实验五-常规双边带调幅与解调

框架三层，局部为二层钢构。本工程外脚手架采用落地式钢管脚手架,外架随主体结构上升，同步搭设，比操作面高出一步，确保主体及外装修的正常安全施工。实验五常规双边带调幅与解调实验一、实验目的1、掌握常规双边带调幅与解调的原理及实现方法。2、掌握二极管包络检波原理。3、掌握调幅信号的频谱特性。4、了解常规双边带调幅与解调的优缺点。5、了解抑制载波双边带调幅和解调的优缺点。二、实验内容1、观察常规双边带调幅的波形。2、观察常规双边带调幅波形的频谱。3、观察常规双边带解调的波形。三、实验仪器1、信号源模块2、PAM/AM模块3、频谱分析模块（可选）4、20M双踪示波器一台5、频率计（可选）一台6、音频信号发生器（可选）一台7、立体声单放机（可选）一台8、立体声耳机（可选）一副9、连接线若干四、实验原理1、常规双边带调幅所谓调制，就是在传送信号的一方（发送端）将所要传送的信号（它的频率一般是较低的）“附加”在高频振荡信号上。所谓将信号“附加”在高频振荡上，就是利用信号来控制高频振荡的某一参数，使这个参数随信号而变化，这里，高频振荡波就是携带信号的“运载工具”，所以也叫载波。在接收信号的一方（接收端）经过解调（反调制）的过程，把载波所携带的信号取出来，得到原有的信息，解调过程也叫检波。调制与解调都是频谱变换的过程，必须用非线性元件才能完成。调制的方式可分为连续波调制与脉冲波调制两大类，连续波调制是用信号来控制载波的振幅、频率或相位，因而分为调幅、调频和调相三种方式；脉冲波调制是先用信号来控制脉冲波的振幅、宽度、位置等，然后再用这已调脉冲对载波进行调制，脉冲调制有脉冲振幅、脉宽、脉位、脉冲编码调制等多种形式。本实验模块所要进行的实验是连续波的振幅调制与解调，即常规双边带调幅与解调。我们已经知道，调幅波的特点是载波的振幅受调制信号的控制作周期性的变化，这变化框架三层，局部为二层钢构。本工程外脚手架采用落地式钢管脚手架,外架随主体结构上升，同步搭设，比操作面高出一步，确保主体及外装修的正常安全施工。2的周期与调制信号的周期相同，振幅变化与调制信号的振幅成正比。为简化分析，假定调制信号是简谐振荡，即为单频信号，其表达式为：()cosmutUt图5-1常规调幅波形如果用它来对载波()cosccmcutUt（c）进行调幅，那么，在理想情况下，常规调幅信号为：mU()ut0t0cmU()cutt0minUcmUmaxU()AMutt包络现代通信原理实验指导书框架三层，局部为二层钢构。本工程外脚手架采用落地式钢管脚手架,外架随主体结构上升，同步搭设，比操作面高出一步，确保主体及外装修的正常安全施工。5－3()(cos)cosAMcmmcutUkUtt(1cos)coscmacUMtt（5－1）其中调幅指数,01,maacmUMkMkU为比例系数。图5-1给出了tu，tuc和()AMut的波形图。从图中并结合式（5－1）可以看出，常规调幅信号的振幅由直流分量cmU和交流分量tkUmcos迭加而成，其中交流分量与调制信号成正比，或者说，常规调幅信号的包络（信号振幅各峰值点的连线）完全反映了调制信号的变化。另外还可得到调幅指数Ma的表达式：cmcmcmcmaUUUUUUUUUUMminmaxminmaxminmax显然，当Ma1时，常规调幅波的包络变化与调制信号不再相同，产生了失真，称为过调制，如图5-2所示。所以，常规调幅要求Ma必须不大于1。图5-2过调制波形式（5－1）又可以写成()coscos()cos()2acmAMcmcccMUutUttt（5－2）0()AMutt框架三层，局部为二层钢构。本工程外脚手架采用落地式钢管脚手架,外架随主体结构上升，同步搭设，比操作面高出一步，确保主体及外装修的正常安全施工。4可见，()AMut的频谱包括了三个频率分量：c（载波）、c（上边频）和c（下边频）。原调制信号的频带宽度是（或2F），而常规调幅信号的频带宽度是2（或2F），是原调制信号的两倍。常规调幅将调制信号频谱搬移到了载频的左右两旁，如图5-3所示。被传送的调制信息只存在于边频中而不在载频中，携带信息的边频分量最多只占总功率的三分之一（因为Ma≤1）。在实际系统中，平均调幅指数很小，所以边频功率占的比例更小，功率利用率更低。为了提高功率利用率，可以只发送两个边频分量而不发送载频分量，或者进一步仅发送其中一个边频分量，同样可以将调制信息包含在调制信号中。这两种调制方式分别称为抑制载波的双边带调幅（简称双边带调幅）和抑制载波的单边带调幅（简称单边带调幅）。本实验模块所进行的实验是双边带调制与解调。图5-3常规调幅波的频谱双边带调幅信号产生的具体电路原理图如图5-4所示。00ccc0c现代通信原理实验指导书框架三层，局部为二层钢构。本工程外脚手架采用落地式钢管脚手架,外架随主体结构上升，同步搭设，比操作面高出一步，确保主体及外装修的正常安全施工。5－5图5-4双边带调幅信号产生电路原理图图中MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。MC1496可用于振幅调制、同步检波、鉴频。本实验就是采用MC1496作为振幅调制器。高频载波信号从“载波输入”点输入，经高频耦合电容C08输入至U02（MC1496）的10脚。低频基带信号从“音频输入”点输入，经低频耦合电容E05输入至U02的1脚。C08为高频旁路电容，E06为低频旁路电容。调幅信号从MC1496的12脚输出。实际上，从此脚输出的调幅信号还要经过滤波，这样才能保证调幅信号的质量。滤波电路如图5-5所示。图5-5双边带调幅信号的滤波2、常规双边带解调在解调电路中，采用二极管包络检波对调幅信号进行解调。因为二极管D02的作用是实框架三层，局部为二层钢构。本工程外脚手架采用落地式钢管脚手架,外架随主体结构上升，同步搭设，比操作面高出一步，确保主体及外装修的正常安全施工。6现高频包络检波，所以要求二极管的正向导通压降越小越好，在这里采用的是锗型二极管1N60，其正向导通电压UF≤0.3V，可以很好的满足要求。R28为负载电阻，C14为负载电容，它的值应该选取在高频时，其阻抗远小于R，可视为短路；而在调制频率（低频）时，其阻抗则远大于R，可视为开路。利用二极管的单向导电性和检波负载RC的充放电过程，就可以还原出与调幅信号包络基本一致的信号。具体电路如图5-6所示。图5-6二极管包络检波解调电路五、实验步骤1、将信号源模块、PAM/AM模块、频谱分析模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下三个模块中的开关POWER1、POWER2，对应的发光二极管LED01、LED02发光，按一下信号源模块的复位键，三个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）3、使信号源模块的信号输出点“模拟输出”输出频率为2KHz、峰-峰值为0.5V左右的正弦波,旋转“64K幅度调节”电位器使“64K正弦波”处信号的峰-峰值为1V。4、用连接线连接信号源模块的信号输出点“模拟输出”和PAM/AM模块的信号输入点“AM音频输入”，以及信号源模块的信号输出点“64K正弦波”和PAM/AM模块的信号输入点“AM载波输入”，调节PAM/AM模块的电位器“调制深度调节”，同时用示波器观察测试点“调幅输出”处的波形，可以观察到常规双边带调幅波形和抑制载波的双边带调幅波形。5、观察“AM载波输入”、“AM音频输入”、“调幅输出”、“滤波输出”、“解调幅输出”各点处输出的波形。6、用频谱分析模块（用法请参考实验三）分别观察普通双边带调幅时“AM载波输入”、“AM音频输入”、“调幅输出”、“滤波输出”、“解调幅输出”各点频谱，以及抑制载波的双边带调幅时各点频谱并比较之。（可选）7、改变“AM音频输入”的频率及幅度，重复观察各点波形。8、改变“AM载波输入”的频率及幅度，重复观察各点波形。现代通信原理实验指导书框架三层，局部为二层钢构。本工程外脚手架采用落地式钢管脚手架,外架随主体结构上升，同步搭设，比操作面高出一步，确保主体及外装修的正常安全施工。5－7六、输入、输出点参考说明1、输入点参考说明AM音频输入：模拟信号输入点，输入的信号即为基带信号。AM载波输入：载波信号输入点，频率应远高于基带信号。2、输出点参考说明调幅输出：调幅信号输出点。滤波输出：调幅信号经低通滤波器后的信号输出点。解调幅输出：解调幅信号解调输出点。七、实验报告要求1、分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图，并分析实验现象。3、对实验思考题加以分析，按照要求做出回答，并尝试画出本实验的电路原理图。八、实验思考题1、为什么常规双边带调幅的信息传输速率较低，应该采用什么样的方法加以解决？2、单边带、双边带、残留边带和抑制载波双边带调幅这几种调制方式各有什么优点和缺点？