实验十四 同步载波提取实验

一、实验目的

1、掌握用科斯塔斯（Costas）环提取相干载波的原理与实现方法。 2、了解相干载波相位模糊现象的产生原因。

二、实验内容

1、观察科斯塔斯环提取相干载波的过程。

2、观察科斯塔斯环提取的相干载波，并做分析。

三、实验仪器

1、信号源模块

2、同步信号提取模块 3、数字调制模块

4、20M双踪示波器 一台 5、频率计（选用） 一台 6、连接线 若干

四、实验原理

本实验是采用科斯塔斯环法提取同步载波，科斯塔斯环又称同相正交环，框图如下：

乘法器低通滤波器低通滤波器900相移低通滤波器乘法器PSK调制信号放大器载波输出压控振荡器74S124环路滤波器V乘法器

在实际电路中，我们的乘法器使用模拟乘法器MC1496，其中乘法器1为U01，乘法器2为U02，乘法器3为U03；滤波器为运放及其外围元器件组成的二阶巴特沃斯低通滤波器，其中滤波器1由二运放芯片TL082中的一个运放（U06B）及其外围元器件组成，滤波器2由二运放芯片TL082中的一个运放（U07B）及其外围元器件组成；环路滤波器为L01和R29构成的无源低通滤波器；压控振荡器使用集成数字压控振荡器74S124（U04），其自由振荡频率可由电位器W01（频率调节）调节；90°相移用集成D触发器芯片74HC74（U05）和集成反相器芯片74HC04（U12）共同完成。由于数字压控振荡器74S124输出的信号为方波信号，要得到正弦波还需经过滤波，我们使用运放U08B和U08C及其外围元器件构成的两级带通滤波器进行滤波，最后再经过运放U08D构成的同相放大器放大得到恢复后的同步载波。

在实验过程中，由于科斯塔斯环频率锁定范围较小，因此需要调节电位器W01（频率调节），使压控振荡器74S124的自由振荡频率接近62.5KHz。

五、实验步骤及注意事项

1、将信号源模块、同步信号提取模块、数字调制模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。 2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下三个模块中的开关POWER1、POWER2，对

14－1

现代通信原理教师参考书 应的发光二极管LED01、LED02发光，按一下信号源模块的复位键，三个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线） 3、合理设置并连接信号源模块与数字调制模块，使数字调制模块的信号输出点“PSK调制输出”能输出正确的PSK调制信号（关于数字调制模块请参考实验十五）。

4、将数字调制模块信号输出点“PSK调制输出”输出的PSK调制信号送入同步信号提取模块的信号输入点“S-IN”，按一下同步信号提取模块的复位键，以数字调制模块信号输入点“PSK载波输入”点的波形为内触发源，用示波器双踪同时观察数字调制模块信号输入点“PSK载波输入”与同步信号提取模块的信号输出点“载波输出”的输出波形。调节标号为“频率调节”的电位器，使“载波输出”点输出清楚的正弦波。此时“载波输出”点输出的信号就是从输入的PSK调制信号中提取出来的载波，再用示波器观察信号输出点“Sin-OUT”、“Cos-OUT”各点波形。

5、观察同步信号提取模块的信号输出点“载波输出”的频率，可以观察到此时的频率为62.5KHz。

注意：本实验模块只能从PSK调制信号中提取频率为62.5KHz的载波

六、实验结果

输入：S—IN：PSK已调波

1、载波输出测试点 输出的正弦波（只 2、载波输出测试点 输出的正弦波

能从PSK已调波中提取出62.5KHz的载波） （与 PSK载波输入测试点一起双踪观察）

3、SIN—OUT测试点 输出的波形 4、COS—OUT测试点 输出的波形

14－2

现代通信原理教师参考书 5、SIN—OUT测试点与COS—OUT测试点 （双踪观察） 输出的波形

七、思考题答案

1、简述科斯塔斯环法提取同步载波的工作过程。

答：参考实验指导书中科斯塔斯环的原理说明。

2、 提取同步载波的方法除了科斯塔斯环法外，还有什么方法？试设计该电路并分析其工作过程。 答：还可采用平方环法，框图如下：

2DPSK平方MU鉴相器Ud环路滤波器压控振荡器VCO放大整形÷2移相器滤波CAR-OUT器

设调制信号为m(t)，m(t)中无直流分量，则抑制载波的双边带信号为

s(t)m(t)cosct

接收端将该信号进行平方变换，即经过一个平方律部件后就得到

m2(t)12e(t)m(t)cosctm(t)cos2ct

2222m2(t)中有直流分量，而e(t)表示式的第二项中包含有2ωc频率的分量。进行二分频后，提取

出的载波存在180°的相位模糊问题，用一移相器解决。最后用一窄带滤波器将ωc频率分量

滤出，就获得所需的载波。

八、提问及解答

1、 相干载波相位模糊现象的产生原因？

答：在实验指导书图14－3中，V1=cos(WCt＋θ)，当VCO的固有振荡频率与2PSK的载频非常接近且环路增益很高时，环路锁定后θ＝0或π，V1=cosWCt或－cosWCt。可见用同相正交环提取的载波存在相位模糊现象。

14－3

现代通信原理教师参考书 2、载波相位误差对解调性能有何影响？

答：相位误差对双边带信号解调性能的影响只是引起信噪比下降。然而，对残留边带信号和单边带信号来说，相位误差不仅引起信噪比下降，而且还引起信号畸变。详情可见樊昌信编的《通信原理》教材，第四版，国防工业出版社。

14－4