高频电子线路课程设计(单边带调制与解调电路设计)

1、* 实践教学 *兰州理工大学2010年秋季学期高频电子线路题 目：单边带调制解调电路的设计 专业班级： 08级通信4班 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩： 摘要单边带调制技术是模拟调制中的重要技术，相对于幅度调制（AM）、双边带调制（DSB）、残留边带调制（VSB）而言，传输带宽仅为调制信号带宽，有效节约了带宽资源，且节约载波发射功率。本课程设计主要介绍单边带调制解调电路的设计。学习和掌握电路设计的方法和仿真软件，并综合运用所学知识完成常规调幅的设计。本设计的技术指标是采用乘法器来实现DSB的调制，然后经过带通滤波器滤除一个边带，得到单边带调幅波，解调时采用同步检波法实现。输入参考信号频

2、率5KHz,电压60mV左右，调幅系数0.5，载波频率为100KHz，载波电压为60mV。 关键字 单边带，调制，解调目 录第1章 单边带调制解调电路的设计意义4第2章 单边带调制解调电路的总体方案42.1 单边带调制方案42.2 单边带解调方案5第3章 电路参数选择53.1 输入信号参数53.2 调制器参数53.3 带通滤波器参数63.4 低通滤波器参6第4章 电路工作原理及设计说明74.1 DSB信号的表达式、带宽74.2 SSB信号的产生及设计84.3 SSB信号的解调94.4 带通滤波器104.5 解调过程11第5章 实验结果 12第6章 结果分析15实验总结16参考文献18第1章 单

3、边带调制解调电路的设计义传输信息是人类生活的重要内容之一。利用无线电技术进行信息传输在这些手段中占有极重要的地位。无线电通信、广播、电视、导航、雷达、遥控遥测等等，都是利用无线电技术传播各种不同信息的方式。无线电通信传输语音、点吗或其他信号；无线电广播传输语言、音乐等；电视传送图像、语言、音乐；导航是利用一定的无线电信号指引飞机或船舶安全航行，以保证他们能平安到达目的地；雷达是利用无线电信号的反射来测定某些目标（如飞机、船舶等）的方位；遥测遥控则是利用无线电技术来测量远处或运动体上的某些物理量，控制远处机件的运行等。在以上这些信息传递的过程中，都要把频率不高的调制信号加载到高频载波上，然后进行

4、信号的传输。在信息的接收端需要把有用的信号从混杂的已调信号里解调出来。由于利用SSB调幅可以提高信道的利用率，所以选择SSB调制与解调作为我课程设计的题目具有很大的实际意义。第2章 单边带调制解调电路的总体方案2.1 单边带调制方案所谓调制，就是在传送信号的一方将所要传送的信号附加在高频振荡上，再由天线发射出去。这里高频振荡波就是携带信号的运载工具，也叫载波。振幅调制，就是由调制信号去控制高频载波的振幅，直至随调制信号做线性变化。在线性调制系列中，最先应用的一种幅度调制是全调幅或常规调幅，简称为调幅（AM）。为了提高传输的效率，还有载波受到抑制的双边带调幅波（DSB）和单边带调幅波（SSB）。

5、在频域中已调波频谱是基带调制信号频谱的线性位移；在时域中，已调波包络与调制信号波形呈线性关系。由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，皆携带了调制信号的全部信息，因此，从信息传输的角度来考虑，仅传输其中一个边带就够了。这就又演变出另一种新的调制方式单边带调制（SSB）。调制的方框图如下：2.2、 单边带解调方案解调是从携带消息的已调信号中恢复消息的过程。在各种信息传输或处理系统中，发送端用所欲传送的消息对载波进行调制，产生携带这一消息的信号。接收端必须恢复所传送的消息才能加以利用，这就是解调。在本课程设计中我们采用同步检波的方式，由乘法器和低通滤波器组成。实现同步检波的关键是要产生一个与载

6、波信号同频同相的同步信号。解调的方框图如下：第3 章电路参数选择3.1 输入信号参数：输入信号频率5KHz，幅度为60mV的正弦波。载波频率为100KHz，幅度为120mv的正弦波。3.2 调制器参数：因为中频比外来信号频率低且固定不变，中频放大器容易获得比较大的增益，从而提高收音机的灵敏度。在较低而又固定的中频上，还可以用较复杂的回路系统或滤波器进行选频。它们具有接近理想矩形的选择性曲线，因此有较高的邻道选择性。如果器件仅实现变频，振荡信号由其它器件产生则称之为混频器。(a)原理电路(b)等效电路四个二极管组成平衡电路如上图所示，构成的二极管环形混频电路中，各二极管均工作在受参考信号控制的开

7、关的状态，它是另一类开关工作的乘法器。 二极管环形混频器产品已形成完整的系列，它用保证二极管开关工作所需本振功率电平的高低进行分类，其中常用的是 Level 7，Level 17，Level 23三种系列，它们所需的本振功率分别为7dBm(5mW)，17dBm(50mW)和23dBm(200mW)，显然，本振功率电平越高，相应的1dB压缩电平也就越高，混频器的动态范围也就越大。对应于上述三种系列，1dB压缩电平所对应的最大输入信号功率分别为1dBm(1.25mW)、10dBm(10mW)、15dBm(32mW) 。 二极管环形混频器具有工作频带宽（从几十千赫到几千兆赫）、噪声系数低（约6dB）

8、、混频失真小、动态范围大等优点。 二极管环形混频器的主要缺点是没有混频增益，端口之间的隔离度较低，其中L端口到R端口的隔离度一般小于40dB，且随着工作频率的提高而下降。实验表明，工作频率提高一倍，隔离度下降5dB。3.3带通滤波器参数：多环有源带通滤波器特性参数如下G=1R5R7(1+C2C3) W=21R7C3C2(1R5+1R6) =1Q=12R1R+1R(2CC+2CC) 设计条件：G，W，设G=4，=0.5，W= 2*105（这时f=100KHz）选择参数：C=C=C设计计算： Q=1R=1GCR=1（21 2-G）CR=2oC由以上公式可得C=C=100nF R=R100 R100

9、0解调电路的乘法器与调制电路的乘法器一样，但是这时的解调过程中需要一个与载波同同相的的相干波。3.4低通滤波器参=1RC 5KHz由公式可得；R=R=10 C=C=10uF第4章 电路工作原理及设计说明4.1 DSB信号的表达式、带宽    在幅度调制的一般模型中，若假设滤波器为全通网络（1），调制信号中无直流分量，则 输出的已调信号就是无载波分量的，或称抑制载波双边带（DSB-SC）调制信号，简称双边带（DSB）信号。DSB调制器模型如图1-1所示。可见DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘，其时域和频域表示式分别为图1-1DSB调制器模型DSB信号的包络不

10、再与成正比，故不能进行包络检波，需采用相干解调；除不再含有载频分量离散谱外，DSB信号的频谱与AM信号的完全相同，仍由上下对称的两个边带组成。故DSB信号是不带载波的双边带信号，它的带宽与AM信号相同，也为基带信号带宽的两倍， 即 式中，为调制信号带宽，为调制信号的最高频率。4.2 SSB信号的产生及设计由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，皆携带了调制信号的全部信息，因此，从信息传输的角度来考虑，仅传输其中一个边带就够了。这就又演变出另一种新的调制方式单边带调制（SSB）。产生SSB信号的方法很多，其中最基本的方法有滤波法和相移法。本课设我采用的是滤波法。用滤波法实现单边带调

11、制的原理图如图3-9所示，图中的为单边带滤波器。产生SSB信号最直观方法的是，将设计成具有理想高通特性或理想低通特性的单边带滤波器，从而只让所需的一个边带通过，而滤除另一个边带。产生上边带信号时即为，产生下边带信号时即为。图1-2 SSB信号的滤波法产生显然，SSB信号的频谱可表示为原理框图简洁、直观，但存在的一个重要问题是单边带滤波器不易制作。这是因为，理想特性的滤波器是不可能做到的，实际滤波器从通带到阻带总有一个过渡带。滤波器的实现难度与过渡带相对于载频的归一化值有关，过渡带的归一化值愈小，分割上、下边带就愈难实现。而一般调制信号都具有丰富的低频成分，经过调制后得到的DSB信号的上、下边带

12、之间的间隔很窄，要想通过一个边带而滤除另一个，要求单边带滤波器在附近具有陡峭的截止特性即很小的过渡带，这就使得滤波器的设计与制作很困难，有时甚至难以实现。为此，实际中往往采用多级调制的办法，目的在于降低每一级的过渡带归一化值，减小实现难度。从SSB信号调制原理图中可以清楚地看出，SSB信号的频谱是DSB信号频谱的一个边带，其带宽为DSB信号的一半，与基带信号带宽相同，即     式中，为调制信号带宽，为调制信号的最高频率。由于仅包含一个边带，因此SSB信号的功率为DSB信号的一半，即      

13、                    显然，因SSB信号不含有载波成分，单边带幅度调制的效率也为100%。4.3 SSB信号的解调      从SSB信号调制原理图中不难看出，SSB信号的包络不再与调制信号成正比，因此SSB信号的解调也不能采用简单的包络检波，如图1-3所示 图1-3 SSB相干解调 此时，乘法器输出   经低通滤波后的解调输出为 

14、;       综上所述，单边带幅度调制的好处是，节省了载波发射功率，调制效率高；频带宽度只有双边带的一半，频带利用率提高一倍。缺点是单边带滤波器实现难度大。4.4 调制过程设计 将载波和调制信号作为输入，得到的输出信号为已调波，这种电路称为调制器。平衡调制器产生抑制载波的双边带（DSB）信号或单边带（SSB）信号，在通信系统中得到了广泛应用。图1-4是双平衡调制器的原理图，它由4个二极管和变压器构成。输入信号为调制信号 和载波信号。这样载波信号的正负控制着二极管的导通和截止。当载波信号为正半周时，二极管D1和D2导通，反之截止，当载

15、波信号为负半周时，二极管D3和 D4导通，反之则截止。带通滤波器设计 带通滤波器是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备 比如RC 振荡回路就是一个模拟带通滤波器。一个理想的带通滤波器应该有平稳的通带(允许通过的频带)，同时限制所有通带外频率的波通过。但是实际上，没有真正意义的理想带通滤波器。真实的滤波器无法完全过滤掉所设计的通带之外的频率信号，在理想通带边界有一部分频率衰减的区域，不能完全过滤，这一曲线被称做滚降斜率(rollof)。滚降斜率通常用dB度量来表示频率的衰减程度。一般情况下，滤波器的设计就是把这一衰减区域做的尽可能的窄，以便该滤波器能最大限度接近完美通带的设计。带通滤波

16、器的中心频率f0和带宽BW 之间的关系为： Q=fBW=ff-f f=2f-f带通滤波器的电路形式有很多，这里我采用的是无限增益多反馈环型滤波器。 4.5 解调过程解调是调制的逆过程，把有用的信号从高频载波上解调出来。在解调过程中，我才用的是同步检波法，关键在于产生一个与原载波同频同相的同步信号 。解调过程电路图如下：低通滤波器是一个通过低频信号而衰减或抑制高频载波的部件。低通滤波器如下： 第5章 实验结果输入信号如图5-1：图5-1载波如图5-2：图5-2输出双边带信号如图5-3：图5-3双边带频谱如图5-4：图5-4经过带通滤波器输出频谱：经过同步检波后输出图形如图5-5：图5-6SSB调

17、制解调实物电路图如下：第6章 结果分析总电路图5-6将调制信号及载波信号耦合到二极管双平衡回路中，由于所选二极管导通电压的影响，导致输出的双边带波有失真，这也是本课设需要改进的地方。经过带通滤波器进行滤除其中一边带，提高发射效率，从而能减小发射所需的功率。这也是单边带优于双边带的一个特点。它避免的相移法的设备复杂及成本消耗增加。用相乘法进行解调，解调输出波形经过低通滤波器，可得到调制信号。 解调时的关键是要产生一个与载波同频同相的一个正弦波。这样才能得到较好的输出波形。实验总结课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体

18、训练和考察过程。通过这次设计让我们真正理解了生活中日常见到的电子的装置的基本工作原理，认识到理论与实践之间的差距，联系实际的应用去理解知识比一大堆理论来的直接与清晰明了。在设计中难免会遇到很多学习中不会注意到的问题，比如说在调制中在取某些值后输出是失真的波形，在设计开始并没有想过会存在那样多的问题，当着手时才发现要完成一个信号的调制与解调，在元器件、电路和取值都要有一部分的要求，科学是严谨的，这更让我们一丝不苟起来。此次课程设计主要针对幅度调制解调电路提出自己的设计方案，并利用仿真软件来实现自己的设计电路图。设计中用到了信号发生器、双平衡调制器、带通滤波器、同步检波器及低通滤波器等在高频电子线

19、路课程中学到的知识。由于对所学电路不熟悉，导致在设计的过程中无法画出正确的电路图，算不出电路中元器件的参数，使得在设计过程中绕了许多弯路，做了许多的无用功。设计过程中查阅了大量的有关高频电子线路设计的书籍，巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的必要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在此次课设中，我学习了MultiSim仿真软件的运用，我们通过动手实践操作，进一步学习和掌握了有关高频原理的知识，加深了对幅度调制技术的认识。在设计时我们根据课题要求，复习了相关知识，还查阅了相当多的资料，这也在一定程度上拓宽了我们的视野，丰富了我们的知识。这次的高频课程设计重点是通过实践操作和理论相结合，提高动手实践能力，提高科学的思维能力，更在两周的时间了解了更多的有关调幅的课程精髓。在此次课设中我还深刻的体会到了小组之间的合作精神的重要性，在设计过程和后期处理过程中都存在着繁重的工作压力，数据的处理，仿真软件的模拟等等，在此过程中如果没有小组之间的团队精神，个人很