北邮通信原理硬件实验报告Word下载.docx
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2、了解DSB-SCAM信号波形以及振幅频谱特点,并掌握其测量方法。
3、了解在发送DSB-SCAM信号加导频分量的条件下,收端用锁相环提取载波的原理及其实现方法。
4、掌握锁相环的同步带和捕捉带的测量方法,掌握锁相环提取载波的调试方法。
二、实验原理
DSB信号的时域表达式为
频域表达式为
其波形和频谱如下图所示
DSB-SCAM信号的产生及相干解调原理框图如下图所示
将均值为零的模拟基带信号m(t)与正弦载波c(t)相乘得到DSB—SCAM信号,其频谱不包含离散的载波分量。
DSB—SCAM信号的解调只能采用相干解调。
为了能在接收端获取载波,一种方法是在发送端加导频,如上图所示。
收端可用锁相环来提取导频信号作为恢复载波。
此锁相环必须是窄带锁相,仅用来跟踪导频信号。
在锁相环锁定时,VCO输出信号sin2πfct+φ与输入的导频信号cos2πfct的频率相同,但二者的相位差为φ+90°
,其中很小。
锁相环中乘法器的两个输入信号分别为发来的信号s(t)(已调信号加导频)与锁相环中VCO的输出信号,二者相乘得到
ACmtcos2πfct+Apcos2πfct∙sin2πfct+φ
=Ac2mtsinφ+sin4πfct+φ+Ap2sinφ+sin4πfct+φ
在锁相环中的LPF带宽窄,能通过Ap2sinφ分量,滤除m(t)的频率分量及四倍频载频分量,因为很小,所以约等于。
LPF的输出以负反馈的方式控制VCO,使其保持在锁相状态。
锁定后的VCO输出信号sin2πfct+φ经90度移相后,以cos2πfct+φ作为相干解调的恢复载波,它与输入的导频信号cos2πfct同频,几乎同相。
相干解调是将发来的信号s(t)与恢复载波相乘,再经过低通滤波后输出模拟基带信号
ACmtcos2πfct+Apcos2πfct∙cos2πfct+φ
=Ac2mtcosφ+cos4πfct+φ+Ap2cosφ+cos4πfct+φ
经过低通滤波可以滤除四倍载频分量,而Ap2cosφ是直流分量,可以通过隔直流电路滤除,于是输出为Ac2mtcosφ。
三、实验框图
1、根据原理图得到产生DSB-SCAM信号的实验连接框图如图所示
2、DSB-SCAM信号的相干解调及载波提取实验连接图
3、测量VCO的压控灵敏度
四、实验步骤
1、DSB—AC信号的产生
(1)将音频振荡器输出的模拟音频信号及住振荡器输出的100KHZ模拟载频信号分别用连线联结至乘法器的两个输入端。
(2)用示波器观看音频振荡器输出信号的信号波形的幅度和振荡频率,调整为10KHZ,作为均值为0的调制信号m(t)。
(3)用示波器观看主振荡器输出波形的幅度及振荡频率。
(4)用示波器观看乘法器的输出波形,并注意已调信号波形的相位翻转与调制信号波形的关系。
(5)测量已调信号的振幅频谱,注意其振幅频谱的特点。
(6)将已调信号和导频分量加到加法器的两个输入端,调整加法器上的参数G和g,使其与实际相符。
观看输出波形及其频谱。
具体调整方法如下:
a.首先调整增益G:
将加法器的B输入接地端接地,A输入端接已调信号,用示波器观看加法器A输入端的信号幅度与加法器输出信号幅度。
调节旋钮G,使得加法器输出幅度与输入一致,说明此时G=1
b.再调整增益g:
加法器A输入端仍接已调信号,B输入端接导频信号。
用频谱仪观看加法器输出信号的振幅频谱,调节增益g旋钮,使导频信号振幅频谱的幅度为已调信号的边带频谱幅度的0.8倍。
此导频信号功率约为已调信号功率的0.32倍。
2、DSB—AC信号的相干解调及其载波提取
(1)锁相环的调试:
VCO模块及其框图如上述实验框图所示。
将VCO模块前面板上的频率选择开关拨到HI载波频段的位置,VCO的VIN输入端暂不接信号。
用示波器观看VCO的输出波形及工作频率,然后旋转VCO模块前面板上的f0按钮,改变VCO中心频率,其频率范围约为70~130KHz。
然后将可变直流电压模块的DC输出端与VCO模块的VIN相连接,双踪示波器分别接于VCO输出端及DC输入端。
a.当直流电压为0时,调整VCO模块的f0按钮,使VCO的中心频率f0为100KHz。
b.从-2V至+2V改变直流电压,观察VCO的频率及其线性工作范围。
c.调节VCO的GAIN旋钮,使得在可变直流电压为±
1V时的VCO频率频偏为±
10KHz。
值得注意的是,不同GAIN值对应不同的VCO压控灵敏度。
(2)单独测量锁相环中的相乘、低通滤波器的工作是否正常
按下图所示的电路图进行试验,即锁相环处于开环状态。
锁相环中的LPF输出端不要接至VCO的输入端。
此时,下图中的乘法器相当于混频器。
在实验中,将另一VCO作为信号源输入乘法器。
改变信源VCO的中心频率,用示波器观看锁相环中的相乘、低通滤波的输出信号,它应该是输入信号与VCO输出信号的差拍信号。
(3)测量锁相环的同步带及捕捉带
将载频提取的锁相环闭环连接,仍使用另一VCO作为输入于锁相环的信号源,如下图所示。
首先将信号源VCO的中心频率调到比100KHz小很多的频率,是锁相环处于失锁状态(示波器输出为交变波形)。
调节信号源VCO,使其频率由低往高缓慢变化。
当示波器呈现的信号波形由交变信号变为直流信号时,说明锁相环由失锁状态进入了锁定状态,记录输入信号的频率f2。
继续将信源的频率往高调节,环路电压跟着变化,直到从示波器见到的信号波形由直流突变为交流信号,说明锁相环失锁,记录此时的输入信号频率f4.
再从f4开始,将输入信号频率从高往低调,记录再次捕捉到同步时的频率f3.继续向低调节频率,直到再次失锁,记录频率f1。
上述过程可反复进行几次。
同步带∆f1=f4-f1
捕捉带∆f2=f3-f2
(4)恢复载波
a) 将图中的锁相环按上述过程调好,在按照指导书图示实验连接,将加法器输出信号接至锁相环的输出端。
将移相器模块印刷电路板上的频率选择开关拨到HI位置。
b) 用示波器观察锁相环的LPF输出信号是否是直流信号,以此判断载波提取PLL是否处于锁定状态。
若锁相环锁定,用双踪示波器可以观察发端导频信号与锁相环VCO输出的信号时候同步的,二者的相应相位差为,且很小。
若锁相环失锁,则锁相环LPF输出波形是交流信号,可缓慢调节锁相环VCO模块的旋钮,直至锁相环LPF输出为直流,即锁相环由失锁进入锁定,继续调接旋钮,使LPF输出的直流电压约为0电平。
c) 在确定锁相环提取载波成功后,利用双踪示波器分别观察发端的导频信号及收端载波提取锁相环中VCO的输出经移相后的信号波形,调节移相器模块中的移相旋钮,达到移相,使输入于相干解调的恢复载波与发来的导频信号不仅同频,也基本同相。
d) 用频谱仪观测恢复载波的振幅频谱,并加以分析。
(5)相干解调
a) 在前述实验的基础上,将信号和恢复载波分别连接至相干解调的乘法器的输入端。
b) 用示波器观察相干解调相乘、低通滤波后的输出波形。
c) 改变发端音频信号的频率,观察输出波形的变化。
五.实验结果与分析
(1)dsb-scam信号的产生
1、音频振荡器输出调制信号波形,频率为10KHz
2、主振荡器输出信号波形,频率为100KHz
3、乘法器输出DSB-SC信号波形
乘法器输出信号包络为调制信号,音频信号零点位置存在相位翻转。
4、乘法器输出频谱
由图可看出,dsb-scam信号在100kHz处并无频谱分量,仅在左右各偏移10kHz处存在信号,与理论分析一致。
5、加法器输出波形与频谱
6、加法器输出频谱
从图可以看出,在100KHz位置为导频信号,两边为已调信号。
导频信号振幅频谱的幅度为已调信号频谱的边带频谱幅度的0.8倍,导频信号功率约为已调信号的0.8*0.8/2=0.32倍。
(2)DSB-SCAM信号的相干解调及载波提取
1、调整VCO中心频率为100kHz
2、测试同步带和捕捉带
直流电压为+-2v频率
可变直流电压为+-1v时,VOC频率偏移为+-10khz
测量得出f1=94.37Kf2=96.15Kf3=104.2Kf4=106.4K
同步带∆f1=f4-f1=12.03K
捕捉带∆f2=f3-f2=8.05K
3、锁相环相乘.
4、解调输出波形
解调输出的波形与输入波形基本同频同相,仅在幅度上有偏差。
5.恢复载波
用锁相环提取载波
提取载波的频谱图
六、思考题
1、说明DSB-SCAM信号波形的特点
答:
DSB-SC为双边带调幅,是只传输两个边带的调制方式。
双边带调制是实现频谱搬移,其波形振幅随着调制信号变化,但与普通调幅波不同,它的包络不再反映调制信号的波形,而是在零值上下变化,并且在调制信号等于0的瞬间,书岸边带调幅波的高频振荡相位可能出现180度的相位突变。
经幅度调制后,基带信号的频谱被搬移到了载频fc处。
若模拟基带信号带宽为W,则调幅信号带宽为2W,因为在频域中输出此调幅信号s(t)的信道带宽B=2W。
2、画出已调信号加导频的振幅频谱,算出导频信号功率与已调信号功率之比。
由图可知,导频信号功率与已调信号功率的百分比为31.2%,接近理论值32%。
3、实验中载波提取的锁相环中的LPF能不能用TIMS系统中的“TUNEABLELPF”?
不能,TUNEABLELPF中WIDE一项中带宽的滤波范围是2kHz-12kHz,输出信号频率可能大于范围被滤掉导致结果错误,所以不能使用。
4、若本实验中的音频信号为1kHz,请问实验系统所提供的PLL能否用来提取载波?
为什么?
不能,因为锁相环的截止频率为2.8kHz,如果音频信号为1kHz则锁相环会跟踪音频信号,造成信号失真。
5、若发端不加导频,收端提取载波还有其他方法吗?
请画出框图
使用平方环法或科斯塔斯环法提取。
平方环法框图:
科斯塔斯环法框图:
实验二:
具有离散大载波的双边带调幅(AM)
1、了解AM信号的产生原理和实现方法。
2、了解AM信号波形和振幅频谱的特点,并掌握调幅系数的测量方法。
3、了解AM信号的非相干解调原理和实现方法。
1、AM信号的产生
对于单音频信号
进行AM调制的结果为
其中调幅系数。
AM信号的包络与调制信号m(t)成正比,为避免产生过调制(过调会引起包络失真)要求。
AM信号的振幅频谱具有离散的
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