1、唐 山 學 院 高頻電子線路 課 程 設 計 題 目 同步解調器的設計與實現 系 (部) 信息工程系 班 級 11通信2班 姓 名 學 號 指導教師 2013 年 7 月 8 日至 7 月 12 日 共 1 周高頻電子線路 課程設計任務書一、設計題目、內容及要求 設計題目：同步解調器的設計與實現內容及要求：1原理分析及電路圖設計2用相關仿真軟件畫出電路并對電路進行分析與測試(1)疊加型同步檢波器對DSB、SSB信號進行檢波的分析；(2)輸入調幅波m不同時疊加型同步檢波器檢波分析；(3)乘積型同步檢波器對DSB、SSB信號進行檢波的分析；(4)輸入調幅波m不同時乘積型同步檢波器檢波分析；(5)檢

2、波器電壓傳輸系數計算。二、設計原始資料 模擬電子線路、高頻電子線路；軟件Multisim 10；計算機一臺 三、要求的設計成果（課程設計說明書、設計實物、圖紙等）設計說明書1份，不少于2000字，應包含大信號包絡檢波器原理、設計電路、相關軟件Multisim 10介紹、仿真電路、仿真波形分析。四、進程安排7月8號 課設理論講解及仿真軟件介紹、學生練習使用軟件7月9號 電路圖理論設計7月10號 仿真分析7月11號 整理、撰寫說明書7月12號 進行測試或答辯五、主要參考資料1 曾興文、劉乃安、陳健高頻電子線路北京：高等教育出版社，20072 張肅文等高頻電子線路（第四版）北京：高等教育出版社，20

3、043 聶典等Multisim 10計算機仿真北京：電子工業出版社，2010指導教師（簽名）：教研室主任（簽名）：課程設計成績評定表出勤情況出勤天數 缺勤天數成績評定出勤情況及設計過程表現（20分）課設答辯（20分）設計成果（60分）總成績（100分）提問（答辯）問題情況綜合評定 指導教師簽名： 年 月 日高頻電子線路課程設計目錄前言11同步解調器設計原理21.1乘積型同步檢波器設計原理21.2疊加型同步檢波器設計原理32同步解調電路設計62.1 DSB信號乘積型同步檢波電路圖62.2 SSB信號乘積型同步檢波電路圖62.3 DSB信號疊加型同步檢波電路圖72.4 SSB信號疊加型同步檢波電路

4、圖73同步解調器電路的仿真83.1 軟件技術簡介83.2電路的仿真94 同步解調器電路實現與分析124.1乘積型解調器電路實現與分析124.1.1 DSB電路的實現與分析124.1.2 SSB電路的實現與分析134.2疊加型解調器電路實現與分析144.2.1 DSB電路的實現與分析144.2.2 SSB電路的實現與分析155 總結16參考文獻17前言調制和解調技術是信息傳遞技術的關鍵。解調也稱作檢波，就是從接收端最大程度不失真的恢復出有用的信息。在各種信息傳輸或處理系統中，發送端用所欲傳送的消息對載波進行調制，產生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。解調是調

5、制的逆過程。調制方式不同，解調方法也不一樣。從調幅波中恢復調制信號的電路，也可稱為幅度解調器。與調制器一樣，檢波器必須使用非線性元件，因而通常含有二極管或非線性放大器。通常，振幅解調的方法有包絡檢波和同步檢波兩種。同步檢波器是解調技術的一個重要分支。同步檢波，又稱相干檢波，它利用與已調幅波的載波（同頻，同向)與已調幅波相乘（相加），再利用低通濾波器濾除高頻分量，從而得到調制信號。本文詳細介紹了乘積型相干解調和疊加型相干解調兩種方法。給出了基于Multisim軟件的調制和解調仿真結果。1同步解調器設計原理同步檢波器主要用于DSB和SSB 信號進行解調。它的特點是必須外加一個與載波同頻同相的恢復載

6、波信號。其原理方框圖如圖1-1所示。外加載波信號電壓加入同步檢波器有兩種方法：疊加型和乘積型。調制信號低通濾波器檢波器已調振幅信號 插入載波信號圖1-1 同步檢波器原理方框圖1.1乘積型同步檢波器設計原理乘積型同步檢波是直接把本地恢復載波與接收信號相乘，用低通濾波器將低頻信號提取出來（原理框圖如圖1-2所示）。在這種檢波器中，要求恢復載波與發端的載波同頻同相。如果其頻率或相位有一定的偏差將會使恢復出來的調制信號產生失真。低通濾波器 調制信號器 乘法器已調信號 插入載波信號圖1-2 乘積型同步檢波器原理方框圖設輸入普通調幅信號為 (1-1)乘法器另一輸入同步信號為 (1-2)則乘法器輸出為: 其

7、中 是乘法器增益。可見, 輸出信號中含有直流, , ,幾個頻率分量。用低通濾波器取出直流和分量, 再去掉直流分量, 就可恢復原調制信號。 如果同步信號與發射端載波同頻不同相, 有一相位差, 即,則乘法器輸出中的分量為。 若是一常數, 即同步信號與發射端載波的相位差始終保持恒定, 則解調出來的分量仍與原調制信號成正比, 只不過振幅有所減小。當然，否則,分量也就為零了。若是隨時間變化的, 即同步信號與發射端載波之間的相位差不穩定, 則解調出來的分量就不能正確反映調制信號了。設載波為，單頻調制信號為，則雙邊帶調幅信號為： (1-3)其中為比例系數。可見雙邊帶調幅信號中僅包含兩個邊頻,無載頻分量,其頻

8、帶寬度仍為調制信號帶寬的兩倍。 由于雙邊帶調幅信號的包絡不能反映調制信號,所以包絡檢波法不適用, 而同步檢波是進行雙邊帶調幅信號解調的主要方法。與普通調幅信號同步檢波不同之處在于, 乘法器輸出頻率分量有所減少。 用低通濾波器取出低頻分量,即可實現解調。1.2疊加型同步檢波器設計原理將輸入信號與同步信號疊加后，合成包絡反映調制信號變化的普通調幅信號，再利用包絡檢波器實現解調，原理電路如圖2-3所示。調制信號器 包絡檢波器加法器已調信號 插入載波信號圖1-3 疊加型同步檢波器原理方框圖若，當為雙邊帶信號時，合成電壓為：(1-4）只要滿足， ，合成信號即為不失真的AM調幅信號，利用包絡檢波器可以解調

9、出所需要的音頻信號。當為單邊帶信號時，合成電壓為： （1-5)式中：合成信號的包絡和相角均受到調制信號的控制，不能不失真地反映原調制信號的變化規律。所以，一般情況下，由包絡檢波器構成的疊加型同步檢波器不能對單邊帶信號實現線性解調。將改寫為 (1-6）假若滿足一定的條件，失真可以減小到允許值若滿足，上式可以簡化為 （1-7）進一步忽略上式中的三次方及其以上的各項，經三角變換后可得 （1-8）將角頻率為和分量的振幅之比定義為二次諧波失真系數，用表示，其值為若要求則要求所以當采用包絡檢波器構成同步檢波電路用以解調單邊帶信號時，為將限制在允許的范圍內，必須要求同步信號有足夠大的振幅。2同步解調電路設計

10、2.1 DSB信號乘積型同步檢波電路圖輸入信號為DSB信號，將DSB信號與其載波信號同時輸入到乘法器中，輸出的信號經過低通濾波器輸出應為原始載波信號。圖 2-1 DSB信號乘積型同步檢波器電路圖2.2 SSB信號乘積型同步檢波電路圖SSB信號由DSB信號濾波得到，濾波部分電路采用帶有反饋的有緣帶通濾波器。得到的SSB信號與恢復信號輸入乘法器，在經過低通濾波得到原始載波信號。 圖 2-2 SSB信號乘積型同步檢波器電路圖2.3 DSB信號疊加型同步檢波電路圖疊加型同步檢波是將DSB插入恢復載波,使之成為或近似為AM信號,再利用包絡檢波器將調制信號恢復出來。在AM信號中，載波分量并不攜帶信息，信息

11、完全由邊帶傳送。如果將載波抑制，只需要將直流分量去掉，即可輸出抑制載波雙邊帶信號，簡稱雙邊帶信號（DSB）。DSB調制由兩個同步的正弦波經乘法器得到。圖 2-3 DSB信號疊加型同步檢波器電路圖2.4 SSB信號疊加型同步檢波電路圖SSB信號是將雙邊帶信號濾除或抵消一個邊帶形成的。由DSB信號得到SSB信號的方法主要有兩種：濾波法和移相法。鑒于電路及信號的穩定性，我采用濾波法。包絡檢波部分由電阻和電容正確組合，調試數據得到正確波形即可。圖 2-4 SSB信號疊加型同步檢波器電路圖3同步解調器電路的仿真3.1 軟件技術簡介Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎

12、的仿真工具，適用于板級的模擬/數字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。通過Multisim和虛擬儀器技術，PCB設計工程師和電子學教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。目前在各高校教學中普遍使用Multisim10.0，網上最為普遍的是Multisim 10.

13、0，NI于2007年08月26日發行NI系列電子電路設計軟件，NI Multisim v 10作為其中一個組成部分包含于其中。Multisim 仿真軟件有著自己鮮明的特點：1.可以根據自己的需求制造出真正屬于自己的儀器；2.所有的虛擬信號都可以通過計算機輸出到實際的硬件電路上;3.所有硬件電路產生的結果都可以輸回到計算機中進行處理和分析。而Multisim 10.0的特點：1.直觀的圖形界面：整個操作界面就像一個電子實驗工作臺，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點鼠標可用導線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實物相似，測量數據、波形和特性曲線如同在真

14、實儀器上看到的； 2.豐富的元器件：提供了世界主流元件提供商的超過17000多種元件，同時能方便的對元件各種參數進行編輯修改，能利用模型生成器以及代碼模式創建模型等功能，創建自己的元器件。 3.強大的仿真能力：以SPICE3F5和Xspice的內核作為仿真的引擎，通過Electronic workbench 帶有的增強設計功能將數字和混合模式的仿真性能進行優化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、電路向導等功能。 4.豐富的測試儀器：提供了22種虛擬儀器進行電路動作的測量5.完備的分析手段：Multisim提供了許多分析功能：它們利用仿真產生的數據執行分析，分析范圍很廣，從

15、基本的到極端的到不常見的都有，并可以將一個分析作為另一個分析的一部分的自動執行。集成LabVIEW和Signalexpress快速進行原型開發和測試設計，具有符合行業標準的交互式測量和分析功能； 6.完善的后處理：對分析結果進行的數學運算操作類型包括算術運算、三角運算、指數運行、對數運算、復合運算、向量運算和邏輯運算等； 7.詳細的報告：能夠呈現材料清單、元件詳細報告、網絡報表、原理圖統計報告、多余門電路報告、模型數據報告、交叉報表7種報告； 8.兼容性好的信息轉換：提供了轉換原理圖和仿真數據到其他程序的方法，可以輸出原理圖到PCB布線（如Ultiboard、OrCAD、PADS Layout

16、2005、P-CAD和Protel）；輸出仿真結果到MathCAD、Excel或LabVIEW；輸出網絡表文件；向前和返回注；提供Internet Design Sharing（互聯網共享文件）3.2電路的仿真1.乘積型電路的設計(1)DSB電路圖3-5 乘積型DSB仿真電路圖(2)SSB電路圖3-6 乘積型SSB仿真電路圖2.疊加型電路的設計（1）DSB電路圖3-6 疊加型DSB仿真電路圖（2）SSB電路圖3-5疊加型SSB仿真電路圖4 同步解調器電路實現與分析4.1乘積型解調器電路實現與分析4.1.1 DSB電路的實現與分析由調制信號和載波信號經過乘法器實現的DSB信號如圖4-1所示：圖4

17、-1 DSB信號波形DSB信號與本地載波信號經乘法器后再經過低通濾波器實現檢波：圖4-2 DSB信號解調后輸出信號波形4.1.2 SSB電路的實現與分析由調制信號和載波信號經過乘法器實現的DSB信號經過濾波后產生的SSB信號：圖4-3 SSB信號波形SSB信號與本地載波經乘法器后再經過低通濾波器實現檢波產生的信號：圖4-4 SSB信號解調后輸出信號波形 4.2疊加型解調器電路實現與分析4.2.1 DSB電路的實現與分析由調制信號和載波信號經過乘法器實現的DSB信號如圖4-5所示圖4-5 DSB信號經疊加型電路檢波后的信號如圖4-6所示：圖4-6 DSB信號解調后輸出信號波形4.2.2 SSB電

18、路的實現與分析由調制信號和載波信號經過乘法器實現的DSB信號經過濾波后產生的SSB信號：圖4-7 SSB信號SSB信號與本地載波經加法器后再經過包絡檢波器實現檢波產生的信號：圖4-8 SSB信號解調輸出信號波形5 總結此次課程設計，加深與鞏固了我們所學的專業基礎課程，并將其綜合運用，提高了我們綜合運用知識的能力，還給了我們將理論運用于實踐的機會；另一方面，培養了我們對專業知識學習的趣；同時也提高了我們分析問題的能力。關于此次設計，對于雙邊帶或單邊帶調幅信號來說，無法直接從雙邊帶或單邊帶調幅信號中提取參考信號。為了產生同頻同相的本地同步載頻信號，往往在發射機發射雙邊帶或單邊帶調幅信號的同時，附帶發射一個載頻信號，其功率遠低于雙邊帶或單邊帶調幅信號的功率，通常稱為導頻信