模擬調(diào)制技術(shù)論文篇二

　　基于sIMULINK的模擬鎖相環(huán)調(diào)頻調(diào)制器研究與設(shè)計(jì)

　　【摘要】利用鎖相環(huán)能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行自動(dòng)跟蹤和捕捉，現(xiàn)代通信系統(tǒng)廣泛地將鎖相環(huán)應(yīng)用在調(diào)頻技術(shù)上。鑒相器、環(huán)路低通濾波器、壓控振蕩器構(gòu)成鎖相環(huán)的主體。本文運(yùn)用MATLAB提供的Simulink仿真平臺(tái)，直觀地搭建出模擬鎖相環(huán)調(diào)頻和解調(diào)器仿真圖，實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證鎖相環(huán)調(diào)頻效果。

　　【關(guān)鍵詞】Simulink;鎖相環(huán);調(diào)頻;信號(hào)跟蹤

　　隨著信息化社會(huì)對(duì)電子通信技術(shù)越來(lái)越高的要求，鎖相環(huán)憑借著其優(yōu)良的信號(hào)跟蹤等特性，正得到越來(lái)越多的重視和應(yīng)用。鎖相環(huán)將反饋輸出信號(hào)與參考輸入信號(hào)進(jìn)行相位比較，并產(chǎn)生含有相位誤差信息的電壓來(lái)控制輸出信號(hào)的振蕩頻率，使得環(huán)路能夠鎖定于與參考輸入信號(hào)同頻的狀態(tài)中[1～2]。鎖相環(huán)主要應(yīng)用在頻率合成、調(diào)制解調(diào)、位同步與載波提取三個(gè)方面。

　　信號(hào)頻率調(diào)制需要通信系統(tǒng)根據(jù)基帶信號(hào)的變化產(chǎn)生不同頻率的輸出振蕩波。由于鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)的是對(duì)信號(hào)頻率的控制，所以通過(guò)其可以方便地實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制和解調(diào)。文章利用matlab R2010a中的Simulink軟件在模擬通信領(lǐng)域利用鎖相環(huán)依次進(jìn)行調(diào)頻和解調(diào)的仿真，并對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和效果進(jìn)行探討。

　　把基帶信號(hào)插入到鎖相環(huán)的低頻部分，以此對(duì)VCO做頻率的調(diào)制。

　　調(diào)頻過(guò)程中，在這種具有載波跟蹤特性的鎖相環(huán)路內(nèi)，VCO輸出信號(hào)振蕩頻率伴隨著輸入調(diào)制信號(hào)的變化，并且可以發(fā)生較大的偏移，從而形成調(diào)頻波輸出。同時(shí)，讓基帶調(diào)制信號(hào)的頻譜處于環(huán)路低通濾波器通帶之外，使調(diào)制信號(hào)不會(huì)通過(guò)環(huán)路低通濾波器，從而可以讓VCO的中心頻率鎖定于穩(wěn)定度很高的輸入晶體振蕩頻率上[3]。

　　2.Simulink模型的構(gòu)建與分析

　　2.1 模擬鎖相環(huán)調(diào)頻器

　　在圖2模擬鎖相環(huán)調(diào)頻仿真模型中，調(diào)頻器運(yùn)用鎖相環(huán)產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。將載波輸入鑒頻器的其中一個(gè)輸入端。鑒頻器的作用是比較輸入信號(hào)Ui(t)(此處便是載波信號(hào))與壓控振蕩器輸出信號(hào)U0(t)的相位，其輸出Ud(t)是這兩個(gè)信號(hào)相位差的函數(shù)。這里選乘法器“Product”作為鑒頻器。鑒頻器的另一個(gè)輸入端接收中心頻率w0壓控振蕩器VCO的輸出反饋信號(hào)。鎖相環(huán)輸入載波信號(hào)的表達(dá)式為：

　　載波的中心頻率為1300HZ，壓控振蕩器的輸出中心頻率集中在1200HZ～1300HZ之間。經(jīng)過(guò)乘法器之后，輸出信號(hào)的頻率集中在2600HZ和0HZ附近。

　　將乘法器的輸出Ud(t)送入環(huán)路低通濾波器之中，目的是將Ud(t)中的高頻分量濾掉，在實(shí)際工程中還會(huì)包括噪聲干擾信號(hào)的濾除，最后得到控制電壓Uc(t)。

　　環(huán)路低通濾波器在鎖相環(huán)路中扮演了窄帶濾波器的角色。窄帶濾波器的通帶有多窄而又不會(huì)導(dǎo)致濾除需要的直流信號(hào)往往是評(píng)判設(shè)計(jì)的鎖相環(huán)電路性能優(yōu)良的重要依據(jù)[3]。現(xiàn)實(shí)通信系統(tǒng)中，在幾十兆赫的頻率范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)幾十兆赫甚至幾兆赫的窄帶濾波，可以有效地將混進(jìn)輸入信號(hào)中的噪聲和雜散干擾濾除掉[4]。仿真圖2中選取四階巴特沃思(Butterworth)模擬低通濾波器。

　　隨后，需要將基帶信號(hào)插入到環(huán)路的低頻信號(hào)中。仿真圖2中將基帶信號(hào)與環(huán)路低通濾波器的輸出Uc(t)用加法器相加得到新的控制電壓Ub(t)，目的是為了將基帶信號(hào)的信號(hào)變化反映到壓控振蕩器的電壓控制輸入端，以此控制壓控振蕩器輸出帶有基帶信號(hào)變化信息的高頻調(diào)頻波。本文著重用鋸齒波作為基帶信號(hào)進(jìn)行分析。

　　Ub(t)輸入壓控振蕩器模塊來(lái)控制VCO輸出信號(hào)的振蕩頻率，以此產(chǎn)生壓控調(diào)頻波。同時(shí)，環(huán)路也將VCO輸出反饋回鎖相環(huán)乘法器的一端，使環(huán)路不斷捕捉和跟蹤信號(hào)來(lái)產(chǎn)生調(diào)頻波。在壓控振蕩器VCO的參數(shù)設(shè)定中KW為輸入靈敏度，其量綱為HZ/V，它表示在單位控制電壓的控制條件下，所引起的VCO輸出信號(hào)振蕩角頻率變化的大小[7]。在模擬信號(hào)條件下，壓控振蕩器輸出的信號(hào)頻率W(t)與控制電壓Ub(t)之間近似為線性關(guān)系。

　　將FM解調(diào)模塊的輸出信號(hào)通過(guò)帶寬合適的低通濾波器進(jìn)行濾波，便得到最終解調(diào)信號(hào)，由于模擬鎖相環(huán)系統(tǒng)是基于線性系統(tǒng)近似計(jì)算設(shè)計(jì)，而實(shí)際的工程應(yīng)用中很難達(dá)到理論標(biāo)準(zhǔn)，再加上信號(hào)高頻成分不可避免的濾除和丟失，使得模擬鎖相系統(tǒng)往往都會(huì)有不同程度的波形失真。

　　2.2 模擬調(diào)頻信號(hào)鎖相環(huán)解調(diào)器

　　模擬調(diào)頻信號(hào)鎖相環(huán)解調(diào)器仿真圖4中利用鎖相環(huán)的信號(hào)跟蹤特性來(lái)對(duì)模擬調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。鎖相環(huán)的鑒相器部分同樣采用乘法器，并在其一端輸入調(diào)頻波。當(dāng)環(huán)路低通濾波器有足夠的帶寬濾除高頻信號(hào)和噪聲來(lái)控制VCO的輸出時(shí)，基帶信號(hào)變化規(guī)律就能被鎖相環(huán)通過(guò)輸入調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率跟蹤到，并從VCO輸出一個(gè)與輸入調(diào)頻波具有相同調(diào)制規(guī)律的頻率變化振蕩信號(hào)。同時(shí)，可以從環(huán)路低通濾波器的輸出端得到解調(diào)的基帶信號(hào)。

　　壓控振蕩器的靜止中心頻率為1300HZ。壓控振蕩器的輸出信號(hào)和調(diào)頻信號(hào)同時(shí)輸入乘法器，兩者相乘之后輸出含有高頻成分的初步解調(diào)信號(hào)頻率主要集中在2500～2700HZ和0～100HZ中。 　　將乘法器的輸出信號(hào)通過(guò)環(huán)路低通濾波器將高頻成分濾除，得到低頻解調(diào)信號(hào)，同時(shí)也將其作為控制電壓反饋控制壓控振蕩器，來(lái)使壓控振蕩器輸出頻率變化的正弦振蕩波。仿真圖4中選取八階切比雪夫二型(ChebyshevⅡ)模擬低通濾波器來(lái)進(jìn)行濾波，設(shè)定其阻帶截止頻率為320HZ，并且阻帶衰減70dB。環(huán)路低通濾波器的輸出信號(hào)就是通過(guò)鎖相環(huán)解調(diào)后的信號(hào)，其高頻成分已經(jīng)得到了很大的衰減，只需要進(jìn)一步濾波便可以得到最終的解調(diào)信號(hào)。由于只能濾出基帶信號(hào)的低頻諧波成分，不可避免地造成了信號(hào)失真。其波形和頻譜如圖5所示。

　　3.結(jié)論

　　本文將鎖相環(huán)運(yùn)用進(jìn)了模擬信號(hào)調(diào)頻和解調(diào)系統(tǒng)中，并對(duì)用Simulink搭建的各個(gè)模型進(jìn)行仿真分析。在模擬信號(hào)系統(tǒng)條件下采用模擬鎖相環(huán)。調(diào)制方式上，模擬調(diào)頻器將基帶信號(hào)插入VCO的輸入電壓控制端，來(lái)使振蕩器輸出頻率變化的振蕩正弦波，同時(shí)將中心頻率鎖定在鎖相環(huán)的輸入基準(zhǔn)振蕩源上。模擬鎖相環(huán)在時(shí)域中用微分方程描述，盡管其具有非線性特性，但在相位誤差足夠小的情況下，大多可以近似為一個(gè)線性模型，可以使用傳遞函數(shù)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)[8]。解調(diào)器方面，模擬鎖相環(huán)解調(diào)器的利用了鎖相環(huán)的閉環(huán)信號(hào)跟蹤特性，根據(jù)輸入信號(hào)的不同，輸出不同的VCO控制信號(hào)。模擬信號(hào)解調(diào)器處理的信號(hào)是實(shí)數(shù)信號(hào)，傳遞函數(shù)的計(jì)算基于線性理論[8]。同時(shí)由于實(shí)際應(yīng)用中往往由于信號(hào)成分的多樣性和元件的非線性，經(jīng)常造成輸出信號(hào)一定的失真。

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　　作者簡(jiǎn)介：黃俊奇(199—)，男，福建莆田人，碩士，主要從事多媒體信號(hào)處理研究。

　　
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