【《幅度调制与解调理论基础概述》3600字】

1幅度调制与解调理论基础概述目录TOC\o"1-3"\h\u4794幅度调制与解调理论基础概述 142181.1模拟乘法器及基本单元电路 1244811.2AM调幅波的产生与解调 3212821.1.1AM调幅波的产生原理 3264161.1.2AM调幅波的检波原理 4273991.3DSB调幅波的产生与解调 4154691.3.1DSB调幅波的产生原理 468331.3.2DSB调幅波的检波原理 51.1模拟乘法器及基本单元电路在模拟应用中，模拟乘法器起着至关重要的作用，它在自适应滤波、调制器、频率转换、图像处理、自动增益控制、人工神经网络、模糊综合系统等方面有广泛的应用。实现两个连续模拟信号的乘积是模拟乘法器的基本功能，通过它的这项功能可以进行模拟信号的复杂变换与处理，它是一种多用途的非线性模拟信号处理函数，可应用于计算、电视、广播、雷达及航天等信号系统。模拟乘法器是一个三端口的模型(如图1)，包括uxt和uyt两个输入和输出uztuo其中K是一个具有合适尺寸的常数,表示乘法器的相乘增益，数值大小可通过电路参数调节。图1模拟乘法器三端口网络本实验所用的模拟乘法器为MC1496模拟乘法器，其内部结构如图2所示，该电路由一个双电流源标准差动放大器驱动的上四阶差动放大器组成，其输入可正可负，所以输入信号的范围为四象限。晶体管Q1与Q2、Q3与Q4组成上四阶差动放大器，Q5、Q6、Q7、Q8形成双电流源标准差动放大器。输出为Q1、Q2、Q3、Q4的集电极，之间以交叉耦合方式连接在一起，因此载波信号与调制信号发生全波平衡倍增，输出信号即是二者的乘积。MC1496引脚图如图3所示，引脚8与引脚10、引脚1与引脚分别是载波与调制信号的输入端口，在具体实验中，载波信号与调制信号应经过RC抑制网络接入模拟乘法器输入端口，以减小由函数发生器内阻引起的震荡。引脚6和引脚12为输出信号端口。引脚2与引脚3为Q5、Q6的发射极，它们之间接电阻可对线性理信号处理范围进行调整。引脚14接直流电源VEE，与VEE串联的插入射频扼流圈可以提高内部电流源的稳定性。内部偏置电流由引脚5的条件设置。MC1496模拟乘法器原理如图4所示，载波信号VC与调制信号VS经过相乘运算得到输出信号VO。图2集成模拟乘法器MC1496内部电路图图3单片集成MC1496引脚图图4模拟乘法器MC1496原理框图1.2AM调幅波的产生与解调1.1.1AM调幅波的产生原理普通调幅(AM)是把调制信号uΩ(t)=Uu=UUAMcosωct为载波信号uc、maka为比例系数，可通过改变调幅电路的参数调节，从而影响ma的大小，继而改变调幅程度。若ma=0，则表示没有调制；若0<ma<1u=UU图5AM调幅原理方框图1.1.2AM调幅波的检波原理AM调幅波的频谱中包含载波信号与上下边带信号，其检波原理是通过模拟乘法器将AM调幅波信号与载波信号相乘，即u=UU利用恒等式cosucosv=进行计算，结果的频谱中包含与调制信号同频的信号和远大于调制信号频率的高频信号，输出信号经过截止频率合适的低通滤波器滤波，最终就能得到与调制信号同频的信号。解调时的本地载波可以通过谐振限幅放大器从AM调幅波中取出。图6AM检波原理方框图1.3DSB调幅波的产生与解调1.3.1DSB调幅波的产生原理普通调幅波(AM)的频谱中包含载波信号和边带信号，双边带振幅调制(DSB)形式会将载波信号抑制，只发射边带信号，通过这样的方法可以有效减小发射功率。其调制方式是用模拟乘法器的乘积功能，将载波信号与调制信号相乘，经过和差化积公式的运算，得到二者的和频和差频分量，也就是上下边带信号，即uDSBK为模拟乘法器的相乘增益。由抑制载波的双边带调制产生的频率均匀地置于载波频率的上方和下方，并将载波电平降低到最低实用电平。与振幅调制(AM)不同，双边带抑制载波不传输载波信号，通过将功率效率提高到100%，大部分的功率分布在上面和下面的边带中。图7抑制载波的双边带调幅原理方框图如果调制信号为单频率信号uΩ(t)=U=12K=1图8单频调制的DSB信号频谱图9限带信号调制的DSB信号频谱图8为单频调制，输出信号只有两个频率分量。图9为调制信号为限带信号时的频谱，当输入信号不是单频正弦信号时，可以通过傅里叶变换将其变为限带信号进行调制。1.3.2DSB调幅波的检波原理检波即解调，是从接收到的信息中分离出传递信息的过程，即解调调幅波以得到调制信号。振幅调制的检波方法包括包络检波与同步检波，包络检波是AM波检波的常用方法，具体方法是通过峰值检测电路检出AM波的包络，得到调制信号。本实验对DSB调幅波的检波方法是乘积型同步检波，另一同步检波方法是叠加型同步检波。乘积型检波是将已调波与载波相乘，得到包含调制信号的信号输出，利用滤波器将输出信号中的其他频率的无关信号滤除，即可得到所需调制信号（如图10）。这一过程可通过模拟乘法器MC1496实现。图10乘积型同步检波原理方框图图11乘积型同步检波电路方框图如图11所示，当X输入端输入载波信号uc(t)=Ucm14其中，前两项为高频信号，需要用低通滤波器将其去除；最后一项与调制信号成正比，调整调幅与解调的K与K'，使12K'V==kU可见本地载波的频相变化会对解调后的信号造成严重的失真。而在通信领域，通信接收系统一般独立于发射系统，其电路结构可能导致接收信号的频率变化与相位偏移，DSB调幅也可能导致移动射频通信系统中的频率漂移。所有这些频率和相位的变化都必须利用接收信号中的信息来估计，以便在接收端复制或恢复载波信号并允许相干解调。因此，我们得到了一个非同步载波的不稳定系统。解决这一问题的关键是使用稳定的载波采集技术，而常见的载波恢复机制包括在模拟域使用倍四方环来获取载波频率和采用锁相环来补偿频率和相位偏差。倍四方环可以获得相对准确的载频，而锁相环可以消除剩余频率和相位偏移。具体的恢复载波方法有定向锁相环(DD-PLL)或信号平方方法