AM調(diào)制與解調(diào).doc

課程設(shè)計課程設(shè)計 班班 級 級 姓姓 名 名 學(xué)學(xué) 號 號 指導(dǎo)教師 指導(dǎo)教師 成成 績 績 線路線路高頻高頻 課程設(shè)計報告課程設(shè)計報告 電子與信息工程學(xué)院電子與信息工程學(xué)院 信息與通信工程系信息與通信工程系 摘要摘要 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)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)鍵字關(guān)鍵字 同步檢波 AM Multisim 調(diào)制 1 目錄 1 MC1496 芯片設(shè)計芯片設(shè)計 1 1 1 MC1496 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及基本性能 1 2 信號調(diào)制的一般方法信號調(diào)制的一般方法 3 2 1 模擬調(diào)制 3 2 2 數(shù)字調(diào)制 3 2 3 脈沖調(diào)制 3 3 振幅調(diào)制振幅調(diào)制 4 3 1 基本原理 4 3 2 AM 調(diào)制與仿真實現(xiàn) 4 3 3 DSB 調(diào)制與仿真實現(xiàn) 6 4 解調(diào)解調(diào) 7 4 1 同步檢波器原理框圖 7 4 2 同步檢波解調(diào)電路圖 9 4 3 分析解調(diào)過程 9 4 4 解調(diào)仿真結(jié)果 10 4 4 1 AM解調(diào)與仿真實現(xiàn) 10 4 4 2 DSB解調(diào)與仿真實現(xiàn) 11 5 小結(jié)與體會小結(jié)與體會 12 6 附錄 總電路圖附錄 總電路圖 12 2 1 MC1496 芯片設(shè)計芯片設(shè)計 1 1 MC1496 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及基本性能內(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 0 005 0 3 V Hz 的點噪聲電壓使低失真的 Y 通道只有 0 02 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 40 85 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 具有優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性 0 005 模擬輸入范圍為 2 5V 采用 5V 電壓供電 低功耗 一般為 150mW 3 2 信號調(diào)制的一般方法信號調(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 基帶信號往往不能作為 傳輸信號 因此必須把基帶信號轉(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?調(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 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 數(shù)字調(diào)制數(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 4 3 振幅調(diào)制振幅調(diào)制 3 1 基本原理基本原理 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)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 5 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 6 3 3 DSB 調(diào)制與仿真實現(xiàn)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 7 4 解調(diào)解調(diào) 4 1 同步檢波器原理框圖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 ttUu coscos 11 本地載波電壓 4 2 cos tUu ccc 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 1 c 4 3 cos coscos 1112 ttUUu C 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 1 4 4 tUUu Co coscos 2 1 1 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 cos 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 1 4 5 tUUu Co coscos 2 1 1 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 x v 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 c v y v s v 8 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) 但要合理的選擇低 通濾波器的截止頻率 圖4 2 同步檢波電路 9 4 2 同步檢波解調(diào)電路圖同步檢波解調(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 ttUtU csmS coscos tUtU ccmc cos 器相乘 可得輸出信號 U0 t 為 tUUKtUKtUUK tUtUKtU ccmsmEcsmEcmsmE csEo 2 4 1 2cos 4 1 cos 2 1 條件 為大信號 4 6 mVUU Cx 26 Sy UU 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 tUS tU0 4 7 tUUKtUK ttUUKtU ccmsmEsmE CccmsmEo 2 4 1 cos 4 1 cos2cos 2 1 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 利用乘法器的相乘原理 tUS tUC 10 同樣也能實現(xiàn)解調(diào) 設(shè) 1coscos ssmc UtUmtwt cos ccmc utuwt 則輸出電壓為 0 ut 0Esc utK ut ut 111 coscos2 222 EsmcmEcmEsmcmc K u uK mutK u uw t 1 cos 2 4 Esmcm K mu uwct 1 cos 2 4 Esmcm K mu uwct 條件 為大信號 4 8 26 xc uUmV ys uU 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)果解調(diào)仿真結(jié)果 4 4 1 AM 解調(diào)與仿真實現(xiàn)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 11 4 3AM 解調(diào)信號波形 4 4 2 DSB 解調(diào)與仿真實現(xiàn)解調(diào)與仿真實現(xiàn) 4 4 DSB 解調(diào)信號波形 12 5 小結(jié)與體會小結(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