中波電臺(tái)發(fā)射與接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 通信電子線路課程設(shè)計(jì)中波電臺(tái)發(fā)射與接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè) 通信工程 班級(jí) 1205102 學(xué)號(hào) 1120510215 姓名 崔昊 一.問題要求 中波電臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的是要求掌握最基本的小功率調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試。技術(shù)指標(biāo)：載波頻率535-1605khz，載波頻率穩(wěn)定度不低于10-3，輸出負(fù)載51，總的輸出功率50mw，調(diào)幅指數(shù)3080。調(diào)制頻率500hz10khz。本設(shè)計(jì)可提供的器件如下，參數(shù)請(qǐng)查詢芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)。所提供的芯片僅供參考，可以選擇其他替代芯片。 高頻小功率晶體管 3dg6 高頻小功率晶體管 3dg12 集成模擬乘法器 xcc，mc1496 高頻磁環(huán) nxo-100 運(yùn)算放

2、大器 a74l 集成振蕩電路 e16483 中波電臺(tái)接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)本課題的設(shè)計(jì)目的是要求掌握最基本的超外差接收機(jī)的設(shè)計(jì)與調(diào)試。任務(wù)：am調(diào)幅接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)：載波頻率535-1605khz，中頻頻率465khz，輸出功率0.25w，負(fù)載電阻8，靈敏度1mv。本設(shè)計(jì)可提供的器件如下，參數(shù)請(qǐng)查詢芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)。所提供的芯片僅供參考，可以選擇其他替代芯片。晶體三極管 3dg6晶體二極管 2ap9 集成模擬乘法器 xcc，mcl496中周 10a型單片調(diào)幅接收集成電路 ta7641bp必做任務(wù)（針對(duì)每個(gè)系統(tǒng)）：1. 針對(duì)每個(gè)系統(tǒng)給出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的詳細(xì)功能框圖。2. 按照任務(wù)技術(shù)指標(biāo)和要求及系統(tǒng)功能框圖

3、，給出詳細(xì)的參數(shù)計(jì)算及方案論證、器件選擇的計(jì)算過程。3. 給出詳細(xì)的電路原理圖，標(biāo)出電路模塊的輸入輸出，給出詳細(xì)的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算過程。4. 對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行ads、multisim等計(jì)算機(jī)軟件仿真，給出功能節(jié)點(diǎn)及系統(tǒng)的輸入輸出仿真波形及分析。二、問題分析調(diào)制和解調(diào)是通信系統(tǒng)的重要組成部分，沒有調(diào)制和解調(diào)，就無法實(shí)現(xiàn)信號(hào)的遠(yuǎn)距離通信。所謂調(diào)制，就是將我們要傳輸?shù)牡皖l信號(hào)“裝載”在高頻振蕩信號(hào)上，使之能更有效地進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。所要傳輸?shù)牡皖l信號(hào)是指原始電信號(hào)，如聲音信號(hào)、圖像信號(hào)等，稱為調(diào)制信號(hào)，用u(t)表示；高頻振蕩信號(hào)是用來攜帶低頻信號(hào)的, 稱為載波，用uc (t)表示；載波通常采用高頻正弦波

4、，受調(diào)后的信號(hào)稱為已調(diào)波，用u (t)表示。具體地說, 調(diào)制就是用調(diào)制信號(hào)控制載波的某個(gè)參數(shù), 并使其與調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律成線性關(guān)系。因此, 對(duì)模擬信號(hào)具有三種調(diào)制方式：調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。為了提高信號(hào)的頻率，以便更有效地將信號(hào)從天線輻射出去。由天線理論可知，只有當(dāng)輻射天線的尺寸與輻射的信號(hào)波長(zhǎng)相比擬時(shí)，才能進(jìn)行有效的輻射。而我們需要傳送的原始信號(hào)，如聲音等，通常頻率較低（波長(zhǎng)較長(zhǎng)），所以需要通過調(diào)制，提高其頻率，以便于天線輻射。為了實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用。如果多個(gè)同頻率范圍的信號(hào)同時(shí)在一個(gè)信道中傳輸必然會(huì)相互干擾，若將它們分別調(diào)制在不同的載波頻率上，且使它們不發(fā)生頻譜重疊，就可以在一個(gè)信道中同時(shí)傳輸多個(gè)

5、信號(hào)了，這種方式稱為信號(hào)的頻分復(fù)用。1、振幅調(diào)制的分類：振幅調(diào)制可分為普通調(diào)幅（am），雙邊帶調(diào)幅（dsb），單邊帶調(diào)幅（ssb）與殘留邊帶調(diào)幅（vsb）幾種不同方式。2、普通調(diào)幅信號(hào)的波形及表達(dá)式 ：由圖可見，已調(diào)幅波振幅變化的包絡(luò)形狀與調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律相同，而其包絡(luò)內(nèi)的高頻振蕩頻率仍與載波頻率相同，表明已調(diào)幅波實(shí)際上是一個(gè)高頻信號(hào)?？梢姡{(diào)幅過程只是改變載波的振幅，使載波振幅與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系，即使ucm變?yōu)閡cm+kaumcost，據(jù)此，可以寫出已調(diào)幅波表達(dá)式為：ma稱為調(diào)幅系數(shù)，umax表示調(diào)幅波包絡(luò)的最大值，umin表示調(diào)幅波包絡(luò)的最小值。ma表明載波振幅受調(diào)制控制的程度，一般要

6、求0ma1，以便調(diào)幅波的包絡(luò)能正確地表現(xiàn)出調(diào)制信號(hào)的變化。ma1的情況稱為過調(diào)制。當(dāng)為單音頻調(diào)制時(shí)，在已調(diào)波中包含三個(gè)頻率成分：c、c+和c-。c+稱為上邊頻，c-稱為下邊頻。由此而得到調(diào)幅波的頻譜如下圖所示。若調(diào)制信號(hào)的最高頻率為fh，則已調(diào)信號(hào)的帶寬為b=2fh。3、 am調(diào)幅的功率：已知am信號(hào)的表達(dá)式為則載波功率為上、下邊頻功率總平均功率4、普通調(diào)幅信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)方法普通調(diào)幅是通過將載波信號(hào)與調(diào)制信號(hào)直接耦合或相加之后，通過非線性器件，利用非線性器件在頻譜上的線性搬移作用，產(chǎn)生新的頻率分量，再經(jīng)過帶通濾波器濾除不需要的頻率分量，從而產(chǎn)生調(diào)幅信號(hào)。解調(diào)方法包括包絡(luò)檢波和同步檢波。包絡(luò)檢

7、波利用普通調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)反映調(diào)制信號(hào)波形變化這一特點(diǎn)，將包絡(luò)提取出來，從而恢復(fù)原來的調(diào)制信號(hào)。同步檢波必須采用一個(gè)與發(fā)射端載波同頻率同相的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)稱為同步信號(hào)。5、工作原理及框圖am調(diào)幅發(fā)射機(jī)原理及框圖：主 振 器緩 沖 器高頻放大器振幅調(diào)制器高頻功率放大器低頻放大器前置放大器聲電變換器其中主振器提供頻率穩(wěn)定的載波信號(hào)，緩沖器為主振器提供合適負(fù)載，并是主振器與下級(jí)高平放大器隔離，減小后級(jí)對(duì)主振器的反饋的影響。由于主振器輸出信號(hào)的電壓幅度一般較小，所以使用高頻放大器將信號(hào)放大，使信號(hào)幅度滿足振幅調(diào)制器的要求。振幅調(diào)制器完成將調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)混頻的功能，并通過帶通濾波器將不需要的頻率分量濾

8、除，之后將已調(diào)信號(hào)送入高頻功率放大器，放大信號(hào)功率。超外差式接收機(jī)的工作原理及框圖：混 頻 器中頻放大器混 頻 器檢 波 器低頻電壓放大器低頻功率放大器本地振蕩器天線接收到高頻已調(diào)信號(hào)，通過帶通濾波器濾波后進(jìn)入混頻器，在混頻器內(nèi)與本地振蕩器輸出的高頻信號(hào)相乘，產(chǎn)生中頻和高頻兩部分信號(hào)分量，再通過一個(gè)低通濾波器濾除高頻分量，完成了將已調(diào)信號(hào)在頻譜上線性搬移到中頻的過程。中頻為一固定值，因此，降低了后級(jí)中頻放大器的設(shè)計(jì)難度。檢波器將已搬移到中頻的已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)檢出，經(jīng)低頻電壓放大器放大電壓，低頻功率放大器放大功率后，加載到負(fù)載上。3、 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)與仿真3.1中波發(fā)射系統(tǒng)1、am調(diào)幅發(fā)射機(jī)整體電路

9、：（1）本地振蕩器（即整體電路中的hb1）西勒電路分析：首先大概確定三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)，三極管選取的是高頻三極管bfg235，經(jīng)過適當(dāng)?shù)胤謮?，使其工作在線性放大區(qū)。其中是隔直反饋電容，對(duì)高頻相當(dāng)于短路。共同組成諧振回路。防止高頻交流對(duì)直流電源產(chǎn)生影響。l、c選擇應(yīng)滿足振蕩頻率的要求，假設(shè)振蕩頻率為1mhz，不妨取l=0.7mh，則由可得c=0.036nf。不妨設(shè)c1=3nf，c2=2nf，c4=30nf，則由可得可變電容c5=0.47pf。為了以后調(diào)節(jié)的方便，將、換為可變電容，并將其靈敏度改為。（2) 射極跟隨器 圖中vcc為直流電壓輸入端，gnd為接地端，in為信號(hào)輸入端，out為信號(hào)輸出端

10、。本電路是一種自舉式的跟隨器，從而避免了偏置電路降低了輸入阻抗的缺陷。又因?yàn)椴捎胵1和q2組成復(fù)合管電路，對(duì)于較低頻率時(shí)=12，因?yàn)檩斎胱杩箁i=rbe+(1+)reo，所以使總的輸入阻抗大大提高。（3） 高頻小信號(hào)放大器圖示為高頻小信號(hào)放大器，各端口功能與射極跟隨器中一致。圖中r3、r4為偏置電阻，為三極管提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使三極管工作在線型區(qū)，避免輸出信號(hào)產(chǎn)生非線性失真。三極管負(fù)載為選頻網(wǎng)絡(luò)，選頻網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率設(shè)置為載波頻率。由于三極管輸出電阻較小，為減小對(duì)選頻網(wǎng)絡(luò)的影響，采用部分接入的方式。根據(jù)相關(guān)理論，可計(jì)算出此高頻小信號(hào)放大器的放大倍數(shù)為（假定放大器負(fù)載為1k左右）：經(jīng)過緩沖器和

11、高頻放大器后產(chǎn)生的載波如下仿真圖所示： 可見產(chǎn)生了頻率為991khz,峰峰值1.15v的載波。（4） 低頻小信號(hào)放大器由于傳統(tǒng)話筒直接輸出電壓在5mv以下，不能直接用來調(diào)幅，因此需要將其進(jìn)行放大然后送入乘法器進(jìn)行調(diào)幅。因?yàn)槁曇粜盘?hào)屬于低頻信號(hào)，所以可以使用集成運(yùn)放進(jìn)行放大而不會(huì)失真。從乘法器出來的am波功率太小，不符合要求，因此要對(duì)其進(jìn)行功率放大。功率放大電路采用多級(jí)甲乙類放大。甲乙類放大不易失真，并且調(diào)諧比容易，而且功率比較大。 產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)需要聲電變換器，前置放大器，低頻放大器共同組成。三部分連接完成后可產(chǎn)生滿足要求的調(diào)制頻率為1khz,峰峰值為999mv的調(diào)制信號(hào)，仿真如下圖所示：（5）

12、 乘法器為方便電路的搭建，本電路采用了理想乘法器。（6） 高頻功率放大器根據(jù)圖中所示電路參數(shù)，可計(jì)算通角為：功率放大器工作在甲乙類狀態(tài)。理想效率大于50%，小于78.5%。由于功率放大器工作在甲乙類狀態(tài)，因此三極管集電極輸出波形失真，因此接一選頻網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)波形。由于并聯(lián)諧振回路的輸入電源必須為電流源，否則達(dá)不到選頻效果，因此，為使三極管的輸出等效為一電流源，需要在集電極串接一小電阻。在實(shí)際電路中，由于三極管自身有輸出電阻，因此并不需要額外串接電阻。（7）am調(diào)幅波聯(lián)合仿真連接各部分后如上圖所示 仿真結(jié)果見下圖：其中為輸入，分別接調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)，為調(diào)幅信號(hào)輸出端。經(jīng)過上述乘法器后得到的信號(hào)為：

13、。為載波信號(hào)幅度，為載波信號(hào)頻率，為調(diào)制信號(hào)頻率，其值在到1khz之間。設(shè)計(jì)指標(biāo)要求調(diào)制指數(shù)在，設(shè)調(diào)制信號(hào)電壓值為，其調(diào)制指數(shù)為 。仿真結(jié)果驗(yàn)證：調(diào)制指數(shù)：由仿真結(jié)果，其波峰值a為12.87v，波谷值b為2.96為，則其調(diào)制指數(shù)為輸出電阻：電流表示數(shù)為：則輸出電阻為：r=u/i=50輸出功率：由瓦特計(jì)顯示=50mw由圖可見產(chǎn)生了頻率為992khz的am調(diào)幅波，頻率穩(wěn)定度=(1000-992)/992=0.8%0.1%,.滿足設(shè)計(jì)要求。2、 超外差式接收機(jī)原理框圖： 2.1混頻器本振信號(hào)帶通濾波器本機(jī)振蕩模擬相乘器射頻信號(hào)輸入中頻信號(hào)輸出混頻電路的基本框圖帶通濾波器選用rlc串聯(lián)諧振電路，如圖4

14、所示。圖 1：rlc串聯(lián)諧振電路rlc串聯(lián)諧振電路的轉(zhuǎn)移電壓比為： 當(dāng)時(shí)，達(dá)最大值，當(dāng)高于或低于時(shí)將下降，因而 串聯(lián)諧振電路可以作為帶通濾波器使用。又根據(jù)通頻帶的定義可得：。諧振頻率，選取通頻帶為，從而確定參數(shù)，。 圖中uc端輸入接收機(jī)的產(chǎn)生的高頻振蕩信號(hào)，us端輸入接收到的am調(diào)幅信號(hào)，乘法電路將兩信號(hào)相乘，由于接收機(jī)的振蕩器的振蕩頻率比am信號(hào)的載波頻率高465khz，因此，在頻譜上，接收到的am信號(hào)被從原載波頻率兩側(cè)，搬移到465khz的中頻兩側(cè)和2.7mhz兩側(cè)，完成對(duì)頻譜的線性搬移。仿真波形如下圖所示： 節(jié)點(diǎn)探針如圖所示：可見經(jīng)過混頻器以后選出了頻率為465khz的調(diào)幅波。2.1 中頻放大器采用單二極管放大電路，三極管為共射接法。三極管基極的靜態(tài)電壓為：三極管工作在線型區(qū)。2.3包絡(luò)檢波器仿真波形如下：經(jīng)過包絡(luò)檢波后 波形與調(diào)制信號(hào)基本一致。根據(jù)圖示參數(shù)，可計(jì)算出二極管的通角為：則電壓傳輸系數(shù)為：輸入電阻：頻率失真分析：惰性失真分析（假定ma=0.6）：滿足不會(huì)出現(xiàn)惰性失真的條件。負(fù)峰切割失真分析（假定ma=0.6）：由于下級(jí)為跟隨器，所以負(fù)載電阻遠(yuǎn)大于r，所以：2.4低頻電壓放大器2.5低頻功率放大器接收機(jī)全圖：3. 聯(lián)合仿真解調(diào)波形仿