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实验室示波器介绍

实验室共有两款信号源

  1. SDG1062（老示波器）——鼎阳（Siglent）

    • 最大输出频率60MHz

    • 采样率150MSa/s

    • 最大输出幅度20Vpp

  2. DG4202（新款示波器）——普源（RIGOL）

    • 最大输出频率200MHz

    • 采样率500MSa/s

SDG1062使用

生成AM波以及参数的作用​

AM参数解释​

Frequence​

即载波的频率，就是进行填充的信号的频率

Amplitude（载波幅度）​

  • 定义：指载波信号的最大幅值，即未调制时正弦波的峰值。
  • 作用：
    • 直接决定 AM 波的整体能量水平。例如，若载波幅度为 (A_c)，则 AM 信号的最大瞬时幅值为 (A_c \times (1 + \text{调制深度}))。
    • 与调制信号幅度共同影响调制深度m = 。若 (m > 1)，会导致过调制，引发包络失真。
  • 示例：若载波幅度设置为 10V，调制信号幅度为 5V，则调制深度为 50%，AM 波的最大幅值为 15V，最小幅值为 5V。
  • 示例：如果Amplitude=2Vpp，AM Depth为40%，出来的am波幅度为2.8V,中心为0

Offset（直流偏移）​

  • 定义：叠加在调制信号上的直流分量，用于调整调制信号的基线位置。
  • 作用：
    • 防止过调制：若调制信号包含负值，通过添加正偏移（如 (A_0)）可确保 (A_0 + \text{调制信号} \geq 0)，避免载波幅值在调制过程中变为负数，从而保证包络检波的正确性。
    • 调整调制类型：
      • 当 (A_0 = 0) 时，产生抑制载波的双边带调制（DSB-SC），此时 AM 波仅含边带信息，无载波成分。
      • 当 (A_0 > 0) 时，为常规 AM 调制，载波与边带同时存在。
  • 示例：若调制信号为正弦波 ，设置偏移为 5V，则实际参与调制的信号为 (5 + 3)，确保载波幅值始终为正。

Phase（载波初始相位）​

  • 定义：载波信号在 (t = 0) 时刻的相位偏移，通常以弧度（rad）为单位。
  • 作用：
    • 调整波形起点：改变相位会使载波正弦波在时域上左右平移，但不影响其频率或幅度。例如，相位为 (\pi/2) 时，载波波形相当于余弦波。
    • 多信号同步：在多载波通信或相干解调中，相位对齐至关重要。若接收端载波相位与发送端不一致，可能导致解调错误。
  • 示例：载波信号 (A_c \cos(2\pi f_c t + \phi)) 中，(\phi = 0) 对应标准正弦波，(\phi = \pi) 则波形反相。

AM Freq （AM波的幅度）​

即外部包络的频率

生成FM波以及参数的作用​

FM参数解释（Amplitude、Offset、Phase）​

这些参数定义了未调制时载波信号的固有属性，即使开启调制（如图中 FM），载波的基础特性仍由它们决定。

Amplitude（幅度，2.000 Vpp）​

  • 定义：载波信号的峰 - 峰值电压（从正峰到负峰的差值），反映信号能量强度。

  • 影响：

    • 对调制的影响：

      在 FM/PM 调制 中，载波幅度不影响频率 / 相位变化，但决定输出信号的功率（幅度越大，功率越高）。

    • 对波形的影响：直接决定信号的 “垂直高度”，幅度越大，波形上下摆动范围越广。

Offset（偏移，0.000 Vdc）​

  • 定义：载波信号的直流偏置，使信号整体在直流电平上平移（以 0V 为基准）。

  • 影响：

    • 对调制的影响：

      在 FM/PM 调制 中，偏移仅改变信号的直流电平（若负载为交流耦合，偏移会被滤除；直流耦合时会保留）。

      1. 直流耦合（DC Coupling）​

      • 定义：电路直接连接（无隔直电容），允许 直流分量（偏置电压）和交流分量（变化信号）同时传输。
      • 原理：信号的直流电平（如 Offset 偏移）和交流波动（如正弦波的变化）都能通过导线直接传递，相当于 “直通” 信号的全部成分。

      2. 交流耦合（AC Coupling）​

      • 定义：电路中串联 隔直电容，阻断直流分量，仅允许交流分量通过。
      • 原理：利用电容 “通交流、阻直流” 的特性：
        • 直流信号：电容相当于开路，无法通过；
        • 交流信号：电容随信号频率充放电，形成交流通路（频率越高，电容容抗越小，越容易通过）。

    • 对波形的影响：使载波波形整体上移或下移，例如偏移为正，波形中心会处于正电压区。

Phase（相位，0.0000°）​

  • 定义：载波信号在 t=0 时刻 的相位偏移（角度制），决定波形的起始点。

  • 影响：

    • 对调制的影响：

      • 在 相干解调（如 AM 同步解调、FM 相干解调）中，载波相位必须与接收端严格同步，否则解调误差会急剧增大。

    • 多载波系统中，相位决定信号间的同步关系（如 MIMO 系统的相位对齐）。

  • 对波形的影响：改变波形的起始相位，例如 90° 相位会使正弦波变为余弦波（起始点在峰值）。

调制相关参数（Frequency、FM Freq、Freq Dev、调制类型）​

图中调制类型为 FM（频率调制），以下参数描述调制信号与载波的相互作用：

1. Frequency（1.000000 kHz）​

  • 定义：调制信号的频率（即基带信号频率，如图中是 1kHz 的正弦波，作为 FM 的调制源）。

  • 影响：

    • 对 FM 的影响：调制频率决定载波频率变化的快慢（频率越高，单位时间内载波频率变化越频繁）。

  • 与 Freq Dev 的关联：调频指数 (m_f = \frac{\text{频率偏移（Freq Dev）}}{\text{调制频率（Frequency）}})，(m_f) 越大，FM 信号的频谱边带越多（带宽越宽）。

2. FM Freq（100.000000 Hz → 实际应为 100 MHz，单位可能显示误差）​

  • 定义：载波的中心频率（FM 调制中，未调制时的固有频率）。

  • 影响：

    • 通信频段：决定信号所处的频段（如广播 FM 为 88-108 MHz），高频载波更易受衰减，但支持更高带宽。

  • 与 Freq Dev 的关联：通过 Carson 公式 计算 FM 信号带宽：(B \approx 2(\text{Freq Dev} + \text{调制频率}))，载波频率越高，信号带宽的 “绝对范围” 越大。

3. Freq Dev（100.000000 Hz → 实际应为 100 MHz，单位可能显示误差）​

  • 定义：FM 调制中，载波频率随调制信号变化的最大偏移量（即载波频率从中心频率向上下摆动的幅度）。

  • 影响

    ：

    • 信号信息量：Freq Dev 越大，载波频率变化范围越广，理论上可携带的信息越多（但需配合带宽）。
    • 与调制频率的关联：如前所述，调频指数 (m_f) 由两者共同决定，(m_f \ll 1) 是窄带 FM（频谱接近 AM），(m_f \gg 1) 是宽带 FM（频谱边带丰富）。

三、参数间的交叉影响总结​

参数核心作用与其他参数的关联
Amplitude载波能量强度影响 AM 调制深度；决定 FM/PM 信号功率，不影响频率 / 相位变化。
Offset载波直流电平调整 AM 调制基线（防过调制）；对 FM/PM 仅改变直流电平，不影响频率 / 相位特性。
Phase载波起始相位相干解调的关键；多信号同步的基础，非相干解调（如普通 FM 鉴频）对相位不敏感。
Frequency调制信号频率与 Freq Dev 共同决定调频指数 (m_f)，影响 FM 频谱复杂度（边带数量）。
FM Freq载波中心频率与 Freq Dev 通过 Carson 公式决定 FM 带宽；决定信号所处频段，影响传输特性（衰减、干扰）。
Freq Dev频率偏移幅度与调制频率决定 (m_f)；直接影响 FM 信号的频率变化范围和带宽。

四、实际调试注意事项​