單層調(diào)制簡(jiǎn)介:過濾器方法
出處:網(wǎng)絡(luò)整理 發(fā)布于:2025-03-31 16:22:07
這些技術(shù)會(huì)傳輸消息信號(hào)的上和下邊帶。例如,圖1顯示了典型的DSB-SC輸出頻譜。

基帶消息信號(hào)(A)和DSB-SC信號(hào)(B)的頻譜。 USB和LSB分別表示上下邊帶。
圖1?;鶐⑿盘?hào)(A)和DSB-SC信號(hào)(B)的頻譜。 USB和LSB分別表示上下邊帶。圖片由史蒂夫·阿拉(Steve Arar)提供由于調(diào)制信號(hào)包括兩個(gè)邊帶,因此它占據(jù)了消息信號(hào)帶寬的兩倍。
要更有效地使用帶寬,單層帶(SSB)調(diào)制可以消除上部或下部邊帶。像DSB-SC一樣,這種類型的AM也抑制了載波波。因此,有時(shí)將其稱為SSB-SC調(diào)制。
SSB調(diào)制的主要優(yōu)點(diǎn)是它僅需要雙側(cè)帶(DSB)調(diào)制的一半。由于SSB信號(hào)占據(jù)較窄的帶寬,因此信號(hào)中的噪聲量也減少了。使用SSB接收器,截距的噪聲帶寬等于消息信號(hào)的帶寬。另一方面,DSB接收器捕獲了信號(hào)帶寬的兩倍的噪聲。
截距噪聲帶寬的這種差異會(huì)影響可實(shí)現(xiàn)的信噪比(SNR),從而使SSB對(duì)同一信號(hào)功率提高節(jié)能。當(dāng)信號(hào)功率相同時(shí),DSB信號(hào)的有效SNR是SSB有效SNR的一半。
在接下來的幾篇文章中,我們將討論生成SSB信號(hào)的三種既定方法:
過濾器方法。
相位方法。
Weaver的方法(有時(shí)僅稱為第三種方法)。
本文將涵蓋過濾器方法,該方法涉及生成DSB-SC信號(hào),然后過濾不需要的邊帶。該過濾器方法對(duì)于具有低頻內(nèi)容的消息信號(hào)特別有吸引力。由于低于300 Hz的頻率對(duì)于語音信號(hào)清晰度并不是必需的,因此通常在語音傳輸中使用。
基本過濾器方法
圖2顯示了生成SSB信號(hào)的直接方法。請(qǐng)注意,可以使用平衡調(diào)制器實(shí)現(xiàn)乘數(shù)。

圖2。通過使用帶通濾波器僅保留所需的邊帶來生成SSB信號(hào)。圖片由史蒂夫·阿拉(Steve Arar)提供
乘數(shù)會(huì)產(chǎn)生DSB-SC信號(hào),后來通過高度選擇性的帶通濾波器。過濾器選擇一個(gè)邊帶(上或更低),同時(shí)拒絕另一個(gè)邊帶。圖3(b)顯示了通過圖3(a)中DSB信號(hào)的上側(cè)帶(USB)的理想濾波器響應(yīng)。
DSB信號(hào)(A)的光譜和用于生成上層SSB信號(hào)(B)的理想濾波器響應(yīng)。

如上所述,理想情況下應(yīng)以載體頻率(F C)突然切斷過濾器。但是,現(xiàn)實(shí)世界中的過濾器無法達(dá)到完美的磚墻選擇性 - 不可避免的溫和過渡帶是不可避免的。因此,實(shí)用的過濾器可能會(huì)抑制一些所需的邊帶,或者允許某些不希望的邊帶傳遞到輸出。
幸運(yùn)的是,許多實(shí)用信號(hào)(包括語音)可以證明能量接近零頻率。結(jié)果是在帶通濾波器的過渡帶所在的載流頻率周圍的DSB信號(hào)頻譜中存在差距。這在圖4中說明了。
乘以零頻率(a)和DSB-SC信號(hào)在乘數(shù)輸出(b)的頻率頻譜的頻譜。

在上圖中,f a是消息信號(hào)的頻率組件。這導(dǎo)致DSB信號(hào)中F C中心的能量差距。圖4(b)中的紫色曲線顯示了保留上部邊帶的所需濾波器響應(yīng)。
所需的邊帶必須位于過濾器的通過帶內(nèi);不需要的邊帶必須位于過濾器的擋塊內(nèi)。因此,濾波器的過渡頻段從f c + f a到f c - f a。換句話說,濾波器的過渡帶為2 f a,或消息信號(hào)中包含的頻率組件的兩倍。
盡管零頻率周圍的輸入頻譜中的能量隙會(huì)在某種程度上放松側(cè)帶濾波器的要求,但我們可能仍然需要尖銳的過濾器來消除不需要的側(cè)帶。此外,實(shí)用過濾器的可實(shí)現(xiàn)的過渡區(qū)域取決于截止頻率以及濾波器順序。高頻,尖銳的過濾器通常需要更高的Q組件,并且更容易受到組件非理想性的影響。
為了解決這些過濾器的需求,我們?yōu)檫^濾過程添加了額外的步驟。例如,我們將使用模擬語音信號(hào)的傳輸(SSB調(diào)制的主要應(yīng)用程序之一)在下一節(jié)中進(jìn)行討論。
兩步過濾器方法
在語音傳輸中,信號(hào)中存在的頻率組件約為30 Hz。但是,為了緩解過濾器的要求,我們通常認(rèn)為語音信號(hào)的頻率為300 Hz。因此,帶通濾波器應(yīng)具有600 Hz的過渡帶。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn),實(shí)用過濾器的可實(shí)現(xiàn)的過渡區(qū)域約為其截止頻率的1%。基于此,截止頻率約為60 kHz。換句話說,如果過濾器的可用過渡帶為600 Hz,則側(cè)帶濾波器的考慮將載流頻率限制在約60 kHz。
當(dāng)載體頻率顯著高于60 kHz時(shí),濾波器設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜。圖5說明了在這種情況下我們使用的兩步頻率翻譯過程。
SSB信號(hào)使用具有中間頻率的兩個(gè)階段過程。

首先,我們以低中間頻率( f )生成一個(gè)比目標(biāo)載體( F C )小得多的DSB-SC信號(hào)。尖銳的側(cè)帶濾波器可在DSB信號(hào)上應(yīng)用于低頻,以在F處創(chuàng)建SSB-SC信號(hào)。
為了在IF濾波器的輸出處獲得信號(hào)頻譜(圖5中的節(jié)點(diǎn)A),我們可以使用圖4(b)的結(jié)果。假設(shè)IF濾波器在抑制下部的濾鏡時(shí)保留了上部邊帶,則在圖6中顯示了節(jié)點(diǎn)A處的SSB信號(hào)。
在IF濾波器輸出處的信號(hào)頻譜。

如果+ 2 fa≈2f ,則可以將節(jié)點(diǎn)A處的信號(hào)視為一個(gè)消息信號(hào),如果頻率為零2 f 。然后將該信號(hào)應(yīng)用于第二階段以調(diào)制所需的載體頻率。由于應(yīng)用于第二個(gè)乘法器的信號(hào)的能量差距增加到2 F ,因此,可以在第二階段使用具有更寬容的滾動(dòng)的帶通濾波器。
由于它們的低成本和設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單性,晶體過濾器是SSB發(fā)射器的主要選擇。由于其高Q,他們還具有出色的選擇性。但是,有些設(shè)計(jì)使用陶瓷或DSP過濾器。
當(dāng)不使用SSB調(diào)制時(shí)
對(duì)于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或脈沖傳輸,不建議SSB調(diào)制。要了解原因,我們需要了解一些有關(guān)SSB信號(hào)的時(shí)間表示。 SSB信號(hào)可以在時(shí)域中描述如下:
$$ s(t)= m(t)\ cos(\ omega_c t)\ pm m_h(t)\ sin(\ omega_c t)$$
等式1。
其中m h(t )是m(t )的希爾伯特變換,是消息信號(hào)。加號(hào)會(huì)產(chǎn)生較低的邊帶;負(fù)標(biāo)志會(huì)產(chǎn)生上部邊帶。以上方程表明,SSB信號(hào)的包絡(luò)由以下方式給出:
$$ r(t)=\ sqrt {m^2(t)+m^2_h(t)} $$
等式2。
希爾伯特變換的一個(gè)眾所周知的特性是,它在消息信號(hào)突然變化的點(diǎn)上表現(xiàn)出尖銳的峰值。該特性的經(jīng)典演示涉及將方波插入希爾伯特變換。結(jié)果如圖7所示。

圖7。矩形脈沖(虛線)及其希爾伯特變換(實(shí)心)。圖片由Kschischang Fr提供
當(dāng)輸入信號(hào)的逐步不連續(xù)性時(shí),它會(huì)在希爾伯特變換輸出下產(chǎn)生較大的值。實(shí)用電路無法輕易為希爾伯特變換產(chǎn)生大峰值,從而使SSB調(diào)制不適合脈沖和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)。為了平滑不需要的高頻輸入過渡并避免產(chǎn)生較大的峰,即使是語音信號(hào)也可能需要低通濾波,然后才能將其應(yīng)用于SSB發(fā)射器。
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