通信原理实验：模拟锁相环与载波同步

实验名称模拟锁相环与载波同步学 院信息科学与工程学院专业班级 姓 名 学 号 模拟锁相环与载波同步一、 实验目的 1. 掌握模拟锁相环的工作原理,以及环路的锁定状态、失锁状态、同步带、捕获带等基本概念。 2.掌握用平方环法从2DPSK信号中提取相干载波的原理及模拟锁相环的设计措施。3. 理解相干载波相位模糊现象产生的因素。二、 实验内容 1. 观测模拟锁相环的锁定状态、失锁状态及捕获过程。 2 观测环路的捕获带和同步带。3. 用平方环法从2DPS信号中提取载波同步信号,观测相位模糊现象。三、 基本原理通信系统中常用平方环或同相正交环（科斯塔斯环）从2DPS信号中提取相干载波。本实验系统的载波同步提取模块用平方环,原理方框图如图1所示，电原理图如图3-2所示（见附录）。模块内部使用+、+12V、12V电压，所需的2K输入信号已在实验电路板上与数字调制单元2DPSK输出信号连在一起。图3 载波同步方框图 本模块上有如下测试点及输入输出点: M平方器输出测试点,VP-P1 VVCO输出信号测试点，P-P0.2V Ud鉴相器输出信号测试点 CAROT相干载波信号输出点测试点 图3-中各单元与电路板上重要元器件的相应关系如下: 平方器U25:模拟乘法器MC149 鉴相器U23：模拟乘法器MC496；U24:运放A1 环路滤波器电阻R2、8；电容1 压控振荡器RY2：晶体；N3、N4:三极管3D6放大整形N5、N6:3G6;U26:A：7C0 2U27：D触发器774 移相器U28：单稳态触发器474 滤波器电感L2；电容C30 下面简介模拟锁相环原理及平方环载波同步原理。锁相环由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF）及压控振荡器（VCO)构成，如图33所示。图33 锁相环方框图 模拟锁相环中,是一种模拟乘法器,LF是一种有源或无源低通滤波器。锁相环路是一种相位负反馈系统，D检测i(t)与u(t)之间的相位误差并进行运算形成误差电压ud(t),LF用来滤除乘法器输出的高频分量（涉及和频及其她的高频噪声)形成控制电压(t)，在uc()的作用下、o(t）的相位向ui(t)的相位接近。设u()=Usiniti(t），o(t)=ost()，则ud（t)=Usne（t),e(t）=i(t)-o(),故模拟锁相环的D是一种正弦PD。设u（)=ud(t)(P）,(P)为LF的传播算子,VCO的压控敏捷度为 o,则环路的数学模型如图3-4所示。图3-4 模拟环数学模型 当时,，令Kd=U为P的线性化鉴相敏捷度、单位为V/r，则环路线性化数学模型如图-5所示。图3-5 环路线性化数学模型 由上述数学模型进行数学分析，可得到如下重要结论: 当i(t)是固定频率正弦信号(i(t)为常数）时,在环路的作用下，CO输出信号频率可以由固有振荡频率o（即环路无输入信号、环路对VCO无控制作用时CO的振荡频率),变化到输入信号频率i,此时o（t)也是一种常数，ud()、u(t)都为直流。我们称此为环路的锁定状态。定义o=o为环路固有频差,p表达环路的捕获带，表达环路的同步带,模拟锁相环中pH。当|时，环路可以进入锁定状态。当|V2。环路失锁状态浮现的“上宽下窄”的周期信号环路失锁时浮现的正弦信号 4. 观测环路的捕获过程先使环路处在失锁定状态,慢慢调节C3，使环路刚刚进入锁定状态后,关闭电源开关，然后再打开电源，用示波器观测d，可以发现ud由差拍信号变为直流的变化瞬态过程。u的这种变化表达了环路的捕获过程。 .观测相干载波相位模糊现象使环路锁定,用示波器同步观测调制单元的AR和载波同步单元的CAR-U信号，反复断开、接通电源可以发现这两个信号有时同相、有时反相。同相反相五、 实验报告规定1. 总结锁相环锁定状态及失锁状态的特点。 模拟环锁定状态的特点:输入信号频率与反馈信号频率相等，鉴相器输出电压为直流。 模拟环失锁状态的特点：鉴相器输出电压为不对称的差拍电压。2. 设K08 HZ/V,根据实验成果计算环路同步带f及捕获带fP 。V1=2V，则fH =12=36H21.2V，则fP =8.2=21.6H3. 由公式及计算环路参数和，式中 Kd=6 Vrad，o=218rad/v,R2=2104 W，R6=50 W，C11=.210-6 F。（fn=n/2应远不不小于码速率,应不小于0.5)。4. 总结用平方环提取相干载波的原理及相位模糊现象产生的因素。设VCO固有振荡频率f0 不变，环路输入信号频率可以变化,试拟订测量环路同步带及捕获带的环节。