移相法用于SSB信号的调制

与标准幅度调制相比,单边带调制(SSB)对于频谱和输出功率的利用率更高。尽管很少用于数据传送,SSB仍广泛地用于HF和VHF低端的语音通讯。双边带调制信号包含有两个完全相同的基带信号,即上、下边带。由于两个边带含的信息相同,因而从信息传输角度考虑,传送一个边带同样可以达到信息传输的目的。单边带调制,就是通过某种办法,只传送一个边带的调制方法。

下边带SSB信号的时域表示式为：

Sm(t)=m(t)cosωct+m''(t)sinωct (1)

上边带SSB信号的表示式：

Sm(t)=m(t)cosωct-m''(t)sinωct(2)

式中,m''(t)是m(t)的希尔伯特变换。

单边带信号的产生,通常采用滤波法和相移法两种。

所谓滤波法,是对双边带信号利用网络滤出单边带信号,因为,一般的m(t)具有丰富的低频成分,因而要求滤波器的截止特性极为陡峭才行。这就给实际制作带来困难,尤其是截止特性陡峭的高频网络更难制作。因此,在实际中,往往采用多次频移及多次滤滤的办法来实现,如图1所示。

图中,ωs1<ωs2,而且滤波器I一般工作在较低频率上,这样做便于设计一个较为满意的单边带滤波器。倘若m(t)不包含显著的低频成分,则这种滤波法是行之有效的,例如,一般话音信号并不包含丰富的非常低的频率成分。但是,如果是数字信号,则它的低频成分极为丰富,故在采用滤波法时,必须先采用某种技术(比如,部分响应技术)改变原信号的频谱结构。

这种产生SSB的方法的特点是：首先对载波进行调制,而后滤掉不需要的边带和载波。这种方法通常被认为是低效率的,因为它将大约2/3的功率消耗于滤波器(当然,因为滤波器不是总被安装于输出级,所以系统不一定会浪费掉2/3的发射功率。)

所谓相移法,是模仿式(1)运算关系的一种实现方法。这种方法的原理示于图2.这里,关键在于制作一个相移网络。由于在全频率内相移-π/2的要求很难达到,故在实际中往往由宽频带(有限带宽的)相移网络来替代。

相移法产生SSB信号的一种具体方法

图3所示电路利用一个集成了所有必要功能单元的IC与宽带网络、低电压运放相配合,可以产生35MHz至80MHz的SSB信号。图中所有IC均工作于3V±10%.

各部分的组成和作用分别介绍如下：

MAX2452芯片(IC1)

如果产生SSB信号采用移相(代数)法。那么需要用这两调制器(混频器)产生怕需的边带并抑制掉不需要的载波和其余的边带。两个调制器分别被用作QAM(正交振幅调制)中的同相和正交调制,二者均包含于IC1中。该电路具有以下优点：

低成本,低功耗。

输出信号(35MHz至80MHz)覆盖了4m和6m业余无线波段。

用户可通过反转两对线的连接而在上/下边带间转换(而不是改变滤波器)

不需要滤波器。

一片IC1内包含了所需的振荡器、两个调制器和一个求和放大器。

该电路不需要滤波器来抑制载波和边带频率,因为调制过程已包含了频率甄别功能。举例来说,如果载波信号sinωct而调制信号为sinωMt(不考虑信号幅度)。调制过程(混频)实际就是将载波和调制信号相乘,如下所示：

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

上述两路信号移相90°后则变成为余弦形式：

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

将移相90°后的两路信号送入另外一个调制器相乘得到：

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

请注意,下边带信号,也就是上式中含cos(ωM-ωc)t的项,经两路信号求和后得到加强而产生IC1的输出。上边带信号,也就是含cos(ωM+ωc)t的项,在两路信号相加后被互相低消。

IC1对于不需要的载波和边带的抑制率比为-35dB,比期望值低5dB,但在输出功率不高于5W时并无明显差。该抑制率在一定程度上与没有使用的调制器反相输入端的电容(C7和C8)有关。输出级(未表示出)可以是一个单管缓冲器,一个推挽功率放大器,或根据实际要求来选择。

RC相移网络

RC相移网络提供低频-π/2相移,采用RC相移网络主要是为简化电路,而不是减少元件。RC相移网络由R、C1、C2、C3、C4、C5、C6组成,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组成了复合的π型RC低频移相器,它可简化成双输入双输出网络结构。相移大小约为-π/2。该网络利用5%精度的元件可获得300Hz至3500Hz的响应,相位误差<1°,增益误差<0.2dB。

从信号的流程上来看,由话简输出的声音信号经U1放大100倍后,分成两路到达U2-1和U2-2,U2-1实际上是一个跟随器,U2-2起着一个反相的作用。两路输出信号经RC低频相移网络-π/2相移量的作用,使得到达U2-3和U2-4前端的信号的相位相差-π/2经过U2-3和U2-4的作用之后,到达IC1的I、Q端,相位相差-π/2保持不变。

U2-3和U2-4的输出信号进入IC1,先与本振信号混频后,再相加,即可得到SSB信号。

U1和U2单元

U1由MAX492构成,它实际上起着一个放大器的作用,放大倍数为100。

U2由MAX494构成,它是一个四单元的放大器,U2-1相当于一个跟随器,U2-2相当于一个反相器,U2-3和U2-4不仅具有主放大的作用,也起着滤波器的作用。

为简化设计,所示电路采用了IC1的内部振荡器。这种方法稳定度不大高,为补偿其不稳定性,可以选择外部信号源或将振荡器输出连到一个外部锁相环路,采用外部振荡源能大大扩展发射频率范围。当该电路工作于142MHz振荡频率、71MHz载波率时对其进行测量,-27dB的载波抑制率比MAX2452数据手册规定的参数规定典型值低8dB,但对于采用单端方式驱动IC1和I和Q输入的电容来说仍是可以接受的(采用差分驱动可改进性能)。

结语

利用MAX2452来实现单边带信号的调制,电路结构简单,易于实现,信噪比高。我们已完成具体电路的制作,并应用在语音信号识别的信道部分,话音清晰,噪声低。主要优点表现为信噪比比我们经常使用的军用装备XXX高8dB(平均)左右,从而有效地提高识别的准确度。

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