单边带调幅电路的设计与仿真 2doc

1、*实践教学* 兰州理工大学计算机与通信学院2010年秋季学期高频电子线路课程设计 题 目： 单边带调幅电路的设计与仿真 专业班级： 通信工程（3）班 姓 名 学 号 指导教师： 成 绩： 摘 要 单边带幅度调制由于占用更窄的频带和更高的频率利用率，在通信系统中得到更广泛的应用。本文简单介绍信号的振幅调制的产生原理，以及单边带信号产生的两种方法，滤波法和相移法。重点介绍如何以相移法和相干解调法为基础，进行单边带调幅电路的设计，并且以multisim10为工具，对调制解调系统进行仿真，同时对其仿真结果进行分析。关键词：单边带 调制 解调 multisim 仿真 目 录一 调制电路原理及电路设计11

2、振幅调制产生原理12标准调幅波（AM）产生原理13单边带调幅（SSB）产生原理34调制电路的设计4二 相干解调原理及电路设计51乘法器电路设计52低通滤波电路设计63相干解调电路设计7三 总体电路的设计与仿真81总体电路设计82仿真软件介绍83单边带信号的调制电路仿真分析94相干解调电路仿真分析13总结15参考文献16附录：16 一 调制电路原理及电路设计1振幅调制产生原理 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

3、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）。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。设正弦载波为 （1）式中，A为载波幅度；为载波角频率；为载波初始相位(通常假设=0).调制信号（基带信号）为。根据调制的定义，振幅调制信号（已调信号）一般可以表示为： （2） 设调制信号的频谱为，则已调信号的频谱： （3）2标准调幅波（AM）产生原理 调制信号是只来来自信源的消息信号（基带信号），这些信号可以是模拟的，亦可以是数字的。为首调制的高频振荡信号可

4、称为载波，它可以是正弦波，亦可以是非正弦波(如周期性脉冲序列)。载波由高频信号源直接产生即可，然后经过高频功率放大器进行放大，作为调幅波的载波，调制信号由低频信号源直接产生，二者经过乘法器后即可产生双边带的调幅波，工作原理如图1。乘 法 器法器加法器标准调幅波基带调制信号高频载波图1 标准调幅波产生原理框图 设载波信号的表达式为，调制信号的表达式为，则调幅信号的表达式为 （4）式中，m调幅系数，m=载波信号上边带信号 (5）下边带信号 （6） 图2 标准调幅波示意图 由图2可见，调幅波中载波分量占有很大比重，因此信息传输效率较低，称这种调制为有载波调制。为提高信息传输效率，广泛采用抑制载波的双

5、边带或单边带振幅调制。3单边带调幅（SSB）产生原理 单边带调制信号时将双边带信号中的一个便带滤掉而形成的。根据滤除的方法不同，产生SSB信号的方法由滤波法和相移法。（1）滤波法 产生SSB信号最直观的方法时，现残生一个双边带信号，然后让其通过一个带通滤波器，滤除不要的边带，即可获得单边带信号。我们通常把这种方法称为滤波法，它是最简单也是最常用的方法。其原理框图如图3。调制信号载波信号传递函 数单边带信号乘法器 图3单边带信号产生框图 设传递函数为，若它具有如下理想高通特性： （） （7） （）则可滤除下边带，保留上边带（USB）；若它具有如下理想低通特性： （） （8） （）因此，SSB信号

6、的频谱可表示为 (9) （2）相移法 SSB信号的频域表示直观、简明，但其时域表示式的推到比较困难，需借助希尔伯特（Hilbert）变换来表示。相移法是利用相移网络，对载波和调制信号进行90度相移，以便在合成过程中将其中一个边带抵消而获得SSB信号。相移法不需要滤波器具有陡峭的截止特性，不论载频有多高，均可一次实现SSB调制。相移法的原理图如图4：u1移相90o移相90o90SSBUSSBU2图4 相移法产生单边带信号 （10） （11） 综合考虑，在本次课程设计中，我利用相移法法来实现单边带调制，实验以下边带为例。4调制电路的设计图5调制电路 （1）乘法器的设计 乘法器用集成元件MC1496

7、，其工作原理与内部电路图见解调部分。 （2）加法器的设计 图6加法器电路 加法器电路如图6所示，其输出电压为： （12） 式中的负号表示反相加法器。二 相干解调原理及电路设计 检波过程是一个解调过程，它与调制过程正相反检波器的作用是从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信气还原所得的信号与高频调幅信号的包络变化规律一致，故又称为包络检波。同步检波器用于对载波被抑止的双边带或单这带信号进行解调。它的特点是必须外加一个频率和相位部与被抑止的载波相同的电压。信号经调制器件（相干调制）调制后，通过乘法器和低通滤波器得到幅度变化了的原信号。它有自身的解调优势，可以几乎无失真的恢复出原信号，但是包络检波则

8、需要有直流分量，有失真。 低 通 滤 波 器SSB信号 基带信号 本地载波 图5 相干解调原理图1乘法器电路设计 乘法器我们用集成芯片mc1496，其内部电路如图所示，具体乘法公式： （K1为常数）输入参数的计算式： ， （13）代入乘法公式得 （14） 图6 MC1496内部电路图 图6所示的电路中，载波由线333和444输入，其中333接负极，444接正极，信号由线555和666输入，555接负极，666接正极，相乘后的信号由111和222输出，111接正极，222接负极，分别对应于MC1496的管脚为10、8、4、1、6、12。2低通滤波电路设计 图7 低通滤波器电路图 图7为由RC构成

9、的低通滤波器，信号由2输入，滤波后的信号由1输出。参数算法： 由于设计所采用的基带信号频率是10KHz，所以低通滤波器的频率为10KHz。fi低通滤波器的各元件参数取值： （15） 取 R=10KHz，则 3相干解调电路设计 图8 相干解调电路 图8为解调电路图，电路图由乘法器A4，电阻R1，电容C1，C2组成，R1，C1构成了低通滤波器，C2为隔直电容。三 总体电路的设计与仿真1总体电路设计 图9 单边带信号的调制解调的总体设计方案 对单边带信号的调制解调，设计方案如图9所示，载波信号和基带信号经过乘法器，产生双边带已调信号，同时，载波信号和基带信号经过相移网络，使相位移动90o，然后经过乘

10、法器，产生双边带信号，两个双边带信号经过加法器，滤除一边，成为单边带信号，然后经过乘法器，在经过由RC电路组成的低通滤波器，滤除高频，就可以解调出基带信号。参数选择： 基带信号：A=5V f=10kHz 载波信号：A=10V f=100kHz 相移网络A5的系数 A6的系数 R1=10K C1=15.9nF2仿真软件介绍 multisim 10概述通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路 通过交互式SPICE仿真, 迅速了解电路行为 借助高级电路分析, 理解基本设计特征 通过一个工具链, 无缝地集成电路设计和虚拟测试 通过改进、整合设计流程, 减少建模错误并缩短上市时间 NI Multisim

11、软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。3单边带信号的调制电路仿真分析 图10 调制电路 图10为用集成元件设计的调制电路模型，电路中的载波信号幅度为10v，频率为100kHz，基带信号的幅度为5v，频率为10k

12、Hz，相移网络A2的系数k=1.59*10-6 ， A3的系数k=1.59*10-5，乘法器的系数均为1。 图11为基带信号与载波信号的波形图，在示波器所示的波形中，上面一个波形是载波信号，由于频率比较高，故波形比较密，下面一个是基带信号，由于频率比较低，故波形相比较疏。 图11载波信号和基带信号波形 图12为基带信号与载波信号经过相移网络后的波形图，和图10相比，我们可以看出，经过相移后 二者相位差为90o。图12基带信号与载波信号相移后波形 图13为 基带信号与载波信号经过乘法器后波形，由下图可以看出，经过乘法器后的波形是双边带，其过零点都要发生相位的反转。图13 基带信号与载波信号经过乘

13、法器产生的DSB信号 基带信号与载波信号相移后经过乘法器的波形与未经过相移后的波形比较图如下，由于载波信号和基带信号都经过了90o的相移，所以产生的DSB信号与原信号相比，有90o的相位差。图14相移后产生DSB波形比较 图15为两个不同相位的双边带信号经过加法器后产生的单边带信号波形：图15集成元件产生的SSB信号波形 图16是用基本元件构成的调制电路图：图16基本元件设计调制电路 图17是用基本元件组成的调制电路，其输出单边带波形如下图： 图17基本元件产生的SSB信号 分析：对比用两种元件连接电路产生的单边带信号波形，可以看出，用集成元件连接电路产生的信号失真较小，可以较清晰的看出单边带

14、信号，而用基本元件，由于选择参数的因素，造成产生的单边带信号失真很大，看不出单边带信号的波形，参数的选择需要专业人士或者有一定工程经验的人员来设定，非一般人所能确定。4相干解调电路仿真分析图18 相干解调电路 图18为用集成芯片构成的相干解调电路，乘法器的X端输入的是单边带信号，Y端输入的是载波信号，本地载波幅度为10v，频率为100kHz，R1和C1构成低通滤波器，其计算方法见低通滤波器的设计。 图19 基带信号与解调信号比较 图19为基带信号与解调后的解调信号比较，由上图可以看出，基带信号与解调信号频率一致，而幅度不同，解调信号的幅度约为载波信号幅度与基带信号幅度的一半。 图20基本元件构

15、成的解调电路 图20是用基本元件构成的解调电路，其解调出的信号如下图所示：图中红色的波形是未经过低通滤波器的波形，黄色波形是解调出的波形。 图20基本元件构成解调电路波形分析： 比较用集成元件与基本元件构成的解调电路解调出的信号波形，可以看出，用集成元件解调出的波形失真较小，基本满足要求，而用基本元件解调出的波形失真较大，解调信号频率与输入信号频率基本一致。总结 为期两周的课程设计结束了，真切感觉到自己知识能力的匮乏，好多东西都只是知道一些皮毛，真正搞懂会应用的东西很少。或许一个人的进步需要一个缓慢的过程。在过程中需要不断地借鉴，学习，汲取别人的东西。同别人的成果中攫取知识和营养，然后把它变成

16、自己的东西。 通过这次课程设计。我学到了很多东西，首先，通过这次课程设计，我熟练地掌握了调幅信号以及单边带信号的产生方法，理解了相干解调法。其次，我觉得学习理论和实践是两个层次，理论指导实践，而实践验证理论，理论往往是在理想的条件下得出的，而实践是在现实生活中进行的，所以，实践得出的结论往往与理论的结论有一定的差别。这是很正常的。另外，现如今的社会，不再是某个人的天下，仅仅靠个人英雄主义是行不通的。团结协作，互助共赢才是时代的主流。在这次课设的制作中，交流合作的精神在我们体现的可谓是淋漓尽致。相互探讨，学习交流，优势互补，这样才最终处成了这课设。争论与交流是解决问题很好的方法，问题也总是在思想

17、与意见的碰撞中得到解决,而这也是我们对理论理解的更为深刻。通过图书馆，搜索引擎查阅资料的能力也得到了相应的提升。 总之，在这次课程设计的制作的过程中学到了很多东西，能力也有相应的提升。参考文献1 Reinhold Ludwing, Pavel Bretchko; 王子宇等译；射频电路设计；北京；电子工业出版社；2002.52 电子电路设计*实验*测试中国人民解放军空军雷达学院 2000.73 谢嘉奎 电子线路（非线性部分· 第四版）高等教育出版社 2000.54 沈伟慈 高频电路西安电子科技大学出版社 2000.55 谢自美 电子线路设计·实验·测试（第二版）华中科技大学出版社 2000.7