单边带电路的设计与仿真

一、调制电路原理及电路设计1、振幅调制产生原理所谓调制，就是在传送信号的一方将所要传送的信号附加在高频振荡上，再由天线发射出去。

这里高频振荡波就是携带信号的运载工具，也叫载波。

振幅调制，就是由调制信号去控制高频载波的振幅，直至随调制信号做线性变化。

在线性调制系列中，最先应用的一种幅度调制是全调幅或常规调幅，简称为调幅（AM ）。

为了提高传输的效率，还有载波受到抑制的双边带调幅波（DSB ）和单边带调幅波（SSB ）。

在频域中已调波频谱是基带调制信号频谱的线性位移；在时域中，已调波包络与调制信号波形呈线性关系。

设正弦载波为)cos()(o c t A t c φω+= （1）式中，A 为载波幅度；c ω为载波角频率；0ϕ为载波初始相位(通常假设0ϕ=0).调制信号（基带信号）为)(t m 。

根据调制的定义，振幅调制信号（已调信号）一般可以表示为)c o s ()()(t t Am t s c m ω= （2）设调制信号)(t m 的频谱为)(ωM ，则已调信号)(t s m 的频谱)(ωm S ： )]()([2)(c c m M M AS ωωωωω-++=（3）2、标准调幅波（AM ）产生原理调制信号是只来来自信源的消息信号（基带信号），这些信号可以是模拟的，亦可以是数字的。

为首调制的高频振荡信号可称为载波，它可以是正弦波，亦可以是非正弦波(如周期性脉冲序列)。

载波由高频信号源直接产生即可，然后经过高频功率放大器进行放大，作为调幅波的载波，调制信号由低频信号源直接产生，二者经过乘法器后即可产生双边带的调幅波，工作原理如图1。

图1 标准调幅波产生原理框图设载波信号的表达式为t u t u cm c Ω=cos )(，调制信号的表达式为t u t u c m c ωcos )(Ω=，则调幅信号的表达式为t t m u t u c cm ωcos )cos 1()(0Ω+=t mu t mu t u c m c cm c cm )cos(21)cos(21cos Ω-+Ω++=ωωω（4）式中，m ——调幅系数，m=cm m u u Ωm u Ω——载波信号t mu c cm )cos(21Ω+ω——上边带信号 (5） t mu c cm )cos(21Ω-ω——下边带信号 （6）图2 标准调幅波示意图乘法器法 加 法 器标准调幅波基带调制信号高频载波由图2可见，调幅波中载波分量占有很大比重，因此信息传输效率较低，称这种调制为有载波调制。

为提高信息传输效率，广泛采用抑制载波的双边带或单边带振幅调制。

3、单边带调幅（SSB ）产生原理单边带调制信号时将双边带信号中的一个便带滤掉而形成的。

根据滤除的方法不同，产生SSB 信号的方法由滤波法和相移法。

1、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，滤除不要的边带，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。

其原理框图如图3。

图3单边带信号产生框图设传递函数为)(ωH ，若它具有如下理想高通特性：1)()(==ωωU S B H H （c ωω>） （7） 0= （c ωω≤）则可滤除下边带，保留上边带（USB ）；若它具有如下理想低通特性：1)()(==ωωU S B H H （c ωω<） （8） = 0 （c ωω≥）因此，SSB 信号的频谱可表示为 )()()(ωωωH S S D S B S S B ∙=(9)2、相移法SSB 信号的频域表示直观、简明，但其时域表示式的推到比较困难，需借助希尔伯特（Hilbert ）变换来表示。

相移法是利用相移网络，对载波和调制信号进行90度相移，以便在合成过程中将其中一个边带抵消而获得SSB 信号。

相移法不需要滤波器具有陡峭的截止特性，不论载频有多高，均可一次实现SSB 调制。

相移法的原理图如图4：调制信号 载波信号 传递函 数单边带信号乘法器t cos U )(U m Ω=ΩΩtt cos U (t)U c cm c ω=U 1移向 U SSBU 2图4 相移法产生单边带信号t tcos cos U U (t)u (t)u U c cm m c 1ωΩ==ΩΩt])cos(t )[cos(U U c c cm m 21Ω++Ω-=Ωωω（10） t sin U *sin U 2U c cm m ωt Ω=Ωt])cos(t )[cos(U U 21c c cm m Ω+-Ω-=Ωωω （11）综合考虑，在本次课程设计中，我利用相移法法来实现单边带调制，实验以下边带为例。

4、调制电路的设计图5调制电路（1）、乘法器的设计移相90o移相90o乘法器用集成元件MC1496，其工作原理与内部电路图见解调部分。

（2）加法器的设计图6加法器电路加法器电路如图6所示，其输出电压为：)V R RV R R (V 22F 11F O +-= （12） 式中的负号表示反相加法器。

二、相干解调原理及电路设计检波过程是一个解调过程，它与调制过程正相反检波器的作用是从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信气还原所得的信号与高频调幅信号的包络变化规律一致，故又称为包络检波。

同步检波器用于对载波被抑止的双边带或单这带信号进行解调。

它的特点是必须外加一个频率和相位部与被抑止的载波相同的电压。

信号经调制器件（相干调制）调制后，通过乘法器和低通滤波器得到幅度变化了的原信号。

它有自身的解调优势，可以几乎无失真的恢复出原信号，但是包络检波则需要有直流分量，有失真。

SSB 信号原信号本地载波图5 相干解调原理图低 通 滤 波 器1、乘法器电路设计乘法器我们用集成芯片mc1496，其内部电路如图所示， 具体乘法公式：2110V V K V ∙∙= （K1为常数）输入参数的计算式：t cos V o m 11ω=v ，t cos V v m 22Ω= （13）代入乘法公式得t t c o s c o s V V K v o m 2m 1o 1Ω=ω])c o s ()[c o s (V V K 21o m 211t t o m Ω-+Ω+=ωω （14）图6 MC1496内部电路图图6所示的电路中，载波由线333和444输入，其中333接负极，444接正极，信号由线555和666输入，555接负极，666接正极，相乘后的信号由111和222输出，111接正极，222接负极，分别对应于MC1496的管脚为10、8、4、1、6、12。

图7 低通滤波器电路图图7为由RC 构成的低通滤波器，信号由2输入，滤波后的信号由1输出。

参数算法：由于设计所采用的基带信号频率是10KHz ，所以低通滤波器的频率为10KHz 。

f i 低通滤波器的各元件参数取值：k H z f 10RC21==π（15）取 R=10KHz ，则 F F 10810*59.110*21C -==π3.相干解调电路电路设计图8 相干解调电路图8为解调电路图，电路图由乘法器A4，电阻R1，电容C1，C2组成，R1，C1构成了低通滤波器，C2为隔直电容。

三、电路的设计与仿真图9 单边带信号的调制解调的总体设计方案对单边带信号的调制解调，设计方案如图9所示，载波信号和基带信号经过乘法器，产生双边带已调信号，同时，载波信号和基带信号经过相移网络，使相位移动90o ，然后经过乘法器，产生双边带信号，两个双边带信号经过加法器，滤除一边，成为单边带信号，然后经过乘法器，在经过由RC 电路组成的低通滤波器，滤除高频，就可以解调出基带信号。

参数选择：基带信号：A=5V f=10kHz 载波信号：A=10V f=100kHz相移网络A5的系数610*59.1100*21-==kk πA6的系数510*59.110*21-==kk πR1=10K Ω C1=15.9nF2、仿真软件介绍multisim 10概述●通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路 ●通过交互式SPICE 仿真, 迅速了解电路行为 ●借助高级电路分析, 理解基本设计特征●通过一个工具链, 无缝地集成电路设计和虚拟测试 ●通过改进、整合设计流程, 减少建模错误并缩短上市时间NI Multisim 软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。

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3、单边带信号的调制电路仿真分析图10 调制电路图10为用集成元件设计的调制电路模型，电路中的载波信号幅度为10v，频率为100kHz，基带信号的幅度为5v，频率为10kHz，相移网络A2的系数k=1.59*10-6 ，A3的系数k=1.59*10-5，乘法器的系数均为1。

图11为基带信号与载波信号的波形图，在示波器所示的波形中，上面一个波形是载波信号，由于频率比较高，故波形比较密，下面一个是基带信号，由于频率比较低，故波形相比较疏。

图11载波信号和基带信号波形图12为基带信号与载波信号经过相移网络后的波形图，和图10相比，我们可以看出，经过相移后二者相位差为90o。

图12基带信号与载波信号相移后波形图13为基带信号与载波信号经过乘法器后波形，由下图可以看出，经过乘法器后的波形是双边带，其过零点都要发生相位的反转。

图13 基带信号与载波信号经过乘法器产生的DSB信号基带信号与载波信号相移后经过乘法器的波形与未经过相移后的波形比较图如下，由于载波信号和基带信号都经过了90o的相移，所以产生的DSB信号与原信号相比，有90o的相位差。

图14相移后产生DSB波形比较图15为两个不同相位的双边带信号经过加法器后产生的单边带信号波形：图15集成元件产生的SSB信号波形图16是用基本元件构成的调制电路图：图16基本元件设计调制电路图17是用基本元件组成的调制电路，其输出单边带波形如下图：图17基本元件产生的SSB信号分析：对比用两种元件连接电路产生的单边带信号波形，可以看出，用集成元件连接电路产生的信号失真较小，可以较清晰的看出单边带信号，而用基本元件，由于选择参数的因素，造成产生的单边带信号失真很大，看不出单边带信号的波形，参数的选择需要专业人士或者有一定工程经验的人员来设定，非一般人所能确定。

4、相干解调电路仿真分析图18 相干解调电路图18为用集成芯片构成的相干解调电路，乘法器的X端输入的是单边带信号，Y端输入的是载波信号，本地载波幅度为10v，频率为100kHz，R1和C1构成低通滤波器，其计算方法见低通滤波器的设计。