劉剛　王立香　董延

【摘 要】基于虛擬儀器對(duì)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行仿真和分析，通過調(diào)整載波和消息信號(hào)的頻率、幅度等參數(shù)，觀察不同參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，調(diào)幅信號(hào)的波形特點(diǎn)以及調(diào)幅信號(hào)的和幅度普及功率譜，設(shè)計(jì)有助于加深對(duì)調(diào)幅信號(hào)的理解。

【關(guān)鍵詞】調(diào)幅；仿真；功率譜；幅度譜

中圖分類號(hào)： TN761.1；TN763.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）23-0056-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.23.021

【Abstract】The amplitude modulation signal is simulated based on virtual instrument.By adjusting the parameters of the carrier and message signal，the waveform characteristics，the power spectrum and the amplitude spectrum of amplitude modulation signal are observed.The design helps to deepen the understanding of the amplitude modulation signal.

【Key words】Amplitude modulation；Simulation；Power spectrum；Amplitude spectrum

0 引言

無線電通信是一種重要且廣泛應(yīng)用的通信方式，其基本任務(wù)是將要傳送的語音、圖像等消息信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，通過電磁波的輻射進(jìn)行信息的傳遞。由于要傳送的消息信號(hào)通常是低頻信號(hào)，例如，人耳能聽到的聲音的頻率范圍大約在到，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)約。要將這種低頻的振蕩電信號(hào)通過無線電的形式進(jìn)行通信，根據(jù)天線理論，為了有效的將電振蕩信號(hào)輻射到空中，需要的天線長(zhǎng)度要和電振蕩信號(hào)的波長(zhǎng)相比擬才能滿足要求。這就需要的天線尺寸非常大，顯然是不現(xiàn)實(shí)的。另外，即使能夠?qū)⒃撾娬袷幮盘?hào)輻射到空中，由于各個(gè)發(fā)射電臺(tái)的頻率范圍都在這個(gè)頻段內(nèi)，因此，不同電臺(tái)發(fā)射的信號(hào)在空中會(huì)混在一起，使得接收端即使接收到信號(hào)，也無法從中選擇出自己需要接收的信號(hào)。因此，在無線電通信系統(tǒng)中，為了將低頻的電信號(hào)通過天線的形式輻射的空中，需要將低頻的消息信號(hào)裝載到高頻的電振蕩信號(hào)上，這就是信號(hào)的調(diào)制。如果在調(diào)制過程中，選擇不同的高頻載波進(jìn)行調(diào)制，則可以有效的區(qū)分不同的電臺(tái)，使各電臺(tái)互不干擾。

調(diào)幅（AM）是無線電通信的一種重要調(diào)制方式，調(diào)幅的基本原理是利用低頻的消息信號(hào)控制高頻載波的幅度，也就是使高頻載波的振蕩幅度隨著消息信號(hào)線性變化。因此，高頻載波的幅度變化就包含了要傳遞的消息信號(hào)，然后將該調(diào)制信號(hào)經(jīng)天線輻射出去。接收端接收到該高頻調(diào)制信號(hào)后，只要檢測(cè)出其幅度變化，就能恢復(fù)出原始的消息信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)消息信號(hào)的遠(yuǎn)距離無線電通信。掌握AM信號(hào)各參數(shù)的意義及調(diào)幅信號(hào)的波形、頻譜和功率譜，對(duì)理解調(diào)幅信號(hào)的原理具有重要的意義。LabVIEW是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）研制的一種圖形化的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境，在工業(yè)、實(shí)驗(yàn)室等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[1]。本文利用LabVIEW 2017對(duì)AM信號(hào)進(jìn)行了仿真和分析，可以實(shí)時(shí)顯示AM信號(hào)的波形以及AM信號(hào)的頻譜和功率譜隨參數(shù)的變化過程。通過本系統(tǒng)，可以深入的理解AM調(diào)制參數(shù)的意義和波形、頻譜及功率譜的特點(diǎn)。

1 AM原理和軟件設(shè)計(jì)

要傳遞的消息信號(hào)頻譜成分往往比較復(fù)雜，但復(fù)雜的信號(hào)都可用傅里葉級(jí)數(shù)分解為若干正弦信號(hào)的和[2]。因此，對(duì)單頻消息信號(hào)的調(diào)幅特性分析具有普遍意義。設(shè)消息信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：高頻載波信號(hào)為，則調(diào)幅信號(hào)可以表達(dá)為：

根據(jù)上述AM調(diào)制原理，本文利用虛擬儀器開發(fā)軟件LabView 2017設(shè)計(jì)了調(diào)幅波仿真與分析軟件，原理框圖如圖1所示。

3 仿真分析

程序前面板設(shè)計(jì)和仿真結(jié)果如圖2所示。

在應(yīng)用程序前面板中，通過“信號(hào)頻率”和“信號(hào)幅度”旋鈕，設(shè)置消息信號(hào)的頻率和幅度，通過“載波頻率”和“載波幅度”旋鈕設(shè)置載波的頻率和載波的幅度。為了方便觀察波形和AM信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)，本文設(shè)置信號(hào)的頻率和載波頻率較低，但這并不影響對(duì)AM信號(hào)的特性分析。根據(jù)AM調(diào)制原理，通過調(diào)整比例系數(shù)、載波幅度和信號(hào)幅度，可以調(diào)整信號(hào)的調(diào)幅度。圖2給出了載波和信號(hào)頻率分別為和時(shí)的AM信號(hào)波形，其中載波和信號(hào)幅度以及ka的設(shè)置如圖2所示，此時(shí)，計(jì)算出的調(diào)幅度為。通過AM信號(hào)和消息信號(hào)波形顯示框，可以清晰的觀察消息信號(hào)的AM信號(hào)的波形特點(diǎn)，顯然，AM信號(hào)的上包絡(luò)反映了消息信號(hào)的變化。也就是說，載波幅度的變化，包含了要傳遞的消息信號(hào)，這也就是稱為幅度調(diào)制的原因。通過幅度譜波形框，可以觀察載波幅度和上、下邊頻的幅度關(guān)系。通過功率譜波形框，可以觀察載波功率和上、下邊頻的功率的關(guān)系。用戶可以調(diào)整信號(hào)的各個(gè)參數(shù)，通過4個(gè)不同的顯示窗口觀測(cè)信號(hào)的波形和頻譜及功率譜隨信號(hào)參數(shù)變化的特點(diǎn)。通過功率譜的計(jì)算和功率譜的波形顯示框，可以清晰的觀察到，在AM信號(hào)不失真的條件下，邊頻功率之和最多占輸出總功率的在實(shí)際的調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)中，由于消息信號(hào)是多頻的且頻譜構(gòu)成復(fù)雜，平均調(diào)幅度通常選擇在0.2～0.3左右[3]，而要傳遞的信號(hào)頻譜只包含在上、下兩個(gè)邊頻中，因此，AM的信號(hào)發(fā)射功率利用效率較低。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，人們提出了、等調(diào)制方式，但由于普通的AM技術(shù)簡(jiǎn)單，因此，仍得到了廣泛的應(yīng)用。

4 結(jié)論

本文討論和分析了AM信號(hào)的基本原理，并利用虛擬儀器設(shè)計(jì)軟件LabVIEW 2017對(duì)AM信號(hào)進(jìn)行了仿真和分析。通過調(diào)整AM系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)，可以方便的觀測(cè)消息信號(hào)、AM信號(hào)包絡(luò)的波形特點(diǎn)，以及AM信號(hào)的幅度譜和功率譜，從而加深對(duì)可以加深對(duì)AM信號(hào)原理的理解。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉剛，王立香，張連俊.LabVIEW 8 20中文版編程及應(yīng)用，2008.

[2]嚴(yán)國(guó)萍，通信電子線路（第二版），科學(xué)出版社，2016.1.

[3]溫亞林等，提高調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的平均調(diào)幅度問題，廣播與電視技術(shù)，1978.6.