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课程设计一、模拟线性调制系统-标准的AM调制


《高频电子线路》课程设计说明书

设计题目:模拟线性调制系统-标准的 AM 调制

学 专 班 学

院: 贵州大学明德学院 业: 电子信息工程 级: 电信 11151 号: 肖行行 112003110141
肖 博 112003110140

汪家栋 112003110135

学生姓名: 肖行行 肖博 汪家栋 指导教师: 宁阳

2013 年 12 月 12 日

《高频电子线路课程设计》任务书
一、课程设计的目的
高频电子线路课程设计是专业实践环节之一,是学习完《高频电子线路》课程后进行的一 次全面的综合练习。其目的让学生掌握模拟通信系统的基本原理极其构造和运用,特别是理论 联系实践,提高学生的综合应用能力。

二、课程设计的内容与任务
1.内容: 课程设计一、模拟线性调制系统-标准的 AM 调制 课程设计二、模拟线性调制系统-DSB-VC 课程设计三、模拟线性调制系统-SSB-VC 课程设计四、模拟线性调制系统-大信号包络检波 课程设计五、模拟线性调制系统-相干检波 课程设计六、模拟角度调制-FM 直接调制 课程设计七、模拟角度调制-FM 间接调制 课程设计八、模拟角度调制-相位鉴频 课程设计九、模拟角度调制-比例鉴频 2.任务:学生自由组合,3-4 人为一组,任选一个课题为自己的课程设计题目,各组所选题目 不能重复,各组独立完成自己的任务。

三、课程设计的要求
1、通过资料查阅和学习,了解模拟通信系统的基本原理极其构造的一般方法。 2、参考和研究一些公司的规划和配置方案,结合《高频电子线路》课程中所学知识,积极完成设计 任务。 3、 对于课程设计完成所需的软件进行必要的学习和操作, 确定课题实现的方案配置并进行仿真实现。 4、认真按时完成课程设计说明书。

四、课程设计的时间
2013-2014 年度第一学期教学第 17 周,共 1 周(5 个工作日)

五、课程设计的说明书撰写规范
1、在完成任务书中所要求的课题外,要撰写课程设计说明书 1 份 (不少于 3000 字,10-15 页), 逻辑清楚,文字通顺,版面整洁,图表规范。课程设计说明书须每组一份,独立完成。

2、设计说明书顺序为 1、封面、2、任务书、3、目录、4、摘要、5、正文、6、参考文献(资料)、 7、理论答辩作业等内容,以及附图或附件等材料。正文包括课程设计的目的、课程设计的 内容,课程设计的相关知识和技术。 3、题目字体用小三,黑体,正文字体用五号字,宋体,小标题用四号及小四,宋体,并用 A4 纸打印。 4、请在设计说明书注明同学各自完成的任务

六、课程设计参考资料
1、参考书:[1]樊昌信.通信原理. 国防工业出版社,2007.1 2、教材: [2]张肃文.高频电子线路.高等教育出版社.2009.2





一、摘要????????????????????????????????? 1 二、整体设计??????????????????????????????? 2 2.1 AM 调 制 设 计 ??????????????????????????? 2 2.2 AM 解调设计?????????????????????????????? 2 2.3AM 调制流程图
???????????????????????????

4

三、振幅调制产生原理??????????????????????????4 四、 AM 调制 (常规双边带调制) 原理??????????????????5 五、 调幅方案分析?????????????????????????????6
(1)标准调幅波(AM)产生原理???????????????????????6 (2)普通调幅波标准波形及失真波形???????????????????? 8 (3) AM调制系统框图??????????????????????????? 9 (4)运行系统,观察结果波形????????????????????????10

六、总结?????????????????????????????????12 七、参考文献?????????????????????????????? 12 八、任务分配?????????????????????????????? 12 九、理论答辩?????????????????????????????? 13

一、摘要
调幅电路又称幅度调制电路,是指能使高频载波信号的幅度随调制信号(通常是音频)的规律 而变化的调制电路。幅度调制电路有多种电路型式,现介绍一种简易的振幅调制电路,该电路的载 波由高频信号发生器产生,经放大后和调制信号经乘法器后,输出抑制载波的双边带调幅波,输出 的双边带调辐波与放大后的载波再经过相加器后,即可产生普通调幅波。 本课题其理论意义十分广泛且重要,涉及方面广,而且对电路基础、模拟电子线路、通信电子 线路中的一些基础知识要求较高,对以往学过的知识是一次全面的复习,同时也将理论知识应用到 实践中。 用待传输出的基带信号去改变高频载波信号的振幅,称为调幅。在有关的非线性电子线路中, 普通调幅波电路大多采用高电平调幅形式调幅电路,而抑制载波的双边带调幅电路采用低电平调幅 的形式,两种形式的电路是分裂开来进行分析。即在许多文献中,只对调幅系数错误!未找到引用 源。<1 时的各项参数进行分析,而对于普通调幅波当调幅系数错误!未找到引用源。>1 时,认 为调制波形产生严重失真。这是由于采用了高电平调幅电路,在这类电路中,为了提高效率,往往 采用工作在乙类或丙类状态的基极或集电极调幅电路,此时调制器只是在载波信号和调制信号均为 正值时能完成乘法运算。而采用四象限模拟相乘器低电平调幅电路,能够实现为任意值的调幅,结 论证明,调幅系数为任意值的已调信号在发送端是可以实现,在接收端是可以解调的。 在通信系统中,从消息变换过来的信号是频率很低的电信号,其频谱特点是包括(或不包括)直 流分量的低通频谱,如电话信号的频率范围在 300 到 3000Hz,称为基带信号,这种基带信号在很多 信道中不能直接传播。为了使基带信号适宜在信道中传输,就需要采用调制解调技术。调制通常可 以分为模拟调制和数字调制两种方式。

第 1 页

二、整体设计
2.1 AM 调 制 设 计
标准调幅就是常规双边带调制,简称调幅(AF) 。假设调制信号 m(t)的平均值为 0,将其叠加一 个直流偏量后与载波相乘(图 2-1),即可形成调幅信号。

载波

m(t)

加法器

乘法器

S(t)

图 2-1

AM 调制模型

AM 信号的时域和频域表达式分别为

SAM=(t)[A0+m(t)]coswc(t)=A0coswc(t)+m(t)coswc(t) SAM(ω )=
π A0[δ

(1) (2 )

(ω +ω C)+ δ (ω -ω )]+1/2[M(ω +ω )+M(ω -ω C)]

式中,A0 为外加的直流分量;m(t)可以是确知信号也可以是随机信号,但通常认为其平均值为 0, 即 m(t) =0 。

AM 信号的频谱 SAM(t)是由载频分量和上、下两个边带组成(通常称频谱中画斜线的部分为上 边带,不画斜线的部分为下边带) 。上边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同,下边带是上边带的 镜像。显然,无论是上边带还是下边带,都含有原调制信号的完整信息。故 AM 信号是带有载波的双 边带信号,它的带宽为基带信号带宽的两倍,即

BAM=2Bm=2fH
式中,Bm=fH 为调制信号 m(t)的带宽,fH 为调制信号的最高频率。

(3)

2.2 AM 解调设计
(1)AM 信号的解调原理及方式 解调是将位于载波的信号频谱再搬回来,并且不失真的恢复出原始基带信号。

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解调的方式有两种:相干解调和非相干解调。相干解调适用于各种线性调制系统,非线性解调一般 适用于幅度调制(AM)信号。 (2)相干解调 相干解调也叫同步检波。解调与调制的实质一样,均是频谱搬移。解调是把在载频位置的以调 信号的谱搬回到原始基带位置。由 AM 信号的频谱可知,如果将已调信号的频谱搬回到原点位置,即 可得到原始的调制信号频谱,从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算 来实现。 载波

S(t)

乘法器

低通滤波器

m(t)

图 2-2

相干解调原理图

SAM(t)coswct=[A0+m(t)]cos2wct=1/2[A0+m(t)]+1/2[A0+m(t)]cos2wct

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2.3AM 调制流程图
开始

为各个变量赋初值

生成源信号 m(t)

对 m(t)进行 AM 调制

计算带宽

画出 AM 信号波形

画出 AM 相干解调波形

画出 AM 频谱图

结束

图 2-3 AM 调制流程图

三、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。标准振幅调制(Amplitude Modulation, AM)是一种相对便宜的, 质量不高的调制形式,主要用于声频和视频的商业广播。 我们讨论单频信号的调制情况。如果设单频调制信号错误!未找到引用源。 ,载波错误!未找
第 4 页

到引用源。 ,那么调幅信号(已调波)可表示为: 错误!未找到引用源。 (2-1) 式中,错误!未找到引用源。为已调波的瞬时振幅值(也称为调幅波的包络函数) 。由于调幅 信号的瞬时振幅与调制信号成线性关系,即有:

(2-2)

四、 AM 调制 (常规双边带调制) 原理
假设调制信号 m(t)的平均值为 0,将其叠加一个直流偏量 A 后与载波相乘(如图 1-1 所示) ,即 可形成调幅信号。其时域表示式为

sAM (t ) ? [ A0 ? m(t )]cos ?ct ? A0 cos ?ct ? m(t ) cos ?ct
其中,m(t) - 调制信号,均值为 0,可以是确知 信号也可以是随机信号 A0 - 常数,表示叠加的直流分量 ?c=2π fc 为载波信号的角频率
m ?t ?
t

m ?t ?

?
A0

?

sm ? t ?

cos ?c t

图 1-1 AM 调制系统原理

A ?t ? 0 ?m

t
载波

t

AM调制的波形如图 1-2 所示: 由波形可以看出,当满足条件: ?? ? |m(t)| ? ? A0 时,其包络与调制信号波形相同,因此用包络 S AM ? ? ? 检波法很容易恢复出原始调制信号。否则,出
H
H

M

?? ?

sAM

?t ?
t

?? 第 5 c页

0

?c

?

现“过调幅”现象。这时用包络检波将发生失 真。但是,可以 采用其他的解调方法,如同步检波 图 1-2 波形图

五、调幅电路方案分析
1、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。设载波信号

基带调制信 号

乘 法 器

加 法 器

标准调幅 波

高频载 波
第 6 页

普通调幅波的频谱图如图所示: 幅度

下边带

上边带

0 ω 普通调幅波的频谱图

错误!未找到引用源。

2、普通调幅波标准波形及失真波形
普通调幅波示意图如图所示:

标准调幅波示意图 由图可见,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。 显然,AM 波正负半周对称时:

第 7 页

调幅度为:

图所示为产生失真时的波形:

Ma>1 时的过调制波形

3、AM调制系统框图

第 8 页

AM调制系统框图

4.运行系统,观察结果波形
AM 调制波形图如图 2-1 所示:

第 9 页

第 10 页

AM 调制波形图 结果与分析:要使输出已调信号的幅度与输入调制信号 m(t)呈线性对应关系,应满足 A0 大于 等于| m(t)|max,否则会出现过调制现象。本实验中,不存在过调制现象,调整图中 A0 的增益可观 察到过调制现象。

第 11 页

六、总结
在这一周的时间里我在做“AM 调制器的设计” 。在这一过程中,真切感觉到自己知识能力的匮 乏,好多东西都只是知道一些皮毛,真正搞懂会应用的东西很少。或许一个人的进步需要一个缓慢 的过程,在过程中需要不断地借鉴,学习,汲取别人的东西。同别人的成果中攫取知识和营养,然 后把它变成自己的东西。收获之一是不做系统或者东西,许多细小的环节是注意不到的。而这诸多 环节往往影响你整个系统的正常运转。这可真应验了那句话“细节决定一切” 。 总之,在这次课程设计的制作的过程中学到了很多东西,能力也有相应的提升。

七、参考文献:
1、参考书:[1]樊昌信.通信原理. 国防工业出版社,2007.1 2、教材: [2]张肃文.高频电子线路.高等教育出版社.2009.2

八、任务分配
设计说明:肖行行 仿 真:肖 博

理论答辩:汪家栋

第 12 页

九、理论答辩
1、简述模拟线性调制系统的几种方法 幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅,使其按调制信号的规律变化的过程 ,常分为标准调 幅(AM) 、抑制载波双边带调制(DSB) 、单边带调制(SSB)和残留边带调制(VSB)等。 2、标准 AM 调制的特点 AM 调制接收设备简单,功率利用率低,抗干扰能力差,在传输中如果载波遇到信道的选择性衰落, 则在包络检波时会出现过调失真,信号频带较宽,频带利用率不高,因此 AM 调制用于通信质量要求 不高的场合。主要用在中波和短波的调幅广播中。波形包络包含基带信号信息,频率是载波频率。 有直流分量。频谱有边带分量和载波分量。AM 信号的时域波形的包络线反映了调制信号波形变换趋 势。 AM 频域是调制信号频谱的简单搬移,搬移至载频处,已调信号带宽是调制信号带宽的2倍。 3、标准 AM 调制中的过量调制产生的原因 AM 调制的优点是接收设备简单,缺点是功率利用率低,抗干扰能力差,在传输中如果载波遇到信道 的选择性衰落,则在包络检波时会出现过调失真。

第 13 页


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