AM調(diào)制與解調(diào).doc

課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 班班 級(jí) 級(jí) 姓姓 名 名 學(xué)學(xué) 號(hào) 號(hào) 指導(dǎo)教師 指導(dǎo)教師 成成 績 績 線路線路高頻高頻 課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)報(bào)告 電子與信息工程學(xué)院電子與信息工程學(xué)院 信息與通信工程系信息與通信工程系 摘要摘要 振幅調(diào)制信號(hào)的解調(diào)過程稱為同步檢波 有載波振幅調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)直接反應(yīng)調(diào)制信號(hào)的變化規(guī) 律 可以用二極管包絡(luò)檢波的方法進(jìn)行檢波 而抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)不能 直接反應(yīng)調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律 無法用包絡(luò)檢波進(jìn)行解調(diào) 所以要采用同步檢波方法 同步檢波器主要適用于對(duì) DSB 和 SSB 信號(hào)進(jìn)行解調(diào) 也可以用于 AM 但是一般 AM 調(diào)制信號(hào)都用 包絡(luò)檢波來進(jìn)行檢波 同步檢波法是加一個(gè)與載波同頻同相的恢復(fù)載波信號(hào) 外加載波信號(hào)電壓加入 同步檢波器的方法有兩種 利用模擬乘法器的相乘原理 將已調(diào)信號(hào)頻譜從載波頻率附近搬移到原來 位置 并通過低通濾波器提取多需要的調(diào)制 基帶 信號(hào) 濾除無用的高頻分量 從而實(shí)現(xiàn)雙邊帶信 號(hào)的解調(diào) 本文詳細(xì)介紹了根據(jù)模擬乘法器 MC1496 的 AM 調(diào)制系統(tǒng)和同步檢波器的詳細(xì)方案和各種參數(shù) 給 出了基于 Multisim 軟件的解調(diào)和解調(diào)仿真結(jié)果 關(guān)鍵字關(guān)鍵字 同步檢波 AM Multisim 調(diào)制 1 目錄 1 MC1496 芯片設(shè)計(jì)芯片設(shè)計(jì) 1 1 1 MC1496 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及基本性能 1 2 信號(hào)調(diào)制的一般方法信號(hào)調(diào)制的一般方法 3 2 1 模擬調(diào)制 3 2 2 數(shù)字調(diào)制 3 2 3 脈沖調(diào)制 3 3 振幅調(diào)制振幅調(diào)制 4 3 1 基本原理 4 3 2 AM 調(diào)制與仿真實(shí)現(xiàn) 4 3 3 DSB 調(diào)制與仿真實(shí)現(xiàn) 6 4 解調(diào)解調(diào) 7 4 1 同步檢波器原理框圖 7 4 2 同步檢波解調(diào)電路圖 9 4 3 分析解調(diào)過程 9 4 4 解調(diào)仿真結(jié)果 10 4 4 1 AM解調(diào)與仿真實(shí)現(xiàn) 10 4 4 2 DSB解調(diào)與仿真實(shí)現(xiàn) 11 5 小結(jié)與體會(huì)小結(jié)與體會(huì) 12 6 附錄 總電路圖附錄 總電路圖 12 2 1 MC1496 芯片設(shè)計(jì)芯片設(shè)計(jì) 1 1 MC1496 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及基本性能內(nèi)部結(jié)構(gòu)及基本性能 在高頻電子線路 振幅調(diào)制 同步檢波 混頻 倍頻 鑒頻等調(diào)制與解調(diào)的過程均可視為兩個(gè)信 號(hào)相乘的過程 而集成模擬乘法器正式實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬量電壓或電流相乘的電子器件 采用集成模擬乘 法器實(shí)現(xiàn)上述功能比用分立器件要簡(jiǎn)單得多 而且性能優(yōu)越 因此集成模擬乘法器在無線通信 廣播 電視等方面應(yīng)用較為廣泛 MC1496 是一款完全四通道四象限電壓輸出模擬乘法器 適用于電壓控制放 大器 可變?yōu)V波器 多通道功率計(jì)算以及低頻解調(diào)器等電路 非常適用于產(chǎn)生復(fù)雜的要求高的波形 尤其適用于高精度 CRT 顯示系統(tǒng)的幾何修正 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳排列如圖 1 1 所示 圖 1 1 MC1496 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 MC1496 是由互補(bǔ)雙極性工藝制作而成 它包含有四個(gè)高精度四象限乘法單元 溫度漂移小于 0 005 0 3 V Hz 的點(diǎn)噪聲電壓使低失真的 Y 通道只有 0 02 的總諧波失真噪聲 四個(gè) 8MHz 通道的總靜止功耗也僅為 150mW MC1496 的工作溫度范圍為 40 85 MC1496 的其它主要特性如下 四個(gè)獨(dú)立輸入通道 四象限乘法信號(hào) 電壓輸入電壓輸出 乘法運(yùn)算無需外部元件 電壓輸出 W X Y 2 5V 其中 X 或 Y 上的線性度誤差僅為 0 2 具有優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性 0 005 模擬輸入范圍為 2 5V 采用 5V 電壓供電 低功耗 一般為 150mW 3 2 信號(hào)調(diào)制的一般方法信號(hào)調(diào)制的一般方法 調(diào)制就是對(duì)信號(hào)源的信息進(jìn)行處理 使其變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)男问降倪^程 一般來說 信號(hào)源 的信息 也稱為信源 含有直流分量和頻率較低的頻率分量 稱為基帶信號(hào) 基帶信號(hào)往往不能作為 傳輸信號(hào) 因此必須把基帶信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)相對(duì)基帶頻率而言頻率非常高的信號(hào)以適合于信道傳輸 這個(gè)信號(hào)叫做已調(diào)信號(hào) 而基帶信號(hào)叫做調(diào)制信號(hào) 調(diào)制是通過改變高頻載波即消息的載體信號(hào)的幅 度 相位或者頻率 使其隨著基帶信號(hào)幅度的變化而變化來實(shí)現(xiàn)的 而解調(diào)則是將基帶信號(hào)從載波中 提取出來以便預(yù)定的接收者 也稱為信宿 處理和理解的過程 調(diào)制在通信系統(tǒng)中有十分重要的作用 通過調(diào)制 不僅可以進(jìn)行頻譜搬移 把調(diào)制信號(hào)的頻譜 搬移到所希望的位置上 從而將調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于傳播的已調(diào)信號(hào) 而且它對(duì)系統(tǒng)的傳輸有效性 和傳輸?shù)目煽啃杂兄艽蟮挠绊?調(diào)制方式往往決定了一個(gè)通信系統(tǒng)的性能 在通信中 我們常常采 用的調(diào)制方式有以下幾種 2 1 模擬調(diào)制模擬調(diào)制 模擬調(diào)制就是用用連續(xù)變化的信號(hào)去調(diào)制一個(gè)高頻正弦波 主要有 a 幅度調(diào)制 調(diào)幅 AM 雙邊帶調(diào)制 DSB 單邊帶調(diào)幅 SSB 殘留邊帶調(diào)制 VSB 以及獨(dú)立邊帶 ISB b 角度調(diào)制 調(diào)頻 FM 調(diào)相 PM 因?yàn)橄辔坏淖兓示褪穷l率 所以調(diào)相波和調(diào)頻波是密切相 關(guān)的 2 2 數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制 用數(shù)字信號(hào)對(duì)正弦或余弦高頻振蕩進(jìn)行調(diào)制 主要有 a 振幅鍵控 ASK b 頻率鍵控 FSK c 相位鍵控 PSK 2 3 脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制 用脈沖序列作為載波 主要有 1 脈沖幅度調(diào)制 PAM 2 脈寬調(diào)制 PDM 3 脈位調(diào)制 PPM 4 脈沖編碼調(diào)制 PCM 4 3 振幅調(diào)制振幅調(diào)制 3 1 基本原理基本原理 在本設(shè)計(jì)中調(diào)制方法采用的是振幅調(diào)制 振幅調(diào)制 也可簡(jiǎn)稱為調(diào)幅 AM Amplitude Modulation 通過改變輸出信號(hào)的振幅 來實(shí)現(xiàn)傳送信息的目的 一般在調(diào)制端輸出的高頻信號(hào)的幅度變化與原始 信號(hào)成一定的函數(shù)關(guān)系 在解調(diào)端進(jìn)行解調(diào)并輸出原始信號(hào) 實(shí)際上的函數(shù)關(guān)系一般是正比關(guān)系 這種調(diào)制方式的最大好處是調(diào)制和解調(diào)非常簡(jiǎn)單 只需要一 個(gè)二極管和一個(gè)電容器即可 當(dāng)然最大的缺點(diǎn)是失真比較大 同時(shí)對(duì)干擾比較敏感 相對(duì)來說是一種 比較古老的技術(shù) 不過技術(shù)古老并不表示應(yīng)用不廣泛 目前仍然在很多領(lǐng)域應(yīng)用 如收音機(jī) 中波廣播 及 航空無線電 尤其在航空無線電的領(lǐng)域 飛機(jī)的行進(jìn)速度非?？?戰(zhàn)斗機(jī)更快 對(duì)調(diào)頻而言 多普勒 效應(yīng)太大了 會(huì)影響通訊 而調(diào)幅不受多普勒效應(yīng)的影響 故無法被取代 同時(shí)調(diào)幅也有一些改進(jìn)的 技術(shù) 如單邊帶調(diào)制 Single Side Band SSB 又稱旁波調(diào)制 殘邊帶調(diào)制 Vestigial Side Band VSB 以及調(diào)幅的變種如目前在移動(dòng)通信廣泛使用的多幅度數(shù)字調(diào)制等 使受調(diào)波的幅度隨調(diào)制信號(hào)而變化的電路 調(diào)幅器輸出信號(hào)幅度 ua 與調(diào)制信號(hào)瞬時(shí)值的關(guān)系曲線 叫作調(diào)幅特性 理想的調(diào)幅特性應(yīng)是直線 否則便會(huì)產(chǎn)生失真 用于大功率廣播或通信發(fā)射機(jī)的調(diào)幅 器 還要求有足夠大的輸出功率和較高的效率 調(diào)幅器主要由非線性器件和選擇性電路構(gòu)成 非線性器件實(shí)現(xiàn)頻率變換 產(chǎn)生邊帶和諧波分量 選擇性電路用來選出所需的頻率分量并濾掉其他成分 如高次諧波等 常用的非線性器件有晶體二極 管 晶體管 場(chǎng)效應(yīng)晶體管和電子管等 選擇性電路大多用諧振回路或帶通濾波器 按照電平的高低 調(diào)幅器可分為高電平調(diào)幅和低電平調(diào)幅 大功率調(diào)幅發(fā)射機(jī)多采用高電平調(diào)幅 器 這種調(diào)幅器輸出功率大 效率高 載波電話機(jī)和各種電子儀器多采用低電平調(diào)幅器 它們對(duì)輸出 功率和效率要求不高 可以選用調(diào)幅特性較好的電路 幅度調(diào)制系統(tǒng)框圖如圖 3 1 所示 圖 3 1 幅度調(diào)制系統(tǒng)原理方框圖 3 2 AM 調(diào)制與仿真實(shí)現(xiàn)調(diào)制與仿真實(shí)現(xiàn) 本次設(shè)計(jì)中采用的基于 MC1496 的 AM 調(diào)制 電路如圖 3 3 所示 5 圖 3 3 基于 Multisim 的 AM 調(diào)制仿真電路圖 其中 兩路輸入端口加載的信號(hào)如下 載波輸入端加入的信號(hào)為 f 500KHZ Vp p 200mv 調(diào)制信號(hào)輸入端加入的信號(hào)為 f 1KHZ Vp p 200mv 直流電壓為 110mv 仿真輸出波形如圖 3 4 所示 圖 3 4 AM 調(diào)制仿真輸出波形 6 3 3 DSB 調(diào)制與仿真實(shí)現(xiàn)調(diào)制與仿真實(shí)現(xiàn) 基于 MC1496 的 DSB 調(diào)制 調(diào)制電路如圖 3 5 圖 3 5 基于 Multisim 的 DSB 調(diào)制仿真電路圖 同樣載波輸入端加入的信號(hào)為 f 500KHZ Vp p 200mv 調(diào)制信號(hào)輸入端加入的信號(hào)為 f 1KHZ Vp p 200mv 仿真輸出波形如圖 3 6 圖 3 6 DSB 調(diào)制仿真輸出波形 7 4 解調(diào)解調(diào) 4 1 同步檢波器原理框圖同步檢波器原理框圖 這種方法是將外加載波信號(hào)電壓與接收信號(hào)在檢波器中相乘 再經(jīng)過低通濾波器 最后檢出原調(diào)制信 號(hào) 如圖4 1所示 圖 4 1 乘積型同步檢波器 設(shè)輸入的已調(diào)波為載波分量被抑制的 DSB 信號(hào) u1為 4 1 ttUu coscos 11 本地載波電壓 4 2 cos tUu ccc 上兩式中 即本地載波的角頻率等于輸入信號(hào)的角頻率 它們的相位不一定相同 1 c 4 3 cos coscos 1112 ttUUu C 低通濾波器濾除 2附近的頻率分量后 得到頻率為的低頻信號(hào) 1 4 4 tUUu Co coscos 2 1 1 由上式可見 低頻信號(hào)的成正比 當(dāng) 0 時(shí) 低頻信號(hào)電壓最大 隨著相位差變大 輸出 cos 電壓變小 所以我們不但要求本地載波與輸出信號(hào)載波的角頻率必須相等 根據(jù)公式可知 要實(shí)現(xiàn)同步檢波需將與高頻載波同頻的同步信號(hào)與已調(diào)信號(hào)相乘 實(shí)現(xiàn)同步解調(diào) 經(jīng)過低通濾波器濾除2附近的頻率分量后 得到頻率為 的低頻信號(hào) 1 4 5 tUUu Co coscos 2 1 1 同步檢波亦采用模擬乘法器MC1496將同步信號(hào)與已調(diào)信號(hào)相乘 其電路圖如圖3 5所示 端輸 x v 入同步信號(hào)或載波信號(hào) 端輸入已調(diào)波信號(hào) 輸出端接有電阻R11 C6組成的低通濾波器和1uF c v y v s v 8 的隔直電容 所以該電路對(duì)有載波調(diào)幅信號(hào)及抑制載波的調(diào)幅信號(hào)均可實(shí)現(xiàn)解調(diào) 但要合理的選擇低 通濾波器的截止頻率 圖4 2 同步檢波電路 9 4 2 同步檢波解調(diào)電路圖同步檢波解調(diào)電路圖 圖4 2同步檢波電路 4 3 分析解調(diào)過程分析解調(diào)過程 在模擬乘法器 MC1496 的一個(gè)輸入端輸入振幅調(diào)制信號(hào)如抑制載波的雙邊帶信號(hào) 另一輸入端輸入同步信號(hào) 即載波信號(hào) 經(jīng)乘法 ttUtU csmS coscos tUtU ccmc cos 器相乘 可得輸出信號(hào) U0 t 為 tUUKtUKtUUK tUtUKtU ccmsmEcsmEcmsmE csEo 2 4 1 2cos 4 1 cos 2 1 條件 為大信號(hào) 4 6 mVUU Cx 26 Sy UU 上式中 第一項(xiàng)是所需要的低頻調(diào)制信號(hào)分量 后兩項(xiàng)為高頻分量 可用低通濾波器濾掉 從而 實(shí)現(xiàn)雙邊帶信號(hào)的解調(diào) 若輸入信號(hào)為單邊帶振幅調(diào)制信號(hào) 則乘法器的輸為 tUS tU0 4 7 tUUKtUK ttUUKtU ccmsmEsmE CccmsmEo 2 4 1 cos 4 1 cos2cos 2 1 上式中 第一項(xiàng)是所需要的低頻調(diào)制信號(hào)分量 第二項(xiàng)為高頻分量 也可以被低通濾波器濾掉 如果輸入信號(hào)為有載波振幅調(diào)制信號(hào) 同步信號(hào)為載波信號(hào) 利用乘法器的相乘原理 tUS tUC 10 同樣也能實(shí)現(xiàn)解調(diào) 設(shè) 1coscos ssmc UtUmtwt cos ccmc utuwt 則輸出電壓為 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 條件 為大信號(hào) 4 8 26 xc uUmV ys uU 上式中 第一項(xiàng)為直流分量 第二項(xiàng)是所需要的低頻調(diào)制信號(hào)分量 后面三項(xiàng)為高頻分量 利用 隔直電容及低通濾波器可濾掉直流分量及高頻分量 從而實(shí)現(xiàn)了有載波振幅調(diào)制信號(hào)的解調(diào) 4 4 解調(diào)仿真結(jié)果解調(diào)仿真結(jié)果 4 4 1 AM 解調(diào)與仿真實(shí)現(xiàn)解調(diào)與仿真實(shí)現(xiàn) 其中 兩路輸入端口加載的信號(hào)如下 載波輸入端加入的信號(hào)為 f 500KHZ Vp p 200mv 調(diào)制信號(hào)輸入端加入的信號(hào)為 f 1KHZ Vp p 200mv 直流電壓為 110mv 仿真輸出波形如圖 4 3 所示 11 4 3AM 解調(diào)信號(hào)波形 4 4 2 DSB 解調(diào)與仿真實(shí)現(xiàn)解調(diào)與仿真實(shí)現(xiàn) 4 4 DSB 解調(diào)信號(hào)波形 12 5 小結(jié)與體會(huì)小結(jié)與體會(huì) 經(jīng)過了為期五天的努力 終于完成了同步檢波器的設(shè)計(jì) 這期間 雖然經(jīng)常遇到一些困難 比如 說多次畫錯(cuò)電路圖 查找資料 一開始感覺做課程設(shè)計(jì)很興奮 當(dāng)真正做的時(shí)候 卻發(fā)現(xiàn)要想設(shè)計(jì)好 是一件很不容易的事 然而 從另一方面 我卻學(xué)到了很多東西 通過自己獨(dú)立設(shè)計(jì)電路 增強(qiáng)了我 動(dòng)手設(shè)計(jì) 獨(dú)立思