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<X s2,而且滤波器Ñ一般工作在较低频率上,这样做便于设计一个较为满意的单边带滤波器。

倘若m(t)不包含显著的低频成分,则这种滤波法是行之有效的,例如,一般话音信号并不包含丰富的非常低的频率成分。

但是,如果是数字信号,则它的低频成分极为丰富,故在采用滤波法时,必须先采用某种技术(比如,部分响应技术)
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。

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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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图3单边带(SSB)信号产生的具体电路
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Realizing SSB Signal Modulation Through Phase Shift
Xie Chengshan Xu Jiren Chen Jiasong
(Hefei Electronics Engineering Institute)
Key words:SSB Signal,Setup,Modulation,Phase shift
Abstract:This paper gives two methods to setup SSB signal,namcly filtering and phase shift.For the methods to setup SSB signal through phase shift,we give detailed arguement mainly and concrete circuit, the methods to setup SSB signal have obvious advantages of lo w carrier wave rejection ratio,low cost,no filter etc.
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