1、高頻電子線路課程設計報告摘要目前電子設備的性能在很大程度上與干擾和噪聲有關。例如，接收機的理論 靈敏度可以非常高，但是考慮了噪聲以后，實際靈敏度就不可能做到很高。在通 信系統中，提高接收機的靈敏度比增加發射機煩的成功率更為有效。在其他電子 儀器，它們的準確性。靈敏度等也與噪聲有很大的關系。另外，由于各種干擾的 存在，大大影響了接收機的工作，因此，研究各種干擾和噪聲的特性，以及降低 干擾和噪聲的方法十分必要。這時，便需要將高頻小信號放大器中的知識運用到 通信之中。隨著科技技術的發展，以及人類對通信領域越來越深刻的研究，高 頻電子線路的知識成為了無線通信領域中不可或缺的一部分知識，只有在掌握 好了

2、這門課程的知識，才能將里面的要點融會貫通到無線通信的應用之中，高 頻電子線路是無線電技術類各專業的一門主要技術的基礎課，他的任務是研究 高頻電子線路的基本原理和基本分析方法，以單元電路的分析和設計為主。只要 在熟練掌握了這門知識，以后才有可能在無線通信理論中有所造詣。關鍵詞：高頻電子線路，接收，調制，解調-2 -目錄引言3SSB信號3SSB通信3SSB通信優勢4應用方向4課題相關4課題要求4主要性能指標4設計要求4基本原理4SSB調制4定義4種類5信號產生方法6SSB解調7方案設計8調制方案8解調方案9元器件及參數9仿真13仿真說明13仿真圖13總原理圖14其他仿真圖14參考文獻18附錄19-

3、4 -SSB調制/解調電路的設計1引言1. 1 SSB信號單邊帶的英語說法是：Single Side Band,縮寫為SSB。要說明什么是單邊 帶就要先說說什么是頻譜。頻譜是頻率譜密度的簡稱。它將對信號的研究從時域 引申到頻域，從而帶來更直觀的認識。一個規則的非正弦信號，不論是周期性的 還是非周期性的，都可以分解為一系列頻率不同的正弦或余弦分最。將分解得到的一系列正弦波的振幅按照頻率的高低排列就可得到信號的振 幅頻譜，簡稱幅譜。將各正弦波的初相角按照頻率的順序加以排列就能得到信號 的相位頻譜，簡稱相譜。頻譜是幅譜和相譜的總成。絕大多數情況下只要知道信 號的幅譜就足夠了，所以習慣說提到的頻譜一般

4、都是指幅譜，除非特別說明。單邊帶信號從本質上來說也是一種調幅信號，它出自于調幅又區別于調幅。 調幅波是一個載波幅度跟隨調制音頻幅度變化而變化的調制方式。單邊帶信號的產生一般使用平衡調制器，它的特點是經過調制的信號只包含 上邊帶和下邊帶頻率分最，而音頻和載波在調制器內部就被消滅掉了。這樣在調 制器的輸出端，我們就得到了兩個邊帶的頻率分量，這種含有兩個邊帶信號同時 也沒有載波分量的信號，我們稱它為雙邊帶信號，簡稱DSB。此時，DSB也可以 被直接發射出去，但是DSB信號中含有兩個邊帶的信號，這兩個邊帶攜帶著兩個 完全相同的信息，我們完全可以只發射其屮的一個。這時，我們用濾波器過濾掉 其中的一個邊帶

5、就可以得到單邊帶信號（LSB或者USB）。由于這兩個邊帶的頻率 都是在很高的離頻波段，而且兩個邊帶的頻譜靠的很近。顯然只能靠Q值極高的 機械濾波器或晶體濾波器才能很好的把其中一個邊帶濾除掉。1.2 SSB通信一般通信系統中，載波經音頻信號調制后，包含載波頻率和上、下兩個邊帶， 這兩個邊帶均能用來傳輸信息。通常傳遞信號，僅需要一個邊帶就足夠了，但在 一般的通信系統中，往往把載波頻率和上、下邊帶一起發送出去，這樣在載波和 另一邊帶中消耗了發射功率中的大部分功率，而且還要占用較寬的通信頻帶。為 了提高通信效率和節約通信頻帶，在通信時，可將載波和另一邊帶去掉，只發送 一個邊帶，這種通信方式就稱為單邊帶

6、通信。1.3 SSB通信優勢單邊帶通信的優點是：1、節省功率；2、節約頻帶；3、由于單邊帶發射機 不發送載頻，提高了保密性。其缺點是設備比較復雜。1.4應用方向單邊帶通信可以用于有線載波電話，無線電話、傳真、電視和數據傳輸等方 而，目前最常用于有線載波電話和遠距離點對點短波無線電通信。2課題相關2. 1課題要求2.1.1主要性能指標載頻為lOOKHz,調制信號為1kHz的正弦波。2.1.2設計要求低電平調幅電路實現SSB調制：同步檢波法進行解調。電路圖；利用Multisim 進行仿真設計；相關仿真波形圖、頻率特性圖。3基本原理3. 1 SSB調制3.1.1定義單邊帶調制（英文是Single-s

7、ideband modulation,縮寫為SSB）,是_種 可以更加有效的利用電能和帶寬的調幅技術。單邊帶調制與殘留邊帶調制(VSB) 有密切的關系。調幅技術輸出的調制信號帶寬為源信號的兩倍。單邊帶調制技 術可以避免帶寬翻倍，同時避免將能量浪費在載波上，不過因為設備變得復雜， 成本也會增加。將消息的頻譜從基帶移到一個較高的頻率上，而且在平移后的信號頻譜內 原有頻率分皐的相對關系保持不變的調制技術。單邊帶(SSB)調制也可看作是調 幅(AM)的一種特殊形式。調幅信號頻譜由載頻氐和上、下邊帶組成，被傳輸的 消息包含在兩個邊帶中，而且每一邊帶包禽有完整的被傳輸的消息。因此，只要 發送單邊帶信號，就

8、能不失真地傳輸消息。顯然，把調幅信號頻譜中的載頻和其 中一個邊帶抑制掉后，余下的就是單邊帶信號的頻譜。SSB信號的表達式為：取上邊帶：USSB (t) = Ucos(wc + Q)t取下邊帶：USSB (t) = Ucos(wc Q)tU = %xUc從上式看，單頻時的SSB信號仍是等幅波，但它與原載波電壓是不同的。SSB 信號的振幅和調制信號的幅度成正比，它的頻率隨著調制信號頻率的不同而不同, 因此它含有消息特征。單邊帶信號的包絡與調制信號的包絡形狀相同，在單頻調 制時，它們的包絡都是一個常數。3.1.2種類單邊帶調制按信號頻譜形式可分為三類。原型單邊帶：只利用一個邊帶傳 輸消息；獨立邊帶：

9、仍然發送雙邊帶信號，但這兩個邊帶各含若干路不同的消 息：殘留單邊帶：發送一個邊帶再加上另一個邊帶的一小部分的信號。載頻信 號可以發送，也可以不發送。單邊帶調制按載頻發送電平的大小乂分為三類。載頻全抑制制：只發送邊 帶信號，不發送載頻信號。導頻制：除了發送邊帶信號外，還發送一個低電平 的載頻信號作“導頻”用。它通常用于超音速E機或人造衛星中的單邊帶設備。 發岀導頻是為了給收信端的單邊帶裝置中的恢復載頻鎖相環提供參考頻率源。 罪容單邊帶制：即載頻電平全發送的原型單邊帶。采用罪容單邊帶的電臺可以和 調幅電臺互通。-6 -3. 1.3信號產生方法(1) 帶通濾波一個調幅信號，由載波信號和兩個頻移后的調

10、制信號構成。兩個頻移后的調 制信號分別在載波信號的兩側，其中頻率較低的那個信號是頻率反轉后的信號。 俗稱為邊帶。一種生成單邊帶調制信號的方法是將其中一個邊帶通過濾波去除，只留下上 邊帶或者下邊帶。而且載波一般也需要經過衰減或者完全濾除(抑制)。這通常 稱為抑制單邊帶載波。假如原調制信號的兩個邊帶是對稱的，那么經過這一變換 后，并不會造成任何的信息遺失。因為最終的姑頻放大器只發射一個邊帶，這樣 有效輸出功率就會比普通的調幅方式大。單邊帶調制雖然具有使用帶寬小、節省 能帚的優點，但是它無法被普通的調幅檢波器解調。(2) 哈特利調制(移相法)另外一種產生單邊帶調制信號的方法為哈特利調制。這種調制方法

11、是根據R. V.L. Hartley 命名的。該調制方法使用了相移方法來抑制不需要的邊帶。具體方法是，先將原始信弓相移 90。、栽波信號也相移90。，再將原信號與原載波信號調制，相移后的信號與相移后的載波信 號調制，這樣就生成了兩個調制后的信號。這兩個調制后的信號通過加減，就町以獲得邊帶 信號。這種調制方法的一個好處就是，它可以允許解祈單邊帶信號的表達式。這樣有利于更 好的理解單邊帶信號的同步檢測效果。將涪號相移90。無法依靠簡單的延遲信號得到。在模擬電路屮，通常使用相移網絡來實 現。在真空管收音機流行的年代，這種方法非常流行，但后來因為成本的問題，使用的越來 越少了。不過，現在這種調制方法在

12、業余無線電和數字信號處理器領域很流行。利用希爾伯 特變換，可以在數字電路中以低成木實現這種調制方法。(3) 韋瓦調制另一種實現方法是韋瓦調制，該方法僅使用低通濾波和正交混合就町以實現，是數字化 的理想方法。韋瓦調制的過程是，首先信號經過正交調制，然后再經過低通濾波，再經過正交調制。 之后取和，則獲得上邊帶信號，取差，則獲得下邊帶信號。7 -3. 2 SSB解調同載波頻率的電壓倍號 |圖3-1解調流程圖采用模擬乘法器完成相乘作用，故稱之為乘積檢波電路：設輸入的己調波為載波分最被抑止的雙邊帶信號vl, B|J：1 = VlCOSltCOSW本地載波電壓：Vq = VoCOSWQt + (p)本地載

13、波的角頻率Wo準確地等于輸入信號載波的角頻率W1 ,即Wo =Wp但二 者的相位可能不同：這里p表示它們的相位差。這時相乘輸出(假定相乘器傳輸系數為1):v2 = Vi Vo (cosiltcosw t) COS(Wd +(P)11=VqcoscpcosSlt + -7x0 cos(2wi + fl)t + cpJT"1+ 萬 % cos 眠2 W £l)t + cp4低通濾波器濾除2wi附近的頻率分屋后，就得到頻率為Q的低頻信號,1= -VQCOSCpCOSlt2由式可見，低頻信號的輸出幅度與cos(p成正比。當(P二0時，低頻信號電壓最 大，隨著相位差p加大，輸出電床減

14、弱。因此，在理想情況下，除本地載波與輸 入信號載波的角頻率必須相等外，希望二者的相位也相同。此時，乘積檢波稱為 “同步檢波”。乘積檢波也可用來解調普通調幅波，這時參考信號的作用僅是加強了輸入信 號中的載波分量。4方案設計4. 1調制方案采用濾波法：產生SSB信號最直觀的方法時，現殘生一個雙邊帶信號，然后讓其通過一 個帶通濾波器，濾除開要的邊帶，即可獲得單邊帶信號。我們通常把這種方法稱 為濾波法，它是最簡單也是最常用的方法。其原理圖如下:乘法器圖4-1濾波法原理圖經過乘法器Z后輸出的是DSB (雙邊帶信號)，其表達式如下u(t) = Un(t) Uc (t) = COS nt Ucm COSWc

15、t1=2 5m % C0S(Wc + Q)£ + COS址妮 _ Q)H經過濾波之后得到SSB信號：本課題采用的的是由高通和低通濾波器組合起來構成的帶通濾波器。原理如下:設傳遞函數為H(w),如果它具有如下理想高通特性：H(w) = Husb3) = 1(|w| > Wc)0(|w| <則可濾除下邊帶，保留上邊帶(USB)：如果它具有如下理想低通特性：(H(w) = Husb (w) = 1 (|w| < Wc)I0(|w| > wc)因此SSB信號的頻譜可表示為Sssb (w) = SSDB (w) H(w)4. 2解調方案SSB信號同載波頻 率相位的 電壓

16、倍號/7圖4-2解調方案流程圖乘法器AD734AN：5元器件及參數-9 -.XIX2 VS+.Y1Y2Z1Z2 w.DDUO U1ERU2 vs-AD734AN r圖 5JAD734ANSPECIAL.FUNCTIONLK標鑒丨顯示丨參數丨故陣引腳法畏|用戶走文 引腳名稱類型冋XIINPUT58X2iNPirr0Y2INPUT021INPUT56WOUTPUT56Y1INPUT57Z2INPUT0ERBIDIR.U1INPUT0U2INPUT0U0INPUT0DDBIDIR.VS +PWR11vs-PWR.14C 括括S括括括括扛括S括括括括 ER.包包包包包包包包包包包包包包確走g)取消&#

17、169; | 信息p I幫mi)圖5-2 AD734AN引腳說明運算放大器OPAMP：U20PAMP_3T_VIRTUAL圖5-3 OPAMP運放圖5-4 OPAMP引腳說明乘法器MULTIPL止R:-11A2XK* XYY4 V/V 0 V圖 5-5 MULTIPLIERMULTIPLIER圖5-6 MULTIPLIER參數說明Output Gain(K)為放大借數6仿真6. 1仿真說明載波信號VI:幅度：5v頻率：100 kHz調制信號V2：幅度：lv頻率：1kHz主要步驟： VI , V2經過乘法器U4后，得到一個DSB信號，其頻帶從100-1二99 k 至10(Hl=101k ,頻帶寬

18、度約為2k。 DSB信號經過 低通«100k)與高通(>99k)電路組成的帶通濾波器之后，得 到上邊頻SSB SSB信號與5v 100kHz的VII相乘，在經過低通濾波器，得到 頻率通 調制信號V2,即頻率為1kHz的輸出信號。6. 2仿真圖-136. 2. 1總原理圖ZSC364總仿真圖 拿為得到更好效果，后將V2幅值改為lv6. 2. 2其他仿真圖經過U4得到的DSB , rtl XSC2觀察到的波形圖:圖6-2 DSB時域圖(>)日卻«璽<由XSA2得到的DSB頻譜圖：-1511I1111I1<tI111111<I11I1»1t

19、!4<19114iI111 i 11111 fli11111 fl «1I111”iI4>1<»<111111II1« fl1<1111Ifl 41<1111 1IIi>11*<*1111111I1 a 111111fl«41111I111<11*11I1I1111«<1111 fl 11111iI1”1114*1I14 1 1ei:A :1 1 1ili,i fl11 111< 4 11111i< I1I X；”b JAi AII1I'QA>111<*

20、1*14”11iiIIil«<1111|flt111 11<1111<i_i_riWTi9.644k4l.756k87.8頻率167k aiz)1111126.rSk166.019k205 201k244；t312k放 大111: : : ii111 )111111i i ii i . i11111114i4i i i i i i i i:i1i彳4 di i i i i i i 1”i”iiiiiii-i>Iiii1-1ii卜<ii11|111111b “(111111L J I)1II|11/111eI II1111111a4181k99.0| &#

21、171; 1OOk$?9.019k OOOklOl.WOk1O1J-16圖6-3 DSB頻域圖經過低通與高通濾波器之后，由XSC1得到的SSB波形圖:圖6-4 SSB時域圖 aI'1J1I11111-1111IIji114L)1»1»11»1»1>1»- - - - - - - - - - iiiiiiiiiii4111<<111卜1 11 11 11 141-11 11 111I1»>1»)>I11>1tiiiiiiiiiii.yCXe:；:I*1*11III411 1I'

22、;41-1 11 11 111-4I1 1>:/A )»i»i: / : >A；1-: -1d:11111*1I1J1<(111111 / 1; * ;A1s1A)»)»iiii、.1 11 、 1 、 A fikI1 、 、 1、II1I1J I'1111 /7 I:Ar1 11 11 1i»>itii>ii»i1XH KiiIi 、i1X1、1 1 、1<»1411I&1 /1 11 14l>1 11 11 11 1II1 11 1i»i>iiii

23、»i»»iii1 a"" I111111111 111111119I111111197$53k9S211k98J70L98.928k99236k99.644k100.002k頻率(HZ)圖6-5 SSB頻域圖(4)經過乘法器與低通濾波器Z后的解調波形(XSC3)：圖6-6解調波形由時間軸T2TElms可知,解調波形的頻率和調制信號的頻率致。參考文獻1 曾興雯，劉乃安，陳健.高頻電路原理與分析M.西安:西安電子科技大學出版社2003, 6.2 華成英，童詩白.模擬電子技術基礎(第4版)(M).高等教育出版社3 芾在琨等通信電路原理.第2版.北京：

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