实验一:双边带抑制载波调幅

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器输出的频率,调节可调滤波器后观察到的解调信号频率也发生改变如图 25 所示。
图 24 相干解调输出(音频信号 10KHz)
图 25 相干解调输出(音频信号 3.5KHz)
五、 思考题
1、整理实验记录波形,说明 DSB-SC AM 信号波形的特点。 答: DSB-SC 信号波形如图 10 所示,调幅波的振幅在零值上下按照调制信号规律变化。其 包络正比于调制信号的绝对值,调制信号过零时,调幅波高频相位要产生 180°的相位突 变。 AM 信号波形如图 12 所示,振幅在载波振幅上、下按调制信号的规律变化,即调幅波 的包络直接反映调制信号的变化规律。
二、 实验原理
DSB-SC AM 信号产生、相干解调原理 DSB-SC AM 信号的产生及相干解调原理框图如图 1 所示:
图 1 DSB-SC AM 信号产生及相干解调原理框图 其中,载波提取框图如图 2 所示:
图 2 载波提取框图
由上图可知,锁相环乘法器的输出为:
[������������������(������)������������������2������������������������ + ������������������������������2������������������������] ∙ sin(2������������������������ + ������)
(3)调节 f0 旋钮,使 LPF 输出的直流电压约为 0V; (4)利用示波器观察发端导频信号和锁相环 VCO 输出经相移后的波形。调节移相 器,使两路信号同频同相; (5)用频谱仪观测恢复载波的振幅频谱; (6)用示波器观察相干解调相乘、低通滤波后的波形(解调输出); (7)改变发端音频振荡器的频率,观察解调信号的变化。
图 3 DSB-SC AM 信号的产生
2. 锁相环的调试
图 4 测量 VCO 的压控灵敏度
测量锁相环的压控灵敏度
(1)按照图 4 所示连接设备,将可变直流电压模块的 DC 输出端与 VCO 模块的 Vin 相 连接,双踪示波器分别接 VCO 和 DC 的输出,两个通道进行直流耦合;
(2)调整直 DC 输出为 0V,观察 VCO 输出波形的频率 f0,调节 VCO 模块的 f0 旋钮, 使输出波形的中心频率为 100KHz;
图 17 f2 的测量
图 18 f4 的测量
图 19 f3 的测量
图 20 f1 的测量
图 21 f0 的测量
3. 恢复载波与相干解调
图 22 展示的是发端发送的载波和恢复载波,可以看出,两者同频同相;图 23 是恢复 载波及其频谱。
图 22 发端载波与恢复载波
图 23 恢复载波及其频谱
图 24 为相干解调的输出,其频率为 9.921KHz,与理论的 10KHz 接近;改变音频振荡
图 16 锁相环乘法器输出(fin=153.8KHz,f0=100.6KHz)
测量锁相环的同步带和捕捉带
图 17、18、19、20、21 分别是频率为 f2、f4、f3、f1、f0 时的环路 LPF 低通滤波器输出 (直流信号)和信号源 VCO 输入波形(正弦),由图可知,f2=96.322KHz、f4=108.64KHz、 f3=105.99KHz、f1=93.027KHz、f0=100.98KHz。
锁相环的输出和输入存在频差或相差时,这种差别会体现在环路滤波器的输出上。如 果环路滤波器的输出接近直流,它将对 VCO 形成一个负反馈控制,使锁相环输出信号的频 率和相位能跟踪输入,此即为锁定状态。锁定状态下,若输入信号的频率或相位发生轻微 变化,VCO 的输出都能进行跟踪。如果环路滤波器的输出是交变的,则锁相环处于失锁状 态。失锁状态下锁相环的乘法器相当于混频器,此时环路滤波器的输出为乘法器两路输入 信号的差频信号。
四、 实验数据
1. DSB-SC AM 信号的产生
音频振荡器的输出如图 8 所示,均值为 0V,频率约为 10KHz。
图 8 调制信号(10KHz)
图 9 载波(100KHz)
主振荡器的输出信号如图 9 所示,频率约为 100KHz。
乘法器输出的已调波形及其振幅频谱如图 10 所示,从波形可知,已调信号的相位翻转
通信原理硬件实验
学院: 电子工程学院 专业:光电信息科学与工程 班级: 成员:
实验一:双边带抑制载波调幅(DSB-SC AM)
一、 实验目的
(1)了解 DSB-SC AM 信号的产生及相干解调的原理和实现方法; (2)了解 DSB-SC AM 信号波形及振幅频谱特点,并掌握其测量方法; (3)了解在发送 DSB-SC AM 信号加导频分量的条件下,收端用锁相环提取载波的原 理及其实现方法; (4)掌握锁相环的同步带及捕捉带的测量方法,掌握锁相环提取载波的调试方法。
将恢复载波与 s(t)相乘:
[������������������(������)������������������2������������������������ + ������������������������������2������������������������] ∙ cos(2������������������������ + ������)
图 6 锁相环闭环连接 (2)将信号源 VCO 的中心频率调整到远小于 100KHz,使锁相环处于失锁状态,即 LPF 输出为交变波形。缓慢增加信号源 VCO 的中心频率,当交变信号变为直流信号时,说 明锁相环进入锁定状态,记录此时信号源 VCO 的中心频率 f2; (3)继续增加信号源 VCO 的中心频率,直到波形由直流变为交流时,记录此时的信 号源 VCO 中心频率 f4; (4)将信号源 VCO 的中心频率由 f4 开始缓慢减小,记录波形再次变为直流时的中心 频率 f3; (5)继续减小中心频率,直到波形由直流变为交流,记录此时的频率 f1;
发生在调制信号的零点处。由振幅频谱可以看出,已调信号有两个频率分量,分别是
93.75KHz 和 113.8KHz,与理论上的 90KHz 和 110KHz 接近。
图 10 已调信号波形及频谱
将加法器 B 输入端接地,A 输入端接已调信号,调节加法器 G 旋钮时,加法器的输出 如图 11 所示,输入幅度为 1.86V,与输出幅度 1.88V 大致相等,可知 G=1。
同步带∆������1 = ������4 − ������1 = 108.64 − 93.027 = 15.613������������������; 捕捉带∆������2 = ������3 − ������2 = 105.99 − 96.322 = 9.668������������������。
3. 恢复载波与相干解调
(1)按图 7 连接实验设备,其中输入信号为图 3 中加法器的输出信号;
图 7 DSB-SC AM 信号的相干解调及载波提取实验连接图
(2)用示波器观察锁相环低通滤波器的输出是否为直流,以此判断锁相环是否处于锁 定状态。若未锁定,缓慢调节锁相环 VCO 的 f0 旋钮,直至锁相环低通滤波器输出直流;
������
+
������)]
经过低通滤波器滤除四倍载频分量,通过隔直流电路将直流������������ ������������������������滤除,即可得到
2
基带信号������������ ������(������)������������������������。
2
锁相环工作原理
为了能顺利恢复出载波,应使锁相环工作在锁定状态。
三、 实验步骤
1. DSB-SC AM 信号的产生
(1)根据图 1 可知实验设备的连接如图 3 所示,按照图 3 连接实验设备; (2)用示波器观看音频输出信Fra Baidu bibliotek的信号波形的幅度以及振荡频率,调整音频信号的输 出频率为 10kHz,作为均值为 0 的调制信号 m(t); (3)用示波器观看主振荡器输出信号的幅度以及振荡频率; (4)用示波器观看乘法器的输出波形,并注意已调信号波形的相位翻转与已调信号波 形的关系; (5)测量已调信号的波形频谱,注意其振幅频谱的特点; (6)调整增益 G=1:将加法器的 B 输入端接地,A 输入端接已调信号,用示波器观看 加法器的输出波形以及振幅频谱,使加法器输入与加法器输出幅度一致; (7)调整增益 g:加法器 A 端接已调信号,B 接导频信号。用频谱仪观看加法器输出 信号的振幅频谱,调节增益 g 旋钮,使导频信号振幅频谱的幅度为已调信号的边带频谱幅 度的 0.8 倍。此时导频信号功率约为已调信号功率的 0.32 倍。
图 5 锁相环开环连接 (2)改变信号源 VCO 的中心频率,用示波器观察信号经过乘法器和低通滤波器后的 输出,它应是输入信号与锁相环 VCO 输出信号的差频信号。
测量锁相环的同步带和捕捉带 (1)按照图 6 连接设备,将锁相环闭环连接,用另一 VCO 作为信号源,示波器观察 低通滤波器的输出波形;
=
������������ 2
������(������)[������������������������
+
������������������(4������������������
������
+
������)]
+
������������ 2
[������������������������
+
������������������(4������������������
=
������������ 2
������(������)[������������������������
+
������������������(4������������������������
+
������)]
+
������������ 2
[������������������������
+
������������������(4������������������
图 12 输入 B 接载波,g=0.8 时加法器输出
2. 锁相环的调试
测量锁相环的压控灵敏度
当 DC 模块输出 0V 直流时,VCO 的输出如图 13 所示,可知中心频率在 100KHz 左右; 当 DC 模块输出+1V 直流时,VCO 输出如图 14 所示,频率为 90.74KHz,约为 90KHz;当 DC 输出为-1V 时,VCO 输出如图 15 所示,频率为 110.1KHz,约为 110KHz。
将加法器 B 输入端接载波,调节 g,得到加法器输出波形及频谱如图 12 所示,已调信 号边带频谱幅度为 362mV,若载波频谱幅度为其 0.8 倍,应为 362x0.8=289.6mV,实际测得 载波频谱幅度为 288mV,约为 0.8 倍,加法器增益 g 调节合适。
图 11 输入 B 接地,G=1 时加法器输出
������
+
������)]
经过低通滤波后只剩下������������
2
������������������������分量,滤除掉了
m(t)的频率分量和四倍载频分量。由于
φ很小,所以sinφ ≈ φ。地通过滤波器的输出以负反馈的方式控制 VCO,使其保持在锁定
状态。锁定后,VCO 的输出经过相移后与载波同频同相,得到恢复载波。
图 13 VCO 输出波形(DC=0V)
图 14 VCO 输出波形(DC=+1V)
图 15 VCO 输出波形(DC=-1V)
单独测量锁相环中乘法器、低通滤波器的工作是否正常
开环状态下,锁相环乘法器输出波形以及其信号源 VCO 的输入如图 16 所示。信号源 VCO 输出频率为 153.8KHz,锁相环 VCO 中心频率为 100.6KHz,由此可知乘法器输出信号包 络频率为 153.8KHz-100.6KHz=53.8KHz。从图 16 可知,包络一个周期在时间轴上约为 10 格,即周期为 2us x 10=20us,其频率约为 50KHz,乘法器输出正确。用示波器观察乘法器 输出经过环路低通滤波器的输出,可观察到频率在 50KHz 左右的正弦波形,此处由于工作 失误,未对滤波器的输出波形图像进行保存。
(3)从-2V 至+2V 改变直流电压,观察 VCO 的输出频率及线性工作范围; (4)调节 VCO 模块的 GAIN 旋钮,使得在 DC 输出为±1V 时,VCO 的频率偏移为 10KHz。
单独测量锁相环中乘法器、低通滤波器的工作是否正常
(1)按照图 5 连接设备,使上一步调试的 VCO 工作在开环状态,用另一个 VCO 作为 锁相环的信号源;
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