移相法用于SSB信號的調制

與標準幅度調制相比,單邊帶調制(SSB)對于頻譜和輸出功率的利用率更高。盡管很少用于數據傳送,SSB仍廣泛地用于HF和VHF低端的語音通訊。雙邊帶調制信號包含有兩個完全相同的基帶信號,即上、下邊帶。由于兩個邊帶含的信息相同,因而從信息傳輸角度考慮,傳送一個邊帶同樣可以達到信息傳輸的目的。單邊帶調制,就是通過某種辦法,只傳送一個邊帶的調制方法。

下邊帶SSB信號的時域表示式為：

Sm(t)=m(t)cosωct+m''(t)sinωct (1)

上邊帶SSB信號的表示式：

Sm(t)=m(t)cosωct-m''(t)sinωct(2)

式中,m''(t)是m(t)的希爾伯特變換。

單邊帶信號的產生,通常采用濾波法和相移法兩種。

所謂濾波法,是對雙邊帶信號利用網絡濾出單邊帶信號,因為,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。這就給實際制作帶來困難,尤其是截止特性陡峭的高頻網絡更難制作。因此,在實際中,往往采用多次頻移及多次濾濾的辦法來實現,如圖1所示。

圖中,ωs1ωs2,而且濾波器I一般工作在較低頻率上,這樣做便于設計一個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,一般話音信號并不包含豐富的非常低的頻率成分。但是,如果是數字信號,則它的低頻成分極為豐富,故在采用濾波法時,必須先采用某種技術(比如,部分響應技術)改變原信號的頻譜結構。

這種產生SSB的方法的特點是：首先對載波進行調制,而后濾掉不需要的邊帶和載波。這種方法通常被認為是低效率的,因為它將大約2/3的功率消耗于濾波器(當然,因為濾波器不是總被安裝于輸出級,所以系統不一定會浪費掉2/3的發射功率。)

所謂相移法,是模仿式(1)運算關系的一種實現方法。這種方法的原理示于圖2.這里,關鍵在于制作一個相移網絡。由于在全頻率內相移-π/2的要求很難達到,故在實際中往往由寬頻帶(有限帶寬的)相移網絡來替代。

相移法產生SSB信號的一種具體方法

圖3所示電路利用一個集成了所有必要功能單元的IC與寬帶網絡、低電壓運放相配合,可以產生35MHz至80MHz的SSB信號。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)

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

低成本,低功耗。

輸出信號(35MHz至80MHz)覆蓋了4m和6m業余無線波段。

用戶可通過反轉兩對線的連接而在上/下邊帶間轉換(而不是改變濾波器)

不需要濾波器。

一片IC1內包含了所需的振蕩器、兩個調制器和一個求和放大器。

該電路不需要濾波器來抑制載波和邊帶頻率,因為調制過程已包含了頻率甄別功能。舉例來說,如果載波信號sinωct而調制信號為sinωMt(不考慮信號幅度)。調制過程(混頻)實際就是將載波和調制信號相乘,如下所示：

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

上述兩路信號移相90°后則變成為余弦形式：

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

將移相90°后的兩路信號送入另外一個調制器相乘得到：

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

請注意,下邊帶信號,也就是上式中含cos(ωM-ωc)t的項,經兩路信號求和后得到加強而產生IC1的輸出。上邊帶信號,也就是含cos(ωM+ωc)t的項,在兩路信號相加后被互相低消。

IC1對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時并無明顯差。該抑制率在一定程度上與沒有使用的調制器反相輸入端的電容(C7和C8)有關。輸出級(未表示出)可以是一個單管緩沖器,一個推挽功率放大器,或根據實際要求來選擇。

RC相移網絡

RC相移網絡提供低頻-π/2相移,采用RC相移網絡主要是為簡化電路,而不是減少元件。RC相移網絡由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組成了復合的π型RC低頻移相器,它可簡化成雙輸入雙輸出網絡結構。相移大小約為-π/2。該網絡利用5%精度的元件可獲得300Hz至3500Hz的響應,相位誤差1°,增益誤差0.2dB。

從信號的流程上來看,由話簡輸出的聲音信號經U1放大100倍后,分成兩路到達U2-1和U2-2,U2-1實際上是一個跟隨器,U2-2起著一個反相的作用。兩路輸出信號經RC低頻相移網絡-π/2相移量的作用,使得到達U2-3和U2-4前端的信號的相位相差-π/2經過U2-3和U2-4的作用之后,到達IC1的I、Q端,相位相差-π/2保持不變。

U2-3和U2-4的輸出信號進入IC1,先與本振信號混頻后,再相加,即可得到SSB信號。

U1和U2單元

U1由MAX492構成,它實際上起著一個放大器的作用,放大倍數為100。

U2由MAX494構成,它是一個四單元的放大器,U2-1相當于一個跟隨器,U2-2相當于一個反相器,U2-3和U2-4不僅具有主放大的作用,也起著濾波器的作用。