了解韋弗調(diào)制器，這是一種射頻電路，它通過(guò)去除對(duì)陡峭帶通濾波器或正交移相器的需求，改進(jìn)了舊式的單邊帶調(diào)制方法。單邊帶（SSB）調(diào)制是一種幅度調(diào)制（AM），它使用上邊帶或下邊帶來(lái)傳輸信息。與其他形式的幅度調(diào)制相比，SSB調(diào)制的主要優(yōu)勢(shì)是節(jié)省帶寬和功率。本系列的前幾篇文章討論了單邊帶信號(hào)生成的濾波法和移相法?，F(xiàn)在，我們將探討第三種選擇：韋弗調(diào)制器。

“第三種方法”

濾波法是最古老、最直接的單邊帶調(diào)制形式。然而，它需要具有極陡過(guò)渡區(qū)域的帶通濾波器。自1924年引入以來(lái)，移相法——消除了這一需求——被認(rèn)為顯著優(yōu)于前者。如圖1所示，移相法通過(guò)在調(diào)制器輸入端使用移相網(wǎng)絡(luò)來(lái)生成單邊帶信號(hào)。

圖1. 使用移相法生成單邊帶信號(hào)。

在該方法中使用的移相網(wǎng)絡(luò)必須生成彼此精確相差90度的信號(hào)。雖然比上述的陡峭帶通濾波器更容易實(shí)現(xiàn)，但這些移相網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)也并非易事。盡管如此，移相法仍然是主要的方法，直到20世紀(jì)50年代末。1956年，唐納德·K·韋弗在一篇題為《單邊帶信號(hào)的第三種生成和檢測(cè)方法》的論文中引入了一種新方法。這種方法摒棄了對(duì)陡峭帶通濾波器或精確移相器的需求。相反，韋弗用正交變頻過(guò)程替換了移相法中的正交移相器。韋弗調(diào)制器（圖2）使用了四個(gè)乘法器和兩個(gè)低通濾波器。

圖2. 韋弗法生成單邊帶信號(hào)。

請(qǐng)注意，圖2顯示的是保留上邊帶（USB）的配置。在本文后面，我們將探討如何修改電路以生成下邊帶（LSB）。在韋弗電路中，所需的90度相位差是由第一組乘法器和低通濾波器共同產(chǎn)生的。韋弗電路中的第二組乘法器與移相法中的工作方式相同，只是它們使用了不同的本振頻率。電路中的第一對(duì)乘法器使用一個(gè)頻率為$f_0$的振蕩器將消息信號(hào)下變頻，該頻率位于消息信號(hào)頻率范圍的中心。如果消息信號(hào)的頻率范圍為fa≤f≤fb，則應(yīng)用于第一對(duì)乘法器的載波為：

公式1

經(jīng)過(guò)下變頻后，消息信號(hào)的中心頻率變?yōu)橹绷?/span>（f=0）。得到的信號(hào)隨后通過(guò)低通濾波器，其截止頻率為：

公式2

如果所需的載波頻率為 $f_c$，則第二對(duì)乘法器必須由頻率為 fc+f0 的振蕩器驅(qū)動(dòng)。

將單頻輸入信號(hào)應(yīng)用于韋弗調(diào)制器

讓我們使用圖3來(lái)分析電路對(duì)單頻消息信號(hào) m(t)=cos(ωmt) 的響應(yīng)。

公式3

公式4

公式5

公式6

公式4和公式6表明，低通濾波器的輸出信號(hào)之間存在90度的相位差。正如我們之前提到的，實(shí)現(xiàn)這種相位差是移相法的關(guān)鍵挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在我們已經(jīng)準(zhǔn)備好找到調(diào)制器的輸出信號(hào)。使用 $v_A$ 和 $v_B$，韋弗調(diào)制器的輸出信號(hào)為：

公式7

我們可以通過(guò)識(shí)別其與以下三角恒等式的相似性來(lái)簡(jiǎn)化這個(gè)表達(dá)式：

公式8

應(yīng)用這個(gè)恒等式，輸出信號(hào)簡(jiǎn)化為：

公式9

該信號(hào)的頻譜由位于 ±(fc+fm) 的兩個(gè)沖擊組成。這些對(duì)應(yīng)于圖4中的上邊帶分量。

生成下邊帶信號(hào)

到目前為止，我們僅使用韋弗調(diào)制器生成了上邊帶信號(hào)。然而，通過(guò)改變特定項(xiàng)的極性，我們可以消除上邊帶并生成下邊帶信號(hào)。圖5展示了所需的調(diào)整。

公式10

簡(jiǎn)化為：

公式11

該信號(hào)的頻譜由位于 ?fc+fm 和 fc?fm 的兩個(gè)沖擊組成，對(duì)應(yīng)于下邊帶分量（見(jiàn)圖4）。

使用復(fù)基帶表示法理解韋弗法

在前一篇文章中，我們學(xué)習(xí)了帶通信號(hào)的復(fù)基帶表示。讓我們簡(jiǎn)要回顧一下與當(dāng)前討論相關(guān)的這一概念的關(guān)鍵方面。這將使我們能夠通過(guò)從另一個(gè)角度來(lái)檢查韋弗調(diào)制器，從而加深對(duì)其的理解?？紤]一個(gè)以固定射頻頻率 $f_c$ 為中心的調(diào)制正弦波，其幅度和相位變化緩慢：

公式12

其中 $A(t)$ 和 $\theta (t)$ 分別是時(shí)變信號(hào)的瞬時(shí)幅度和相位。上述公式可以重寫(xiě)為：

公式13

方括號(hào)內(nèi)的項(xiàng)是信號(hào)的復(fù)基帶表示：

公式14

上述公式也可以用笛卡爾形式表示：

公式15

其中 si(t) 和 sq(t) 是 sl(t) 的實(shí)值同相分量和正交分量。從公式14和公式15中，我們得到同相分量和正交分量的值：

公式16

這一分析表明，帶通信號(hào)可以分解為兩個(gè)相差90度的低通信號(hào)。相關(guān)問(wèn)題是：如何為給定信號(hào)生成 si(t) 和 sq(t)？為了找出答案，讓我們將注意力重新轉(zhuǎn)向電路。

韋弗調(diào)制器的構(gòu)建模塊

正如我們?cè)谇耙黄恼轮杏懻摰?，基帶表示的同相分量和正交分量可以通過(guò)一對(duì)乘法器和低通濾波器獲得。該電路如圖6所示。此外，如果我們有同相分量和正交分量，我們可以使用圖7中的配置重建帶通信號(hào)。圖6和圖7中的電路是韋弗調(diào)制器的構(gòu)建模塊。

在組合電路中，兩對(duì)乘法器由不同的本振頻率驅(qū)動(dòng)。例如，第一對(duì)乘法器由 $f_0$ 驅(qū)動(dòng)，而第二對(duì)乘法器由 fc+f0 驅(qū)動(dòng)，用于上邊帶生成。如果兩對(duì)乘法器使用相同的振蕩器頻率，則電路實(shí)際上會(huì)在輸出端復(fù)現(xiàn)消息信號(hào)。通常，在討論復(fù)基帶表示的概念時(shí)，輸入是一個(gè)射頻信號(hào)。然而，韋弗電路將這一概念應(yīng)用于基帶信號(hào)。韋弗調(diào)制器通過(guò)下變頻消息信號(hào)來(lái)找到其同相分量和正交分量。