通信原理实验常规双边带调幅与解调实验
1 郑州轻工业大学 实验报告 题目：
常规双边带调幅与解调实验 课程名称：
通信原理 姓 姓 名：
院 院（系）：
计算机与通信工程学院 专业班级：
通信工程 18-1 学 学 号：
指导教师：
丁汉清 成 成 绩：
时间：
：
2020 年 11 月 3 日
2 目 录 1 实验目的 ………………………………………………………… ……………… 1 2 实验内容 ………………………………………………………… ……………… 1 3 实验设备 ………………………………………………………… ……………… 1 4 实验原理 ………………………………………………………… ……………… 1 5 实验过程及结果 ……………………………………………… ……………… 7 6 实验思考题 ………………………………………………………… ……………… 13 7 7 成绩评定表 ………………………………………………………… ……………… 14
1 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、观察抑制载波双边带调幅波形。
4、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 4.1 常规双边带调幅 所谓调制，就是在传送信号的一方（发送端）将所要传送的原始信号（其频率一般是较 低的）“附加”在高频振荡信号上。所谓将原始信号“附加”在高频振荡上，就是利用原始 信号来控制高频振荡的某一参数，使这个参数随原始信号的变化而变化。这
2 里，高频振荡波 就是携带原始信号的“运载工具”，所以也叫载波。而原始信号我们一般称之为调制信号。
在接收信号的一方也就是接收端再经过解调（反调制）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。通常调制的载波可以分为两类：用连续振荡波形（正弦型信号）作为载波；用脉冲串或 一组数字信号作为载波。连续波调制是用调制信号来控制正弦型载波的振幅、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和抑 制载波双边带调幅与解调。
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 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：
t cos U t u m 4-1 常规调幅波形 如果用它来对载波 )(cos c c cm c t U t u 进行调幅，那么，在理想情况下，常 规调幅信号为：
3 t t kU U t u c m cm AM cos)cos( = cm U t t M c cos)cos 1(a （4－1）其中调幅指数 1 0 , aCMma MUUk M , k 为比例系数。图 4-1 给出了 t u ， t u c 和 t u AM 的波形图。
从图中并结合式（4－1）可以看出，常规调幅信号的振幅由直流分量 cm U 和交流分量 t kU m 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：
cmcmcmcmaUU UUU UU UU UMmin maxmin maxmin max 显然，当 Ma>1 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 4-2 所示。所以，常规调幅要求 Ma 必须不大于 1。
4-2 过调制波形 式（4－1）又可以写成 ])cos()[cos(2cos t tU Mt U t u c ccm ac cm AM （4－2）可见， t u AM 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
4 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 4-3 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已调制信号中。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）。
4-3 常规调幅波的频谱 4.2 双边带调幅实验电路 双边带调幅信号产生的具体电路原理图如图 4-4 所示。
5 4-4 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。通常振幅调制、同步检波、鉴频、混频、倍 频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程，所以都可以采用 集成模拟乘法器实现上述功能。而且采用模拟乘法器比采用分离器件如二极管和三极管要简 单的多，性能也要更优越。所以目前在无线通信、广播电视等方面应用较多。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。引脚 2 与 3 外接反馈电阻 R19，用来扩展调制信号的电压的线性动态范围，R19 增 大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减少。引脚 14 为负电源端（双电源供电时）或接地 端（单电源供电时）。图中 MC1496 芯片引脚 1 和引脚 4 接两个 100Ω 和两个 750Ω 电阻及 47K 电位器用来调节输入馈通电压，调节 P01，可以引入一个直流补偿电压，由于调制电压与 直流补偿电压相串联，相当于给调制信号叠加了某一直流电压后与载波电压相乘，从而完成 普通调幅。实际上，从此 12 脚输出的调幅信号接有一个 U04 组成的射随电路，来增加电路的 带负载能力。输出后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 4-5 所示。
6 4-5 双边带调幅信号的滤波 4.3 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。包络检波是利用常规双边带 调幅信号在时域内包络变化能反映调制信号变化规律这一特点形成的检波。调幅信号还可以 采用相干解调的方法进行解调。但是包络检波电路比较简单，所以在工程中常常用到。包络 检波器可以由一个整流器也就是检波器和一个低通滤波器组成。因为二极管 D02 的作用是实 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 4-6 所示。
4-6 二极管包络检波解调电路
7（B）抑制载波双边带调幅 调幅信号中的大部分功率被载波占用，而载波本身并不含有基带信号的信息。所以，可以不传输此载波。这样就得到我们接下来要讨论的抑制载波双边带调制。如果输入的原始信 号没有直流分量，则得到的输出信号便是无载波分量的抑制载波双边带调制信号。这样可以节省发送载波的功率，也可以提高信号的传输速率。
实现的方法与常规双边带调幅方法相同，也是采用模拟乘法器实现的。如果需要产生抑 制载波双边带调幅波，则仔细调节引脚 1 与引脚 4 之间的 P01，使 MC1496 输入端电路平衡，输出信号 t u o 的幅度逐渐增大，最后出现如图 4－7 所示的抑制载波的调幅信号。
4-7 乘法器输出的调幅波 五实验过程及结果 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 3.125KHz、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。
8 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。
AM 音频输入 AM 载波输入
9 调幅输出 解调幅输出
10 6、用频谱分析模块（用法请参考实验三）分别观察常规双边带调幅时“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。
载波幅度改成了 4v：
AM 音频输入 AM 载波输入
11 调幅输出 解调幅输出 8、改变“AM 载波输入”的频率及幅度，重复观察各点波形。
模拟输出幅度改成了 1v：
AM 音频输入
12 AM 载波输入 调幅输出
13 解调幅输出 六实验思考题 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？ 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和抑制载波的单边带调幅。
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？ 幅度调制是有调制信号去控制高频载波的幅度，使之随调制信号做线性变化的过程。
AM：假设调制信号 m(t)的平均值为 0，将其叠加一个支流偏量 A0 后与载波相乘，即可形成调幅信号。
DSB：在 AM 调制模型中，将直流 A0 去掉，即可得到一种高效率的调制方式 DSB.SSB:将双边带信号中的一个边带滤掉而形成的。、14 实验成绩评定表 成绩 采用五级分制：优、良、中、及格、不及格 指导教师评语：
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