子与信息工程学院电子与信息工程学院 信息与通信工程系信息与通信工程系 摘要摘要 振幅调制信号的解调过程称为同步检波 有载波振幅调制信号的包络直接反应调制信号的变化规 律 可以用二极管包络检波的方法进行检波 而抑制载波的双边带或单边带振幅调制信号的包络不能 直接反应调制信号的变化规律 无法用包络检波进行解调 所以要采用同步检波方法 同步检波器主要适用于对 DSB 和 SSB 信号进行解调 也可以用于 AM 但是一般 AM 调制信号都用 包络检波来进行检波 同步检波法是加一个与载波同频同相的恢复载波信号 外加载波信号电压加入 同步检波器的方法有两种 利用模拟乘法器的相乘原理 将已调信号频谱从载波频率附近搬移到原来 位置 并通过低通滤波器提取多需要的调制 基带 信号 滤除无用的高频分量 从而实现双边带信 号的解调 本文详细介绍了根据模拟乘法器 MC1496 的 AM 调制系统和同步检波器的详细方案和各种参数 给 出了基于 Multisim 软件的解调和解调仿真结果 关键字关键字 同步检波 AM Multisim 调制 1 目录 1 MC1496 芯片设计芯片设计 1 1 1 MC1496 内部结构及基本性能 1 2 信号调制的一般方法信号调制的一般方法 3 2 1 模拟调制 3 2 2 数字调制 3 2 3 脉冲调制 3 3 振幅调制振幅调制 4 3 1 基本原理 4 3 2 AM 调制与仿真实现 4 3 3 DSB 调制与仿真实现 6 4 解调解调 7 4 1 同步检波器原理框图 7 4 2 同步检波解调电路图 9 4 3 分析解调过程 9 4 4 解调仿真结果 10 4 4 1 AM解调与仿真实现 10 4 4 2 DSB解调与仿真实现 11 5 小结与体会小结与体会 12 6 附录 总电路图附录 总电路图 12 2 1 MC1496 芯片设计芯片设计 1 1 MC1496 内部结构及基本性能内部结构及基本性能 在高频电子线路 振幅调制 同步检波 混频 倍频 鉴频等调制与解调的过程均可视为两个信 号相乘的过程 而集成模拟乘法器正式实现两个模拟量电压或电流相乘的电子器件 采用集成模拟乘 法器实现上述功能比用分立器件要简单得多 而且性能优越 因此集成模拟乘法器在无线通信 广播 电视等方面应用较为广泛 MC1496 是一款完全四通道四象限电压输出模拟乘法器 适用于电压控制放 大器 可变滤波器 多通道功率计算以及低频解调器等电路 非常适用于产生复杂的要求高的波形 尤其适用于高精度 CRT 显示系统的几何修正 其内部结构及引脚排列如图 1 1 所示 图 1 1 MC1496 内部结构图 MC1496 是由互补双极性工艺制作而成 它包含有四个高精度四象限乘法单元 温度漂移小于 0 005 0 3 V Hz 的点噪声电压使低失真的 Y 通道只有 0 02 的总谐波失真噪声 四个 8MHz 通道的总静止功耗也仅为 150mW MC1496 的工作温度范围为 40 85 MC1496 的其它主要特性如下 四个独立输入通道 四象限乘法信号 电压输入电压输出 乘法运算无需外部元件 电压输出 W X Y 2 5V 其中 X 或 Y 上的线性度误差仅为 0 2 具有优良的温度稳定性 0 005 模拟输入范围为 2 5V 采用 5V 电压供电 低功耗 一般为 150mW 3 2 信号调制的一般方法信号调制的一般方法 调制就是对信号源的信息进行处理 使其变为适合于信道传输的形式的过程 一般来说 信号源 的信息 也称为信源 含有直流分量和频率较低的频率分量 称为基带信号 基带信号往往不能作为 传输信号 因此必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输 这个信号叫做已调信号 而基带信号叫做调制信号 调制是通过改变高频载波即消息的载体信号的幅 度 相位或者频率 使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的 而解调则是将基带信号从载波中 提取出来以便预定的接收者 也称为信宿 处理和理解的过程 调制在通信系统中有十分重要的作用 通过调制 不仅可以进行频谱搬移 把调制信号的频谱 搬移到所希望的位置上 从而将调制信号转换成适合于传播的已调信号 而且它对系统的传输有效性 和传输的可靠性有着很大的影响 调制方式往往决定了一个通信系统的性能 在通信中 我们常常采 用的调制方式有以下几种 2 1 模拟调制模拟调制 模拟调制就是用用连续变化的信号去调制一个高频正弦波 主要有 a 幅度调制 调幅 AM 双边带调制 DSB 单边带调幅 SSB 残留边带调制 VSB 以及独立边带 ISB b 角度调制 调频 FM 调相 PM 因为相位的变化率就是频率 所以调相波和调频波是密切相 关的 2 2 数字调制数字调制 用数字信号对正弦或余弦高频振荡进行调制 主要有 a 振幅键控 ASK b 频率键控 FSK c 相位键控 PSK 2 3 脉冲调制脉冲调制 用脉冲序列作为载波 主要有 1 脉冲幅度调制 PAM 2 脉宽调制 PDM 3 脉位调制 PPM 4 脉冲编码调制 PCM 4 3 振幅调制振幅调制 3 1 基本原理基本原理 在本设计中调制方法采用的是振幅调制 振幅调制 也可简称为调幅 AM Amplitude Modulation 通过改变输出信号的振幅 来实现传送信息的目的 一般在调制端输出的高频信号的幅度变化与原始 信号成一定的函数关系 在解调端进行解调并输出原始信号 实际上的函数关系一般是正比关系 这种调制方式的最大好处是调制和解调非常简单 只需要一 个二极管和一个电容器即可 当然最大的缺点是失真比较大 同时对干扰比较敏感 相对来说是一种 比较古老的技术 不过技术古老并不表示应用不广泛 目前仍然在很多领域应用 如收音机 中波广播 及 航空无线电 尤其在航空无线电的领域 飞机的行进速度非常快 战斗机更快 对调频而言 多普勒 效应太大了 会影响通讯 而调幅不受多普勒效应的影响 故无法被取代 同时调幅也有一些改进的 技术 如单边带调制 Single Side Band SSB 又称旁波调制 残边带调制 Vestigial Side Band VSB 以及调幅的变种如目前在移动通信广泛使用的多幅度数字调制等 使受调波的幅度随调制信号而变化的电路 调幅器输出信号幅度 ua 与调制信号瞬时值的关系曲线 叫作调幅特性 理想的调幅特性应是直线 否则便会产生失真 用于大功率广播或通信发射机的调幅 器 还要求有足够大的输出功率和较高的效率 调幅器主要由非线性器件和选择性电路构成 非线性器件实现频率变换 产生边带和谐波分量 选择性电路用来选出所需的频率分量并滤掉其他成分 如高次谐波等 常用的非线性器件有晶体二极 管 晶体管 场效应晶体管和电子管等 选择性电路大多用谐振回路或带通滤波器 按照电平的高低 调幅器可分为高电平调幅和低电平调幅 大功率调幅发射机多采用高电平调幅 器 这种调幅器输出功率大 效率高 载波电话机和各种电子仪器多采用低电平调幅器 它们对输出 功率和效率要求不高 可以选用调幅特性较好的电路 幅度调制系统框图如图 3 1 所示 图 3 1 幅度调制系统原理方框图 3 2 AM 调制与仿真实现调制与仿真实现 本次设计中采用的基于 MC1496 的 AM 调制 电路如图 3 3 所示 5 图 3 3 基于 Multisim 的 AM 调制仿真电路图 其中 两路输入端口加载的信号如下 载波输入端加入的信号为 f 500KHZ Vp p 200mv 调制信号输入端加入的信号为 f 1KHZ Vp p 200mv 直流电压为 110mv 仿真输出波形如图 3 4 所示 图 3 4 AM 调制仿真输出波形 6 3 3 DSB 调制与仿真实现调制与仿真实现 基于 MC1496 的 DSB 调制 调制电路如图 3 5 图 3 5 基于 Multisim 的 DSB 调制仿真电路图 同样载波输入端加入的信号为 f 500KHZ Vp p 200mv 调制信号输入端加入的信号为 f 1KHZ Vp p 200mv 仿真输出波形如图 3 6 图 3 6 DSB 调制仿真输出波形 7 4 解调解调 4 1 同步检波器原理框图同步检波器原理框图 这种方法是将外加载波信号电压与接收信号在检波器中相乘 再经过低通滤波器 最后检出原调制信 号 如图4 1所示 图 4 1 乘积型同步检波器 设输入的已调波为载波分量被抑制的 DSB 信号 u1为 4 1 ttUu coscos 11 本地载波电压 4 2 cos tUu ccc 上两式中 即本地载波的角频率等于输入信号的角频率 它们的相位不一定相同 1 c 4 3 cos coscos 1112 ttUUu C 低通滤波器滤除 2附近的频率分量后 得到频率为的低频信号 1 4 4 tUUu Co coscos 2 1 1 由上式可见 低频信号的成正比 当 0 时 低频信号电压最大 随着相位差变大 输出 cos 电压变小 所以我们不但要求本地载波与输出信号载波的角频率必须相等 根据公式可知 要实现同步检波需将与高频载波同频的同步信号与已调信号相乘 实现同步解调 经过低通滤波器滤除2附近的频率分量后 得到频率为 的低频信号 1 4 5 tUUu Co coscos 2 1 1 同步检波亦采用模拟乘法器MC1496将同步信号与已调信号相乘 其电路图如图3 5所示 端输 x v 入同步信号或载波信号 端输入已调波信号 输出端接有电阻R11 C6组成的低通滤波器和1uF c v y v s v 8 的隔直电容 所以该电路对有载波调幅信号及抑制载波的调幅信号均可实现解调 但要合理的选择低 通滤波器的截止频率 图4 2 同步检波电路 9 4 2 同步检波解调电路图同步检波解调电路图 图4 2同步检波电路 4 3 分析解调过程分析解调过程 在模拟乘法器 MC1496 的一个输入端输入振幅调制信号如抑制载波的双边带信号 另一输入端输入同步信号 即载波信号 经乘法 ttUtU csmS coscos tUtU ccmc cos 器相乘 可得输出信号 U0 t 为 tUUKtUKtUUK tUtUKtU ccmsmEcsmEcmsmE csEo 2 4 1 2cos 4 1 cos 2 1 条件 为大信号 4 6 mVUU Cx 26 Sy UU 上式中 第一项是所需要的低频调制信号分量 后两项为高频分量 可用低通滤波器滤掉 从而 实现双边带信号的解调 若输入信号为单边带振幅调制信号 则乘法器的输为 tUS tU0 4 7 tUUKtUK ttUUKtU ccmsmEsmE CccmsmEo 2 4 1 cos 4 1 cos2cos 2 1 上式中 第一项是所需要的低频调制信号分量 第二项为高频分量 也可以被低通滤波器滤掉 如果输入信号为有载波振幅调制信号 同步信号为载波信号 利用乘法器的相乘原理 tUS tUC 10 同样也能实现解调 设 1coscos ssmc UtUmtwt cos ccmc utuwt 则输出电压为 0 ut 0Esc utK ut ut 111 coscos2 222 EsmcmEcmEsmcmc K u uK mutK u uw t 1 cos 2 4 Esmcm K mu uwct 1 cos 2 4 Esmcm K mu uwct 条件 为大信号 4 8 26 xc uUmV ys uU 上式中 第一项为直流分量 第二项是所需要的低频调制信号分量 后面三项为高频分量 利用 隔直电容及低通滤波器可滤掉直流分量及高频分量 从而实现了有载波振幅调制信号的解调 4 4 解调仿真结果解调仿真结果 4 4 1 AM 解调与仿真实现解调与仿真实现 其中 两路输入端口加载的信号如下 载波输入端加入的信号为 f 500KHZ Vp p 200mv 调制信号输入端加入的信号为 f 1KHZ Vp p 200mv 直流电压为 110mv 仿真输出波形如图 4 3 所示 11 4 3AM 解调信号波形 4 4 2 DSB 解调与仿真实现解调与仿真实现 4 4 DSB 解调信号波形 12 5 小结与体会小结与体会 经过了为期五天的努力 终于完成了同步检波器的设计 这期间 虽然经常遇到一些困难 比如 说多次画错电路图 查找资料 一开始感觉做课程设计很兴奋 当真正做的时候 却发现要想设计好 是一件很不容易的事 然而 从另一方面 我却学到了很多东西 通过自己独立设计电路 增强了我 动手设计 独立思