SSB调制,解调电路的设计

1、高频电子线路课程设计报告摘 要目前电子设备的性能在很大程度上与干扰和噪声有关。例如，接收机的理论灵敏度可以非常高，但是考虑了噪声以后，实际灵敏度就不可能做到很高。在通信系统中，提高接收机的灵敏度比增加发射机烦的成功率更为有效。在其他电子仪器，它们的准确性。灵敏度等也与噪声有很大的关系。另外，由于各种干扰的存在，大大影响了接收机的工作，因此，研究各种干扰和噪声的特性，以及降低干扰和噪声的方法十分必要。这时，便需要将高频小信号放大器中的知识运用到通信之中。 随着科技技术的发展，以及人类对通信领域越来越深刻的研究，高频电子线路的知识成为了无线通信领域中不可或缺的一部分知识，只有在掌握好了这门课程的知

2、识，才能将里面的要点融会贯通到无线通信的应用之中，高频电子线路是无线电技术类各专业的一门主要技术的基础课，他的任务是研究高频电子线路的基本原理和基本分析方法，以单元电路的分析和设计为主。只要在熟练掌握了这门知识，以后才有可能在无线通信理论中有所造诣。关键词：高频电子线路，接收，调制，解调 目录引言3SSB信号3SSB通信3SSB通信优势4应用方向4课题相关4课题要求4主要性能指标4设计要求4基本原理4SSB调制4定义4种类5信号产生方法6SSB解调7方案设计8调制方案8解调方案9元器件及参数9仿真13仿真说明13仿真图13总原理图14其他仿真图14参考文献18附录19SSB调制/解调电路的设计

3、1 引 言1.1 SSB信号单边带的英语说法是：Single Side Band，缩写为SSB。要说明什么是单边带就要先说说什么是频谱。频谱是频率谱密度的简称。它将对信号的研究从时域引申到频域，从而带来更直观的认识。一个规则的非正弦信号，不论是周期性的还是非周期性的，都可以分解为一系列频率不同的正弦或余弦分量。将分解得到的一系列正弦波的振幅按照频率的高低排列就可得到信号的振幅频谱，简称幅谱。将各正弦波的初相角按照频率的顺序加以排列就能得到信号的相位频谱，简称相谱。频谱是幅谱和相谱的总成。绝大多数情况下只要知道信号的幅谱就足够了，所以习惯说提到的频谱一般都是指幅谱，除非特别说明。单边带信号从本质

4、上来说也是一种调幅信号，它出自于调幅又区别于调幅。调幅波是一个载波幅度跟随调制音频幅度变化而变化的调制方式。单边带信号的产生一般使用平衡调制器，它的特点是经过调制的信号只包含上边带和下边带频率分量，而音频和载波在调制器内部就被消灭掉了。这样在调制器的输出端，我们就得到了两个边带的频率分量，这种含有两个边带信号同时也没有载波分量的信号，我们称它为双边带信号，简称DSB。此时，DSB也可以被直接发射出去，但是DSB信号中含有两个边带的信号，这两个边带携带着两个完全相同的信息，我们完全可以只发射其中的一个。这时，我们用滤波器过滤掉其中的一个边带就可以得到单边带信号（LSB或者USB）。由于这两个边带

5、的频率都是在很高的高频波段，而且两个边带的频谱靠的很近。显然只能靠Q值极高的机械滤波器或晶体滤波器才能很好的把其中一个边带滤除掉。1.2 SSB通信一般通信系统中，载波经音频信号调制后，包含载波频率和上、下两个边带，这两个边带均能用来传输信息。通常传递信号，仅需要一个边带就足够了，但在一般的通信系统中，往往把载波频率和上、下边带一起发送出去，这样在载波和另一边带中消耗了发射功率中的大部分功率，而且还要占用较宽的通信频带。为了提高通信效率和节约通信频带，在通信时，可将载波和另一边带去掉，只发送一个边带，这种通信方式就称为单边带通信。1.3 SSB通信优势单边带通信的优点是：1、节省功率；2、节约

6、频带；3、由于单边带发射机不发送载频，提高了保密性。其缺点是设备比较复杂。1.4 应用方向单边带通信可以用于有线载波电话，无线电话、传真、电视和数据传输等方面，目前最常用于有线载波电话和远距离点对点短波无线电通信。2 课题相关2.1 课题要求2.1.1主要性能指标载频为100KHz，调制信号为1kHz的正弦波。2.1.2 设计要求低电平调幅电路实现SSB调制；同步检波法进行解调。电路图；利用Multisim进行仿真设计；相关仿真波形图、频率特性图。3 基本原理3.1 SSB调制3.1.1 定义单边带调制（英文是Single-sideband modulation，缩写为SSB），是一种可以更加

7、有效的利用电能和带宽的调幅技术。单边带调制与残留边带调制（VSB）有密切的关系。 调幅技术输出的调制信号带宽为源信号的两倍。单边带调制技术可以避免带宽翻倍，同时避免将能量浪费在载波上，不过因为设备变得复杂，成本也会增加。将消息的频谱从基带移到一个较高的频率上，而且在平移后的信号频谱内原有频率分量的相对关系保持不变的调制技术。单边带 (SSB)调制也可看作是调幅(AM)的一种特殊形式。调幅信号频谱由载频fc和上、下边带组成，被传输的消息包含在两个边带中，而且每一边带包含有完整的被传输的消息。因此，只要发送单边带信号，就能不失真地传输消息。显然，把调幅信号频谱中的载频和其中一个边带抑制掉后，余下的

8、就是单边带信号的频谱。 SSB信号的表达式为：取上边带: USSBt=Ucos(wc+)t取下边带: USSBt=Ucos(wc-)t U=U×Uc从上式看，单频时的SSB信号仍是等幅波，但它与原载波电压是不同的。SSB信号的振幅和调制信号的幅度成正比，它的频率随着调制信号频率的不同而不同，因此它含有消息特征。单边带信号的包络与调制信号的包络形状相同，在单频调制时，它们的包络都是一个常数。3.1.2 种类单边带调制按信号频谱形式可分为三类。原型单边带:只利用一个边带传输消息；独立边带：仍然发送双边带信号，但这两个边带各含若干路不同的消息；残留单边带：发送一个边带再加上另一个边带的一小

9、部分的信号。载频信号可以发送，也可以不发送。单边带调制按载频发送电平的大小又分为三类。载频全抑制制:只发送边带信号，不发送载频信号。导频制：除了发送边带信号外，还发送一个低电平的载频信号作“导频”用。它通常用于超音速飞机或人造卫星中的单边带设备。发出导频是为了给收信端的单边带装置中的恢复载频锁相环提供参考频率源。兼容单边带制：即载频电平全发送的原型单边带。采用兼容单边带的电台可以和调幅电台互通。3.1.3 信号产生方法(1) 带通滤波一个调幅信号，由载波信号和两个频移后的调制信号构成。两个频移后的调制信号分别在载波信号的两侧，其中频率较低的那个信号是频率反转后的信号。俗称为边带。一种生成单边带

10、调制信号的方法是将其中一个边带通过滤波去除，只留下上边带或者下边带。而且载波一般也需要经过衰减或者完全滤除（抑制）。这通常称为抑制单边带载波。假如原调制信号的两个边带是对称的，那么经过这一变换后，并不会造成任何的信息遗失。因为最终的射频放大器只发射一个边带，这样有效输出功率就会比普通的调幅方式大。单边带调制虽然具有使用带宽小、节省能量的优点，但是它无法被普通的调幅检波器解调。(2) 哈特利调制 (移相法)另外一种产生单边带调制信号的方法为哈特利调制。这种调制方法是根据R. V. L. Hartley命名的。该调制方法使用了相移方法来抑制不需要的边带。具体方法是，先将原始信号相移90°

11、、载波信号也相移90°，再将原信号与原载波信号调制，相移后的信号与相移后的载波信号调制，这样就生成了两个调制后的信号。这两个调制后的信号通过加减，就可以获得边带信号。这种调制方法的一个好处就是，它可以允许解析单边带信号的表达式。这样有利于更好的理解单边带信号的同步检测效果。将信号相移90°无法依靠简单的延迟信号得到。在模拟电路中，通常使用相移网络来实现。在真空管收音机流行的年代，这种方法非常流行，但后来因为成本的问题，使用的越来越少了。不过，现在这种调制方法在业余无线电和数字信号处理器领域很流行。利用希尔伯特变换，可以在数字电路中以低成本实现这种调制方法。(3) 韦瓦调制另

12、一种实现方法是韦瓦调制，该方法仅使用低通滤波和正交混合就可以实现，是数字化的理想方法。韦瓦调制的过程是，首先信号经过正交调制，然后再经过低通滤波，再经过正交调制。之后取和，则获得上边带信号，取差，则获得下边带信号。3.2 SSB解调解调信号低通滤波器SSB信号同载波频率的电压信号图3-1 解调流程图采用模拟乘法器完成相乘作用，故称之为乘积检波电路：设输入的已调波为载波分量被抑止的双边带信号v1，即：v1=V1costcosw1t本地载波电压：v0=V0cos(w0t+)本地载波的角频率 w0准确地等于输入信号载波的角频率w1 ，即w0 =w1，但二者的相位可能不同；这里表示它们的相位差。这时相

13、乘输出(假定相乘器传输系数为1)：v2=V1V0costcosw1tcosw1t+=12V1V0coscost+14V1V0cos2w1+t+14V1V0cos2w1-t+低通滤波器滤除2w1 附近的频率分量后，就得到频率为的低频信号，v=12V1V0coscost由式可见，低频信号的输出幅度与cos成正比。当=0时，低频信号电压最大，随着相位差加大，输出电压减弱。因此，在理想情况下，除本地载波与输入信号载波的角频率必须相等外，希望二者的相位也相同。此时，乘积检波称为“同步检波”。乘积检波也可用来解调普通调幅波，这时参考信号的作用仅是加强了输入信号中的载波分量。4 方案设计4.1 调制方案采用

14、滤波法:产生 SSB 信号最直观的方法时，现残生一个双边带信号，然后让其通过一个带通滤波器，滤除丌要的边带，即可获得单边带信号。我们通常把这种方法称为滤波法，它是最简单也是最常用的方法。其原理图如下：单边带信号窄带滤波器乘法器载波信号调制信号图4-1 滤波法原理图经过乘法器之后输出的是DSB（双边带信号），其表达式如下ut=utuct=UmcostUcmcoswct=12UmUcmcoswc+t+cos(wc-)t经过滤波之后得到SSB信号：本课题采用的的是 由高通和低通滤波器组合起来构成的带通滤波器。原理如下：设传递函数为H(w),如果它具有如下理想高通特性：Hw=HUSBw=1 (w>

15、;Wc) 0 (wwC)则可滤除下边带，保留上边带(USB)；如果它具有如下理想低通特性：Hw=HUSBw=1 (w<Wc) 0 (wwC)因此SSB信号的频谱可表示为SSSB(w)=SSDB(w)H(w)4.2 解调方案低通滤波器解调信号 Kxyxy同载波频率相位的电压信号SSB信号图4-2 解调方案流程图5 元器件及参数乘法器AD734AN：图 5-1 AD734AN图 5-2 AD734AN引脚说明运算放大器 OPAMP：图5-3 OPAMP运放图5-4 OPAMP 引脚说明乘法器 MULTIPLIER:图5-5 MULTIPLIER图5-6 MULTIPLIER参数说明Outpu

16、t Gain(K)为放大倍数6 仿真6.1 仿真说明载波信号V1: 幅度：5v 频率：100 kHz调制信号V2：幅度：1v 频率：1kHz主要步骤： V1 ，V2 经过乘法器U4 后 ，得到一个DSB信号，其频带从 100-1=99 k 至 100+1=101k ，频带宽度约为2k。 DSB信号经过 低通(<100k)与高通(>99k)电路组成的带通滤波器之后,得到上边频 SSB SSB信号与 5v 100kHz 的V11相乘，在经过低通滤波器，得到 频率通调制信号 V2，即频率为1kHz的 输出信号。6.2 仿真图6.2.1 总原理图 6-1 总仿真图*为得到更好效果，后将 V

17、2幅值改为 1v6.2.2 其他仿真图 (1)经过U4 得到的DSB ，由XSC2 观察到的波形图：图 6-2 DSB时域图由XSA2 得到的DSB频谱图：放大后图6-3 DSB频域图(3)经过低通与高通滤波器之后，由XSC1得到的SSB波形图：图 6-4 SSB时域图图 6-5 SSB频域图(4) 经过乘法器与低通滤波器之后的解调波形(XSC3)：图 6-6 解调波形由时间轴 T2-T11ms 可知，解调波形的频率和调制信号的频率一致。参考文献1 曾兴雯，刘乃安，陈健.高频电路原理与分析M.西安:西安电子科技大学出版社,2003，6.2 华成英,童诗白.模拟电子技术基础(第4版)(M).高等

18、教育出版社3 董在望等.通信电路原理.第2版.北京：高等教育出版社，20024 谢沅清.模拟电子线路(II).成都：电子科技大学出版社，19945 张凤言.电子线路基础.第2版.北京：高等教育出版社，19956 聂典等.Multisim 12 仿真设计.北京：电子工业出版社，2014.17 樊昌信,徐炳祥等.通信原理（第五版）M.国防工业出版社,20018 张辉,曹丽娜.现代通信原理与技术M.西安电子科技大学出版社,20089 John Proakis. Digital Communications(影印版).电子工业出版社，1998附 录使用元件清单参考标识描述系列封装0GROUNDPOWE

19、R_SOURCES-V2AC_VOLTAGESIGNAL_VOLTAGE_SOURCES-V1AC_VOLTAGESIGNAL_VOLTAGE_SOURCES-U4AD734ANSPECIAL_FUNCTIONPDIP-N-14V3DC_POWERPOWER_SOURCES-C1100nFCAPACITOR-V4DC_POWERPOWER_SOURCES-C2100nFCAPACITOR-U1AD734ANSPECIAL_FUNCTIONPDIP-N-14R350RESISTOR-R150RESISTOR-V5AC_VOLTAGESIGNAL_VOLTAGE_SOURCES-V7DC_POWERPOWER_SOURCES-C4100nFCAPACITOR-C7100nFCAPACITOR-C8100nFCAPACITOR-R620kRESIS