調(diào)幅信號(hào)的產(chǎn)生方法及電路仿真研究

王翠珍，紀(jì)明霞，任秀芳

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島 266041）

調(diào)幅信號(hào)的產(chǎn)生方法及電路仿真研究

王翠珍，紀(jì)明霞，任秀芳

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島 266041）

調(diào)幅電路是調(diào)幅發(fā)射機(jī)的核心電路，在簡(jiǎn)要介紹調(diào)幅信號(hào)產(chǎn)生原理和調(diào)幅實(shí)現(xiàn)方法的基礎(chǔ)上，利用Multisim 10.0仿真軟件對(duì)低、高電平調(diào)幅電路進(jìn)行構(gòu)建和調(diào)制波形進(jìn)行仿真。電路仿真結(jié)果表明，仿真軟件構(gòu)建電路簡(jiǎn)單，改變電路參數(shù)方便，電路波形展示直觀，對(duì)調(diào)幅電路參數(shù)設(shè)計(jì)和工程調(diào)試實(shí)現(xiàn)有直接的指導(dǎo)作用。

調(diào)幅；低電平；高電平；電路；波形；仿真

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.73

0 引言

信號(hào)要經(jīng)過(guò)調(diào)制后再發(fā)射，原因是：①可提高信號(hào)頻率以便于輻射。②可實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用。③發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的相對(duì)頻率覆蓋系數(shù)滿足要求。④可改善系統(tǒng)的性能。在選擇調(diào)制方式時(shí)，要根據(jù)傳輸要求和各種調(diào)制的特點(diǎn)全面考慮。其中，調(diào)幅制適用于長(zhǎng)、中、短波及超短波波段，因其接收設(shè)備簡(jiǎn)單而廣泛用于無(wú)線電廣播、通信等。調(diào)幅就是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的振幅，使高頻載波的振幅按調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律而變化，即已調(diào)波的振幅按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化，而已調(diào)波的頻率與未調(diào)制時(shí)的載波頻率一樣。

1 調(diào)幅信號(hào)的數(shù)學(xué)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)調(diào)幅的定義，普通調(diào)幅信號(hào)（AM）的數(shù)學(xué)表達(dá)見(jiàn)式（1）。

其振幅UAM(t)在載波（uc(t)=Ucmcosωct）振幅Ucm的基礎(chǔ)上隨調(diào)制信號(hào)uΩ(t)=UΩmcosΩt線性變化。ka是調(diào)制靈敏度，ma是調(diào)幅度。

由于載波本身不攜帶信息，為節(jié)省發(fā)射功率，可以只發(fā)射含有信息的上、下2個(gè)邊帶，而不發(fā)射載波，這種調(diào)制方式稱為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB）。傳遞信息只需要1個(gè)包含信息的邊帶，可把載波功率和另一個(gè)邊帶的功率都節(jié)省下來(lái)，只發(fā)射1個(gè)邊帶，同時(shí)還能節(jié)省50%的頻帶寬度（這是最主要的優(yōu)點(diǎn)），這種調(diào)制方式稱為單邊帶調(diào)幅（SSB）。

根據(jù)調(diào)幅信號(hào)（AM）的數(shù)學(xué)表達(dá)式可知，如果電路能實(shí)現(xiàn)相加和相乘作用，就能得到普通調(diào)幅的已調(diào)波。如果只實(shí)現(xiàn)相乘作用，就得到DSB信號(hào)。抑制掉載波的同時(shí)再抑制一個(gè)邊帶，就可以得到SSB信號(hào)。

2 調(diào)幅實(shí)現(xiàn)方法

實(shí)現(xiàn)調(diào)幅的方法可分為低電平調(diào)幅和高電平調(diào)幅兩大類。

（1）低電平調(diào)幅。因調(diào)制過(guò)程在發(fā)送設(shè)備的低電平級(jí)進(jìn)行，需要的調(diào)制功率較小。低電平調(diào)幅電路所產(chǎn)生的已調(diào)波功率較小，必須經(jīng)過(guò)線性的已調(diào)波功率放大才能得到所需的發(fā)射功率。抑制載波的雙邊帶調(diào)幅或單邊帶調(diào)幅大都采用這一類調(diào)幅電路，低電平調(diào)幅電路側(cè)重對(duì)載波和無(wú)用諧波的抑制以及對(duì)已調(diào)波放大的線性問(wèn)題，對(duì)功率和效率不太注重。屬于這種類型的調(diào)制方法有：平方律調(diào)幅、斬波調(diào)幅和模擬乘法器調(diào)幅。

（2）高電平調(diào)幅。調(diào)制過(guò)程在高電平級(jí)進(jìn)行，通常在丙類放大器中進(jìn)行。高電平調(diào)幅電路可以直接產(chǎn)生滿足發(fā)射功率要求的已調(diào)波，無(wú)需再進(jìn)行放大。不要求抑制載波的普通調(diào)幅電路，一般都采用這類調(diào)幅電路。高電平調(diào)幅電路必須兼顧輸出功率、效率、調(diào)制線性與調(diào)幅度等幾個(gè)方面的要求。屬于這類調(diào)幅的調(diào)制方法有集電極調(diào)幅和基極調(diào)幅。

3 低電平調(diào)幅電路及其仿真

平方律調(diào)幅是利用電子器件的伏安特性曲線平方律部分的非線性作用進(jìn)行調(diào)幅；斬波調(diào)幅是將所要傳送的音頻信號(hào)按照載波頻率來(lái)斬波，然后通過(guò)中心頻率等于載波頻率的帶通濾波器濾波，取出調(diào)幅成分；模擬乘法器調(diào)幅是將所要傳送的信號(hào)與載波信號(hào)相乘，然后通過(guò)中心頻率等于載波頻率的帶通濾波器濾波，取出調(diào)幅成分。

平方律調(diào)幅電路所用的電子器件多為二極管，產(chǎn)生的AM波如圖1（a）所示。改變調(diào)制信號(hào)的幅度或直流電源的電壓值，將靈敏地改變調(diào)幅度。如將直流電源置零，則電路產(chǎn)生DSB信號(hào)，如圖1（b）所示。

在抑制載波雙邊帶調(diào)幅的輸出中，均含有調(diào)幅信號(hào)uΩ(t)與載波u(t)的乘積項(xiàng)，因此可以認(rèn)為凡是具有乘積功能的電路都可以作為抑制載波雙邊帶調(diào)幅電路。有兩種典型的乘法器調(diào)幅電路：?jiǎn)尾罘謱?duì)調(diào)幅電路和雙差分對(duì)調(diào)幅電路。單差分對(duì)調(diào)幅電路既可實(shí)現(xiàn)AM波，也可實(shí)現(xiàn)DSB波。但二極管的溫度漂移不能被抵消，同時(shí)，一路信號(hào)單端輸入，使用時(shí)有時(shí)候感到不便，因此經(jīng)常采用雙差分對(duì)調(diào)幅電路，其仿真波形與圖1（b）波形相同。

4 高電平調(diào)幅

高電平調(diào)幅根據(jù)調(diào)制信號(hào)控制的電極不同，調(diào)幅的方法主要有集電極調(diào)幅、基極調(diào)幅。

集電極調(diào)制：調(diào)制信號(hào)控制集電極電源電壓，以實(shí)現(xiàn)調(diào)幅?；鶚O調(diào)制：調(diào)制信號(hào)控制基極電源電壓，以實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。二者原理相同。

圖1 平方律調(diào)幅電路仿真波形

集電極調(diào)幅的優(yōu)點(diǎn)是集電極效率較高，晶體管獲得充分的應(yīng)用，且集電極效率總是維持不變，因?yàn)樗幕鶚O偏置不變，集電極電流的流通角也就不變，其缺點(diǎn)是已調(diào)波的邊頻帶功率P(ωc±Ω)由調(diào)制信號(hào)供給，因而需要大功率的調(diào)制信號(hào)源，為了獲得有效的調(diào)幅，電路必須工作在過(guò)壓狀態(tài)?；鶚O調(diào)幅的主要缺點(diǎn)是集電極效率較低，并且由于低頻調(diào)制信號(hào)使它的基極偏置發(fā)生變化，集電極電流的流通角也隨之變化，因此它的集電極效率也是變化的。基極調(diào)幅的主要優(yōu)點(diǎn)是所需的調(diào)制信號(hào)功率比較小，這是因?yàn)榛鶚O電路電流很小，損耗功率不大，對(duì)整機(jī)的小型化有利。為了獲得有效的調(diào)幅，基極調(diào)幅電路必須總是工作于欠壓狀態(tài)。圖2為采用集電極和基極雙重調(diào)幅的調(diào)幅電路，圖3為其仿真波形。圖2中，V1為基極偏置電壓，V2為集電極供電電壓，二者保證Q1管工作在丙類狀態(tài)，V4為載波信號(hào)，V3為基極調(diào)制信號(hào)，V5為集電極調(diào)制信號(hào)。改變V3和V4信號(hào)幅度，將改變調(diào)幅信號(hào)的調(diào)幅度。從圖3仿真波形可以看出，電路輸出波形幅度較大。

圖2 集電極和基極雙重調(diào)幅電路

圖3 集電極和基極雙重調(diào)幅仿真波形

5 結(jié)束語(yǔ)

調(diào)幅電路是調(diào)幅發(fā)射機(jī)的核心電路。盡管電路原理簡(jiǎn)單，電路結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜，但是由于工作頻率處于高頻，調(diào)試相對(duì)復(fù)雜，通過(guò)Multisim仿真軟件對(duì)調(diào)幅電路進(jìn)行仿真，不僅可以了解電路的調(diào)制特性和規(guī)律，而且改變電路參數(shù)方便，測(cè)量?jī)x器種類繁多、性能優(yōu)良，為調(diào)幅電路的分析、測(cè)量、驗(yàn)證、設(shè)計(jì)提供有利的保證。

［1］張寧,辛修芳.Multisim在高頻電路實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（13）:48-50.

［2］吳凌燕.基于Multisim11的串聯(lián)諧振電路特性研究［J］.國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2011,30（8）:84-86.

［3］張肅文.高頻電子線路第四版［M］.北京：高等教育出版社，2008.

［4］許志華.Multisim中相位差測(cè)量電路的設(shè)計(jì)［J］.國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2011,30（12）:63-65.

［5］紀(jì)明霞,邵紅.基于Multisim的磁控防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)與仿真［J］.國(guó)外電子測(cè)量技術(shù).2011（9）：76-78.

［6］王立華.基于Multisim 10的射頻LNA仿真和設(shè)計(jì)［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2012,20（9）：23-25.

［7］趙雙龍,郝永生.基于Multisim 11.0和VHDL的電子電路仿真方法［J］.儀表技術(shù)，2010（11）:53-59.

［8］趙擎天,尉廣軍,程旭德.基于Multisim 10的某型某型導(dǎo)彈紅外測(cè)角儀信號(hào)模擬器仿真［J］.儀表技術(shù)，2010（11）:53-59.

TN7

B

〔編輯 李 波〕