信号的调制解调.doc

DSB波调制与解调
一、 内容摘要
所谓调制，就是在发送端将所要传送的信号附加到高频振荡上，再由天线发射出去。所谓解调，则是在接收端把载波信号取出来，得到原有信息。系统原理图如下所示，当用作调制的乘法器的双差分对处于线性工作状态时，给其输入载波信号u和调制信号u，经过调制后得到已调信号u。当用于解调的乘法器也工作于线性状态时给其输入已调信号u和载波信号u，经过解调后得到信号u，将u输入低通虑波器得到基带信号u。
二、系统原理图。
基带信号

载波信号
调制信号
乘法器调幅
乘法器解调
低通滤波器
载波信号

二、 单元设计
1.调制单元

工作原理及电路说明：
（1）集成模拟乘法器
集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现调幅功能比采用分离器件如二极管和三极管要简单得多，而且性能优越。所以目前无线通信、广播电视等方面应用较多。本次设计采用是国产双差分对模拟乘法器XFC1596。
（2）XFC1596的内部结构
R的1k电阻用作负反馈电阻，以扩大调制信号的线性动态范围;R的6.8k的电阻用来控制电流源电路的电流值I，R和R的3.9k的电阻为两管的集电极负载电阻;R的1k的电阻为三极管提供基极偏置电压;R为载波调零电位器，其作用是：将调制信号移去，只加载波电压，调节R，使输出载波电压为双差分对的工作特性取决于载波输入电压振幅的大小。当它大于26mv使，电路工作于开关状态；当它小于26mv使，电路工作于线性状态。同时加入调制信号和载波信号后，输出回路电压即为载波被抑制的双边带调幅波。
（3）数学公式分析：
载波信号：1
调制波信号：
调制后的信号为：

仿真：

载入波形（500KHZ）

载入频谱

调制波形（50KHZ）

调制频谱

已调波波形

已调波频谱
误差分析：输入的载波为500KHZ，调制信号为50KNZ，所以理论上已调波的频谱应该有三个峰，分别是上边频450KHZ、下边频550KHZ和本振信号500KHZ。从频谱图上看，三个峰值对应的频率基本准确，但是存在谐波较多。

2. 解调单元。

工作原理及电路说明：
本模块也采用国产双差分对模拟乘法器XFC1596，此模块工作原理与调制时相同。不同之处为：当同时加入调制信号和载波信号时输出回路电压是调幅波，但是把调制信号换成调幅信号，那输出就是调制信号。

数学公式分析：
已调信号：
加载信号与载波信号相同：=
解调后的信号：

仿真：
载波波形（100KHZ）

载波频谱

解调波形

解调频谱
误差分析：从理论上，解调后的波应该为基带信号，频谱峰值对应的频率有调制信号50KHZ，两个边频1050KHZ和950KHZ。由波形图可以看出解调后的波形有失真的现象，且本振信号500KHZ。存在分析原因为：该系统采用同步检波。它的特点是必须外加一个频率和相位都与被抑止的载波相同的电压。载波和加载的波频率和相位都相同，但是通过电容后相位发生了滞后，两个波之间有差，所以产生了解调后波的失真。

2、 低通滤波单元。

工作原理及电路说明：
（1）低通滤波器
它就是利用电容通高频阻低频,电感通低频阻高频的原理.
对于需要截止的高频,利用电容吸收电感、阻碍的方法不使它通过,对于需要的低频，利用电容高阻、电感低阻的特点使它通过。
（2）电路说明
该电路通带放大倍数与R和R的比值有关，当C=C时，网络的传递函数为用jw取代S且取，得出电压放大倍数的表达式。解得通带截止频率
通过低通滤波器得到的基带信号为：

仿真:

基带波形

基带频谱
误差分析：理论上，滤出的应该是基带波，频率为50KHZ，由图可见波形和频谱基本准确。

三、总电路图。

四、工作原理。
在输入载波信号和调制信号时，在模拟乘法器的调制作用下（具体工作原理在调制单元已说明）得到已调信号：
。
已调信号和与之前相同的载波输入时，在模拟乘法器的解调作用下得到已解调的信号:
。这个信号在通过低通滤波器就可以得到与调制信号一样的基波信号。
五、仿真及分析，与理论上的比较。
仿真后得到的已调波如下：

仿真后得到的解调后的信号如下图所示：

与理论上存在差异，的表达式如下：
由波形图可以看出解调后的波形有失真的现象，分析原因为：该系统采用同步检波。它的特点是必须外加一个频率和相位都与被抑止的载波相同的电压。载波和加载的波频率和相位都相同，但是通过电容后相位发生了滞后，两个波之间有差，所以产生了解调后波的失真。
六、问题以及解答或分析。
1、乘法器两输入端可否互换？
答：两输入端不可以互换。
设乘法器两输入端的信号为v1、v2,则输出信号的信号为v0=k0v1+Kv1v2,假设互换，互换之后为v0′=k0v1+Kv2v1，很显然v0≠v0′，所以模拟乘法器不是简单的信号相乘的关系，而是有加有乘的关系，之所以叫模拟乘法器，是因为里面有乘积项Kv2v1。
2、耦合电容的作用：
答：耦合电容有两个作用。
1、耦合电容有隔直流的作用。当上级的信号中有直流分量是往往在两极之间加上耦合电容，耦合电容的作用是将交流信号从前一级传到下一级。为了不使后一级的工作点不受前一级的影响，就必须在直流方面把前一级和后一级分开。同时，又能使交流信号顺利的从前一级传给后一级，电容能传递交流信号和隔断直流，使前后级的工作点互不牵连。这样可以滤除点信号中的杂波。
2、耦合电容有一定的滤波作用，我们都知道电容器的容抗与频率成反比，对高频信号它呈现低阻抗，而对工频信号则呈高阻抗，这就是其工作的基本原理，只要容值设定的合理，就可以滤除点信号波以上的杂波，起到滤波的作用。
3、检波电路是个低通滤波器，低通滤波器的组成是由电阻与电容组成吧？ 那为什么还需要二极管？
答：检波电路或检波器的作用是从调幅波中取出低频信号，检波电路通常包含非线性元器件和滤波器两部分，电阻电容就是电感和电容是用来取出低频有用信号，过滤高频信号。这个部分就是滤波器部分。
除了滤波器外，检波过程也是一个频率变换过程，也要使用非线性元器件。常用的有二极管和三极管。这就是二极管的作用
七、元件清单。
三极管、定值电阻、滑动变阻器、电容、电感、二极管、.运算放大器、仿真软件Multisim 10。
八、参考文献。
张肃文 “高频电子线路”（第四版） 高等教育出版社 2004；
李哲英等 “实用电子电路设计” 电子工业出版社 1997；
童诗白等 “模拟电子技术基础”（第四版） 高等教育出版社 2006；
樊昌信 “通信原理”（第六版） 国防工业出版社 2009
阎石 “数字电子技术基础”（第五版） 高等教育出版社 2008
俞家琦 “高频电子线路”（第三版） 西安电子科技大学出版社 1985
曾兴雯等 “高频电路原理与分析”（第三版） 西安电子科技大学出版社 1994
邱关源 “电路”（第五版） 高等教育出版社 2006
九、总结心得。
通过这次高频电子设计，我进一步的掌握和了解了这一门课程的一些知识。自己动手设计并仿真了通信过程中信号的调制和解调过程，最终得到了需要的信号。对于通信电子线路以外的很多东西也有了一些了解。要设计一个系统或者是一个东西，我们必须掌握相应的知识，再通过查阅书籍和通过网络进一步细化和搞清楚要设计的东西的具体事项。一个复杂的系统要分成若干个小系统，再一个一个的解决问题。合成一个完整的系统在慢慢的分析理论和实际中的差别，改正错误，减少误差。知道了一份工作的完整时一个团队集体努力才能得到的，一损皆损，大家好了才能好。