移相法实现单边带信号的调制

移相法实现单边带信号的调制

谢成山 徐济仁 陈家松

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关键词:单边带信号,生产,调制,移相法

=摘要>本文单边带(SSB)信号的2种产生方法,即滤波法和移相法。重点对移相法的产生SSB 信号的方法作了祥细的讨论并给出了具体的电路,这种产生SSB 信号的方法具有载波法抑制比低、低成本、不需要滤波器,对相位误差和增益误差要求不高等突出特点。

一、单边带(SSB)信号的产生方法

与标准幅度调制相比,单边带调制(SSB)对于频谱和输出功率的利用率更高。尽管很少用于数据传送,SSB 仍广泛地用于HF 和VHF 低端的语音通信。双边带调制信号包含有2个完全相同的基带信号,即上、下边带。由于2个边带含的信息相同,因而从信息传输角度考虑,仅仅传送一个边带同样可以达到信息传输的目的。单边带调制,就是通过某种办法,只传送一个边带的调制方式。

下边带SSB 信号的时域表示式为

s m (t )=m(t)cos X c t +m ^(t)sin X c t (1) 上边带SSB 信号的表示式

s m (t )=m(t)cos X c t -m ^(t)sin X c t (2)式中,m ^(t)是m(t)的希尔伯特变换。单边带信号的产生,通常采用滤波法和相移法2种。

所谓滤波法,是对双边带信号利用网络演出单边带信号,因为,一般的m(t)具有丰富的低频成分,因而要求滤波器的截止特性

极为陡峭才行。这就给实际制作带来困难,尤其是截止特性陡峭的高频网络更难制作。困此,在实际中,往往采用多次频移及多次滤波的办法来实现,如图1所示。图中,X s1

改变原信号的频谱结构。

图1 滤波法产生SSB 信号

这种产生SSB 的方法的特点是:首先对载波进行调制,而后滤掉不需要的边带和载波。这种方法通常被认为是低效率的,因为它将大约2/3的功率消耗于滤波器(当然,因为滤波器不是总被安装于输出级,所以系统并不是必须浪费掉2/3的发射功率。)

所谓相移法,是模仿式(1)运算关系的一

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谢成山 信息产业部工程师 北京 100846徐济仁 电子工程学院讲师 合肥 230037陈家松 电子工程学院工程师 合肥 230037

种实现方法。这种方法的原理示于图2。这里,关键在于制作一个相移网络。由于在全频率内相移-P /2的要求很难达到,故在实际中往往由宽频带(有限带宽的)相移网络来

替代。

图2 相移法产生SSB 信号

二、相移法产生SSB 信号

的一种具体方法

图3所示电路利用一个集成了所有必要功能单元的IC 与宽带、低电压运放相配合,可以产生35~80MHz 的SSB 信号。图中所有IC 均工作于3V ?10%。

如果产生SSB 信号采用移相(代数)法。那么需要用2个调制器(混频器)产生所需的边带并抑制掉不需要的载波和其余的边带。2个调制器分别被用作QAM 中的同相和正文调制,二者均包含于IC1中。最终电路具有以下优点:

(1)低成本,低功耗;

(2)输出信号(35~80MHz)涵盖了4m 和6m 业余无线波段;

(3)用户可通过反转两对线的连接而在上/下边带间转换(而不是改变滤波器);

(4)不需要滤波器;

(5)一片IC 内包含了所需的振荡器、2个调制器和一个求和放大器。

该电路不需要滤波器来抑制载波和边带频率,因为调制过程已包含了频率甄别功能。举例来说,如果载波信号为sin X C t 而调制信号为sin X M t(不考虑信号幅度),调制过程(混频)实际就是将载波和调制信号相乘,如下所示。

[sin X M t sin X C t]=0.5cos (X M -X C t )t

-0.5cos (X M +X C )t

上述2路信号移相90b 后则变成为余弦形式

sin (X C t +90b )=cos (X C t),

sin (X M t +90b )=cos X M t

将移相90b 后的2路信号送入另外一个调制

器相乘得到

[cos X M t][cos X C t]=0.5cos (X M -X C t )t

+0.5cos (X M +X C t)t

请注意,下边带信号,也就是上式中含cos(X M -X C )t 的项,经2路信号求和后得到加强而产生IC1的输出。上边带信号,也就是含cos(X M +X C )t 的项,在2路信号相加后被互相抵消。

选取用RC 相移网络主要是为简化电路,而非减少元件。该网络利用5%精度的元件可获得300~3500Hz 的响应,相位误差<1b ,增益误差<0.2dB 。IC1对于不需要的载波和边带的抑制率(-35dB)比之作为商用目的的期望值低5dB,但在输出功率不高于5W 时并无明显差异。该抑制率在一定程度上与没有使用的调制器反相输入端的电容(C7和C8)有关。输出级(未表示出)可以是一个单管缓冲器,一个推挽功率放大器,或根据实际要求来选择。

为简化设计,图示电路采用了IC1的内部振荡器。这种方法稳定度不大高:为补偿其不稳定性,可以选择外部信号源或将振荡器输出连到一个外部锁相环路,具体用法请参见有关IC 数据手册(参见MAX2452),采用外部振荡源能大大扩展发射频率范围。当该电路工作于142MHz 振荡频率、71MHz 载波频率时对其进行测量,-27dB 的载波抑制率比MAX2452数据手册规定的参数规范典型值低8dB,但对于采用单端方式驱动IC1的I 和Q 输入的电路来说仍是可以接受的(采用差分驱动可改进性能)。边带抑制率不低于-36dB(接近于测试设备的噪声本底)。

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