1、 高頻電子線路課程設(shè)計(jì) 課程題目：DSB波的調(diào)制與解調(diào)過(guò)程仿真 專業(yè)班級(jí)： 姓名； 指導(dǎo)老師：DSB波的調(diào)制與解調(diào)過(guò)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(hào)去控制高頻載波的某個(gè)參數(shù)電路稱為調(diào)制電路；解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，從高頻已調(diào)信號(hào)中還原出原調(diào)制信號(hào)稱為解調(diào)電路。本設(shè)計(jì)完成了一個(gè)采用同步檢波法來(lái)實(shí)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(jì)過(guò)程，并應(yīng)用Multisim軟件對(duì)DSB調(diào)制解調(diào)電路進(jìn)行了仿真分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該電路能夠完成一個(gè)信號(hào)的DSB調(diào)制解調(diào)，但它與理論波形相比存在一個(gè)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(dòng)通信等通信系統(tǒng)中，要發(fā)送的音頻或視頻等有用信號(hào)（也稱為調(diào)制信號(hào)）包含的頻率成分相對(duì)比較低，直接地發(fā)射和接受是不合適的。因此，產(chǎn)生一個(gè)載波信號(hào)（也稱為高頻或射頻RF信號(hào)），將頻率較低的有用信號(hào)作用在頻率較高的載波信號(hào)上，這個(gè)過(guò)程稱為調(diào)制。載波信號(hào)有三個(gè)主要特征：振幅、頻率和相位。用調(diào)制信號(hào)區(qū)改變其中特征之一即完成了調(diào)制過(guò)程。解調(diào)是與其相反的過(guò)程。若是用調(diào)制信號(hào)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(hào)的幅度隨調(diào)制信號(hào)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(jì)采用高頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)

3、生載波，它和調(diào)制信號(hào)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(jī)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(diǎn)是具有良好的調(diào)制線性，而功率和效率一般不予考慮。對(duì)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(shí)現(xiàn)理想相乘器運(yùn)算的相乘器，一遍減少無(wú)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(duì)于低電平調(diào)制電路，除了采用具有二次方特性的場(chǎng)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(duì)模擬相乘器、工作在開(kāi)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(duì)AM波的不足，DSB調(diào)幅調(diào)制過(guò)程中將載波完全抑制，它的產(chǎn)生原理是調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)直接相乘。調(diào)制信號(hào) 載波信號(hào)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(duì)于雙邊帶調(diào)幅波只能采用同步檢波電路實(shí)現(xiàn)，同步檢波通常又稱為相干檢波。 將已調(diào)信號(hào)和載波信號(hào)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(hào)。 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(duì)恢復(fù)

5、的載波要求是：（1） 幅度要盡可能大，但不應(yīng)超過(guò)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?yàn)椋_(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(hào)通過(guò)，而將高頻信號(hào)衰減的電路濾除。圖4 低通濾波器模型對(duì)于不同濾波器而言，每個(gè)頻率的信號(hào)的減弱程度不同。當(dāng)使用在音頻應(yīng)用時(shí)，它有時(shí)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(gè)工

6、具都通過(guò)剔除短期波動(dòng)、保留長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)提供了信號(hào)的平滑形式。低通濾波器在信號(hào)處理中的作用等同于其它領(lǐng)域如金融領(lǐng)域中移動(dòng)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?yàn)V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(jì)要求目的 本次課設(shè)的目的就是通過(guò)學(xué)習(xí)和掌握電路設(shè)計(jì)與仿真軟件的基礎(chǔ)上，按要求設(shè)計(jì)一個(gè)通信電子線路并仿真，綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，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(yàn)主要的技術(shù)指標(biāo)1、采用

7、乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)DSB的調(diào)制，解調(diào)采用同步檢波法；2、輸入信號(hào)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(jì)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(jì)一個(gè)調(diào)幅發(fā)射（或接收）的電路。學(xué)習(xí)并掌握電路設(shè)計(jì)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(jì)；3、電路分析；4、仿真結(jié)果和分析。 設(shè)計(jì)過(guò)程 總體方案總體電路設(shè)計(jì)框圖如下： 圖5 總體設(shè)計(jì)框圖當(dāng)用作調(diào)制的乘法器的雙差分對(duì)處于線性工作狀態(tài)時(shí)，給其輸入調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)制后得到已調(diào)信號(hào)。當(dāng)用于解調(diào)的乘法器也工作于線

8、性狀態(tài)時(shí)給其輸入已調(diào)信號(hào)和載波信號(hào)，經(jīng)過(guò)解調(diào)后得到信號(hào)，將輸入低通濾波器得到基帶信號(hào)。電路設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇整體電路核心為模擬乘法器，本實(shí)驗(yàn)在調(diào)制部分應(yīng)用雙差分對(duì)乘法器，在解調(diào)部分應(yīng)用MC1496芯片。模擬乘法器是對(duì)兩個(gè)模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)相乘功能的有源非線性器件，主要功能是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)互不相關(guān)信號(hào)的相乘，即輸出信號(hào)與兩輸入信號(hào)相乘積成正比。它有兩個(gè)輸入端口，即X和Y輸入端口。根據(jù)雙差分對(duì)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(hào)調(diào)制電路采用雙差分對(duì)乘法器，雙差分對(duì)乘法電路由三對(duì)差分管構(gòu)

9、成。在本課程設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的電路圖如圖9。 圖9 調(diào)制部分電路圖設(shè)輸入信號(hào)，。雙端輸出時(shí)，雙端電流 其中，故，其中，。因而 上式說(shuō)明，雙差分對(duì)電路并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)和的相乘運(yùn)算，僅提供了兩個(gè)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(shí)，式子近似為這時(shí)實(shí)現(xiàn)了和的乘法運(yùn)算。（2），時(shí)，式子近似為這時(shí)包含頻率成分為 ，雖然實(shí)現(xiàn)了和的線性關(guān)系，但幅值都很小。為此，在實(shí)際電路中采用負(fù)反饋技術(shù)來(lái)擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)范圍。擴(kuò)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(hào)，X輸入端接從調(diào)制電路輸出的已調(diào)信號(hào)，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(hào)和解調(diào)基帶信號(hào)，可觀察到二者波形。暫時(shí)選取低通濾波器參數(shù)為電阻，電容，計(jì)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(hào)調(diào)制解調(diào)電路圖設(shè)計(jì)如下 圖11 總調(diào)制解調(diào)電路圖仿真過(guò)程實(shí)驗(yàn)結(jié)果XSC3顯示調(diào)制信號(hào)波形 圖12 調(diào)制信號(hào)波形XSC4顯示載波信號(hào)波形 圖13 載波信號(hào)波形XSA1顯示已調(diào)信號(hào)頻譜圖14 已調(diào)信號(hào)頻譜XSC2顯示已調(diào)信號(hào)波形 圖15 已調(diào)信號(hào)波形XSC2顯示解調(diào)信號(hào)波形及已調(diào)信號(hào)波形 圖16 解調(diào)信號(hào)波形及已調(diào)信號(hào)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(diǎn)：（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(jī)振蕩電壓相差不大，致使產(chǎn)生的解調(diào)信號(hào)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(shí)仍然留有少許，對(duì)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(hào)傳遞過(guò)程中，頻率和相位偏移都會(huì)影響波形的質(zhì)量，從而產(chǎn)生失真。（4）因?yàn)樵诘诙轮薪榻B了在DSB信號(hào)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(jì)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(hào)有一定失真。3、觀察圖14已調(diào)信號(hào)頻譜圖可看到，由于前段電路沒(méi)有經(jīng)過(guò)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(shì)保持不變。問(wèn)題提出1. DSB波的主要特點(diǎn)有什么？答：DSN波功率利用率高，接收要求同步解調(diào)，用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的專用通信及低帶寬信號(hào)多路復(fù)用系統(tǒng)。2. 本振信號(hào)為什么與調(diào)制信號(hào)同頻同相完全一致？答：解調(diào)是將信號(hào)還原的過(guò)程，如果在解調(diào)過(guò)程中本振信號(hào)與載波信號(hào)不是相同的，那么輸出信號(hào)就會(huì)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(lái)自元件內(nèi)阻引起的失真，來(lái)自噪聲干擾引起的失真，在信號(hào)傳遞過(guò)程中，頻率和相位