高頻電子線路課程設(shè)計DSB波

1、 高頻電子線路課程設(shè)計 課程題目：DSB波的調(diào)制與解調(diào)過程仿真 專業(yè)班級： 姓名； 指導(dǎo)老師：DSB波的調(diào)制與解調(diào)過程仿真【摘要】 調(diào)制和解調(diào)電路是現(xiàn)代通信設(shè)備中重要組成部分。用待傳輸?shù)牡皖l信號去控制高頻載波的某個參數(shù)電路稱為調(diào)制電路；解調(diào)是調(diào)制的逆過程，從高頻已調(diào)信號中還原出原調(diào)制信號稱為解調(diào)電路。本設(shè)計完成了一個采用同步檢波法來實現(xiàn)解調(diào)的雙邊帶調(diào)制解調(diào)電路。本文首先介紹了DSB的調(diào)制解調(diào)原理，然后詳細(xì)的給出了其設(shè)計過程，并應(yīng)用Multisim軟件對DSB調(diào)制解調(diào)電路進(jìn)行了仿真分析。實驗結(jié)果表明：該電路能夠完成一個信號的DSB調(diào)制解調(diào)，但它與理論波形相比存在一個較小的失真。 關(guān)鍵詞： DSB

2、調(diào)制解調(diào) Multisim 仿真【正文】 調(diào)幅原理 在廣播、電視、移動通信等通信系統(tǒng)中，要發(fā)送的音頻或視頻等有用信號（也稱為調(diào)制信號）包含的頻率成分相對比較低，直接地發(fā)射和接受是不合適的。因此，產(chǎn)生一個載波信號（也稱為高頻或射頻RF信號），將頻率較低的有用信號作用在頻率較高的載波信號上，這個過程稱為調(diào)制。載波信號有三個主要特征：振幅、頻率和相位。用調(diào)制信號區(qū)改變其中特征之一即完成了調(diào)制過程。解調(diào)是與其相反的過程。若是用調(diào)制信號改變載波的振幅，稱為振幅調(diào)制。調(diào)幅電路又稱幅度調(diào)制電路，指能使高頻載波信號的幅度隨調(diào)制信號的規(guī)律而變化的調(diào)制電路。幅度調(diào)制電路有多種電路形式。本次設(shè)計采用高頻信號發(fā)生器產(chǎn)

3、生載波，它和調(diào)制信號經(jīng)乘法器后輸出抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波。 圖 1 調(diào)幅波原理DSB調(diào)制部分原理 一般在單邊帶和雙邊帶調(diào)制的發(fā)射機中，都采用低電平調(diào)制電路。低電平調(diào)制電路主要優(yōu)點是具有良好的調(diào)制線性，而功率和效率一般不予考慮。對于雙邊帶調(diào)制和單邊帶調(diào)制，還提出了抑制載波分量的要求，抑制的程度用載漏表示。載漏定義為輸出載波分量低于邊帶波分量的分貝數(shù)。顯然分貝數(shù)越大，載漏性越好。一般要求載漏在20dB以上。為了提高調(diào)制線性和減少載漏，必須力求采用能實現(xiàn)理想相乘器運算的相乘器，一遍減少無用頻率分量，特別是減少其中的載波分量和失真分量。因此，對于低電平調(diào)制電路，除了采用具有二次方特性的場效應(yīng)晶體管組成

4、的相乘電路外，更多的是采用性能優(yōu)良的相乘器電路。其中應(yīng)用最廣的是雙差分對模擬相乘器、工作在開關(guān)狀態(tài)的二極管平衡調(diào)制器和喚醒調(diào)制器以及集成模擬相乘器等。針對AM波的不足，DSB調(diào)幅調(diào)制過程中將載波完全抑制，它的產(chǎn)生原理是調(diào)制信號與載波信號直接相乘。調(diào)制信號 載波信號原理框圖: 圖2調(diào)制原理圖 DSB解調(diào)部分原理 由于DSB調(diào)幅波中不含有載波分量，因此不能用包絡(luò)檢波。所以對于雙邊帶調(diào)幅波只能采用同步檢波電路實現(xiàn)，同步檢波通常又稱為相干檢波。 將已調(diào)信號和載波信號輸入乘法器，乘法器輸出端接一低通濾波器以濾除高頻分量，取出低頻調(diào)制信號。 原理框圖如下： 圖3解調(diào)原理圖為了增大檢波器 的傳輸系數(shù)，對恢復(fù)

5、的載波要求是：（1） 幅度要盡可能大，但不應(yīng)超過相乘器最大容許輸入電壓。（2） 載波震蕩電壓不但應(yīng)與原載波電壓同頻，而且應(yīng)該同相。因為，達(dá)到最大值，相應(yīng)的值也達(dá)到最大的可能值。故相乘檢波也稱同步檢波。低通濾波器部分原理所謂RC低通濾波器就是允許低頻信號通過，而將高頻信號衰減的電路濾除。圖4 低通濾波器模型對于不同濾波器而言，每個頻率的信號的減弱程度不同。當(dāng)使用在音頻應(yīng)用時，它有時被稱為高頻剪切濾波器, 或高音消除濾波器。低通濾波器概念有許多不同的形式，其中包括電子線路（如音頻設(shè)備中使用的hiss 濾波器、平滑數(shù)據(jù)的數(shù)字算法、音障（acoustic barriers）、圖像模糊處理等等，這兩個工

6、具都通過剔除短期波動、保留長期發(fā)展趨勢提供了信號的平滑形式。低通濾波器在信號處理中的作用等同于其它領(lǐng)域如金融領(lǐng)域中移動平均數(shù)（moving average)所起的作用；低通濾波器有很多種，其中，最通用的就是巴特沃斯濾波器和切比雪夫濾波器。在DSB解調(diào)電路中低通濾波器的上截止頻率應(yīng)低于2倍的高頻載波頻率，而高于最高調(diào)制頻率。相乘檢波器中的濾波器所需濾除和所需提取的頻率間隔拉大了，濾波器的制作較容易。 設(shè)計要求目的 本次課設(shè)的目的就是通過學(xué)習(xí)和掌握電路設(shè)計與仿真軟件的基礎(chǔ)上，按要求設(shè)計一個通信電子線路并仿真，綜合應(yīng)用所學(xué)知識，進(jìn)行一次比較全面的訓(xùn)練，為今后的學(xué)習(xí)和工作積累經(jīng)驗主要的技術(shù)指標(biāo)1、采用

7、乘法器來實現(xiàn)DSB的調(diào)制，解調(diào)采用同步檢波法；2、輸入信號頻率5KHz，電壓60mV左右，調(diào)幅系數(shù)為0.5，載波頻率為100KHz，載波電壓為60mV（參考）。 基本要求 學(xué)習(xí)和掌握幅度調(diào)制和解調(diào)電路設(shè)計方法，熟悉相關(guān)元器件的工作的原理和基本參數(shù)，設(shè)計一個調(diào)幅發(fā)射（或接收）的電路。學(xué)習(xí)并掌握電路設(shè)計仿真軟件的基本操作。主要包括：1、幅度調(diào)制與解調(diào)電路原理分析；2、電路設(shè)計；3、電路分析；4、仿真結(jié)果和分析。 設(shè)計過程 總體方案總體電路設(shè)計框圖如下： 圖5 總體設(shè)計框圖當(dāng)用作調(diào)制的乘法器的雙差分對處于線性工作狀態(tài)時，給其輸入調(diào)制信號和載波信號，經(jīng)過調(diào)制后得到已調(diào)信號。當(dāng)用于解調(diào)的乘法器也工作于線

8、性狀態(tài)時給其輸入已調(diào)信號和載波信號，經(jīng)過解調(diào)后得到信號，將輸入低通濾波器得到基帶信號。電路設(shè)計及參數(shù)選擇整體電路核心為模擬乘法器，本實驗在調(diào)制部分應(yīng)用雙差分對乘法器，在解調(diào)部分應(yīng)用MC1496芯片。模擬乘法器是對兩個模擬信號實現(xiàn)相乘功能的有源非線性器件，主要功能是實現(xiàn)兩個互不相關(guān)信號的相乘，即輸出信號與兩輸入信號相乘積成正比。它有兩個輸入端口，即X和Y輸入端口。根據(jù)雙差分對模擬乘法器基本原理制成的單片集成模擬相乘器MC1496是四象限乘法器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6。 圖6 MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖7 MC1496管腳排列 圖8 MC1496符號調(diào)制電路采用雙差分對乘法器，雙差分對乘法電路由三對差分管構(gòu)

9、成。在本課程設(shè)計中設(shè)計的電路圖如圖9。 圖9 調(diào)制部分電路圖設(shè)輸入信號，。雙端輸出時，雙端電流 其中，故，其中，。因而 上式說明，雙差分對電路并沒有實現(xiàn)和的相乘運算，僅提供了兩個非線性函數(shù)（雙曲正切）相乘的特征。與單差分電路分析類似。（1），時，式子近似為這時實現(xiàn)了和的乘法運算。（2），時，式子近似為這時包含頻率成分為 ，雖然實現(xiàn)了和的線性關(guān)系，但幅值都很小。為此，在實際電路中采用負(fù)反饋技術(shù)來擴展的動態(tài)范圍。擴展后雙差分管的輸出差值電流為解調(diào)電路應(yīng)用二極管平衡解調(diào)電路進(jìn)行同步檢波，乘法器MC1496的Y輸入端接載波信號，X輸入端接從調(diào)制電路輸出的已調(diào)信號，后接由和組成的低通濾波器濾除諧波分量。

10、示波器A、B端分別輸入已調(diào)信號和解調(diào)基帶信號，可觀察到二者波形。暫時選取低通濾波器參數(shù)為電阻，電容，計算可得低通濾波器截止頻率。解調(diào)部分電路圖如圖10。 圖10 解調(diào)部分電路圖綜合上述分析，完整的DSB信號調(diào)制解調(diào)電路圖設(shè)計如下 圖11 總調(diào)制解調(diào)電路圖仿真過程實驗結(jié)果XSC3顯示調(diào)制信號波形 圖12 調(diào)制信號波形XSC4顯示載波信號波形 圖13 載波信號波形XSA1顯示已調(diào)信號頻譜圖14 已調(diào)信號頻譜XSC2顯示已調(diào)信號波形 圖15 已調(diào)信號波形XSC2顯示解調(diào)信號波形及已調(diào)信號波形 圖16 解調(diào)信號波形及已調(diào)信號波形結(jié)果分析1、在已調(diào)波的波形中可讀出，所以=0.565, 理想值為1。2、觀

11、察圖16可看到解調(diào)輸出波形有失真，分析其失真原因有以下幾點：（1）由于電路中選擇的芯片作用，相乘器的最大容許輸入電壓與電路中本機振蕩電壓相差不大，致使產(chǎn)生的解調(diào)信號波形產(chǎn)生少許失真。（2）在乘法器的輸出端口有少許的載頻泄漏，在低通濾波器濾除時仍然留有少許，對解調(diào)出的波形產(chǎn)生干擾，從而產(chǎn)生少許失真。（3）在信號傳遞過程中，頻率和相位偏移都會影響波形的質(zhì)量，從而產(chǎn)生失真。（4）因為在第二章中介紹了在DSB信號解調(diào)電路中濾波器上截止頻率應(yīng)低于2倍的高頻載波頻率，而高于最高調(diào)制頻率。即要求且，在設(shè)計電路中濾波器截止頻率僅為0.61KHz，不滿足上述要求，所以解調(diào)出的信號有一定失真。3、觀察圖14已調(diào)信號頻譜圖可看到，由于前段電路沒有經(jīng)過帶通濾波器，導(dǎo)致解調(diào)后得到的頻譜圖出現(xiàn)多次諧波。但其總體變化趨勢保持不變。問題提出1. DSB波的主要特點有什么？答：DSN波功率利用率高，接收要求同步解調(diào)，用于點對點的專用通信及低帶寬信號多路復(fù)用系統(tǒng)。2. 本振信號為什么與調(diào)制信號同頻同相完全一致？答：解調(diào)是將信號還原的過程，如果在解調(diào)過程中本振信號與載波信號不是相同的，那么輸出信號就會出現(xiàn)失真。3解調(diào)波出現(xiàn)部分失真的原因是什么？答：可能來自元件內(nèi)阻引起的失真，來自噪聲干擾引起的失真，在信號傳遞過程中，頻率和相位