AM調(diào)制與解調(diào)

1、課程設(shè)計線路高頻課程設(shè)計報告班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 成 績： 電子與信息工程學(xué)院信息與通信工程系摘要振幅調(diào)制信號的解調(diào)過程稱為同步檢波。有載波振幅調(diào)制信號的包絡(luò)直接反應(yīng)調(diào)制信號的變化規(guī)律，可以用二極管包絡(luò)檢波的方法進行檢波。而抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調(diào)制信號的包絡(luò)不能直接反應(yīng)調(diào)制信號的變化規(guī)律，無法用包絡(luò)檢波進行解調(diào)，所以要采用同步檢波方法。同步檢波器主要適用于對DSB和SSB信號進行解調(diào)，也可以用于AM，但是一般AM調(diào)制信號都用包絡(luò)檢波來進行檢波。同步檢波法是加一個與載波同頻同相的恢復(fù)載波信號。外加載波信號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)

2、信號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，濾除無用的高頻分量，從而實現(xiàn)雙邊帶信號的解調(diào)。本文詳細介紹了根據(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：同步檢波；AM；Multisim；調(diào)制目錄1 MC1496芯片設(shè)計11.1 MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)及基本性能12 信號調(diào)制的一般方法32.1模擬調(diào)制32.2數(shù)字調(diào)制32.3 脈沖調(diào)制33 振幅調(diào)制43.1 基本原理43.2 AM調(diào)制與仿真實現(xiàn)43.3 DSB調(diào)制與仿真實現(xiàn)64解調(diào)74.1同步檢波器原理框圖74.2同步檢波解

3、調(diào)電路圖94.3分析解調(diào)過程94.4解調(diào)仿真結(jié)果104.4.1 AM解調(diào)與仿真實現(xiàn)104.4.2 DSB解調(diào)與仿真實現(xiàn)115 小結(jié)與體會126附錄：總電路圖121 MC1496芯片設(shè)計1.1 MC1496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信號相乘的過程，而集成模擬乘法器正式實現(xiàn)兩個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現(xiàn)上述功能比用分立器件要簡單得多，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

4、功率計算以及低頻解調(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是由互補雙極性工藝制作而成，它包含有四個高精度四象限乘法單元。溫度漂移小于0005。03VHz的點噪聲電壓使低失真的Y通道只有002的總諧波失真噪聲，四個8MHz通道的總靜止功耗也僅為150mW。MC1496的工作溫度范圍為4085。MC1496的其它主要特性如下：四個獨立輸入通道；四象限乘法信號；電壓輸入電壓輸出；乘法運算無需外部元件；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

5、；具有優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性：0005 ；模擬輸入范圍為±25V，采用±5V電壓供電；低功耗一般為150mW。2 信號調(diào)制的一般方法調(diào)制就是對信號源的信息進行處理，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?；鶐盘柾荒茏鳛閭鬏斝盘枺虼吮仨毎鸦鶐盘栟D(zhuǎn)變?yōu)橐粋€相對基帶頻率而言頻率非常高的信號以適合于信道傳輸。這個信號叫做已調(diào)信號，而基帶信號叫做調(diào)制信號。調(diào)制是通過改變高頻載波即消息的載體信號的幅度、相位或者頻率，使其隨著基帶信號幅度的變化而變化來實現(xiàn)的。而解調(diào)則是將基帶信號從載波中提取出來以便預(yù)定的

6、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，不僅可以進行頻譜搬移，把調(diào)制信號的頻譜搬移到所希望的位置上，從而將調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成適合于傳播的已調(diào)信號，而且它對系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸?shù)目煽啃杂兄艽蟮挠绊懀{(diào)制方式往往決定了一個通信系統(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)制就是用用連續(xù)變化的信號去調(diào)制一個高頻正弦波。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以及獨立邊帶ISB。(b) 角度調(diào)制：調(diào)頻FM，調(diào)相PM。因為相位的變化率就是頻率，所以調(diào)相波和調(diào)頻波是密切相關(guān)的。2.2

7、數(shù)字調(diào)制用數(shù)字信號對正弦或余弦高頻振蕩進行調(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.3 振幅調(diào)制3.1 基本原理在本設(shè)計中調(diào)制方法采用的是振幅調(diào)制。振幅調(diào)制，也可簡稱為調(diào)幅，AM(Amplitude Modulation)，通過改變輸出信號的振幅，來實現(xiàn)傳送信息的目的。一般在調(diào)制端輸出的高頻信號的幅度變化與原始信號成一定的函數(shù)關(guān)系，在解調(diào)端進行解調(diào)并輸出原始信號。實際上的函數(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

8、調(diào)制和解調(diào)非常簡單，只需要一個二極管和一個電容器即可，當然最大的缺點是失真比較大，同時對干擾比較敏感，相對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(中波廣播)及航空無線電，尤其在航空無線電的領(lǐng)域，飛機的行進速度非?？?，戰(zhàn)斗機更快，對調(diào)頻而言，多普勒效應(yīng)太大了，會影響通訊，而調(diào)幅不受多普勒效應(yīng)的影響，故無法被取代。同時調(diào)幅也有一些改進的技術(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通信廣泛使用的多幅度數(shù)字調(diào)制等。使受調(diào)波的幅

9、度隨調(diào)制信號而變化的電路。調(diào)幅器輸出信號幅度ua與調(diào)制信號瞬時值的關(guān)系曲線叫作調(diào)幅特性。理想的調(diào)幅特性應(yīng)是直線，否則便會產(chǎn)生失真。用于大功率廣播或通信發(fā)射機的調(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。載波電話機和各種電子儀器多采

10、用低電平調(diào)幅器。它們對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)制與仿真實現(xiàn)本次設(shè)計中采用的基于MC1496的AM調(diào)制，電路如圖3-3所示。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如下：載波輸入端加入的信號為：f=500KHZ，Vp-p=200mv。調(diào)制信號輸入端加入的信號為：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3.3 DSB調(diào)制與仿真實現(xiàn)基于MC1496的DSB調(diào)制,調(diào)制電路如圖3-5圖3-5基

11、于Multisim的DSB調(diào)制仿真電路圖同樣載波輸入端加入的信號為：f=500KHZ，Vp-p=200mv。調(diào)制信號輸入端加入的信號為：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4解調(diào)4.1同步檢波器原理框圖 這種方法是將外加載波信號電壓與接收信號在檢波器中相乘，再經(jīng)過低通濾波器，最后檢出原調(diào)制信號，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u1為： （4-1） 本地載波電壓： （4-2） 上兩式中，即本地載波的角頻率等于輸入信號的角頻率，它們的相位不一定相同 （4-3） 低通濾波器濾除2附近的頻率分量后

12、，得到頻率為的低頻信號： （4-4）由上式可見，低頻信號的成正比。當=0時，低頻信號電壓最大，隨著相位差變大，輸出電壓變小。所以我們不但要求本地載波與輸出信號載波的角頻率必須相等。根據(jù)公式可知，要實現(xiàn)同步檢波需將與高頻載波同頻的同步信號與已調(diào)信號相乘，實現(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： （4-5）同步檢波亦采用模擬乘法器MC1496將同步信號與已調(diào)信號相乘，其電路圖如圖3.5所示。端輸入同步信號或載波信號，端輸入已調(diào)波信號，輸出端接有電阻R11、C6組成的低通濾波器和1uF的隔直電容，所以該電路對有載波調(diào)幅信號及抑制載波的調(diào)幅信號均可實現(xiàn)解調(diào)，但要合理的

13、選擇低通濾波器的截止頻率。圖4-2 同步檢波電路4.2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)過程在模擬乘法器MC1496的一個輸入端輸入振幅調(diào)制信號如抑制載波的雙邊帶信號，另一輸入端輸入同步信號（即載波信號），經(jīng)乘法器相乘，可得輸出信號U0（t）為（條件：，為大信號） （4-6）上式中，第一項是所需要的低頻調(diào)制信號分量，后兩項為高頻分量，可用低通濾波器濾掉，從而實現(xiàn)雙邊帶信號的解調(diào)。 若輸入信號為單邊帶振幅調(diào)制信號，則乘法器的輸為： （4-7）上式中，第一項是所需要的低頻調(diào)制信號分量，第二項為高頻分量，也可以被低通濾波器濾掉。如果輸入信號為有載波振幅調(diào)制信號，同步信號為載波信號,

14、利用乘法器的相乘原理，同樣也能實現(xiàn)解調(diào)。設(shè)， 則輸出電壓為+ (條件：，為大信號) （4-8） 上式中，第一項為直流分量，第二項是所需要的低頻調(diào)制信號分量，后面三項為高頻分量，利用隔直電容及低通濾波器可濾掉直流分量及高頻分量，從而實現(xiàn)了有載波振幅調(diào)制信號的解調(diào)。4.4解調(diào)仿真結(jié)果4.4.1 AM解調(diào)與仿真實現(xiàn)其中，兩路輸入端口加載的信號如下：載波輸入端加入的信號為：f=500KHZ，Vp-p=200mv。調(diào)制信號輸入端加入的信號為：f=1KHZ，Vp-p=200mv。直流電壓為110mv仿真輸出波形如圖4-3所示4-3AM解調(diào)信號波形 DSB解調(diào)與仿真實現(xiàn)4-4 DSB解調(diào)信號波形5 小結(jié)與體會經(jīng)過了為期五天的努力，終于完成了同步檢波器的設(shè)計，這期間，雖然經(jīng)常遇到一些困難，比如說多次畫錯電路圖，查找資料，一開始感覺做課程設(shè)計很興奮，當真正做的時候，卻發(fā)現(xiàn)要想設(shè)計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，通過自己獨立設(shè)計電路，增強了我動手設(shè)計、獨立思考與分析的能力，能夠更好的將理論知識與實踐結(jié)合起來，我感覺