移相法用于SSB信號(hào)的調(diào)制

與標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制相比,單邊帶調(diào)制(SSB)對(duì)于頻譜和輸出功率的利用率更高。盡管很少用于數(shù)據(jù)傳送,SSB仍廣泛地用于HF和VHF低端的語(yǔ)音通訊。雙邊帶調(diào)制信號(hào)包含有兩個(gè)完全相同的基帶信號(hào),即上、下邊帶。由于兩個(gè)邊帶含的信息相同,因而從信息傳輸角度考慮,傳送一個(gè)邊帶同樣可以達(dá)到信息傳輸?shù)哪康?。單邊帶調(diào)制,就是通過(guò)某種辦法,只傳送一個(gè)邊帶的調(diào)制方法。

下邊帶SSB信號(hào)的時(shí)域表示式為：

Sm(t)=m(t)cosωct+m''(t)sinωct (1)

上邊帶SSB信號(hào)的表示式：

Sm(t)=m(t)cosωct-m''(t)sinωct(2)

式中,m''(t)是m(t)的希爾伯特變換。

單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生,通常采用濾波法和相移法兩種。

所謂濾波法,是對(duì)雙邊帶信號(hào)利用網(wǎng)絡(luò)濾出單邊帶信號(hào),因?yàn)?一般的m(t)具有豐富的低頻成分,因而要求濾波器的截止特性極為陡峭才行。這就給實(shí)際制作帶來(lái)困難,尤其是截止特性陡峭的高頻網(wǎng)絡(luò)更難制作。因此,在實(shí)際中,往往采用多次頻移及多次濾濾的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn),如圖1所示。

圖中,ωs1<ωs2,而且濾波器I一般工作在較低頻率上,這樣做便于設(shè)計(jì)一個(gè)較為滿意的單邊帶濾波器。倘若m(t)不包含顯著的低頻成分,則這種濾波法是行之有效的,例如,一般話音信號(hào)并不包含豐富的非常低的頻率成分。但是,如果是數(shù)字信號(hào),則它的低頻成分極為豐富,故在采用濾波法時(shí),必須先采用某種技術(shù)(比如,部分響應(yīng)技術(shù))改變?cè)盘?hào)的頻譜結(jié)構(gòu)。

這種產(chǎn)生SSB的方法的特點(diǎn)是：首先對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制,而后濾掉不需要的邊帶和載波。這種方法通常被認(rèn)為是低效率的,因?yàn)樗鼘⒋蠹s2/3的功率消耗于濾波器(當(dāng)然,因?yàn)闉V波器不是總被安裝于輸出級(jí),所以系統(tǒng)不一定會(huì)浪費(fèi)掉2/3的發(fā)射功率。)

所謂相移法,是模仿式(1)運(yùn)算關(guān)系的一種實(shí)現(xiàn)方法。這種方法的原理示于圖2.這里,關(guān)鍵在于制作一個(gè)相移網(wǎng)絡(luò)。由于在全頻率內(nèi)相移-π/2的要求很難達(dá)到,故在實(shí)際中往往由寬頻帶(有限帶寬的)相移網(wǎng)絡(luò)來(lái)替代。

相移法產(chǎn)生SSB信號(hào)的一種具體方法

圖3所示電路利用一個(gè)集成了所有必要功能單元的IC與寬帶網(wǎng)絡(luò)、低電壓運(yùn)放相配合,可以產(chǎn)生35MHz至80MHz的SSB信號(hào)。圖中所有IC均工作于3V±10%.

各部分的組成和作用分別介紹如下：

MAX2452芯片(IC1)

如果產(chǎn)生SSB信號(hào)采用移相(代數(shù))法。那么需要用這兩調(diào)制器(混頻器)產(chǎn)生怕需的邊帶并抑制掉不需要的載波和其余的邊帶。兩個(gè)調(diào)制器分別被用作QAM(正交振幅調(diào)制)中的同相和正交調(diào)制,二者均包含于IC1中。該電路具有以下優(yōu)點(diǎn)：

低成本,低功耗。

輸出信號(hào)(35MHz至80MHz)覆蓋了4m和6m業(yè)余無(wú)線波段。

用戶(hù)可通過(guò)反轉(zhuǎn)兩對(duì)線的連接而在上/下邊帶間轉(zhuǎn)換(而不是改變?yōu)V波器)

不需要濾波器。

一片IC1內(nèi)包含了所需的振蕩器、兩個(gè)調(diào)制器和一個(gè)求和放大器。

該電路不需要濾波器來(lái)抑制載波和邊帶頻率,因?yàn)檎{(diào)制過(guò)程已包含了頻率甄別功能。舉例來(lái)說(shuō),如果載波信號(hào)sinωct而調(diào)制信號(hào)為sinωMt(不考慮信號(hào)幅度)。調(diào)制過(guò)程(混頻)實(shí)際就是將載波和調(diào)制信號(hào)相乘,如下所示：

[sinωMtsinωct]=0.5cos(ωM-ωc)t-0.5cos(ωM+ωc)t

上述兩路信號(hào)移相90°后則變成為余弦形式：

sin(ωct+90°)=cos(ωct),sin(ωMt+90°)=cosωMt

將移相90°后的兩路信號(hào)送入另外一個(gè)調(diào)制器相乘得到：

[cosωMt][cosωct]=0.5cos(ωM-ωc)t+0.5cos(ωM+ωc)t

請(qǐng)注意,下邊帶信號(hào),也就是上式中含cos(ωM-ωc)t的項(xiàng),經(jīng)兩路信號(hào)求和后得到加強(qiáng)而產(chǎn)生IC1的輸出。上邊帶信號(hào),也就是含cos(ωM+ωc)t的項(xiàng),在兩路信號(hào)相加后被互相低消。

IC1對(duì)于不需要的載波和邊帶的抑制率比為-35dB,比期望值低5dB,但在輸出功率不高于5W時(shí)并無(wú)明顯差。該抑制率在一定程度上與沒(méi)有使用的調(diào)制器反相輸入端的電容(C7和C8)有關(guān)。輸出級(jí)(未表示出)可以是一個(gè)單管緩沖器,一個(gè)推挽功率放大器,或根據(jù)實(shí)際要求來(lái)選擇。

RC相移網(wǎng)絡(luò)

RC相移網(wǎng)絡(luò)提供低頻-π/2相移,采用RC相移網(wǎng)絡(luò)主要是為簡(jiǎn)化電路,而不是減少元件。RC相移網(wǎng)絡(luò)由R、C1、C2、C3、C4、C5、C6組成,其中R=12K±10%,C10.044μF,C2=0.033μF,C3=0.02μF,C4=0.01μF,C5=5600pF,C6=100nF,由R、C1、C2、C3、C4、C5、C6組成了復(fù)合的π型RC低頻移相器,它可簡(jiǎn)化成雙輸入雙輸出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。相移大小約為-π/2。該網(wǎng)絡(luò)利用5%精度的元件可獲得300Hz至3500Hz的響應(yīng),相位誤差<1°,增益誤差<0.2dB。

從信號(hào)的流程上來(lái)看,由話簡(jiǎn)輸出的聲音信號(hào)經(jīng)U1放大100倍后,分成兩路到達(dá)U2-1和U2-2,U2-1實(shí)際上是一個(gè)跟隨器,U2-2起著一個(gè)反相的作用。兩路輸出信號(hào)經(jīng)RC低頻相移網(wǎng)絡(luò)-π/2相移量的作用,使得到達(dá)U2-3和U2-4前端的信號(hào)的相位相差-π/2經(jīng)過(guò)U2-3和U2-4的作用之后,到達(dá)IC1的I、Q端,相位相差-π/2保持不變。

U2-3和U2-4的輸出信號(hào)進(jìn)入IC1,先與本振信號(hào)混頻后,再相加,即可得到SSB信號(hào)。

U1和U2單元

U1由MAX492構(gòu)成,它實(shí)際上起著一個(gè)放大器的作用,放大倍數(shù)為100。

U2由MAX494構(gòu)成,它是一個(gè)四單元的放大器,U2-1相當(dāng)于一個(gè)跟隨器,U2-2相當(dāng)于一個(gè)反相器,U2-3和U2-4不僅具有主放大的作用,也起著濾波器的作用。

為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),所示電路采用了IC1的內(nèi)部振蕩器。這種方法穩(wěn)定度不大高,為補(bǔ)償其不穩(wěn)定性,可以選擇外部信號(hào)源或?qū)⒄袷幤鬏敵鲞B到一個(gè)外部鎖相環(huán)路,采用外部振蕩源能大大擴(kuò)展發(fā)射頻率范圍。當(dāng)該電路工作于142MHz振蕩頻率、71MHz載波率時(shí)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量,-27dB的載波抑制率比MAX2452數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)定的參數(shù)規(guī)定典型值低8dB,但對(duì)于采用單端方式驅(qū)動(dòng)IC1和I和Q輸入的電容來(lái)說(shuō)仍是可以接受的(采用差分驅(qū)動(dòng)可改進(jìn)性能)。

結(jié)語(yǔ)

利用MAX2452來(lái)實(shí)現(xiàn)單邊帶信號(hào)的調(diào)制,電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn),信噪比高。我們已完成具體電路的制作,并應(yīng)用在語(yǔ)音信號(hào)識(shí)別的信道部分,話音清晰,噪聲低。主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為信噪比比我們經(jīng)常使用的軍用裝備XXX高8dB(平均)左右,從而有效地提高識(shí)別的準(zhǔn)確度。

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