ssb波的调制与解调

海南大学海南大学 通信电子线路课程设计报告通信电子线路课程设计报告 学 院：信息科学技术学院 课题名称：单边带的调制与解调 专业班级：12 通信工程 B 班 姓 名： 学 号： 指导老师：黄 艳 设计时间：2014.102014.12 使用仪器：Multisim12 同组成员： 目录目录 摘要及关键词 .1 一 设计总体概述 .2 1.1 设计任务 .2 1.2.设计指标.2 二 系统框图 .2 （一） SSB 调制电路.2 （二） SSB 解调电路.3 三 各单元电路图及仿真.4 1 平衡调制器 . 4 2 带通滤波器 .8 3 相乘器.12 4.低通滤波器 .13 四 总电路图 .15 五 自设问题及解答 .16 六 心得体会总结 .16 七 所遇问题及未解决问题.17 参考文献.17 内容摘要内容摘要 本文用Multisim12设计并仿真了单边带的调制越解调，由于在调制单 元，先设计一个混频器（双平衡调制器） ，在混频的两端通过信号发生器输入 一个调制低频信号和载波信号，完成频谱的搬移，成为一个 DSB 信号， f 0 f 再设计一个带通滤波器，将 DSB 经过带通滤波器变成一个抑制单边带的 SSB 波 信号。单边带 SSB 节约频带，节省功率，具有较高的保密性。在解调单元，将 调制单元输出的 SSB 和通过一个信号发生器产生的和调制单元同频同相的载波 输入在相乘器（双平衡调制器）的两端，完成混频。再设计一个低通滤波器， 将相乘器输出的信号经过低通滤波器，就可恢复基带信号低频信号，完成解 0 f 调。 在设计单元电路时，对每部分的电路设置参数，进行仿真，调参，对结 果进行分析，由于在 SSB 调制时，带通滤波的带宽相对中心频率的系数太小， 所以将载波设置成较低频信号。反复调试后，得出结果和心得体会。 【关键词关键词】：单边带 调制解调 平衡调制器 带通滤波器 低通滤波器 仿真 单边带的调制与解调单边带的调制与解调 一、设计总体概述一、设计总体概述 1.11.1 设计任务设计任务 设计单边带的调制解调电路，要求分别设计混频器、带通滤波器，和低 通滤波器。通过信号发生器产生一个调制信号和载波信号，加入混频器的两端， 将调制信号搬到了高频出，再经过带通滤波器，输出抑制载波的双边带调幅波， 再经过带通滤波器，产生抑制载波的单边带调幅波。然后将已调信号和载波信 号经过混频器，将已调信号搬到了低频和更高频处，再经过带通滤波器，即可 恢复调制信号。 1.21.2 技术指标：技术指标： 输入调制信号：10kHZ 200mV 正弦波 调制载波信号 ：100KHZ 5V 正弦波 解调载波信号： 100KHZ 200mV 正弦波 二二 系统框图系统框图 （一）（一）SSBSSB 调制电路调制电路 图一单边带调制单元原理框图图一单边带调制单元原理框图 原理分析：先要经过混频器（平衡调幅器）产生抑制载波的双边带信， 低频调制信号不能有直流成分，即低频调制信号为，频率为tVtv cos)( 。外加高频载波信号，频率为。 ftwVtv cos)( f 两者进入混频调制单元（平衡调制器）后，产生抑制载波的双边带调制 信号（DSB 波）为常数） ，得到、twtVRgtv Ld coscos 8 )( K o 两种频率的波，频宽为。再经过带通滤波器把不需要的边带 o 0.7 22ff 滤除，只让一个边带输出（SSB 波）(下边带）或twVRgtv Ld )cos( 8 )( （上边带） ，调制出来的单边带信号的频带宽度是twVRgtv Ld )cos( 8 )( 是双边带的一半，节省了功率。 （二）（二）SSBSSB 解调电路框图解调电路框图 图二图二 单边带解调原理框图单边带解调原理框图 解调器 由乘法器和低通滤波器组成。实现同步检波的关键是要产生一 个与载波信号同频同相的同步信号。将从调制电路的到的已调波（SSB 波） ，经 过乘法器（平衡调制器） ，与本地载波发生混频，产生一个混频信号，表达式 为或者是(A 为常数） ，twtwAtvp)cos(cos)( twtwAtvp)cos(cos)( 这是一个同步检波（又称相干解调）然后经过低通滤波器，低频滤波器功能为 滤除附近的高频信号，保留低频信号，解调出来的信号2 o ，完成解调，整个解调电路由由乘法器和低通滤波器组成。tAVtv cos)( 实现同步检波的关键是要产生一个与载波信号同频同相的同步信号。 三、各单元电路图及仿真三、各单元电路图及仿真 1 1 混频器（双平衡调制器）混频器（双平衡调制器） 1.11.1 原理及参数计算原理及参数计算 VS S R? RE S2 1:12 D1 D2 D3 D4 R? RE S2 12:1 RL S VL S VS VS i1 i i3 i4 i2 VL VL (a)原理电路 VS VS D1 D3 D4 D2 i1 i i3 i4 i2 VL VL (b)等效电路 工作原理如下： 该混频器为二极管环形混频器，各端口具有良好的隔离性，对本振而言， 进入 D1 的端口和进入 D2 的端口是等电位，信号口无本振输出。对信号而言， 进入 D3 的端口和进入 D4 的端口是等电位，本振口无信号输出。箭头表示本振 电压在负半轴的电流方向，这样载波信号的正负控制着二极管的导通和截止。 当载波信号为正半周时，二极管 D1 和 D2 导通，反之截止，当载波信号为负半 周时，二极管 D3 和 D4 导通，反之则截止。二极管环形混频器的优点是各端口 具有良好的隔离性，而且工作频带宽，噪声系数小，混频失真小，动态范围大。 缺点有没有混频增益，端口之间的隔离度较低，其中 L 端口到 R 端口的隔离度 一般小于 40dB，且随着工作频率的提高而下降。实验表明，工作频率提高一 倍，隔离度下降 5dB。各端口的匹配阻抗都是 50。 设调制信号为，载波信号为tVtv cos)(twVtv cos)( 当载波信号为正半轴时，开关函数，当载波信号为负半轴开关函数1)(tS ，采用线性时变电路，就有得到的输出回路中的表达式为0)(tS ，输出电流中，除了和频twVtwtw Rr i Ld 0000 cos)3cos 3 4 cos 4 ( 1 和成分外，仅有、.等项，如果选频回路 ww0 ww 0 ww03 ww05 工作在处， ，且带宽,则谐振时，仅含和频率成分。 0 w 2B ww0 ww 0 对于本混频器设计一个 LC 并联谐振回路，由给定条件 满足， 3 0 10100 2 1 LC f 3 10202B 0 7 . 0 2 f f QP 解得,uHL59 . 1 FCu59 . 1 此时有等效阻抗：98 . 9 LwQR pPp 1.21.2 双平衡调制器电路（如图三）双平衡调制器电路（如图三） 输入信号参数： 调制信号：10kHZ 200mV 正弦波 载波信号 ：100KHZ 5V 正弦波 则应输出两个边带的信号：， kHZf90 1 kHZf110 2 图三图三 平衡调制器平衡调制器 1.31.3 结果频谱及分析结果频谱及分析 .1 频谱结果如下频谱结果如下 图四图四 调制信号调制信号 图五图五 调制载波信号调制载波信号 经过双平衡调制器后，混频后的波形图 图六图六 DSBDSB 波波形图波波形图 图七图七 DSBDSB 波频谱图波频谱图 .2 分析如下：分析如下： 由图七可看出产生了两个中心频率的信号，左边的频率 ,右边的频率，在中心频率的边上有一些信号弱kHZf032.90 1 kHZf032.110 2 的边频，误差为，非常小，符合要求。%035 . 0 90 032 . 0 0 f f s 2 2 带通滤波器带通滤波器 2.12.1 原理及参数计算原理及参数计算 一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带，一个理想的滤波器应 该有一个完全平坦的通带，例如在通带没有增益或衰减，并且在通带之外的所 有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成，实际上 内没有增益或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带 外的转换在极小的频率范围完成。实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波 器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外 还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且 使用每十倍频的衰减幅度 dB 来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围 越窄越好，带通滤波器先经过一个高通滤波器，再经过一个低通滤波器，两者 串联，构成一个带通滤波器，要求高通滤波器的上限截止频率小于低通滤波 2 f 器的下限截止频率，那么就可以构成一个通频带为的带通滤波器。 1 f 12 ff 对于本设计，我们采用的是保留上边频，滤掉下边频，即带通滤波器的频 率为 100KHZ 110KHZ。采用的是两个半节构成的高通滤波器，如图： LC fc 2 1 设计公式 （1） c f R L 2 0 （2） 0 2 1 Rf C c 式中为半节滤波器输入与输出的两端阻抗，为高通滤波器的 3dB 的截止 0 R c f 频率.查表有修正因素为 1,设计时有110100 3 kHZfc 计算：令，带入（1） 、 （2）计算有 50 0 R , uHL98nFC 8 . 32 2.两个半节构成的低通滤波器： 设计公式有： LC fc 2 1 （3） c f R L 2 0 （4） 0 2 1 Rf C c 式中为半节滤波器输入与输出的两端阻抗，为低通滤波器的 3dB 的 0 R c f 截止频率.查表有修正因素为 1，设计时有110110 3 kHZfc 计算：令，带入（3） 、 （4）计算有： 50 0 R , uHL 3 . 72nFC 9 . 28 2.22.2 带通滤波器电路（如图八）带通滤波器电路（如图八） 图八图八 带通滤波器带通滤波器 2.32.3 频谱结果及分析频谱结果及分析 .2 频谱结果频谱结果 图九图九 SSBSSB 波的波形图波的波形图 图十图十 SSBSSB 信号的频谱图信号的频谱图 .2 分析如下：分析如下： 由图十可看出，输出的信号中只含 110KHZ 附近的频率，保留的是上边带 信号频率，与理论基本相符，功率是只含 DSB 的一半 3 3 相乘器相乘器 3.13.1 原理及参数计算原理及参数计算 原理同调制电路的双平衡调制器相同，得到包含频率、，的 0 2w 正弦波，只不过不用滤除、 之外的频率，所以可以不用用到谐 ww - 0 ww0 振回路。 3.23.2 相乘器（如图十一）：相乘器（如图十一）： 输入一个与同频同相的载波，100KHZ 200mV 正弦波 3.33.3 频谱结果及分析频谱结果及分析 .1 频谱结果频谱结果 图十二图十二 相乘器输出波形相乘器输出波形 图十三图十三 相乘器输出频谱相乘器输出频谱 .2 结果分析如下：结果分析如下： 由图十三的频谱图中看出，相乘器输出的信号中含有和kHZf911 . 9 的频谱信号，与 10kHZ 和 210kHZ 的误差很小，基本符合。kHZf311.210 4.4.低通滤波器：低通滤波器： 4.14.1 低通滤波器电路低通滤波器电路 图十四图十四 低通滤波器电路图低通滤波器电路图 4.24.2 原理及参数计算原理及参数计算 低通滤波器就是允许低频信号通过，将高频信号衰减的电路。如图，将 相乘器输出的信号衰减，即低通滤波器输出的信号为所需的解调信号。 参数计算 R=10，C=1.59uf 通带截止频率即输出低于 KHz RC fc09.10 2 1 10.09KHz 的低频信号。 计算结果与 10KHz 相差不大，符合要求。 4.34.3 频谱结果及分析频谱结果及分析 .1 频谱结果频谱结果 图十五图十五 低通滤波器后的波形图低通滤波器后的波形图 图十六图十六 低通滤波器后的频谱图低通滤波器后的频谱图 .2 分析如下：分析如下： 由图十六中的频谱结果，可以看出，经过低通滤波器后，得到的是一个 10kHZ 左右的正弦波信号，与调制单元输入的低频信号的频率基本吻合，完成 了调制解调单元。 四四 总电路图总电路图 图十七单边带调制解调总电路图图十七单边带调制解调总电路图 五五 自设问题及解答自设问题及解答 1、SSB 信号是如何得到？ 答：有两种方法得到 SSB 信号，分别是相移法和滤波法，本次设计用的是相移 法。 2、SSB 信号是如何解调的？ 答：是用相干解调实现的，在解调的实现中，我先用下边带调制信号乘以本地 载波，再通过低通滤波器滤除高频成分，如此便得到了解调后的信号为数学式 3、在调制带通滤波器时，如何能更好让一边的边带通过。 答：受频带宽度与中心频率相对系数比的影响，频带太窄或中心频率太高， 导致比值太小，单边带的滤除不容易实现，所以增大调制信号的频率或减 0 f BW 小载波频率。 4、在解调时，如果加入的不是和调制时的载波同频同相的相干载波，则会产 生怎样的结果？原因是？ 答：本地载波与输入信号载波频率和相位不同时，会产生失除了调制信号 频率以外的信号，产生失真和输出减小等影响。原因是：如果调制时的载波 和解调时的相干载波两个频率偏差，则产生解调式时，会增加 10 的频率的波形。www-)( 0 5、在调制时，经过带通滤波器出来后的上边带信号为什么还有其他的频率。 答：由于在调制时，经过的混频器中有二极管有内阻，还有谐振回路产生 了等效电阻在电路中都有一定的电压，所以经过带通滤波器后，还存在了除上 边带以外的频率的一些很细小的频率信号。 六六 心得体会总结心得体会总结 通过这次设计让我们真正理解了生活中日常见到的电子的装置的基本工 作原理，认识到理论与实践之间的差距，联系实际的应用去理解知识比一大堆 理论来的直接与清晰明了。在设计中难免会遇到很多学习中不会注意到的问题， 比如说在调制中在取某些值后输出是失真的波形，在设计开始并没有想过会存 在那样多的问题，当着手时才发现要完成一个信号的调制与解调，在元器件、 电路和取值都要有一部分的要求，科学是严谨的，这更让我们一丝不苟起来。 此次课程设计主要针对幅度调制解调电路提出自己的设计方案，并利用仿 真软件来实现自己的设计电路图。设计中用到了信号发生器、双平衡调制器、 带通滤波器、同步检波器及低通滤波器等在高频电子线路课程中学到的知识。 由于对所学电路不熟悉，导致在设计的过程中无法画出正确的电路图，算不出 电路中元器件的参数，使得在设计过程中绕了许多弯路，做了许多的无用功。 设计过程中查阅了大量的有关高频电子线路设计的书籍，巩固了以前所学过的 知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我 懂得了理论与实际相结合的必要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学 的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从 而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力 七七 所遇到的问