实验五 常规双边带调幅与解调实验.doc

现代通信原理教师参考书实验五 常规双边带调幅与解调实验一、实验目的1、掌握常规双边带调幅与解调的原理及实现方法。2、掌握二极管包络检波原理。3、掌握调幅信号的频谱特性。4、了解常规双边带调幅与解调的优缺点。5、了解抑制载波双边带调幅和解调的优缺点。二、实验内容1、观察常规双边带调幅的波形。2、观察常规双边带调幅波形的频谱。3、观察常规双边带解调的波形。三、实验仪器1、信号源模块2、PAM/AM模块3、频谱分析模块4、终端模块（可选）5、20M双踪示波器 一台6、频率计（可选） 一台7、音频信号发生器（可选） 一台8、立体声单放机（可选） 一台9、立体声耳机（可选） 一副10、连接线 若干四、实验原理 1、常规双边带调幅原理框图：低频信号、载波信号通过乘法器（MC1496）得到调幅信号，实际上，为了保证调幅信号的质量，调幅信号依次通过电压跟随电路（由TL082组成）、低通滤波器（由TL082组成），最后得到AM调制信号。通过调节调制深度调节电位器，得到抑制载波的双边带调幅信号。2、AM解调原理框图在解调电路中，采用二极管包络检波对调幅信号进行解调，二极管的作用是实现高频包络检波，所以要求二极管的正向导通压降越小越好，在这里我们采用的是锗型二极管IN60，其正向导通电压UF0.3V，可以很好的满足要求，利用二极管的单向导电性和检波负载RC的充放电过程，就可以还原出与调幅信号包络基本一致的信号，最后通过放大电路（TL082）得到解调幅输出。3、抑制载波双边带调制在线性调制器中的调制信号若没有直流分量，则在相乘器的输出信号中将没有载波分量。由于此时的频谱中包含有两个边带，且这两个边带包含相同的信息，所以称为抑制载波调制。这两个边带分别称为上边带和下边带。通过调节“调制深度调节”，从调幅输出端可以观察抑制载波双边带调制。4、抑制载波双边带解调抑制载波双边带解调不能采用包络检波来解调。由频谱可知，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。但是解调时需要在接收端的电路中加入载波，载波的频率和相位应该和发送端的一样，故接收电路较为复杂（所以本实验中没有给出抑制载波双边带解调电路）。解调原理框图如下：五、实验步骤及注意事项：1、 将信号源模块、PAM/AM模块、频谱分析模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2、 插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下三个模块中的开关POWER1、POWER2，对应的发光二极管LED01、LED02发光，按一下信号源模块的复位键，三个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）3、 使信号源模块的信号输出点“模拟输出”输出频率为2KHz、峰-峰值为0.5V左右的正弦波, 旋转“64K幅度调节”电位器使“64K正弦波”处信号的峰-峰值为1V。4、 用连接线连接信号源模块的信号输出点“模拟输出”和PAM/AM模块的信号输入点“AM音频输入”，以及信号源模块的信号输出点“64K正弦波”和PAM/AM模块的信号输入点“AM载波输入”，调节PAM/AM模块的电位器“调制深度调节”，同时用示波器观察测试点“调幅输出”处的波形，可以观察到常规双边带调幅波形和抑制载波的双边带调幅波形。5、 观察“AM载波输入”、“AM音频输入”、“调幅输出”、“滤波输出”、“解调幅输出”各点处输出的波形。6、 用频谱分析模块（用法请参考实验三）分别观察常规双边带调幅时“AM载波输入”、“AM音频输入”、“调幅输出”、“滤波输出”、“解调幅输出”各点频谱，以及抑制载波的双边带调幅时各点频谱并比较之。7、 改变“AM音频输入”的频率及幅度，重复观察各点波形。8、 改变“AM载波输入”的频率及幅度，重复观察各点波形。六、实验结果1、 AM调幅输出测试点 2、AM滤波输出测试点输出的波形(常规双边带调幅波形， 输出的波形(常规双边带调幅波形，调制深度可调) 调制深度可调) 3、AM解调幅输出测试点 4、 AM调幅输出测试点输出的正弦波(常规双边带解调幅波形， 输出的波形(抑制载波双边带调幅波形， 依调制深度不同而改变) 调制深度一定) 七、思考题答案1、为什么常规双边带调幅的信息传输速率较低，应该采用什么样的方法加以避免？答：因为在常规调幅（AM）调幅中含有载波分量，但载波分量并不携带有用消息，却能耗散大量的功率，所以传输速率较低。为了提高信息的传输速率，可将不携带消息的载波分量抑制掉，而仅传输携带消息的两个边带，即采用抑制载波双边带调幅的方法。另外，双边带调制虽然调制频率高，但是它的传输带宽需要两倍基带信号带宽，所以信道利用率不高。因此可以采用单边带调制，即可以同时抑制载波并仅发送一个边带，故又节省功率。2、常规调幅、抑制载波双边带调幅、单边带和残留边带和这几种调制方式各有什么优点和缺点？请自行设计一个用MC1496实现的抑制载波双边带调制电路，并分析其工作原理。答：常规调幅的优点是实现调制方式简便,输出的已调信号的包络与输入调制信号成正比。解调时可采用包络检波很容易恢复原始调制信号。缺点是调幅中含有载波分量，但载波分量并不携带有用消息，却能耗散大量的功率，所以传输速率较低；抑制载波双边带调幅优点是可将不携带消息的载波分量抑制掉，而仅传输携带消息的两个边带，提高了信息的传输速率。缺点是双边带调制虽然调制频率高，但是它的传输带宽需要两倍基带信号带宽，所以信道利用率不高。并且采用相干解调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；抑制载波单边带优点是传输时抑制载波并仅发送一个边带，故又节省功率。缺点是由于单边带调制中只传送双边带调制信号的一个边带。所以要让双边带信号通过一个单边带滤波器，而理想滤波器是不可能做到的，实际滤波器从通带到阻带总有一个过渡带。因此实现分割上、下边带的滤波器就很难实现，一般采用多级调制的办法；残留边带调制的优点是避免了用滤波法实现单边带调制时所需要的过渡带无限陡的理想滤波器的困难。缺点是由于在残留边带调制中除了传送一个边带之外，还保留另外一个边带的一部分，所以传输频带的带宽增宽了。下图是用MC1496实现的抑制载波双边带调制电路。此电路采用的是典型的调制载波双边带电路，采用的是双电源供电方式。其中载波信号UC经高频耦合电容C2从ux端输入，C3为高频旁路电容，使8脚接地。调制信号U经低频耦合电容C1从uy端输入，C4为低频旁路电容，使4脚接地。调幅信号U0从12脚单端输出。器件采用双电源供电方式，所以5脚的偏置电阻R5接地。 脚2与3间接入负反馈电阻RE，以扩展调制信号的U的线性动态范围，RE增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减少。电阻R6、R7、R8及RL为器件提供静态偏置电压，保证器件内部的各个晶体管工作在放大状态。工作过程是载波信号UC（t），其频率fC=10.7MHz，峰峰值UCP-P=40mV。低频输入端输入调制信号U（t），其频率f=1KHz，先使峰-峰值UP-P=0，调节RP，使输出U0=0（此时U4=U1），再逐渐增加UP-P，则输出信号U0（t）的幅度逐渐增大，最后出现抑制载波的调幅信号。由于器件内部参数不可能完全对称，致使输出出现漏信号。脚1和4分别接电阻R210和R213可以较好地抑制载波漏信号和改善温度性能。八、提问及解答1、试证明：若在残留边带信号中加入大的载波，则可用包络检波法实现解调。证明：设调制信号为，残留边带滤波器特性为，则残留边带信号为 其中 设的截止频率为，根据残留边带滤波器特性 可得 即 假设在残留边带信号中加入一个大载波，其中包络去直流，即可从包络信号中恢复出原始信号。2、调节电位器“调制深度调节”时，调幅信号会发生怎样的变化，为什么？答：调制深度是指调制信号与载波信号电压峰值的比例。设调制信号为 如果用它来对载波（）进行调幅，那么，在理想情况下，常规调幅信号为： 其中调幅深度为比例系数调节电位器改变调制信号于载波信号电压峰值的比例。它的作用是将移去，只加载波电压，调节电位器使输出载波电流。则调制信号为抑制载波双边带调幅。如果调节电位器使输出载波电流不为0，使输出信号 中有载波则为常规双边带调幅。九、扩展实验1、立体声单放机输出的音频信号引入信号源的信号输入点“IN”，连接信号源模