AM讯号的包络滤波
标准调幅就是常规双边带调制,简称调幅(AM)。假定调制讯号m(t)的平均值为0,将其叠加一个直流份量A0后与扩频相加,即可产生调幅讯号。其频域表达式为:
A0为外加的直流份量,m(t)可以是确定讯号,也可以是随机讯号。
调制原理图如下:
虽然总得来说,AM讯号的调制就是由调制讯号去控制高频扩频的幅度,使之随调制讯号做线性变化的过程。AM讯号的译码就是把接收到的已调讯号还原为调制讯号m(t)。AM讯号的译码有两种:相干译码法和包络滤波法译码。其原理图如下:
包络滤波法:实现简单,成本低,非常是接收端不须要同步扩频讯号,大大增加了实现难度,故所有的调幅(AM)接收机都采用包络滤波法进行译码。
相干译码法:借助相干扩频(频度和相位都与原扩频相同的回复扩频)进行的译码,相干收据的关键在于必须形成一个与调制器同频同相位的扩频。
所以设计方案即是根据上述AM讯号的调制与译码原理用仿真出AM讯号形成的过程,并对调幅输出讯号进行包络滤波以及相干译码,用示波器分别观察调制讯号、载波讯号、AM讯号、包络整流和相干译码的输出波形。
工作原理说明(1)原理图
其中SineWave是调制讯号,SineWave1是扩频讯号。
(2)仿真图
以上仿真图由上至下的波形图分别是调制讯号、载波讯号、AM讯号、包络滤波和相干译码的输出波形。
结果剖析仿真
仿真代码及结果如下:
下边展示一些仿真代码。
// AM调制
t=0:0.01:2*pi;
m=sin(2*t);
subplot(3,1,1);
plot(t,m);
xlabel('t');
ylabel('m(t)');
A = 2;
wc = 200;
am = (A+m).*cos(wc.*t);
subplot(3,1,2);
plot(t,A+m);
xlabel('t');
ylabel('m(t)+A');
subplot(3,1,3);
plot(t,am);
xlabel('t');
ylabel('am(t)');
ylim([-3,3]);
从仿真的图中可以看出,AM波的包络与调制讯号m(t)形状完全一样,用包络滤波的方式很容易恢复出原始调制讯号。
在代码中,当A=1时电阻的测量电路图描述,出现了“过调幅”现象。
因而可以得出推论:外加直流份量A应当不大于调制讯号m(t)绝对值的最大值,否则会出现“过调幅”的现象。
晶闸管包络滤波器的设计设计方案的选择
(1)R、C取值过大,会使R、C的放电时间常数所对应的放电速率大于AM包络增长速率时,会导致输出波形不随输入讯号包络而变化,形成失真。所以为了防止惰性失真,各参数应当满足:
(2)因为滤波电路交直流负载内阻的不同,有可能形成负峰切割失真。所以为了防止负峰切割失真,各参数应当满足:
电路设计(1)电路图
(2)电路工作原理
首先进行AM讯号的调制,通过理想的乘法器和加法器由调制讯号去控制高频扩频的幅度,使之随调制讯号做线性变化。晶闸管包络滤波电路仲,晶闸管D1为电抗器件,C和R构成低通混频器。当输入的已调讯号较大时,晶闸管D是断续工作的,当输入讯号正半周时,晶闸管导通,对电容C充电;讯号负半周和输入电流较小时,晶闸管截至,电容C对R放电。在R两端得到的电流包含的频度成份好多,经过电容C滤除高频部份,在输出端就可以得到还原的低频讯号。
电路性能测试
1)闭合开关A,此时晶闸管包络滤波后的波形
此时输出为正弦波,输出波形不失真。
2)闭合开关C,此时的波形为
输出的波形为锯齿状变化,发生了惰性失真。
3)将开关A、D闭合,且R2可调内阻拉到100%,此时的波形为
此时可以发觉输出的正弦波顶部被切割了一部份,输出发生了顶部失真。
当有效传输低频讯号时,滤波器经常使用隔直流电容与下级耦合,此时R两端的电流与三极管导通电流方向相反,会在一定程度上制止三极管导通。当调制指数较大时,形成的正弦波振幅也较大,当其幅值大于R两端电流时,晶闸管截至,输出电流恒定,不受输入电流的控制。
当可调内阻电阻调到80%时电阻的测量电路图描述,其波形输出为。
当可调内阻电阻调到50%时,其输出波形为
不难看出,当接入内阻R2越小越容易发生切割失真且失真愈加显著。同时,由于实际的晶闸管中PN结存在极间电容效应,因为该电容非常微小,会使一部份高频扩频讯号通过,致使最终的输入讯号中混和了高频成份,致使示波器中观察到的输出波形“变粗”。