高頻電子線路課程設計(單邊帶調制與解調電路設計)

1、<p><b>　　計算機與通信學院</b></p><p><b>　　2010年秋季學期</b></p><p><b>　　高頻電子線路</b></p><p>　　題 目：單邊帶調制解調電路的設計 </p><p>　　專業(yè)班級： 08級通信4班

2、 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p&g

3、t;　　成 績： </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　單邊帶調制技術是模擬調制中的重要技術，相對于幅度調制（AM）、雙邊帶調制（DSB）、殘留邊帶調制（VSB）而言，傳輸帶寬僅為調制信號帶寬，有效節(jié)約了帶寬資源，且節(jié)約載波發(fā)射功率。本課程設計主要介紹單邊帶調制解調電路的設計。學習和掌握電

4、路設計的方法和仿真軟件，并綜合運用所學知識完成常規(guī)調幅的設計。本設計的技術指標是采用乘法器來實現DSB的調制，然后經過帶通濾波器濾除一個邊帶，得到單邊帶調幅波，解調時采用同步檢波法實現。輸入參考信號頻率5KHz,電壓60mV左右，調幅系數0.5，載波頻率為100KHz，載波電壓為60mV。</p><p>　　關鍵字 單邊帶，調制，解調</p><p><b>　　目 錄<

5、;/b></p><p>　　第1章 單邊帶調制解調電路的設計意義4</p><p>　　第2章 單邊帶調制解調電路的總體方案4</p><p>　　2.1 單邊帶調制方案4</p><p>　　2.2 單邊帶解調方案5</p><p>　　第3章 電路參數選擇5</p><

6、;p>　　3.1 輸入信號參數5</p><p>　　3.2 調制器參數5</p><p>　　3.3 帶通濾波器參數6</p><p>　　3.4 低通濾波器參6</p><p>　　第4章 電路工作原理及設計說明7</p><p>　　4.1 DSB信號的表達式、帶寬7</p

7、><p>　　4.2 SSB信號的產生及設計8</p><p>　　4.3 SSB信號的解調9</p><p>　　4.4 帶通濾波器10</p><p>　　4.5 解調過程11</p><p>　　第5章 實驗結果 12</p><p>　　第6章 結果分析15<

8、/p><p><b>　　實驗總結16</b></p><p><b>　　參考文獻18</b></p><p>　　第1章 單邊帶調制解調電路的設計義</p><p>　　傳輸信息是人類生活的重要內容之一。利用無線電技術進行信息傳輸在這些手段中占有極重要的地位。無線電通信、廣播、電視、導航、雷達、

9、遙控遙測等等，都是利用無線電技術傳播各種不同信息的方式。無線電通信傳輸語音、點嗎或其他信號；無線電廣播傳輸語言、音樂等；電視傳送圖像、語言、音樂；導航是利用一定的無線電信號指引飛機或船舶安全航行，以保證他們能平安到達目的地；雷達是利用無線電信號的反射來測定某些目標（如飛機、船舶等）的方位；遙測遙控則是利用無線電技術來測量遠處或運動體上的某些物理量，控制遠處機件的運行等。在以上這些信息傳遞的過程中，都要把頻率不高的調制信號加載到高頻載波上

10、，然后進行信號的傳輸。在信息的接收端需要把有用的信號從混雜的已調信號里解調出來。由于利用SSB調幅可以提高信道的利用率，所以選擇SSB調制與解調作為我課程設計的題目具有很大的實際意義。</p><p>　　第2章 單邊帶調制解調電路的總體方案</p><p>　　2.1 單邊帶調制方案</p><p>　　所謂調制，就是在傳送信號的一方將所要傳送的信號附加在高頻振蕩

11、上，再由天線發(fā)射出去。這里高頻振蕩波就是攜帶信號的運載工具，也叫載波。振幅調制，就是由調制信號去控制高頻載波的振幅，直至隨調制信號做線性變化。在線性調制系列中，最先應用的一種幅度調制是全調幅或常規(guī)調幅，簡稱為調幅（AM）。為了提高傳輸的效率，還有載波受到抑制的雙邊帶調幅波（DSB）和單邊帶調幅波（SSB）。在頻域中已調波頻譜是基帶調制信號頻譜的線性位移；在時域中，已調波包絡與調制信號波形呈線性關系。</p><p&g

12、t;　　由于DSB信號的上、下兩個邊帶是完全對稱的，皆攜帶了調制信號的全部信息，因此，從信息傳輸的角度來考慮，僅傳輸其中一個邊帶就夠了。這就又演變出另一種新的調制方式――單邊帶調制（SSB）。調制的方框圖如下：</p><p>　　2.2、 單邊帶解調方案</p><p>　　解調是從攜帶消息的已調信號中恢復消息的過程。在各種信息傳輸或處理系統中，發(fā)送端用所欲傳送的消息對載波進行調制，產生

13、攜帶這一消息的信號。接收端必須恢復所傳送的消息才能加以利用，這就是解調。</p><p>　　在本課程設計中我們采用同步檢波的方式，由乘法器和低通濾波器組成。實現同步檢波的關鍵是要產生一個與載波信號同頻同相的同步信號。解調的方框圖如下：</p><p>　　第3 章電路參數選擇</p><p>　　3.1 輸入信號參數：</p><p>　　

14、輸入信號頻率5KHz，幅度為60mV的正弦波。載波頻率為100KHz，幅度為120mv的正弦波。</p><p>　　3.2 調制器參數：</p><p>　　因為中頻比外來信號頻率低且固定不變，中頻放大器容易獲得比較大的增益，從而提高收音機的靈敏度。在較低而又固定的中頻上，還可以用較復雜的回路系統或濾波器進行選頻。它們具有接近理想矩形的選擇性曲線，因此有較高的鄰道選擇性。如果器件僅實現變

15、頻，振蕩信號由其它器件產生則稱之為混頻器。</p><p><b>　　(a)原理電路</b></p><p><b>　　(b)等效電路</b></p><p>　　四個二極管組成平衡電路如上圖所示，構成的二極管環(huán)形混頻電路中，各二極管均工作在受參考信號控制的開關的狀態(tài)，它是另一類開關工作的乘法器。</p>

16、<p>　　二極管環(huán)形混頻器產品已形成完整的系列，它用保證二極管開關工作所需本振功率電平的高低進行分類，其中常用的是 Level 7，Level 17，Level 23三種系列，它們所需的本振功率分別為7dBm(5mW)，17dBm(50mW)和23dBm(200mW)，顯然，本振功率電平越高，相應的1dB壓縮電平也就越高，混頻器的動態(tài)范圍也就越大。對應于上述三種系列，1dB壓縮電平所對應的最大輸入信號功率分別為1dBm(1

17、.25mW)、10dBm(10mW)、15dBm(32mW) 。 </p><p>　　二極管環(huán)形混頻器具有工作頻帶寬（從幾十千赫到幾千兆赫）、噪聲系數低（約6dB）、混頻失真小、動態(tài)范圍大等優(yōu)點。 </p><p>　　二極管環(huán)形混頻器的主要缺點是沒有混頻增益，端口之間的隔離度較低，其中L端口到R端口的隔離度一般小于40dB，且隨著工作頻率的提高而下降。實驗表明，工作頻率提高一倍，隔離度

18、下降5dB。</p><p>　　3.3帶通濾波器參數：</p><p>　　多環(huán)有源帶通濾波器特性參數如下</p><p>　　設計條件：G， ，W，設G=4， ，W= 2* * （這時f=100KHz）</p><p>　　選擇參數：C=C=C</p><p><b>　　設計計算：</b>&

19、lt;/p><p><b>　　R=</b></p><p><b>　　R=</b></p><p><b>　　R=</b></p><p><b>　　由以上公式可得</b></p><p>　　C=C=100nF R=R 1

20、00Ω R 1000Ω</p><p>　　解調電路的乘法器與調制電路的乘法器一樣，但是這時的解調過程中需要一個與載波同同相的的相干波。</p><p><b>　　3.4低通濾波器參</b></p><p><b>　　由公式可得；</b></p><p>　　R=R=10Ω C

21、=C=10uF</p><p>　　第4章 電路工作原理及設計說明</p><p>　　4.1 DSB信號的表達式、帶寬    在幅度調制的一般模型中，若假設濾波器為全通網絡（＝1），調制信號中無直流分量，則 輸出的已調信號就是無載波分量的，或稱抑制載波雙邊帶（DSB-SC）調制信號，簡稱雙邊帶（DSB）信號。</p><p>

22、　　DSB調制器模型如圖1-1所示?？梢奃SB信號實質上就是基帶信號與載波直接相乘，其時域和頻域表示式分別為</p><p>　　圖1-1DSB調制器模型</p><p>　　DSB信號的包絡不再與成正比，故不能進行包絡檢波，需采用相干解調；除不再含有載頻分量離散譜外，DSB信號的頻譜與AM信號的完全相同，仍由上下對稱的兩個邊帶組成。故DSB信號是不帶載波的雙邊帶信號，它的帶寬與AM信號相

23、同，也為基帶信號帶寬的兩倍， 即</p><p>　　式中，為調制信號帶寬，為調制信號的最高頻率。</p><p>　　4.2 SSB信號的產生及設計</p><p>　　由于DSB信號的上、下兩個邊帶是完全對稱的，皆攜帶了調制信號的全部信息，因此，從信息傳輸的角度來考慮，僅傳輸其中一個邊帶就夠了。這就又演變出另一種新的調制方式――單邊帶調制（SSB）。</

24、p><p>　　產生SSB信號的方法很多，其中最基本的方法有濾波法和相移法。本課設我采用的是濾波法。</p><p>　　用濾波法實現單邊帶調制的原理圖如圖3-9所示，圖中的為單邊帶濾波器。產生SSB信號最直觀方法的是，將設計成具有理想高通特性或理想低通特性的單邊帶濾波器，從而只讓所需的一個邊帶通過，而濾除另一個邊帶。產生上邊帶信號時即為，產生下邊帶信號時即為。</p><

25、p>　　原理框圖簡潔、直觀，但存在的一個重要問題是單邊帶濾波器不易制作。這是因為，理想特性的濾波器是不可能做到的，實際濾波器從通帶到阻帶總有一個過渡帶。濾波器的實現難度與過渡帶相對于載頻的歸一化值有關，過渡帶的歸一化值愈小，分割上、下邊帶就愈難實現。而一般調制信號都具有豐富的低頻成分，經過調制后得到的DSB信號的上、下邊帶之間的間隔很窄，要想通過一個邊帶而濾除另一個，要求單邊帶濾波器在附近具有陡峭的截止特性――即很小的過渡帶，這就

26、使得濾波器的設計與制作很困難，有時甚至難以實現。為此，實際中往往采用多級調制的辦法，目的在于降低每一級的過渡帶歸一化值，減小實現難度。</p><p>　　從SSB信號調制原理圖中可以清楚地看出，SSB信號的頻譜是DSB信號頻譜的一個邊帶，其帶寬為DSB信號的一半，與基帶信號帶寬相同，即</p><p>　　4.3 SSB信號的解調      從

27、SSB信號調制原理圖中不難看出，SSB信號的包絡不再與調制信號成正比，因此SSB信號的解調也不能采用簡單的包絡檢波，如圖1-3所示</p><p>　　圖1-3 SSB相干解調 </p><p><b>　　此時，乘法器輸出</b></p><p><b>　　第5章 實驗結果</b></p>&l

28、t;p>　　輸入信號如圖5-1：</p><p><b>　　圖5-1</b></p><p><b>　　載波如圖5-2：</b></p><p><b>　　圖5-2</b></p><p>　　輸出雙邊帶信號如圖5-3：</p><p>&l

29、t;b>　　圖5-3</b></p><p>　　雙邊帶頻譜如圖5-4：</p><p><b>　　圖5-4</b></p><p>　　經過帶通濾波器輸出頻譜：</p><p>　　經過同步檢波后輸出圖形如圖5-5：</p><p><b>　　圖5-6</b

30、></p><p>　　SSB調制解調實物電路圖如下：</p><p><b>　　第6章 結果分析</b></p><p><b>　　總電路圖5-6</b></p><p>　　將調制信號及載波信號耦合到二極管雙平衡回路中，由于所選二極管導通電壓的影響，導致輸出的雙邊帶波有失真，這也是本課

31、設需要改進的地方。經過帶通濾波器進行濾除其中一邊帶，提高發(fā)射效率，從而能減小發(fā)射所需的功率。這也是單邊帶優(yōu)于雙邊帶的一個特點。它避免的相移法的設備復雜及成本消耗增加。用相乘法進行解調，解調輸出波形經過低通濾波器，可得到調制信號。</p><p>　　解調時的關鍵是要產生一個與載波同頻同相的一個正弦波。這樣才能得到較好的輸出波形。</p><p><b>　　實驗總結</b&

32、gt;</p><p>　　課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，發(fā)現、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。</p><p>　　通過這次設計讓我們真正理解了生活中日常見到的電子的裝置的基本工作原理，認識到理論與實踐之間的差距，聯系實際的應用去理解知識比一大堆理論來的直接與清晰明了。在設計中難免會遇到很多學習中不會注意到的問題，比如說在

33、調制中在取某些值后輸出是失真的波形，在設計開始并沒有想過會存在那樣多的問題，當著手時才發(fā)現要完成一個信號的調制與解調，在元器件、電路和取值都要有一部分的要求，科學是嚴謹的，這更讓我們一絲不茍起來。</p><p>　　此次課程設計主要針對幅度調制解調電路提出自己的設計方案，并利用仿真軟件來實現自己的設計電路圖。設計中用到了信號發(fā)生器、雙平衡調制器、帶通濾波器、同步檢波器及低通濾波器等在高頻電子線路課程中學到的知識

34、。由于對所學電路不熟悉，導致在設計的過程中無法畫出正確的電路圖，算不出電路中元器件的參數，使得在設計過程中繞了許多彎路，做了許多的無用功。</p><p>　　設計過程中查閱了大量的有關高頻電子線路設計的書籍，鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合的必要性，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真

35、正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。</p><p>　　在此次課設中，我學習了MultiSim仿真軟件的運用，我們通過動手實踐操作，進一步學習和掌握了有關高頻原理的知識，加深了對幅度調制技術的認識。在設計時我們根據課題要求，復習了相關知識，還查閱了相當多的資料，這也在一定程度上拓寬了我們的視野，豐富了我們的知識。這次的高頻課程設計重點是通過實踐操作和理論相結合，提高動手實踐能力，提高科學的

36、思維能力，更在兩周的時間了解了更多的有關調幅的課程精髓。</p><p>　　在此次課設中我還深刻的體會到了小組之間的合作精神的重要性，在設計過程和后期處理過程中都存在著繁重的工作壓力，數據的處理，仿真軟件的模擬等等，在此過程中如果沒有小組之間的團隊精神，個人很難或者說基本上根本就不能完成此次課設，因此在工作和學習過程中我們應該懂得團結互助的原則。</p><p>　　在實驗室有限的條件和

37、自己有限的知識里，非常感謝指導老師誨人不倦的精神，在接觸課程設計之前，因為這門課程的難度很大。我對高頻是敬而遠之的心態(tài)，所有基礎知識以及邏輯推理思維方面都是相當欠缺，在此我十分的感謝此次課設的所有的輔導老師，正是通過他們的認真?zhèn)魇诤图毿闹v解我們才能如此順利的完成此次課程設計。最后，特別感謝王老師給我們這次課程設計的機會，感謝所有輔導老師的耐心指導和同學們熱心的幫助。</p><p>　　在設計中也得到很多見識，獲

38、得或理解知識時的欣喜與在一個問題上的糾結都是很寶貴的，在這種情緒的反復中，認識到學習就是這樣一個過程。不管過程怎樣，以小見大的反射出以后學習的態(tài)度。</p><p>　　團隊交流可以加深學習，找出問題，相互彌補不足，在資料的采集方面提高了不少效率，也提高的每個個體的興奮度，真切體會團隊學習給我們帶來的快樂，學習是快樂的。</p><p><b>　　參考文獻</b>&

39、lt;/p><p>　　[1] 蔡玉惠. 基于Multisim 10的幅度調制與解調電路的教學仿真分 析 [J]. 職業(yè)與教育.2008, (8):46-47</p><p>　　[2] 田勝軍. 基于Multisim2001 的高頻電路分析與仿真[J].現代電子技術.2006，（8）：100-102</p><p>　　[3] 候麗敏. 通信電子線路，清華大學

40、出版社，2008年11月</p><p>　　[4] 童詩白 模擬電子技術基礎（第四版）高等教育出版社，2006</p><p>　　[5] 樊昌信 曹麗娜 通信原理（第六版）國防工業(yè)出版社，2010</p><p>　　[6] 楊翠娥.高頻電子線路實驗與課程設計. 哈爾濱工程大學出版社，