通信原理實驗常規(guī)雙邊帶調(diào)幅與解調(diào)實驗

第12頁共12頁通信原理實驗常規(guī)雙邊帶調(diào)幅與解調(diào)實驗1鄭州輕工業(yè)大學(xué)實驗報告題目：常規(guī)雙邊帶調(diào)幅與解調(diào)實驗課程名稱：通信原理姓姓名：院院〔系〕：計算機(jī)與通信工程學(xué)院專業(yè)班級：通信工程18-1學(xué)學(xué)號：指導(dǎo)老師：丁漢清成成績：時間：：2023年11月3日2目錄1實驗?zāi)康摹?2實驗內(nèi)容…………13實驗設(shè)備…………14實驗原理…………15實驗過程及結(jié)果………………76實驗考慮題…………1377成績評定表…………141一實驗?zāi)康?、掌握常規(guī)雙邊帶調(diào)幅與解調(diào)的原理及實現(xiàn)方法。2、掌握二極管包絡(luò)檢波原理。3、掌握調(diào)幅信號的頻譜特性。4、理解常規(guī)雙邊帶調(diào)幅與解調(diào)的優(yōu)缺點。5、理解抑制載波雙邊帶調(diào)幅和解調(diào)的優(yōu)缺點。二實驗內(nèi)容1、觀察常規(guī)雙邊帶調(diào)幅的波形。2、觀察常規(guī)雙邊帶調(diào)幅波形的頻譜。3、觀察抑制載波雙邊帶調(diào)幅波形。4、觀察常規(guī)雙邊帶解調(diào)的波形。三實驗儀器1、信號模塊2、PAM/AM模塊3、頻譜分析^p模塊〔可選〕4、20M雙蹤示波器一臺5、頻率計〔可選〕一臺6、音頻信號發(fā)生器〔可選〕一臺7、立體聲單放機(jī)〔可選〕一臺8、立體聲耳機(jī)〔可選〕一副9、連接線假設(shè)干四實驗原理4.1常規(guī)雙邊帶調(diào)幅所謂調(diào)制，就是在傳送信號的一方〔發(fā)送端〕將所要傳送的原始信號〔其頻率一般是較低的〕“附加”在高頻振蕩信號上。所謂將原始信號“附加”在高頻振蕩上，就是利用原始信號來控制高頻振蕩的某一參數(shù)，使這個參數(shù)隨原始信號的變化而變化。這2里，高頻振蕩波就是攜帶原始信號的“運(yùn)載工具”，所以也叫載波。而原始信號我們一般稱之為調(diào)制信號。在接收信號的一方也就是接收端再經(jīng)過解調(diào)〔反調(diào)制〕把載波所攜帶的信號取出來，得到原有的信息，解調(diào)過程也叫檢波。調(diào)制與解調(diào)都是頻譜變換的過程，必須用非線性元件才能完成。通常調(diào)制的載波可以分為兩類：用連續(xù)振蕩波形〔正弦型信號〕作為載波；用脈沖串或一組數(shù)字信號作為載波。連續(xù)波調(diào)制是用調(diào)制信號來控制正弦型載波的振幅、頻率或相位，因此分為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相三種方式；脈沖波調(diào)制是先用信號來控制脈沖波的振幅、寬度、位置等，然后再用這已調(diào)脈沖對載波進(jìn)展調(diào)制，脈沖調(diào)制有脈沖振幅、脈寬、脈位、脈沖編碼調(diào)制等多種形式。本實驗?zāi)K所要進(jìn)展的實驗是連續(xù)波的振幅調(diào)制與解調(diào)，即常規(guī)雙邊帶調(diào)幅與解調(diào)和抑制載波雙邊帶調(diào)幅與解調(diào)。我們已經(jīng)知道，調(diào)幅波的特點是載波的振幅受調(diào)制信號的控制作周期性的變化，這變化的周期與調(diào)制信號的周期一樣，振幅變化與調(diào)制信號的振幅成正比。為簡化分析^p，假定調(diào)制信號是簡諧振蕩，即為單頻信號，其表達(dá)式為：tcosUtum4-1常規(guī)調(diào)幅波形假如用它來對載波)(coscccmctUtu進(jìn)展調(diào)幅，那么，在理想情況下，常規(guī)調(diào)幅信號為：3ttkUUtucmcmAMcos)cos(=cmUttMccos)cos1(a〔4－1〕其中調(diào)幅指數(shù)10,aCMmaMUUkM,k為比例系數(shù)。圖4-1給出了tu，tuc和tuAM的波形圖。從圖中并結(jié)合式〔4－1〕可以看出，常規(guī)調(diào)幅信號的振幅由直流分量cmU和交流分量tkUmcos迭加而成，其中交流分量與調(diào)制信號成正比，或者說，常規(guī)調(diào)幅信號的包絡(luò)〔信號振幅各峰值點的連線〕完全反映了調(diào)制信號的變化。另外還可得到調(diào)幅指數(shù)Ma的表達(dá)式：cmcmcmcmaUUUUUUUUUUMminmaxminmaxminmax顯然，當(dāng)Ma>1時，常規(guī)調(diào)幅波的包絡(luò)變化與調(diào)制信號不再一樣，產(chǎn)生了失真，稱為過調(diào)制，如圖4-2所示。所以，常規(guī)調(diào)幅要求Ma必須不大于1。4-2過調(diào)制波形式〔4－1〕又可以寫成])cos()[cos(2costtUMtUtucccmaccmAM〔4－2〕可見，tuAM的頻譜包括了三個頻率分量：c〔載波〕、c〔上邊頻〕和c〔下邊頻〕。原調(diào)制信號的頻帶寬度是〔或2F〕，而常規(guī)調(diào)幅信號的頻帶寬度是42〔或2F〕，是原調(diào)制信號的兩倍。常規(guī)調(diào)幅將調(diào)制信號頻譜搬移到了載頻的左右兩旁，如圖4-3所示。被傳送的調(diào)制信息只存在于邊頻中而不在載頻中，攜帶信息的邊頻分量最多只占總功率的三分之一〔因為Ma≤1〕。在實際系統(tǒng)中，平均調(diào)幅指數(shù)很小，所以邊頻功率占的比例更小，功率利用率更低。為了進(jìn)步功率利用率，可以只發(fā)送兩個邊頻分量而不發(fā)送載頻分量，或者進(jìn)一步僅發(fā)送其中一個邊頻分量，同樣可以將調(diào)制信息包含在已調(diào)制信號中。這兩種調(diào)制方式分別稱為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅〔簡稱雙邊帶調(diào)幅〕和抑制載波的單邊帶調(diào)幅〔簡稱單邊帶調(diào)幅〕。4-3常規(guī)調(diào)幅波的頻譜4.2雙邊帶調(diào)幅實驗電路雙邊帶調(diào)幅信號產(chǎn)生的詳細(xì)電路原理圖如圖4-4所示。54-4雙邊帶調(diào)幅信號產(chǎn)生電路原理圖圖中MC1496是雙平衡四象限模擬乘法器。通常振幅調(diào)制、同步檢波、鑒頻、混頻、倍頻、鑒相等調(diào)制與解調(diào)的過程，均可視為兩個信號相乘或包含相乘的過程，所以都可以采用集成模擬乘法器實現(xiàn)上述功能。而且采用模擬乘法器比采用別離器件如二極管和三極管要簡單的多，性能也要更優(yōu)越。所以目前在無線通信、播送電視等方面應(yīng)用較多。本實驗就是采用MC1496作為振幅調(diào)制器。高頻載波信號從“載波輸入”點輸入，經(jīng)高頻耦合電容C08輸入至U02〔MC1496〕的10腳。低頻基帶信號從“音頻輸入”點輸入，經(jīng)低頻耦合電容E05輸入至U02的1腳。C08為高頻旁路電容，E06為低頻旁路電容。調(diào)幅信號從MC1496的12腳輸出。引腳2與3外接反應(yīng)電阻R19，用來擴(kuò)展調(diào)制信號的電壓的線性動態(tài)范圍，R19增大，線性范圍增大，但乘法器的增益隨之減少。引腳14為負(fù)電端〔雙電供電時〕或接地端〔單電供電時〕。圖中MC1496芯片引腳1和引腳4接兩個100Ω和兩個750Ω電阻及47K電位器用來調(diào)節(jié)輸入饋通電壓，調(diào)節(jié)P01，可以引入一個直流補(bǔ)償電壓，由于調(diào)制電壓與直流補(bǔ)償電壓相串聯(lián)，相當(dāng)于給調(diào)制信號疊加了某一直流電壓后與載波電壓相乘，從而完成普通調(diào)幅。實際上，從此12腳輸出的調(diào)幅信號接有一個U04組成的射隨電路，來增加電路的帶負(fù)載才能。輸出后的調(diào)幅信號還要經(jīng)過濾波，這樣才能保證調(diào)幅信號的質(zhì)量。濾波電路如圖4-5所示。64-5雙邊帶調(diào)幅信號的濾波4.3常規(guī)雙邊帶解調(diào)在解調(diào)電路中，采用二極管包絡(luò)檢波對調(diào)幅信號進(jìn)展解調(diào)。包絡(luò)檢波是利用常規(guī)雙邊帶調(diào)幅信號在時域內(nèi)包絡(luò)變化能反映調(diào)制信號變化規(guī)律這一特點形成的檢波。調(diào)幅信號還可以采用相干解調(diào)的方法進(jìn)展解調(diào)。但是包絡(luò)檢波電路比擬簡單，所以在工程中常常用到。包絡(luò)檢波器可以由一個整流器也就是檢波器和一個低通濾波器組成。因為二極管D02的作用是實現(xiàn)高頻包絡(luò)檢波，所以要求二極管的正向?qū)▔航翟叫≡胶?，在這里采用的是鍺型二極管1N60，其正向?qū)妷篣F≤0.3V，可以很好的滿足要求。R28為負(fù)載電阻，C14為負(fù)載電容，它的值應(yīng)該選取在高頻時，其阻抗遠(yuǎn)小于R，可視為短路；而在調(diào)制頻率〔低頻〕時，其阻抗那么遠(yuǎn)大于R，可視為開路。利用二極管的單向?qū)щ娦院蜋z波負(fù)載RC的充放電過程，就可以復(fù)原出與調(diào)幅信號包絡(luò)根本一致的信號。詳細(xì)電路如圖4-6所示。4-6二極管包絡(luò)檢波解調(diào)電路7〔B〕抑制載波雙邊帶調(diào)幅調(diào)幅信號中的大局部功率被載波占用，而載波本身并不含有基帶信號的信息。所以，可以不傳輸此載波。這樣就得到我們接下來要討論的抑制載波雙邊帶調(diào)制。假如輸入的原始信號沒有直流分量，那么得到的輸出信號便是無載波分量的抑制載波雙邊帶調(diào)制信號。這樣可以節(jié)省發(fā)送載波的功率，也可以進(jìn)步信號的傳輸速率。實現(xiàn)的方法與常規(guī)雙邊帶調(diào)幅方法一樣，也是采用模擬乘法器實現(xiàn)的。假如需要產(chǎn)生抑制載波雙邊帶調(diào)幅波，那么仔細(xì)調(diào)節(jié)引腳1與引腳4之間的P01，使MC1496輸入端電路平衡，輸出信號tuo的幅度逐漸增大，最后出現(xiàn)如圖4－7所示的抑制載波的調(diào)幅信號。4-7乘法器輸出的調(diào)幅波五實驗過程及結(jié)果1、將信號模塊、PAM/AM模塊、頻譜分析^p模塊小心地固定在主機(jī)箱中，確保電接觸良好。2、插上電線，翻開主機(jī)箱右側(cè)的交流開關(guān)，再分別按下三個模塊中的開關(guān)POWER1、POWER2，對應(yīng)的發(fā)光二極管LED01、LED02發(fā)光，按一下信號模塊的復(fù)位鍵，三個模塊均開場工作?！沧⒁?，此處只是驗證通電是否成功，在實驗中均是先連線，后翻開電做實驗，不要帶電連線〕3、使信號模塊的信號輸出點“模擬輸出”輸出頻率為3.125KHz、峰-峰值為0.5V左右的正弦波,旋轉(zhuǎn)“64K幅度調(diào)節(jié)”電位器使“64K正弦波”處信號的峰-峰值為1V。84、用連接線連接信號模塊的信號輸出點“模擬輸出”和PAM/AM模塊的信號輸入點“AM音頻輸入”，以及信號模塊的信號輸出點“64K正弦波”和PAM/AM模塊的信號輸入點“AM載波輸入”，調(diào)節(jié)PAM/AM模塊的電位器“調(diào)制深度調(diào)節(jié)”，同時用示波器觀察測試點“調(diào)幅輸出”處的波形，可以觀察到常規(guī)雙邊帶調(diào)幅波形和抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波形。5、觀察“AM載波輸入”、“AM音頻輸入”、“調(diào)幅輸出”、“濾波輸出”、“解調(diào)幅輸出”各點處輸出的波形。AM音頻輸入AM載波輸入9調(diào)幅輸出解調(diào)幅輸出106、用頻譜分析^p模塊〔用法請參考實驗三〕分別觀察常規(guī)雙邊帶調(diào)幅時“AM載波輸入”、“AM音頻輸入”、“調(diào)幅輸出”、“濾波輸出”、“解調(diào)幅輸出”各點頻譜，以及抑制載波的雙邊帶調(diào)幅時各點頻譜并比擬之?！部蛇x〕7、改變“AM音頻輸入”的頻率及幅度，重復(fù)觀察各點波形。載波幅度改成了4v：AM音頻輸入AM載波輸入11調(diào)幅輸出解調(diào)幅輸出8、改變“AM載波輸入”的頻率及幅度，重復(fù)觀察各點波形。模擬輸出幅度改成了1v：AM音頻輸入12AM載波輸入調(diào)幅輸出13解調(diào)幅輸出六實驗考慮題1、為什么常規(guī)雙邊帶調(diào)幅的信息傳輸速率較低，應(yīng)該采用什么樣的方法加以解決？為了進(jìn)步功率利用率，可以只發(fā)送兩個邊頻分量而不發(fā)送載頻分量，或者進(jìn)一步僅發(fā)送其中一個邊頻分量，同樣可以將調(diào)制信息包含在調(diào)制信號中。這兩種調(diào)制方式分別稱為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅和抑制載波的單邊帶調(diào)幅