调幅信号的产生方法及电路仿真研究

王翠珍，纪明霞，任秀芳

（海军航空工程学院青岛校区，山东青岛 266041）

调幅信号的产生方法及电路仿真研究

王翠珍，纪明霞，任秀芳

（海军航空工程学院青岛校区，山东青岛 266041）

调幅电路是调幅发射机的核心电路，在简要介绍调幅信号产生原理和调幅实现方法的基础上，利用Multisim 10.0仿真软件对低、高电平调幅电路进行构建和调制波形进行仿真。电路仿真结果表明，仿真软件构建电路简单，改变电路参数方便，电路波形展示直观，对调幅电路参数设计和工程调试实现有直接的指导作用。

调幅；低电平；高电平；电路；波形；仿真

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.73

0 引言

信号要经过调制后再发射，原因是：①可提高信号频率以便于辐射。②可实现信道复用。③发射机与接收机的相对频率覆盖系数满足要求。④可改善系统的性能。在选择调制方式时，要根据传输要求和各种调制的特点全面考虑。其中，调幅制适用于长、中、短波及超短波波段，因其接收设备简单而广泛用于无线电广播、通信等。调幅就是用调制信号去控制高频载波的振幅，使高频载波的振幅按调制信号的变化规律而变化，即已调波的振幅按调制信号的规律变化，而已调波的频率与未调制时的载波频率一样。

1 调幅信号的数学实现

根据调幅的定义，普通调幅信号（AM）的数学表达见式（1）。

其振幅UAM(t)在载波（uc(t)=Ucmcosωct）振幅Ucm的基础上随调制信号uΩ(t)=UΩmcosΩt线性变化。ka是调制灵敏度，ma是调幅度。

由于载波本身不携带信息，为节省发射功率，可以只发射含有信息的上、下2个边带，而不发射载波，这种调制方式称为抑制载波的双边带调幅（DSB）。传递信息只需要1个包含信息的边带，可把载波功率和另一个边带的功率都节省下来，只发射1个边带，同时还能节省50%的频带宽度（这是最主要的优点），这种调制方式称为单边带调幅（SSB）。

根据调幅信号（AM）的数学表达式可知，如果电路能实现相加和相乘作用，就能得到普通调幅的已调波。如果只实现相乘作用，就得到DSB信号。抑制掉载波的同时再抑制一个边带，就可以得到SSB信号。

2 调幅实现方法

实现调幅的方法可分为低电平调幅和高电平调幅两大类。

（1）低电平调幅。因调制过程在发送设备的低电平级进行，需要的调制功率较小。低电平调幅电路所产生的已调波功率较小，必须经过线性的已调波功率放大才能得到所需的发射功率。抑制载波的双边带调幅或单边带调幅大都采用这一类调幅电路，低电平调幅电路侧重对载波和无用谐波的抑制以及对已调波放大的线性问题，对功率和效率不太注重。属于这种类型的调制方法有：平方律调幅、斩波调幅和模拟乘法器调幅。

（2）高电平调幅。调制过程在高电平级进行，通常在丙类放大器中进行。高电平调幅电路可以直接产生满足发射功率要求的已调波，无需再进行放大。不要求抑制载波的普通调幅电路，一般都采用这类调幅电路。高电平调幅电路必须兼顾输出功率、效率、调制线性与调幅度等几个方面的要求。属于这类调幅的调制方法有集电极调幅和基极调幅。

3 低电平调幅电路及其仿真

平方律调幅是利用电子器件的伏安特性曲线平方律部分的非线性作用进行调幅；斩波调幅是将所要传送的音频信号按照载波频率来斩波，然后通过中心频率等于载波频率的带通滤波器滤波，取出调幅成分；模拟乘法器调幅是将所要传送的信号与载波信号相乘，然后通过中心频率等于载波频率的带通滤波器滤波，取出调幅成分。

平方律调幅电路所用的电子器件多为二极管，产生的AM波如图1（a）所示。改变调制信号的幅度或直流电源的电压值，将灵敏地改变调幅度。如将直流电源置零，则电路产生DSB信号，如图1（b）所示。

在抑制载波双边带调幅的输出中，均含有调幅信号uΩ(t)与载波u(t)的乘积项，因此可以认为凡是具有乘积功能的电路都可以作为抑制载波双边带调幅电路。有两种典型的乘法器调幅电路：单差分对调幅电路和双差分对调幅电路。单差分对调幅电路既可实现AM波，也可实现DSB波。但二极管的温度漂移不能被抵消，同时，一路信号单端输入，使用时有时候感到不便，因此经常采用双差分对调幅电路，其仿真波形与图1（b）波形相同。

4 高电平调幅

高电平调幅根据调制信号控制的电极不同，调幅的方法主要有集电极调幅、基极调幅。

集电极调制：调制信号控制集电极电源电压，以实现调幅。基极调制：调制信号控制基极电源电压，以实现调幅。二者原理相同。

图1 平方律调幅电路仿真波形

集电极调幅的优点是集电极效率较高，晶体管获得充分的应用，且集电极效率总是维持不变，因为它的基极偏置不变，集电极电流的流通角也就不变，其缺点是已调波的边频带功率P(ωc±Ω)由调制信号供给，因而需要大功率的调制信号源，为了获得有效的调幅，电路必须工作在过压状态。基极调幅的主要缺点是集电极效率较低，并且由于低频调制信号使它的基极偏置发生变化，集电极电流的流通角也随之变化，因此它的集电极效率也是变化的。基极调幅的主要优点是所需的调制信号功率比较小，这是因为基极电路电流很小，损耗功率不大，对整机的小型化有利。为了获得有效的调幅，基极调幅电路必须总是工作于欠压状态。图2为采用集电极和基极双重调幅的调幅电路，图3为其仿真波形。图2中，V1为基极偏置电压，V2为集电极供电电压，二者保证Q1管工作在丙类状态，V4为载波信号，V3为基极调制信号，V5为集电极调制信号。改变V3和V4信号幅度，将改变调幅信号的调幅度。从图3仿真波形可以看出，电路输出波形幅度较大。

图2 集电极和基极双重调幅电路

图3 集电极和基极双重调幅仿真波形

5 结束语

调幅电路是调幅发射机的核心电路。尽管电路原理简单，电路结构也不复杂，但是由于工作频率处于高频，调试相对复杂，通过Multisim仿真软件对调幅电路进行仿真，不仅可以了解电路的调制特性和规律，而且改变电路参数方便，测量仪器种类繁多、性能优良，为调幅电路的分析、测量、验证、设计提供有利的保证。

［1］张宁,辛修芳.Multisim在高频电路实验中的应用［J］.现代电子技术，2010（13）:48-50.

［2］吴凌燕.基于Multisim11的串联谐振电路特性研究［J］.国外电子测量技术，2011,30（8）:84-86.

［3］张肃文.高频电子线路第四版［M］.北京：高等教育出版社，2008.

［4］许志华.Multisim中相位差测量电路的设计［J］.国外电子测量技术,2011,30（12）:63-65.

［5］纪明霞,邵红.基于Multisim的磁控防盗报警器的设计与仿真［J］.国外电子测量技术.2011（9）：76-78.

［6］王立华.基于Multisim 10的射频LNA仿真和设计［J］.电子设计工程，2012,20（9）：23-25.

［7］赵双龙,郝永生.基于Multisim 11.0和VHDL的电子电路仿真方法［J］.仪表技术，2010（11）:53-59.

［8］赵擎天,尉广军,程旭德.基于Multisim 10的某型某型导弹红外测角仪信号模拟器仿真［J］.仪表技术，2010（11）:53-59.

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〔编辑 李 波〕