单边带调幅电路设计与仿真

摘要单边带调制由于占用更窄的频带和更高的频带利用率，在通信系统中得到更广泛的应用，本文简单介绍了相移法实现单边带调制以及同步检波电路原理及设计方法，并以multisim 为工具，对调制解调解调系统进行仿真，同时对仿真结果进行分析。

学会设计电路，进一步掌握所学单元电路及在基础培养自己分析、应用其他单元电路的能力。

关键字：单边带；调制；解调；Multisim；仿真一、调制与解调的概述 (3)二、SSB信号的产生及过程分析 (3)1、SSB信号的产生 (3)（1）滤波法产生单边带信号 (3)（2）相移法产生单边带信号 (4)2、相移法产生单边带信号的过程分析 (5)（1）移相电路 (5)(2) 模拟乘法器 (6)（3）同相求和电路 (8)3、单边带调制仿真及过程分析 (9)（1）Multisim简介 (9)（2）仿真及分析 (9)三、SSB信号解调的原理及过程分析 (11)1、SSB信号解调电路的设计方法 (11)2、低通滤波器 (12)3、SSB信号的仿真、分析 (13)四、SSB信号的产生及解调总体分析 (14)五、总结 (16)参考文献： (17)一、调制与解调的概述所谓调制，就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程，在无线通信及其他大多数场合，调制都是指载波调制，即用调制信号去控制载波的参数的过程，使载波的某一或某几个参数随着调制信号的规律而变化。

幅度调制就是载波的振幅受调制信号的控制作周期性的变化。

变化的周期与调制信号周期相同。

即振幅变化与调制信号的振幅成正比。

通常称高频信号为载波。

通信系统中之所以要用到载波调制，是为了实现几个目标：一，在无线传输中，信号是以电磁波的形式通过天线辐射到空间的.为了获得较高的辐射效率，天线的尺寸必须与发射信号波长相比拟。

而基带信号包含的较低频率波长较长，致使天线过长而难以实现。

但若通过调整，把基带信号的频谱搬至较高的载波频率上，使已调信号的频谱与信道的带通特性相匹配，这样就可以提高传输性能，以较小的发送功率与较短的天线来辐射电磁波。

第二，把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。

第三，扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。

因此，调制对通信系统的有效性和可靠性有着很大的影响和作用。

采用什么样的调制方式将直接影响着通信系统的性能。

解调是从携带消息的已调信号中恢复消息的过程。

在各种信息传输或处理系统中，发送端用所欲传送的消息对载波进行调制，产生携带这一消息的信号。

接收端必须恢复所传送的消息才能加以利用，这就是解调。

调幅波的解调调幅的逆过程，即从调幅信号的取出调制信号，通常称之为检波。

二、SSB信号的产生及过程分析1、SSB信号的产生单边带信号的产生方法通常有滤波法和相移法。

（1）滤波法产生单边带信号产生SSB信号最直接的方法是让DSB信号通过一个单边带滤波器，保留所需要的一个边带，滤除不要的边带。

这种方法称为滤波法，它是最简单也是最常用的方法。

图1 单边带信号的滤波法形成滤波法原理如图1所示。

图中)(ωSSB H 为单边带滤波器的频谱特性，如图1所示，对于保留上边带的单边带调制来说，有⎪⎩⎪⎨⎧≤>==c c USB SSB H H ωωωωωω ,0 ,1)()( (1)对于保留下边带的单边带调制来说，则取)(ωSSB H 为低通滤波器，于是⎩⎨⎧≥<==c c LSB SSB H H ωωωωωω ,0 ,1)()( （2）单边带信号的频谱为)()()(ωωωSSB DSB SSB H S S ⋅= （3）（2）相移法产生单边带信号本课程设计中产生单边带调制信号的方法为哈特利调制。

这种调制方法是根据R. V. L. Hartley 命名的。

该调制方法使用了相移方法来抑制不需要的边带。

具体方法是，先将原始信号相移90°、载波信号也相移90°，再将原信号与原载波信号调制，相移后的信号与相移后的载波信号调制，这样就生成了两个调制后的信号。

这两个调制后的信号通过加减，就可以获得边带信号。

这种调制方法的一个好处就是，它可以允许解析单边带信号的表达式。

这样有利于更好的理解单边带信号的同步检测效果。

将信号相移90°无法依靠简单的延迟信号得到。

在模拟电路中，通常使用相移网络来实现。

在真空管收音机流行的年代，这种方法非常流行，但后来因为成本的问题，使用的越来越少了。

不过，现在这种调制方法在业余无线电和数字信号处理器领域很流行。

利用希尔伯特变换，可以在数字电路中以低成本实现这种调制方法。

本次设计中用相移法来实现单边带调制。

调制框图如图2所示： 21m )t 2121图2相移法形成单边带信号用滤波法形成SSB 信号的关键是单边带滤波器的设计实现，如果调制信号都具有丰富的低频成分，经调制后得到的DSB 信号的上、下边带之间的间隔很窄，这就要求单边带滤波器在c f 附近具有陡峭的截止特性，从而使滤波器的设计和实现很困难。

如果单边带滤波器的频率特性)(f H SSB 不是理想的，难免对所需要的边带有些衰减，而对不需要的边带又抑制不干净，造成单边带信号的失真。

相移法来产生SSB 信号的调制的电路如图3所示图3相移法调制电路图2、相移法产生单边带信号的过程分析（1）移相电路图4为一相移网络，其相位-180°~0°之间发生变化，可变相位的范围计算方法如下。

若kHZ f 10=，φ= -60～-120°，F C μ01.02=时，则Ω=k R 92.158。

若使8R 为可变时，其相位角将为φ= -2tan-1(8/R R x )，则Rx=R0时，其φ为90°图490-移相电路经过相移网络后，输出为t c ωsin ，()t U c 经过相移网络后，将所有的频率成份移相-90°，实际上是一个希尔伯特变换。

变换波形比较如下：图5相移网络前后波形对比(2) 模拟乘法器图6模拟乘法器图6为一有源模拟乘法器，集成模拟乘法器是实现两个模拟信号相乘的器件，它广泛用于乘法、除法、乘方和开方等模拟运算，同时也广泛用于信息传输系统作为调幅、解调、混频、鉴相和自动增益控制电路，是一种通用性很强的非线性电子器件，目前已有多种形式、多品种的单片集成电路，同时它也是现代一些专用模拟集成系统中的重要单元。

模拟乘法器是一种完成两个模拟信号（连续变化的电压或电流）相乘作用的电子器件，通常具有两个输入端和一个输出端，电路符号如图2所示:若输入信号为x u , y u ,则输出信号o u 为：o u =k y u x u (4)式中： k 为乘法器的增益系数或标尺因子，单位为V 1-.根据两个输入电压的不同极性，乘法输出的极性有四种组合，用图7所示的工作象限来说明。

II (-)(+)=(-)I (+)(+)=(+)III(-)(-)=(+)IV (+)(-)=(-)图 3-12-2 模拟乘法器的工作象限图7 模拟乘法器的工作象限若信号x u 、y u 均限定为某一极性的电压时才能正常工作，该乘法器称为单象限乘法器；若信号x u 、y u 中一个能适应正、负两种极性电压，而另一个只能适应单极性电压，则为二象限乘法器；若两个输入信号能适应四种极性组合，称为四象限乘法器。

设单频调制信号为t A t m m m ωcos )(=，载波为t c ωcos ，DSB 信号的时域表示式为A t A tt A t s m c m m c m c m m DSB )cos(21)cos(21 cos cos )(ωωωωωω-++== (5) 乘法器的输出波与频谱图如图8和图9所示：图 8乘法器输出波形图9 输出频谱图（3）同相求和电路图10同相求和电路图10是一同相求和电路，因运放具有虚断的特性，所以013913u R R R u +=- (6) 对运放同相输入端的电位可用叠加原理求得：()()()()1210112121012111011211////////R R R u R R R R R u R R u I I +++=+ (7)+-=u u (8) 由此可得出)(1021119R u R u R R R u I I n p o +⨯⨯= (9) 式中121011////R R R R p = ， 139//R R R n = 。

当n p R R = ，91011R R R == 时I2I1O u u u += (10)所以，取91011R R R ===ΩK 10, Ω=K R 212 ,Ω=K R 3.313,使得I2I1O u u u +=。

两个乘法器出来的信号经过求和电路 ，则只保留了下边带，即t t A t t A t s c m m c m m LSB ωωωωsin sin 21cos cos 21)(+= t A m c m )cos(21ωω-= (11) t A m m ωsin 可以看成是t A m m ωcos 相移2π，而幅度大小保持不变。

我们把这一过程称为希尔伯特变换，记为“∧”，则t A t A m m m m ωωsin cos =∧上述关系虽然是在单频调制下得到的，但调制信号为任意信号)(t m 时同样满足上述关系，即SSB 信号的时域表示式t t m t t m t s c c SSB ωωsin )(ˆ21cos )(21)(±= (12)其中，)(ˆt m是)(t m 的希尔伯特变换。

若)(ωM 为)(t m 的傅氏变换，则)(ˆt m 的傅氏变换)(ˆωM 为 )]sgn([)()(ˆωωωj M M -⋅= (13) 其中符号函数⎩⎨⎧<-≥= 0 ,1 0 ,1)sgn(ωωω (14)设)sgn()(/)()(ωωωj M M t H h -==∧ (15)我们把)(ωh H 称为希尔伯特滤波器的传递函数，它实质上是一个宽带相移网络，表示把)(t m 所有的频率分量均相移2π，即可得到)(ˆt m。

3、单边带调制仿真及过程分析（1）Multisim 简介Multisim 是加拿大IIT 公司出品的电子电路设计与仿真的电路模拟软件，本次课程设计用Multisim9，软件创建电路、选用元器件和模拟测试仪器均可直接从屏幕图形中选取，并且模拟测试仪器的外观和实物基本相似，且有完善的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳定分析，时域分析和频域分析，器件线性分析和非线性分析是理想的教学软件。

在高频电子线路课程中，可以应用Multisim9创建各个单元电路。

例如振幅调制中的单边带调制与解调电路，因为调制和解调在课程中是重点内容，而且调制与解调的概念比较抽象，难于理解，因此借助该软件创建调制和解调电路，帮助学生较好的理解该知识点。