高频课程设计(1)

1、通信电路课程设计报告课 题 名 称 ： PM调相/解调电路设计 院 系 ： 电信学院 专 业 ： 电子信息工程 班 级 ： 一班 学 号 ： 学 生 姓 名 ： 联 系 方 式 ： 2013年 12月21日摘 要高频电子线路是电子信息、通信等电子类专业的一门技术基础课，它的研究对象是通信系统中的发送设备和接收设备的各种高频功能电路的功能、原理和基本组成。 调相（Phase Modulation，缩写：PM）是一种以载波的瞬时相位变化来表示信息的调变方式。在模拟应用中，载波的相位跟随输入信号的幅度直接成等比例变化。调相技术除直接用于传输外，也常用作间接产生PM信号的过渡。本课程设计主要是实现模拟

2、信号的调相过程，同时对已调信号加以解调。设计通过PSpice软件实现系统的设计和仿真，使最后仿真效果与理论分析一致。关键词：调制；调相；载波；PSpice仿真；目录1. 绪论11.1.设计任务11.2.总体思路11.3. PSpice简介12.调相解调原理22.1相位调制解调2 2.2调制原理32.3解调原理43. PM调相解调仿真实现53.1电路的设计53.1.1调相电路53.1.2乘积型鉴相电路53.1.3调制解调电路63.2仿真波形74.结果分析10 5 .总结与心得106.课程设计小结11参考文献131. 绪论1.1. 设计任务本设计是基于PSpice的模拟相位（PM）调制与解调仿真，

3、主要设计思想是利用PSpice这个强大的数学软件工具，其中的通信仿真模块通信工具箱等，方便快捷灵活的功能实现仿真通信的调制解调设计。还借助PSpice可视化交互式的操作，对调制解调处理，降低噪声干扰，提高仿真的准确度和可靠性。要求基于PSpice的模拟调制与解调仿真，主要设计思想是利用PSpice方便快捷的实现模拟通信的多种调制解调设计。基于PSpice对模拟通信系统的调制和解调建模。得出调试及仿真结果并进行分析。主要技术指标：载波，调制信号，最大相偏，调相指数；设计要求：选取合适的调相解调电路；电路图；利用PSpice进行仿真设计；相关仿真波形图、频率特性图。1.2. 总体思路相位调制电路是

4、使受调波的相位随调制信号而变化的电路。调相波与调频波的差别是调相波的瞬时相位的变化与调制信号成线性关系,调频波的瞬时频率与调制信号成线性关系。正弦载波的瞬时相位随调制信号而变化的调制，简称调相(PM)。正弦波调相器分直接调相和间接调相两类。前一种方法利用调制信号直接改变谐振回路的参数，使载波（受调波）信号通过回路时产生相移而形成调相波。现介绍这么一种简易的相位调制电路，该电路的调制信号由RC桥式震荡电路产生，经放大后和载波信号经相位调制器后，输出调相波，输出的调相波经前置放大后再经过功率放大，最后通过匹配网络匹配后就可产生用于天线发送的调相波。1.3. PSpice简介用于模拟电路仿真的SPI

5、CE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）软件于1972年由美国加州大学伯克利分校的计算机辅助设计小组利用FORTR AN语言开发而成，主要用于大规模集成电路的计算机辅助设计。PSPICE软件具有强大的电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、图形后处理功能和元器件符号制作功能，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成图表，模拟和计算电路。它的用途非常广泛，不仅可以用于电路分析和优化设计，还可用于电子线路、电路和信号与系统等课程的计算机辅助教学。与印制版设计软件配合使用，还可实现电子设计自动化。被公认是通用电路模拟程序中最优秀的软件，具

6、有广阔的应用前景。本设计是基于PSpice的模拟相位（PM）调制与解调仿真，主要设计思想是利用PSpice这个强大的数学软件工具，其中的通信仿真模块通信工具箱等，方便快捷灵活的功能实现仿真通信的调制解调设计。还借助PSpice可视化交互式的操作，对调制解调处理，降低噪声干扰，提高仿真的准确度和可靠性。要求基于PSpice的模拟调制与解调仿真，主要设计思想是利用PSpice，方便快捷的实现模拟通信的多种调制解调设计。基于simulink对数字通信系统的调制和解调建模。并编写相应的m檔，得出调试及仿真结果并进行分析。2.调相解调原理2.1相位调制解调调制在通信系统中具有重要作用。通过调制，不仅可以

7、进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于信道多任务的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输可靠性有着很大的影响。调制方式往往决定了一个通信系统的性能。在无线电通信中，相位调制简称调相，用PM表示，它是使高频振荡信号的相位按调制信号的规律变化，其振幅也保持不变。调相信号的解调，称为鉴相或相位检波。角度调制属于频谱的非线性变换，即已调信号的频谱结构不再保持原调制信号频谱的内部结构，且调制后的信号带宽比原调制信号的贷款要大得多。虽然角度调制信号的频带利用率不高，但其抗干扰和噪声的能力较强。由于从消息变换过来的原始信号具有频率较低的频谱分量，这种信

8、号在许多信道中不适宜直接进行传输。因此，在通信系统的发送端通常需要有调制过程，而在接收端则需要有反调制过程解调过程。基本原理：实现调相的方法有三类：一类是可变移相法调相；第二类是可变时延法调相；第三类是矢量合成法调相；在这个实验中采用可变移相法调相。调相信号：在模拟调制中，一个连续波有三个参数可以用来携带信息而构成已调信号。当幅度和频率保持不变时，改变载波的相位使之随未调信号的大小而改变，这就是调相的概念。角度调制信号的一般表示形式为：式中，A是载波的恒定振幅；是信号的瞬时相位，而称为瞬时相位偏移；为信号的瞬时频率，而称为瞬时频率偏移，即相对于的瞬时频率偏移。设高频载波为，调制信号为，则调相信

9、号的瞬时相位瞬时角频率 调相信号 将信号的信息加在载波的相位上则形成调相信号，调相的表达式为： 这里称为相移指数，这种调制方式，载波的幅度和角频率不变，而瞬时相位偏移是调制信号f(t)的线性函数，称为相位调制。调相与调频有着相当密切的关系，我们知道相位与频率有如下关系式： 所以在调相时可以先将调制信号进行微分后在进行频率调制，这样等效于调相，此方法称为间接调相，与此相对应，上述方法称为直接调相。调相信号的产生如图2所示：m(t)m(t)频率调制器微分器相位调制器 (a)直接调相 (b)间接调相 图2-1 PM调相信号的产生2.2调制原理实现相位调制的基本原理是使角频率为的高频载波u(t)通过一

10、个可控相移网络, 此网络产生的相移受调制电压u(t)控制, 满足=Ku(t)的关系, 所以网络输出就是调相信号，可控相移网络调相原理图如图3所示：UpmU可控相移网络正弦波振荡器U图2-2 可控相移网络调相原理图2.3解调原理已调波的解调电路称为检波器，调相波的解调电路称为相位检波器或鉴相器。采用乘积鉴相是最常用的方法。若调相信号为 其中同步信号与载波信号相差式中k为乘法器增益, 低通滤波器增益为1,可以看到乘积鉴相的线性鉴相范围较小，只能解调M的调相信号。乘积鉴相器的原理图如图4所示，由于相乘的两个信号有90的固定相位差，故这种方法又称为正交乘积鉴相。低通滤波器乘法器90度相移载波提取图2-

11、3 正交乘积鉴相原理图3. PM调相解调仿真实现3.1电路的设计3.1.1 调相电路 将载波振荡信号电压通过一个受调制信号电压控制的相移网络，既可以实现调相。可控相移网络有多种实现电路。其中，应用最广的是变容二极管调相电路。图2-2电路是单回路变容二极管调相电路。它是利用由电感L和变容二极管组成的谐振回路的谐振频率随变容二极管接电容变化而变化来实现调相的。如下电路图图2-4 调相电路3.1.2乘积型鉴相电路 这种鉴相电路采用模拟乘法器作为非线性器件进行频率变换，然后通过低通滤波器取出原调制信号。图2-5 乘积型鉴相电路3.1.3调制解调电路图2-6 调制解调电路3.2仿真波形1、 调制信号的波

12、形如下图所示图2-7调制信号波形2、 调相波信号如下图图2-8 调相波信号波形3、载波信号的波形如下图所示：图2-9 载波信号波形乘法器的设计其由R1、R2与Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、VI3等器件构成。它的作用是使输出电压会随着PM信号与参考信号的相位之差的变化而变化，从而呈现出鉴相的特性。 由图可知： 又 所以 当 ，可得，=式中： k为乘法器的增益系数或标尺因子，单位为V .拟乘法器是对两个模拟信号（电压或电流）实现相乘功能的的有源非线性器件。主要功能是实现两个互不相关信号相乘，即输出信号与两输入信号相乘积成正比。它有两个输入端口，即IN1和IN2输入端口。乘法器两个输入信号的极

13、性不同，其输出信号的极性也不同。如果用XY坐标平面表示，则乘法器有四个可能的工作区，即四个工作象限。4.结果分析调相波的图形应是疏密相间的正弦波，但由于参数设置存在一些误差，导致调相信号的波形疏密程度基本是均匀的，由于参数的设置和电路仿真器件的不完整导致输出是一条直线，故没能得到原调制信号，这是此次课程设计的一个遗憾，但相信只要我们继续进行调制仿真，合理设置参数，就能够得到想要的调相信号和解调信号。正弦波相位调制电路是使受调波的相位随调制信号而变化的电路。调相波与调频波的差别是调相波的瞬时相位的变化与调制信号成线性关系,调频波的瞬时频率与调制信号成线性关系。正弦载波的瞬时相位随调制信号而变化的

14、调制，简称调相(PM)。调相器分直接调相和间接调相两类。前一种方法利用调制信号直接改变谐振回路的参数，使载波（受调波）信号通过回路时产生相移而形成调相波。现介绍这么一种简易的相位调制电路，该电路的调制信号由RC桥式震荡电路产生，经放大后和载波信号经相位调制器后，输出调相波，输出的调相波经前置放大后再经过功率放大，最后通过匹配网络匹配后就可产生用于天线发送的调相波。5.总结与心得本次课程设计历时二个星期多左右，通过这二个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。设计初，对本次设计的设计平台PSpice根本不了解。对PM的

15、相关原理理解不是很深刻。刚开始时运用PSpice设计运行出来的波形不是很理想，输出信号与解调信号的幅度不同。经过认真研读图书馆借来的辅助教材，并上网下载了PSpice的相关教程，同时请教班上对此软件运用较熟悉的同学，对PM原理有了足够程度的了解。反复调节解调载波的参数，使得输出信号与解调信号的幅度基本相同。到最后终于能基本独立地运用该软件设计实现系统。在此次课程设计中，我充分体会到了熟练运用相关软件的重要性，不像之前的电子技术课程设计，并没有多少工作在计算机里实现的，就仅仅画出了电路图之后用元器件在面包板上搭电路就行了。本次课程设计都高度依赖计算机，从仿真到绘制原理图，再到参数调节，可以说每一

16、步都很艰难，每一步都是我们一步一个脚印结结实实踩下去的。通过课程设计，我们增强了对通信电子技术的理解，学会查寻资料比较方案，学会通信电路的设计计算；进一步提高分析解决实际问题的能力，创造一个动脑动手独立开展电路实验的机会，锻炼分析解决通信电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与仿真加深对基本原理的了解，增强了实践能力。6.课程设计小结通过这次的课程设计学习我对书上讲的电路实际应用有了更加深刻的认识，激发了学习兴趣，增强了思考和解决实际问题的能力。虽然仿真的波形有偏差中频放大电路的这一环节，也是解调过程中不可或缺的部分，因此，要注意的方面有很多。当然，在设

17、计中，遇到过不少的困难，但是，我和同组同学通过网上查找相关资料，及参考书本，得到了意想不到的结果。不仅学到了许多有关调制与解调的理论知识，而且也通过学习计算机仿真技术，一方面了解了PSpice仿真技术的强大功能，另一方面验证了所设计电路的正确性。 在学习过程中，我知道了放大器的主要技术参数：电压增益为输出信号电压占输入信号电压的百分比，功率增益为输出信号功率占输入信号功率的百分比；通频带可以表示为回路谐振频率与回路品质因数的比值，且在电路电感、电容不变的情况下，频带宽与回路的品质因数有关，两者呈反比的关系，通常品质因数越大，频带越窄选择性往往也更好；影响放大器稳定性的因素有增益改变、中心频率偏移、通频带变窄等。同时也了解了晶体管调谐回路的功率放大原理以及进一步掌握了组成中放电路的各与器件的参数及性能。在最后，通过举例，将理论与实际相结合，证明出所设计的中放器在功能上的合理性，并且能够得出产生误差的原因。 在我与同学的合作过程中，彼此都表现得很积极也很认真。我们合理分配设计任务，不懂的地方相互请教，从一开始到设计结束，我们都配合得相当默契，现在回想起当初查找资料时渴望知识的迫切心情还有为争取时间忘