射频通信电路课程设计报告

1、浙江大学宁波理工学院信息分院射频通信电路课程设计报告引言混频器在通信工程和无线电技术中，应用非常广泛，在调制系 统中，输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号。在 解调过程中，接收的已调高频信号也要经过频率的转换，变成对应 的中频信号。特别是在超外差式接收机中，混频器应用较为广泛， 如AM广播接收机将已调幅信号 535KHZ- 一 1605KHZ要变成为 465KHZ中频信号，电视接收机将已调48. 5M 一 870M的图象信号 要变成38MHZ的中频图象信号。常用的振幅检波电路有包络检波和同步检波两类。 输出电压直接反映调幅包络变化规律的检波电路，称为 包络检波电路，它适用丁普通调幅

2、波的检波。通常根据信 号大小的不同，将检波器分为小信号平方律检波和大信 号峰值包络检波两信号检波。目前，在应用较广泛的电路仿真软件中，Pspice是 应用较多的一种。Psp ice能够把仿真与电路原理图的设计紧密得结 合在一起。广泛应用丁各种电路分析，可以满足电路动态仿真的要求。 其元件模型的特性与实际元件的特性十分相似，因而它的仿真波形与实验电路的测试结果相近，对电路设计有重要的指导意义。由此可见，混频电路是应用电子技术和无线电专业必须掌握的 关键电路。3第18页共18页目录引言2一. 概述3二. 方案分析 4三. 单元电路的工作原理 61. LC正弦波振荡器 62. 模拟乘法器电路 83.

3、 谐振电路94. 包络检波12四. 电路性能指标的测试 16五. 课程设计体会 错误！未定义书签。参考文献 错误！ 未定义书签。一.概述1.1混频器和振荡器的定义混频器是频谱线性搬移电路，能够将输入的两路信号进行混频。具体原理 框图如图1所示。振荡器输出一频率为 f1=10MHz幅值0.2V v U1m v 1V的正弦波信号，此 信号作为混频器的第一路输入信号；高频信号源输出一正弦波信号 f2=10MHz幅值U2m=200mV此信号作为混频器的第二路信号，将这两路信号作为模拟乘法器的输入进行混频。选频放大电路则对混频后的信号进行选 频、放大，最终输出 2MHz的正弦波信号。图1混频器原理框图1

4、.2调幅波的解调调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程，通常称为检波。调幅波解调方法有二极管包络检波器、同步检波器。不论哪种振幅调制信号，都可采用相乘器和低通滤波器组成的同步检波电路进行解调。但是，对于普通调幅信号来说，它的载波分量被抑制掉，可以直接利用非线性器件实现相乘作用， 得到所需的解调电压， 而不必另加同步信号， 通常将这种振幅检波器称为包络检波器。目前应用最广的是二极管包络检波器，而在集成电路中，主要采用三极管射极包络检波器。同步检波，又称相干检波，主要用来解调双边带和单边 带调制信号，它有两种实现电路。 一种由相乘器和低通滤波器组成，另一种直接采用二极管包络检波。调幅波信号

5、是二极管检波电路的输入，由于二极管只允许单向导电， 所以，如果使用的是硅管，则只有电压高于0.7V的部分可以通过二极管。同时，由 于二极管的输出端连接了一个电容， 这个电容与电阻配合对二极管输出中的高 频信号对地短路，使得输出信号基本上就是AM信号包络线。电容和电阻构成的这种电路功能叫做滤波。方案分析对于混频电路的分析， 重点应掌握，一是混频电路的基本组成模型及主要三是应用电路分技术特点，二是混频电路的基本原理及混频跨导的计算方法, 析。混频电路的基本组成模型及主要技术特点:混频，工程上也称变频，是将信号的频率由一个数值变成另一个数值的过程，实质上也是频谱线性搬移过程，完成这种功能的电路就称为

6、混频电路或变 频电路。混频电路的组成模型及频谱分析 电路时，其中U(t)是已调高频信号。U(t)是等幅的余弦型信号，而输出则是 U(t)为中频信号。UXt)图a是混频电路的组成模型， 可以看出是由三部分基本单元电路组成。分别是相乘电路、本级振荡电路和带通滤波器 （也称选频网络）。当为接收机混频混频电路的基本原理：图2图2中，US(t)为输入信号，Ul(t)为本振信号。U(t)输出信号。分析：当 Us(t) =UsmCOSst，则 Up(t) =Us(t)Uc(t) =U sm COS平 st U cm COS平 ct = Am cos st co* ct其中：Am=UsmUcm对上式进行三角函

7、数的变换则有Up(t)=Am cosstcos甲 ct ：12 Am cos(- c ' - s)t cos(- c -、s)t从上式可推出，LP(t)含有两个频率分量和为(W c+W s)，差为(W c- W s)。若选频网络是理想上边带滤波器则输出为u j (t) = % Amcos平c +平s t .若选频网络是理想下边带滤波器则输出：Ui(t) =12AmcosWc 也代.工程上对于超外差式接收机而言，如广播电视接收机则有W c>>W S.往往混频器的选频网络为下边带滤波是混频器，则输出为差频信号，Ui(t) =12Amcos甲c-Vst为接收机的中频信号。衡量混频

8、工作性能重要指标跨导。规定混频跨导的计算公式：混频跨导g：输出中频电流幅度偷入信号电压幅度。该电路由LC正弦波振荡器、高频信号源、模拟乘法器以及选频放大电路组成。LC正弦波振荡器产生的 10MH盘弦波与高频信号源所产生的SMHziE弦波通过模拟乘法器进行混频后产生双边带调幅信号，然后通过选频放大器选出有用的频率分量，即频率2MHz的信号，对其进行放大输出，最终输出2MHz的正弦波信号。混频器电路如图3所示。'"12V图3混频器电路图三. 单元电路的工作原理1. LC正弦波振荡器本次设计采用LC电容三点式反馈电路，也叫考毕兹振荡电路。利用电容将谐振回路的一部分电压反馈到基极上，

9、而且也是将LC谐振回路的三个端点分别与晶体管三个电极相连，所以这种电路叫电容三点式振荡器。三点式LC振荡器的相位平衡条件是 Q +0F =2兀，在LC谐振回路，Xcb=(Xbe+Xce), Xcb 与 Xbe、Xce 性质相反，当 Xbe、Xce 为电容，Xcb就是电感；当Xbe、Xce为电感，Xcb就是电容。在LC三点式振荡器电路中，如果要产生正弦波，必须满足振幅平衡条件：即满足A，F >1。由相位平衡条件和振幅平衡条件可得：F F F选取P =60，故选用2N2222A三极管。2N2222A是NPN®三极管，属于为了使三极管处于放低噪声放大三极管。 本电路的三极管采用分压偏

10、置电路, 大状态，必须满足：电流、=5 10 Ibq电压cc由此可以确定 R1=5.1K, R3=2.2K, R4=2&正弦波的输出信号频率 f =71MHz电路连接如图4所示血uHMCC-1dl12XX1CIDaF|l'D二二c图4LC正弦波振荡器R1、R2、R4组成支流偏置电路，R5是集电极负载电阻，L2、CT、C、C4构成并联回路，其中 R6用来改变回路的 Q值，C1、C3为耦合电容，L1、C6、C5构成了一个去耦电路，用来消除电路之间的相互影响。根据设计要求，正弦波振荡器输出频率为10MHz故由此可以大概确定 L2、C4、CT的数值，再通过仿真进行调试最终确定其参数。电

11、路的谐振频率为f2、L2 C4/CT1St ,厂”2 3.14 .,0.04 10 * 480 102 7%71MHZ ，一，.R112静态工作点为 Vb =12尺R16=1.6x10 V ,基本符合设求。R1 R2 R32.模拟乘法器电路用模拟乘法器实现混频，就是在 Ux端和Uy端分别加上两个不同频率的信号,6所示:通频带滤波器图6混频原理框图相差一中频，再经过带通滤波器取出中频信号，其原理方框图如图若Ux(t ) = Us coswsU y(t )= U0 cosw0t贝u1Uc t = KVsV0 coswst cosw0tKVsV0cos w0 ws t cos w0 - ws t 】

12、2经带通滤波器后，取差频1 V°(t )= 2 KVsVo cosw。 ws )tw0 一 ws = wj 为所需要的中频频率。VOFF = DXWMPL- 10FREQ= 9000MH； 0VOFF =Ov 曲PL= WvFREO= WDDOkha-o图7混频器原理图3 .谐振电路通常讨论的并联谐振电路如图1所示。图1 (a)所示R、L、C并联电路谐振时具有下述特性：(1) 电路的阻抗最大，电流最小。(2) 电感元件的电流与电容元件的电流，大小相等，相位相反，相互抵消，电路总电流等于电阻元件的电流。(3) 电感元件吸收的感性无功功率等于电容元件吸收的容性无功功率，两 者相互补偿，电

13、路的总无功功率等于零。以上关于图1 (a)所 示R、L、C并联谐振电路特性的描述是正确的，毫 无疑义的。图1 ( b )所示 电路谐振时是否也具有上述特t>+ u -CH1并联谐振电路(b)所示电路谐振时具有 和1 (b )所示电路谐振(2 )稍作修改也是成立的，性？ 一些人认为(一些教材中这样叙述)图1 图1 (a)所示电路完全相同的特性。笔者认为，图 时具有上述特性(3 ),这是毫无疑义的特性即改为：谐振时电感元件所在支路的无功分量电流与电容元件的电流，大小 相等，相位相反，相互抵消，电路总电流等于电感元件所在支路的有功分量电 流。至于是否具有特性(1 ),即谐振时电路阻抗是否最大，

14、电流是否最小 ，L和电源这一问题是需要深入讨论的。下面我们对调节电容C、电感角频率oo三种情况分别进行分析。图1 (b)所示电路的输入复导纳(可简称为电路的导纳)为=初膈 +/(择-修号尸)(D(2)(3)由谐振的定义可知，谐振条件为由上式可求得谐振时的电容为调节电容使电路达到谐振时电路的导纳为在电阻R、电感L和电源角频率保持不变的情况下，电路的导纳随电容c变化而变化为判断谐振时电路的导纳Y0是否为最小值，我们先求出导纳模| Y0|的最小值。因为iri(5)所以、官+赤）（广+展）如即解上述方程，求得函数|Y|=f（C）的驻点，即IQFF= 1IjWIPL = 1FREQ - IDOOd:i4

15、.WUHI C15SFF1：:186k图2谐振电路输出时域图：输出频域图:另一种仿真图频域图:4.包络检波1. 1包络检波原理从高频调幅波中取出调制信号，可以直接利用非线性器件实现相乘作用得到所需的解调电压。目前，几乎所有的 AM接收机都采用二极管包络检波 电路,经典的电路形式如图 1所示。这是一个串联型包络检波器的电路 ，它是 个二极管和 RC低通滤波器串联而成 。其工作原理：当载波正半周时，二极管导通，给电容器充电，由于充电 时间常数小，很快充电到输入信号的峰值 。当输入信号下降时 ，电容器上的电 压大于输入信号电压 ，二极管反向截至 。电容器通过电阻 R进行缓慢放电 当下一个正半周到达时

16、，从输入信号电压大于电容器上的电压时，开始二极管重新导通再一次对电容充电 ，直到新周期的峰值为正 。1.2电路选择设计的任务要求特别是在包络下降时：a）输出信号紧跟输入信号的包络变化，检波时延较小；b）检波后的波形纹波足够小，不能有过大纹波；择的重要一点是在包络下降 过程中，不能出现如图 （b）所示的过大波动，这一特性对高低温状况下恶化 留有一定的余量，选择如图 （a）的Opt最优曲线。图a经典二极管放大检波电路图b经典二极管放大检波改进电路在pspice仿真环境下的仿真图：仿真结果:四. 电路性能指标的测试根据设计方案，应用计算机pspice软件进行了模拟仿真。观察LC正弦波振荡器的输出，输

17、出波形如图9所示。图9 LC正弦波振荡器输出波形观察混频器输出信号，波形如图10所示。图10混频后的信号波形图LC 正弦波振荡器的输出频率应为.1f =出ofc71MHZ ,静2：、L2 C4/CT 2 3.14,0.04 10480 10一 17%2R1态工作点Vb=126=1.6勺0 V ;选频、放大电路输出频率网R1 R2 R3f =2C2 L2 L3七 1.99MHz2 3.14 510 102 10 10-6 2.43 106士R26.2、，,静态工作点 Vb =12乂= 12乂=3.51V。R1 R2 15 6.2通过仿真测试可得LC正弦波振荡器的输出频率为10.1MH乙静态工作点

18、 Vb =983.3mv ；选频、放大电路输出频率为1.99MH乙静态工作点Vb =3.47mv。结论：有计算值与仿真值的比较可得，本设计基本完成了设计要求，并且 由示波器可观察到相应的波形，仿真值基本满足要求，说明电路各部分均正常工作。美中不 足的是仿真结果同理论值仍存在一定的误差，需要进一步改善电路的性能，使电路更加精确 和抗干扰能力更强。五. 课程设计体会本次课程设计的题目是混频器的设计， 主要应用了通信电子线路中 三方面内容，分别是电容三点式振荡电路、模拟乘法器和选频放大电路。 通过查找资料，结合书本中所学的知识，完成了课程设计的内容。把书 中所学的理论知识和具体的实践相结合，有利丁我们对课本中所学知识 的理解，并加强了我们的动手能力。在这次的课程设计过程中，我懂得了很多，课程设计不光是让我们 去“设计”，更重要的是培养我们的能力！通过本次课程设计使我对通 信电子线路乂有了进一步的了解，增加了对所学知识的应用。本次课程设计教会我查阅书籍的重要性，通过翻阅书籍我找到了 与我课设题目有关的内容顺利进行了课程设计，我希望通过更多这样 有价值的课设来充实自己。参考文献1 宋树祥，周冬梅.高频电子线路.M北京大学出版社，2007年2月2 陈邦媛.射频通信电子线路学习指导.M科学出版社，2007年6月3 吴慎山.高频电子线路.M电子工业出版社，2007年1月