抑制载波双边带调制.doc

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1、目录摘要2一、电路设计41.1设计的意义41.2 原理分析41.2.1 DSB信号的调制41.2.2 DSB解调原理41.3 电路设计51.3.1调制电路51.3.2 解调电路61.3.3 总体电路71.3.4 电路分析8二、multisim软件简介13三、仿真电路143.1 调制电路仿真143.2 解调电路仿真163.2.1 无噪声源时解调电路仿真163.2.2 有噪声源时的解调电路仿真183.3 仿真结果分析18四、参考文献19五、总结20摘要在常规AM调幅时，由于载波分量不包含任何信息，又占整个调幅波平均功率的很大比例，造成了发射功率的极大浪费。为了提高调制效率，使总功率包含在边带中。因

2、此，在传输前把载波抑制掉，就可以在不影响传输信息的条件下，大大节省发射机的发射功率。针对AM波的不足，产生了双边带（DSB）信号调制与解调。本次课程设计为一个DSB调制解调过程电路。DSB调幅调制过程中将载波完全抑制，它的产生原理是调制信号与载波信号直接相乘。DSB解调过程中将已调信号经过一个低通通滤波器然后与载波信号直接相乘。从而提高了调制效率。关键词：双边带、高频载波、调幅、调制信号、仿真一、电路设计1.1设计的意义 调制就是对信号源的信息进行处理，使其变为适合于信道传输的形式的过程。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

3、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。调制在整个通信过程中是最基本、最重要的一个处理信号方法，在通信系统中，对模拟基带信号进行调制的目的就是为了让多个基带信号经过调制后在有线信道上同时传输，同时也适合于在无线信道中实现频带信号的传输；并且还能增强信号的抗噪声能力。因此，调制的意义可概括为减小干扰，提高系统抗干扰能力，同时还可实现传输带

4、宽与信噪比之间的互换。1.2 原理分析DSB(Double Side Band)信号是抑制了载波的双边带信号，发送时，不发送载波信号，对于DSB信号，其包洛的变化反映了调制信号绝对值的变化情况，当调制信号过零点时，有相位的突变。DSB信号的解调就是从它的幅度变化上提取原调制信号的过程。DSB的调制与解调原理图如图下所示。图 1 DSB的调制与解调原理图1.2.1 DSB信号的调制针对AM波的不足，DSB条幅调制过程中将载波完全抑制，它的产生原理是调制信号与载波信号直接相乘。原理图如下图所示。 图2 抑制载波双边带调幅调制原理框图 （1）式中K为一常数，与实现DSB波的电路有关。抑制载波的双边带

5、调幅波的时域和频域波形如图所示。DSB波的包络不再与调制信号 成正比关系，当改变正负符号时，DSB相应的跳转180度，如图所示。 图 3 DSB波时域波形与频域谱DSB信号的频谱有如下特点：（1）上、下边带均包含调制信号的全部信息。（2）幅度减半，带宽加倍。（3）线性调制。1.2.2 DSB解调原理 由抑制载波双边带调幅信号的频谱可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。图4 抑制载波双边带调制的相干解调将已调信号乘上一个同频同相的载波，如图4所示，可得到 （2）用一个带通滤波器可以将上式中第1项和

6、第2项分离，无失真地恢复出原始的调制信号。这种调制方法又称为同步解调或相干解调。相干解调的关键是必须产生一个同频同相的载波。如果同频同相的条件得不到保证，则会破坏原始信号的恢复。 同步检波器用于对载波被抑止的双边带或单这带信号进行解调。它的特点是必须外加一个频率和相位部与被抑止的载波相同的电压。同步检波的名称即由比而来，外加载波信号电压加入周步检波器可以有两种方式：一种是将它与接收信号在检波器中相乘，经低通滤波器后，检出原调制信号，另一种是权巳与接收信号相加，经包络检波器后取出原调制信号。1.3 电路设计1.3.1调制电路图 5 调制电路图调制方式电力线载波机采用的调制方式主要有 双边带幅度调

7、制、单边带幅度调制和频率调制三种。 双边带幅度调制双边带幅度调制(AM)也称为 双边带调幅。在这种调制方式中，频率稳定的载频被音 频信号所调制，使其幅度与调制信号的幅度成正比变 化。调制后的信号频谱包含原来的载频和上下两个边 带。两个边带的频率等于载频与调制音频的和(上边 带)或差(下边带)。双边带调幅占用的频带宽度为调 制信号频带宽度的两倍。这种方法所用电路简单，早期 应用普遍。它有以下缺点:接收频带宽，对噪声及干 扰敏感。电力线载波通道日益增多，频率十分拥挤， 而这种方式占用频带宽，故不能充分利用电力线载波 频谱。必须发送对传输信息无用的载频.传输功率利 用不充分，对其他电路形成干扰。中国

8、目前在35kV及 以下的电力网中还有应用这种调制方式的载波机，工 厂也有少量生产。1.3.2 解调电路图 6 解调电路图1.3.3 总体电路图 7 调制解调总电路图1.3.4 电路分析（1）调制与解调电路分析调制信号：频率400Hz 振幅40mV载波信号：频率 40KHz振幅40Mv调制电路：设载波为:uc(t)=Ucmcosct （3） 单频调制信号为: u(t)=Um cost (c)（4） 则双边带调幅信号为:uDSB(t)=ku(t)uc(t)=kUmUcmcostcosctcos (c+)t+cos (c-)t （5）其中k为比例系数。 可见双边带调幅信号中仅包含两个边频, 无载频分

9、量, 其频带宽度仍为调制信号带宽的两倍。图8显示了单频调制双边带调幅信号的有关波形与频谱图。 图 8 双边带调幅波形与频谱图 需要注意的是, 双边带调幅信号不仅其包络已不再反映调制信号波形的变化, 而且在调制信号波形过零点处的高频相位有180的突变。可以看出, 在调制信号正半周, cost为正值, 双边带调幅信号uDSB(t)与载波信号uc(t)同相；在调制信号负半周, cost为负值, uDSB(t)与uc(t)反相。 所以, 在正负半周交界处, uDSB(t)有180相位突变。另外，双边带调幅波和普通调幅波所占有的频谱宽度是相同的，为2Fmax。解调电路：双边带调幅波中不含载波分量，用相乘

10、器进行检波时，需要在接收端产生一个载波。图9所示为双边带调幅波的相乘检波电路方框图。图 9 双边带相乘解调电路框图设输入为单频调制的双边带信号 us(t)= Uscostcosct (c) （6）并假设本机载波信号与原载波信号同频不同相，即有相差，则 uL(t)=ULcos(ct+) （7）相乘器的输出信号 uo(t)=KmUsULcostcosctcos(ct+) =1.6KmUsULcostcos+ cos(2ct+) （8）有用分量为 u1(t)=1.6KmUsULcoscost （9）无用分量为 u 1(t)=1.6KmUsULcost cos(2ct+) =1.6KmUsULcos（

11、2c-）t+ 1.6KmUsULcos（2c+）t+ （10） 由上式可知，相乘器输出的无用分量的频率为2c，故滤波器对有用频率分量的传输系数应尽可能大，对无用频率分量2c的传输系数应尽可能小。设滤波器对有用品频率分量的传输系数为Kf,则整个检波器输出的有用信号为 uo(t) =KFu1(t)=1.6KfKmUsULcoscost （11）uo(t)与us(t)的幅度之比，即为检波器传输系数Kd。且由以上公式可得Kd1.6KfKmULcos （12）由上式可以看出，为了增大检波器的传输系数，对恢复的载波，也称本机振荡电压的要求是：幅度UL应尽可能大，但不应超过相乘器的最大容许输入电压。本机振荡

12、电压不但应与原载波电压同频，而且应同相。因为0时，cos1，达最大值，相应地Kd也达到最大的可能值。故此种相乘检波又称同步检波或相干检波。低通滤波器的上截至频率应低于2倍高频载波频率，而高于最高调制频率。 1）求对于DSB系统，解调器输入信号为，与相干载波相乘后，得，经低通滤波器后，输出信号为： （13）因此，解调器输出端的有用信号功率为 2）求解调DSB信号的同时，窄带高斯噪声也受到解调。此时，接收机中的带通滤波器的中心频率与调制载波相同。因此，解调器输入端的噪声可表示为它与相干载波相乘后，得经低通滤波器后，解调器最终的输出噪声为 （14）故输出噪声功率为（15）根据式（17）和式（18），

13、则有（16）这里，为DSB信号带宽。3）求 （17）综上所述，由式（18）及式（19），可得解调器的输入信噪比为（18）又根据式（12）及式（15），可得解调器的输出信噪比为（19）因而调制制度增益为（20）由此可见，DSB调制系统的制度增益为2。这说明，DSB信号的解调器使信噪比改善了一倍。这是因为采用同步解调，把噪声中的正交分量抑制掉了，从而使噪声功率减半。因为双边带信号不包含载波，所以发送的全部功率都载有信息，功率有效利用率高。因此在本设计中，调幅模块我们采用的是抑制载波的双边带调幅信号。（2）乘法器电路分析双差分对电路：它由两个单差分对电路组成。V1，V2，V5组成差分对电路I。V3，

14、V4，V6组成差分对电路II。双差分模拟乘法器由三对差分管组成，它实际上是利用三极管的某个PN结处于微导通状态时的非线形特性工作的。PN结正向导通时截止区电流几乎为零，导通区，电流随电压的增加线形上升，而在微导通区，电流与电压呈非线性关系。 图 10 双差分乘法器电路二、multisim软件简介随着计算机技术飞速发展，电路设计可以通过计算机辅助分析和仿真技术来完成。计算机仿真在教学中的应用，代替了大包大揽的试验电路，大大减轻验证阶段的工作量；其强大的实时交互性、信息的集成性和生动直观性，为电子专业教学创设了良好的平台，极大地激发了学生的学习兴趣，能够突出教学重点、突破教学难点；并能保存仿真中产

15、生的各种数据，为整机检测提供参考数据，还可保存大量的单元电路、元器件的模型参数。采用仿真软件能满足整个设计及验证过程的自动化。Multisim软件是一个专门用于电子线路仿真与设计的 EDA 工具软件。作为 Windows 下运行的个人桌面电子设计工具， Multisim 是一个完整的集成化设计环境。Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。Multisim极大地提高了学员的学习热情和积极性,真正的做到了变被动学习为主动学习这些在教学

16、活动中已经得到了很好的体现。还有很重要的一点就是：计算机仿真与虚拟仪器技术对教员的教学也是一个很好的提高和促进。应用Multisim对电路进行仿真分析的基本过程与PSpice类似，只是在绘电路图时还需要接入所需要的仪器仪表，构成完整的实验电路。在进行数字电路仿真或模拟电路瞬态分析时，不需要设置仿真类型和参数，只需要打开虚拟的电源开关即可进行仿真，显示仿真结果。Multisim为用户提供了数量众多的元器件，被分门别类地存放在多个器件库中。在绘制电路图时只需打开器件库，再用鼠标左键选中要用的元器件，并把它拖放到工作区即可。当光标移动到元器件的引脚时，会自动产生一个带十字的黑点，进入到连线状态。单击

17、鼠标左键确认后，移动鼠标即可实现连线，搭接电路原理图既方便又快捷，就像在计算机上进行实验一样。三、仿真电路3.1 调制电路仿真（1）载波是高频振荡信号，仿真波形如下图所示：图11 载波的时域波形仿真（2）调制信号是低频基带信号，仿真波形如下图所示： 图12 调制信号的波形仿真（3）由于调制信号是正弦波，由傅立叶变换可得调制信号的频谱为冲激函数，仿真频谱图如下所示：图13 调制信号的频谱仿真3.2 解调电路仿真3.2.1 无噪声源时解调电路仿真（1）DSB调幅调制过程中将载波完全抑制，产生原理是调制信号与载波信号直接相乘。则其电路仿真波形如下所示： 图14 DSB信号的时域波形仿真（2）DSB信

18、号的频谱只包含上变频和下变频，不包含载波频率，则其频谱图如下所示：图15 DSB信号的频谱仿真（3）DSB信号解调出的是原调制信号，解调波形如下：图16 解调信号的波形仿真3.2.2 有噪声源时的解调电路仿真加入噪声源后，由于噪声的干扰，从而使DSB信号产生严重失真，仿真波形所示：图17加噪声源后的DSB信号波形3.3 仿真结果分析（1） 根据上图可知在无噪声源的情况下，结合电路本身的原因，信号在输出时无明显的失真。（2）在有噪声源的条件下，信号在输出时有明显的失真。（3）我们知道，比起普通条幅调制电路，DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。这是因为采用同步解调，使输入噪声中的一个正交分量被消除

19、的缘故。四、参考文献（1）吴慎山 主编 电子线路设计与实践 北京：电子工业出版社 2005.9（2）赵家贵 主编 电子电路设计 北京：中国计量出版社 2005（3）黄智伟 主编 电子电路计算机仿真设计与分析 北京：电子工业出版社 2004.3（4）侯丽敏 主编 通信电子线路 北京：清华大学出版社 2008（5）李秀人 电子技术实训指导 国防工业出版社（6）谢沅清 邓钢 通信电子线路 电子工业出版社（7）王卫东 傅佑麟 高频电子线路 电子工业出版社（8）何希才 新型电子电路应用实例 科学出版社五、总结通过这次课程设计，我们拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得到较大提高。设计的目的是在于通过理论与

20、实际的结合，提高观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。 作为整个电子信息科学与技术学习体系的有机组成部分，课程设计虽然安排在每周一晚上进行，但并不具有绝对独立的意义。它的一个重要功能，在于运用学习成果，检验学习成果。运用学习成果，把课堂上学到的系统化的理论知识，尝试性地应用于实际设计工作，并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些有针对性的建议和设想。检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习内容与方法提供实践依据。 对我们专业的本科生来说，实际能力的培

21、养至关重要，而这种实际能力的培养单靠课堂教学是远远不够的，必须从课堂走向实践。这也是一次预演和准备毕业设计工作。通过课程设计，让我们找出自身状况与实际需要的差距，并在以后的学习期间及时补充相关知识，为求职与正式工作做好充分的知识、能力准备，从而缩短从校园走向社会的心理转型期。在一个星期的课程设计之后，我觉得不仅实际动手能力有所提高，更重要的是懂得设计流程，从开始设计思路，到实现，到纠正完善，再到最后设计论文的撰写，进一步激发了我们对专业知识的兴趣，并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。 在设计的过程中我遇到很多困难，例如multisim软件的学习，因为是第一次接触，所以对这个软件毫无理解。资料的查找，后来从它的性能开始了解，设计各个击破，到最后终于完成了这次的期末课程设计。总而言之，通过这次课程设计，我们获得了很多，但学海无涯，我们还得一如既往的努力踏实的学习，只有这样才能成为合格的人才。20