通信电子线路研讨1.docx

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通信电子线路研讨1

通信电子线路

实验报告

仿真实验报告

—调幅及检波

指导教师:

路勇

学生姓名

班级

学号

仝欣

通信1303

13213029

日期：

2015年11月15日

成绩：

目录

（一）.实验目标3

（二）.实验原理及内容3

2.1.调制解调原理3

2.2.AM调制解调原理4

2.3.DSB调制解调原理5

2.4.SSB调制解调原理7

2.5.实验内容8

（三）.实验设计与实验方法8

3.1.信号的调制8

3.2.信号的解调14

（四）.实验结果分析16

三.研学感想18

四.参考资料19

振幅调制解调的研究

（一）.实验目标

主要说明AM，DSB，SSB调制解调的基本技术，并分别在时域讨论振幅调制与解调的基本原理并介绍分析有关电路组成。

其目的在于进一步巩固高频、通信原理等相关专业课上所学关于频率调制与解调等相关内容，通过学习与掌握电路设计与仿真软件的基础上按要求设计一个通信电子线路并仿真，综合所学知识进行一次全面训练。

1、熟悉模拟乘法器的特点与使用方法，掌握模拟乘法器调幅电路的基本工作原理；

2、利用模拟乘法器实现普通调幅（AM）调制与解调，用MULTISM软件进行仿真，给出相应波形；

3、利用模拟乘法器实现抑制载波的双边带调幅（DSB）调制与解调，用MULTISM软件进行仿真，给出相应波形；

4、利用模拟乘法器实现抑制载波的单边带调幅（SSB）调制与解调，用MULTISM软件进行仿真，给出相应波形；

5、比较全调制调幅（AMMa=1），抑制载波的双边带调幅（DSB），抑制载波的单边带调幅（SSB）异同；

（二）.实验原理及内容

2.1.调制解调原理

调制（modulation）就是对信号源的信息进行处理加到载波上，使其变为适合于信道传输的形式的过程，就是使载波随信号而改变的技术。

一般来说，信号源的信息（也称为信源）含有直流分量和频率较低的频率分量，称为基带信号。

基带信号往往不能作为传输信号，因此必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输。

这个信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号。

调制是通过改变高频载波即消息的载体信号的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的。

而解调则是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者（也称为信宿）处理和理解的过程。

最常用的模拟调制方式是用正弦波作为载波的调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM）三种。

振幅调制方式是用传递的低频信号去控制作为传送载体的高频振荡波（称为载波）的幅度，是已调波的幅度随调制信号的大小线性变化，而保持载波的角频率不变。

在振幅调制中，根据所输出已调波信号频谱分量的不同，分为普通调幅（AM）、抑制载波的双边带调幅（DSB）、抑制载波的单边带调幅（SSB）等。

AM的载波振幅随调制信号大小线性变化；DSB是在普通调幅的基础上抑制掉不携带有用信息的载波，保留携带有用信息的两个边带；SSB是在双边带调幅的基础上，去掉一个边带，只传输一个边带的调制方式。

它们的主要区别是产生的方法和频谱的结构不同。

解调是调制的逆过程。

调制方式不同，解调方法也不一样。

与调制的分类相对应，解调可分为正弦波解调（有时也称为连续波解调）和脉冲波解调。

正弦波解调还可再分为幅度解调、频率解调和相位解调，此外还有一些变种如单边带信号解调、残留边带信号解调等。

同样，脉冲波解调也可分为脉冲幅度解调、脉冲相位解调、脉冲宽度解调和脉冲编码解调等。

2.2.AM调制解调原理

2.2.1调制原理

AM信号是载波信号振幅在Vm0上下按输入调制信号规律变化的一种调幅信号，表达式如下：

u（t）=[UC+kUΩ（t）]cosct（式1）

由表达式可知可以看成是一直流电压加低频调制信号，再与高频载波信号相乘。

如图所示

若调制信号为:

uΩ=UΩcosΩt

载波信号为:

uC（t）=UCcosct

调幅波（已调波）的表示式为:

u（t）=[UC+kUΩ（t）]cosct

=Uc（1+macosΩt）cosct（式2）

其中ma=kUΩ/Uc，称调幅系数或调幅度。

调幅波的表示式表明：

（1）调幅波的频率为载波的频率。

（2）调幅波的幅值随调制信号的变化规律而变。

2.2.2.解调原理

AM一般采用峰值包络检波方法，利用图1-3所示电路可以达到峰值包络检波的目的。

2.3.DSB调制解调原理

2.3.1.调制原理

抑制掉调幅信号频谱结构中无用的载频分量，仅传输两个边频的调制方式称为抑制载波的双边带调幅（DSB），表达式为U（t）=kUc（t）U（t）（式3）

由表达式可知，看成是调制信号直接与载波信号相乘，没有直流分量。

DSB调制波表达式为：

U（t）=kUc（t）U（t）

=kUcUcosctcost

=kUcU[cos（c+）t+cos（c-）t]/2（式4）

双边带在调制信号相位变化时，其高频振荡相位要发生突变

2.3.2.解调原理

双边带由于失去载波，其包络线不能完全反映调制信号的实际变化规律。

使解调困难。

所以我们一般使用乘积检波即同步检波方式。

输入DSB信号：

Ui=UIcosCtcost

本振信号：

U1=U1cos[（C+）t+]

U2=kUiU1=kUIU1cost{cos（t+）+cos[（2C+）t+]}/2

经过滤波后得到UL=kUIU1cost[cos（t+）]/2（式5）

2.4.SSB调制解调原理

2.4.1.调制原理

因为边频中，任何一个边频已包含了调制信号的全部信息，所以为了节省频带，可进一步抑制掉其中一个边带，而只发送一个边频，这就是SSB。

它的表示式为：

U（t）=kUcUcos（c-Ω）t（式6）

由表达式可知在DSB调制基础上加一带通滤波器，滤去其中一个边带。

产生单边带振幅调制SSB信号的方法有滤波法与移相法。

滤波法一般采用多次平衡调幅和滤波，逐步将载频提高到要求的数值。

滤波法所需设备复杂，但由于其性能稳定可靠，是目前常用的标准形式。

移相法是利用移相网络，对载波和调制信号进行适当的相移，以便在相加过程中将其中的一个边带抵消而获得SSB信号。

移相法的优点是无需多次调制与复杂的滤波器，缺点是不容易在调制信号整个频带范围内都保证90°相移。

可知它的波形表达式为:

U（t）=Umcos（c+Ω）t=kUcUcos（c+Ω）t（式7）

从上图看，单频时的SSB信号仍是等幅波，但它与原载波电压是不同的。

SSB信号的振幅和调制信号的幅度成正比，它的频率随着调制信号频率的不同而不同，因此它含有消息特征。

单边带信号的包络与载波信号的包络形状相同，在单频调制时，它们的包络都是一个常数，我们无法直接从SSB条幅信号的包络中提取出调制信号信息。

2.4.2.解调原理

解调原理和DSB完全相同。

2.5.实验内容

1、利用模拟乘法器实现普通调幅（AM）调制与解调，用MULTISM软件进行仿真，给出相应波形；

2、利用模拟乘法器实现抑制载波的双边带调幅（DSB）调制与解调，用MULTISM软件进行仿真，给出相应波形；

3、利用模拟乘法器实现抑制载波的单边带调幅（SSB）调制与解调，用MULTISM软件进行仿真，给出相应波形；

4、比较全调制调幅（AMMa=1），抑制载波的双边带调幅（DSB），抑制载波的单边带调幅（SSB）调制和解调的异同。

（三）.实验设计与实验方法

本实验采用MULTISM软件仿真及调试，采用MULTISM提供的模拟乘法器符号，根据实验原理画出电路图并利用示波器模拟输出波形，实现了AM，DSB,SSB的调制和解调功能，观察输出波形并进行对比比较，总结异同点。

并且我的仿真全部采用调制信号频率500Hz，载波信号频率10kHz

3.1.信号的调制

3.1.1.AM调制

普通调幅AM调制的仿真电路图如下图：

乘法器两个输入端分别为调制信号：

uΩ=UΩcosΩt+UC在调制信号中还使用了加法器，载波信号为:

uC（t）=UCcosc，将乘法器的输出端接到示波器上方便观察输出波形

Multisim仿真电路窗口中创建如图所示的由乘法器（K=0.2）组成的普通调幅（AM）电路，在该电路中，直流电压源

（图中

）和低频调制信号

（图中

）分别加到乘法器A1的Y输入端口，高频载波信号电压

（图中

）。

将示波器1的A、B通道分别加到乘法器的Y输入端口、模拟加法器的输出端口，其构成如图所示。

调制信号电压的幅值改为4V，则调指数

=1，这时电路输出的曲线的包络恰好为调幅曲线。

当调幅指数Ma<1，即输入调制信号的幅值小于输入直流信号，包络波形无失真；高频载波信号的振幅随着调制信号的振幅规律变化，即已调信号的振幅在调制信号的上下按输入调制信号规律变化。

调幅电路组成模型中的模拟乘法器对

和

实现相乘运算得结果，反映在波形上是将

不失真地转移到载波信号振幅上。

其仿真结果见仿真示波器显示波形，如图所示。

调制信号电压的幅值增大至大于输入直流信号，则此时调指数Ma>1,可以发现已调波的包络形状与调制信号不一样，产生了严重的包络失真，出现过调幅现象，在实际应用中应尽量避免。

其仿真结果见仿真示波器显示波形，如图所示。

3.1.2.DSB调制

DSB调制和AM调制的电路图相同，只是将输入直流信号设为0。

仿真电路图如下图。

调制信号

载波信号

DSB仿真电路的输出波形见仿真示波器显示波形，如下图所示：

3.1.3.SSB调制

利用移相法实现SSB调制。

移相法是利用移相网络，对载波和调制信号进行适当的相移，以便在相加过程中将其中的一个边带抵消而获得SSB信号。

移相法的优点是无需多次调制与复杂的滤波器，缺点是不容易在调制信号整个频带范围内都保证90°相移。

由移相法的原理图可知输入

和

两个信号相乘并加上90度相移后的

和

两者的乘积则可得到SSB调制后的信号。

根据原理图搭建电路如图所示，V3和V4分别为V1和V2相移90度之后的信号。

SSB仿真电路的输出波形见仿真示波器显示波形，如下图所示：

由上图的波形可以看出SSB调制的输出已调波的包络不随调制信号的振幅变化而变化，我们无法直接从SSB条幅信号的包络中提取出调制信号信息。

除了移相法产生单边带振幅调制SSB信号的方法还有滤波法。

滤波法一般采用多次平衡调幅和滤波，逐步将载频提高到要求的数值，需多次调制与复杂的滤波器。

3.2.信号的解调

解调是调制的逆过程。

调幅波的解调又叫振幅检波，简称检波。

完成检波作用的电路称为检波器，它的作用是从振幅调制信号中不失真地检出调制信号来。

检波的方式有多种，如平法律检波、峰值包络检波、乘积检波等。

前两种适用于解调普通调幅波，而乘积检波既可解调普通调幅波，也可解调DSB及SSB信号。

对于普通调幅信号来说，它的载波分量未被抑制掉，可以直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需的解调电压，而不必另加同步信号。

3.2.1.AM包络检波

正常检波

通常利用二极管电容电阻构成的检波电路来对AM波进行峰值包络检波。

在AM调制的电路图乘法器后面接一个峰值包络检波电路就可以将调制过的信号解调出来了。

具体工作原理是输入信号Ui通过D给C充电，充=RdC很小，输出电压UL很快接近输入信号的峰值，并对D形成反压，当UL>Ui时：

D截止，电容上的电压放电，放=RLC。

只有Ui>UL时，才有电流id，其幅度与包络幅度相对应；UL为锯齿波型，它与Ui的包络形状基本一致；UL重现调制信号包络线形状，从而完成峰包检波。

AM峰值包络检波的电路原理图如调幅电路所示。

解调调幅波时，二级管总是在输入信号的每个周期的峰值附近到导通，因此输出电压与输入信号包络相同。

二极管电流的平均分量

流过电阻R形成检波输出，而高频分量被电容C滤掉。

下图即为调制波形和解调输出波形。

3.2.1.AM包络检波失真情况

由于在检波时候会出现失真情况，峰值包络检波会出现比如对角切割失真、底部切割失真、检波器频率失真等失真的情况，所以就这些失真情况作一个仿真总结。

（1）惰性失真（仿真方案：

将所有R全部调很大）

引起原因：

它主要是由于RlC太大引起的。

适当提高RlC有利于滤除高频成分；但如太大，将因放电时间过长面跟不上包络的变化，而产生惰性失真。

在二级管截止期间，电容C两端电压下降的速度取决于RC的时常数，如果电容放电速度过慢，使得输出电压不能跟随输入信号包络下降的速度，那么检波输出将与输入信号包络不一样，产生失真。

这种由于RC时间常数过大而引起的失真称为惰性失真或者对角切割失真。

如图。

（2）底部切割失真

产生这种失真是因为交直流负载不同引起的。

要避免底边切割失真，一定要设法增大交流阻抗和直流阻抗的比值。

由上面三图可得如下结论：

当用二极管包络检波法解调普通调幅波时，要选择合适的电路参数。

（四）.实验结果分析

由上面的仿真波形对比可以得到一些有用的结论：

AM调制的特点：

AM调制即为对信号进行幅度调制，高频载波信号的振幅随着调制信号的振幅规律变化，即已调信号的振幅在调制信号的上下按输入调制信号规律变化。

调制过程中有一个特殊的参数就是调幅指数Ma，当调幅指数Ma<1，即输入调制信号的幅值小于输入直流信号时，包络波形无失真；当Ma=1时称为全调制，即输入载波信号的峰值和输入直流信号相等，这时电路输出的曲线的包络几乎恰好为调制信号曲线；当调指数Ma>1,即调制信号电压的幅值增大至大于输入直流信号，可以发现已调波的包络形状与调制信号不一样，产生了严重的包络失真，出现过调幅现象。

所以为了保证已调波的包络真实地反映出调制信号的化规律，避免产生过调失真，要求调制系数Ma必满足0

AM解调的特点：

通常利用二极管电容电阻构成的检波电路来对AM波进行峰值包络检波。

但是在检波时候会出现失真情况，峰值包络检波会出现比如对角切割失真、底部切割失真、检波器频率失真等失真的情况。

并且在解调结果不是特别理想。

所以当用二极管包络检波法解调普通调幅波时，要选择合适的电路参数，如选择合适的R、C等。

DSB调制的特点：

调制的结果和AM调制时Ma=1的结果比较类似。

输出的曲线包络是为调制信号的曲线。

DSB解调的特点：

解调效果很好，近乎完全解调好信号，失真很小。

SSB调制的特点：

发现SSB调制之后的包络都是一个常数，不随调制信号的振幅变化而变化，我们无法直接从SSB调制信号的包络中提取出调制信号信息。

SSB解调的特点：

解调的效果也比较理想，失真比较小。

AM全调制和DSB调制和解调的对比：

AM调制中的高频载波信号的振幅随着调制信号的振幅规律变化，已调波的包络携带调制信号信息，AM全调制波的频谱里有载波分量，而且它的功率里，载波功率至少占到2/3（Ma=1，全调制时），即有用功率最多占1/3，效率较低，；DSB调制是在普通调幅的基础上抑制掉不携带有用信息的载波，保留携带有用信息的两个边带，DSB调制波的频谱里无载波分量，只有上、下两个边带，DSB调幅波功率中没有载波功率，效率高，提高了信号利用率。

它们的主要区别是产生的方法和频谱的结构不同。

（1）AM和DSB调制的区别：

AM全调制的调制后的信号和DSB调制后的信号波形近似相同，但原理不相同，因为AM全调制时为调制信号加一个直流信号与载波相乘，而DSB调制时直接将调制信号与载波相乘。

（2）AM和DSB解调的区别：

AM调幅波可采用峰值包络检波也可采用乘积检波，DSB调幅波不能采用峰值包络检波，因为双边带由于失去载波，其包络线不能完全反映调制信号的实际变化规律，使用包络检波的话解调困难，只能采用乘积检波来解调。

DSB相干解调与AM峰值包络检波相比，乘积检波的解调输出波形几乎无失真，解调效果很好，所以得出的结论是乘积检波性能优于峰值包络检波，但实现较为复杂，因为需要输入一个和载波同频同相的信号比较困难。

三.研学感想

本次研究性学习总共花费近两天时间，从丁类功率放大器的资料的查找到MULTISM仿真调幅波的调制解调是一个由难到易的过程。

同时模拟AM，SSB，DSB三种调制解调的整体仿真过程是一个对课本学习非常好的补充，调相关系数虽然很繁琐，但是出结果时的欢欣说明一切都是值得的，同时也非常感谢老师和各位同学的帮助。

四.参考资料

[1]黄晓勇吕伟张晓明.AB类与D类功放原理对比性研究..

[2]王春生.浅谈丁类放大器在中短波广播发射机中的应用.河南艺术职业学院.2012,9.

[3]冯民昌，范希鲁.模拟集成电路系统.北京：

北京交通大学出版社，2002