AM調(diào)制與解調(diào)

1、課程設(shè)計(jì)線路高頻課程設(shè)計(jì)報(bào)告班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 成 績(jī)： 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(hào)的解調(diào)過程稱為同步檢波。有載波振幅調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)直接反應(yīng)調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，可以用二極管包絡(luò)檢波的方法進(jìn)行檢波。而抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)不能直接反應(yīng)調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，無法用包絡(luò)檢波進(jìn)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(duì)DSB和SSB信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，也可以用于AM，但是一般AM調(diào)制信號(hào)都用包絡(luò)檢波來進(jìn)行檢波。同步檢波法是加一個(gè)與載波同頻同相的恢復(fù)載波信號(hào)。外加載波信號(hào)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(hào)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(hào)，濾除無用的高頻分量，從而實(shí)現(xiàn)雙邊帶信號(hào)的解調(diào)。本文詳細(xì)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(xì)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(jì)11.1 MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)及基本性能12 信號(hào)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(shí)現(xiàn)43.3 DSB調(diào)制與仿真實(shí)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(shí)現(xiàn)104.4.2 DSB解調(diào)與仿真實(shí)現(xiàn)115 小結(jié)與體會(huì)126附錄：總電路圖121 MC1496芯片設(shè)計(jì)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(gè)信號(hào)相乘的過程，而集成模擬乘法器正式實(shí)現(xiàn)兩個(gè)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(shí)現(xiàn)上述功能比用分立器件要簡(jiǎn)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(jì)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(bǔ)雙極性工藝制作而成，它包含有四個(gè)高精度四象限乘法單元。溫度漂移小于0005。03VHz的點(diǎn)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(gè)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(gè)獨(dú)立輸入通道；四象限乘法信號(hào)；電壓輸入電壓輸出；乘法運(yùn)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(hào)調(diào)制的一般方法調(diào)制就是對(duì)信號(hào)源的信息進(jìn)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(hào)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(hào)。基帶信號(hào)往往不能作為傳輸信號(hào)，因此必須把基帶信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)相對(duì)基帶頻率而言頻率非常高的信號(hào)以適合于信道傳輸。這個(gè)信號(hào)叫做已調(diào)信號(hào)，而基帶信號(hào)叫做調(diào)制信號(hào)。調(diào)制是通過改變高頻載波即消息的載體信號(hào)的幅度、相位或者頻率，使其隨著基帶信號(hào)幅度的變化而變化來實(shí)現(xiàn)的。而解調(diào)則是將基帶信號(hào)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(jìn)行頻譜搬移，把調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移到所希望的位置上，從而將調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于傳播的已調(diào)信號(hào)，而且它對(duì)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(gè)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(hào)去調(diào)制一個(gè)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(dú)立邊帶ISB。(b) 角度調(diào)制：調(diào)頻FM，調(diào)相PM。因?yàn)橄辔坏淖兓示褪穷l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(hào)對(duì)正弦或余弦高頻振蕩進(jìn)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(jì)中調(diào)制方法采用的是振幅調(diào)制。振幅調(diào)制，也可簡(jiǎn)稱為調(diào)幅，AM(Amplitude Modulation)，通過改變輸出信號(hào)的振幅，來實(shí)現(xiàn)傳送信息的目的。一般在調(diào)制端輸出的高頻信號(hào)的幅度變化與原始信號(hào)成一定的函數(shù)關(guān)系，在解調(diào)端進(jìn)行解調(diào)并輸出原始信號(hào)。實(shí)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(jiǎn)單，只需要一個(gè)二極管和一個(gè)電容器即可，當(dāng)然最大的缺點(diǎn)是失真比較大，同時(shí)對(duì)干擾比較敏感，相對(duì)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(jī)(中波廣播)及航空無線電，尤其在航空無線電的領(lǐng)域，飛機(jī)的行進(jìn)速度非常快，戰(zhàn)斗機(jī)更快，對(duì)調(diào)頻而言，多普勒效應(yīng)太大了，會(huì)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(shí)調(diào)幅也有一些改進(jìn)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(dòng)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(hào)而變化的電路。調(diào)幅器輸出信號(hào)幅度ua與調(diào)制信號(hào)瞬時(shí)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(huì)產(chǎn)生失真。用于大功率廣播或通信發(fā)射機(jī)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(shí)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(chǎng)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(jī)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(jī)和各種電子儀器多采

10、用低電平調(diào)幅器。它們對(duì)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(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)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(hào)如下：載波輸入端加入的信號(hào)為：f=500KHZ，Vp-p=200mv。調(diào)制信號(hào)輸入端加入的信號(hào)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(shí)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(hào)為：f=500KHZ，Vp-p=200mv。調(diào)制信號(hào)輸入端加入的信號(hào)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(hào)電壓與接收信號(hào)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(hào)，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(hào)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(hào)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(hào)： （4-4）由上式可見，低頻信號(hào)的成正比。當(dāng)=0時(shí)，低頻信號(hào)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(hào)載波的角頻率必須相等。根據(jù)公式可知，要實(shí)現(xiàn)同步檢波需將與高頻載波同頻的同步信號(hào)與已調(diào)信號(hào)相乘，實(shí)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(hào)： （4-5）同步檢波亦采用模擬乘法器MC1496將同步信號(hào)與已調(diào)信號(hào)相乘，其電路圖如圖3.5所示。端輸入同步信號(hào)或載波信號(hào)，端輸入已調(diào)波信號(hào)，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(duì)有載波調(diào)幅信號(hào)及抑制載波的調(diào)幅信號(hào)均可實(shí)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(gè)輸入端輸入振幅調(diào)制信號(hào)如抑制載波的雙邊帶信號(hào)，另一輸入端輸入同步信號(hào)（即載波信號(hào)），經(jīng)乘法器相乘，可得輸出信號(hào)U0（t）為（條件：，為大信號(hào)） （4-6）上式中，第一項(xiàng)是所需要的低頻調(diào)制信號(hào)分量，后兩項(xiàng)為高頻分量，可用低通濾波器濾掉，從而實(shí)現(xiàn)雙邊帶信號(hào)的解調(diào)。 若輸入信號(hào)為單邊帶振幅調(diào)制信號(hào)，則乘法器的輸為： （4-7）上式中，第一項(xiàng)是所需要的低頻調(diào)制信號(hào)分量，第二項(xiàng)為高頻分量，也可以被低通濾波器濾掉。如果輸入信號(hào)為有載波振幅調(diào)制信號(hào)，同步信號(hào)為載波信號(hào),

14、利用乘法器的相乘原理，同樣也能實(shí)現(xiàn)解調(diào)。設(shè)， 則輸出電壓為+ (條件：，為大信號(hào)) （4-8） 上式中，第一項(xiàng)為直流分量，第二項(xiàng)是所需要的低頻調(diào)制信號(hào)分量，后面三項(xiàng)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(shí)現(xiàn)了有載波振幅調(diào)制信號(hào)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(shí)現(xiàn)其中，兩路輸入端口加載的信號(hào)如下：載波輸入端加入的信號(hào)為：f=500KHZ，Vp-p=200mv。調(diào)制信號(hào)輸入端加入的信號(hào)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(hào)波形 DSB解調(diào)與仿真實(shí)現(xiàn)4-4 DSB解調(diào)信號(hào)波形5 小結(jié)與體會(huì)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(jì)，這期間，雖然經(jīng)常遇到一些困難，比如說多次畫錯(cuò)電路圖，查找資料，一開始感覺做課程設(shè)計(jì)很興奮，當(dāng)真正做的時(shí)候，卻發(fā)現(xiàn)要想設(shè)計(jì)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(dú)立設(shè)計(jì)電路，增強(qiáng)了我動(dòng)手設(shè)計(jì)、獨(dú)立思考與分析的能力，能夠更好的將理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合起來，我感覺