ssb波的调制与解调

  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：

          *****  *

            设计时间：2014.10——2014.12

          使用仪器：Multisim12

          同组成员：

                             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，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】：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

                           一、设计总体概述

1.1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。

1.2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   系统框图

（一）SSB调制电路

          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。外加高频载波信号，频率为。

 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、两种频率的波，频宽为。再经过带通滤波器把不需要的边带滤除，只让一个边带输出（SSB波）(下边带）或（上边带），调制出来的单边带信号的频带宽度是是双边带的一半，节省了功率。

（二）SSB解调电路框图

                   图二 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），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，完成解调，整个解调电路由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。

                          三、各单元电路图及仿真

1混频器（双平衡调制器）

   1.1原理及参数计算 

                                  (a)原理电路

      (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

 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，采用线性时变电路，就有得到的输出回路中的表达式为

，输出电流中，除了和频和成分外，仅有、、...等项，如果选频回路工作在处，且带宽,则谐振时，仅含和频率成分。

   对于本混频器设计一个LC并联谐振回路，由给定条件

               满足，

解得,,

  此时有等效阻抗：

1.2 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：， 

                    图三 平衡调制器

1.3结果频谱及分析

  1.3.1频谱结果如下

                               图四 调制信号

                        图五  调制载波信号

经过双平衡调制器后，混频后的波形图

                 图六  DSB波波形图

                       图七  DSB波频谱图

1.3.2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的边频，误差为，非常小，符合要求。

2带通滤波器

  2.1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。

    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：

                      设计公式 ——————（1）

                               ——————（2）

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的截止频率.查表有修正因素为1,设计时有

   计算：令，带入（1）、（2）计算有

       ,    

2.两个半节构成的低通滤波器：

                 设计公式有： 

                           ————  （3）

                          ————  （4）

     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的截止频率.查表有修正因素为1，设计时有

    计算：令，带入（3）、（4）计算有：

           ,    

 2.2带通滤波器电路（如图八）            

                  图八  带通滤波器

   2.3频谱结果及分析

  2.3.2频谱结果

                                   图九 SSB波的波形图

                         图十 SSB信号的频谱图

  2.3.2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相乘器

  3.1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、，的正弦波，只不过不用滤除、 之外的频率，所以可以不用用到谐振回路。

 3.2相乘器（如图十一）：

         输入一个与同频同相的载波，100KHZ   200mV   正弦波

3.3频谱结果及分析

3.3.1频谱结果

                          图十二  相乘器输出波形

                         图十三  相乘器输出频谱

3.3.2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的频谱信号，与10kHZ和210kHZ的误差很小，基本符合。

4.低通滤波器：

  4.1低通滤波器电路

                       图十四  低通滤波器电路图

  4.2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=10Ω，C=1.59uf通带截止频率即输出低于10.09KHz的低频信号。 计算结果与10KHz相差不大，符合要求。

4.3频谱结果及分析

  4.3.1频谱结果

                          图十五  低通滤波器后的波形图

                          图十六 低通滤波器后的频谱图

4.3.2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 总电路图

                      图十七单边带调制解调总电路图

                 五 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，会增加的频率的波形。

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  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思考的能力

                       七 所遇到的问题及未解决问题

我在该课程设计中曾遇到过一些问题，具体如下： 

其一是频谱显示问题。起初我得出的频谱显示波形并非是频率为0点居中，而是0点在最左端。这样不利于我观察频谱特性，为了能让频谱图居中显示，我对程序设置进行分析，发现关键在于频率矢量的设置上。起初所设置的值不能将图形显示在0Hz两边，经过改进使得频谱居中显示成功。其中-fs/2就是将图形向右搬移半个长度，这样0点就能居中了。其二是滤波器截止频率fl的设置问题。开始我将截止频率设置为fl=50Hz，但仿真结果显示解调信号的幅度明显小于基带信号。这说明基带信号没有完全被还原，有部分损失。经分析我认为是滤波器的截止频率太低，将基带信号的成分也滤去了一些。然而滤波器的截止频率也不宜过大，这样会使它无法滤除混频信号中的2c 高频分量。对于其合适的参数我进行了多次测试，力求在可以滤去2c 高频分量的情况下使解调信号损失最小。最终我发现将fl设为700Hz较为合理，解决了此问题.

   带通滤波器没有将下边带的信号完全的滤除掉，还存在着电容电压的影响的影响。

参考文献

[1] 张肃文. 高频电子线路（第五版). 北京：高等教育出版社，2011

[2] 童诗白,华成英. 模拟电子技术基础（第四版）.北京：高等教育出版社，     2011

[3] 鲍景富. 高频电路设计与制作. 成都:电子科技大学出版社，2012

[4] 樊昌信,曹丽. 通信原理（第六版）北京：国防工业出版社，2012

[5] 余萍,程文清，车辚辚. 通信电子电路综合实验. 北京：清华大学出版社，

2012