《通信电子系统》课程设计报告兰州理工大学

1、兰州理工大学课程设计报告摘要在这次设计中，我主要负责二极管双平衡混频器，单失谐回路斜率鉴频器和低频功率放大器的设计。要求完成各单元电路设计及仿真，利用Multisim 开发软件完成整机电路设计；通过实际电路方案的分析比较，参数计算，元件选取，仿真测试等意见反馈环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法；了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图；掌握常用仪表的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法。通过这次课程设计，是学生加强对通信电子线路的理解，掌握文献资料检索，设计方案论证比

2、较，以及设计参数计算等能力环节。进一步提高分析解决实际问题的能力，提高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。关键词：通信 调频 仿真 Multisim目 录一、 前言 .1二、 设计指标 .22.1 工作频率范围 .22.2 灵敏度 .22.3 选择性 .22.4 频率特性 .22.5 输出功率 .2三、 系统总述 .3四、 单元电路设计与仿真 .44.1 二极管双平衡混频器 .54.2 单失谐回路斜率鉴频器 .54.3 低频功率放大器 .64.4 高频谐振放大器电路 .84.5 中频谐振放大器电路 .94.6 本机振荡器 . 10五、 整机电路设计图 . 11六

3、、 高频实验平台整机联调设计指标 . 126.1、分级安装与调试 .136.2、整机联调时常见的故障分析.136.3、调频接收机实验步骤 .13七、 设计总结 . 14八、 参考文献 . 15一、前言近些年信息通信领域中，发展最快和应用最广的就是无线通信技术。无线通信的终极目标是实现任何人在任何时间，任何地点接收和发送任何信息。掌握无线通信系统的各个模块工作原理是每一个通信技术学习及研究人员的基本要求。在一个完整的无线通信系统中，主要有放大，滤波，调制，发射，接收，混频，解调等功能模块，我们要做的，就是充分理解和掌握这些功能模块的工作过程，并能够进行相应的电路设计。在以后的学习和工作中，免不了

4、需要与各类电路板打交道。因此，除了对无线通信系统原理的理解和掌握之外，我们还必须学会电路板的焊接制作过程，并对电路板进行调试，使它能正常地工作。本次课设的主要目的是：通过这次课程设计，是学生加强对通信电子线路的理解，掌握文献资料检索，设计方案论证比较，以及设计参数计算等能力环节。进一步提高分析解决实际问题的能力，提高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，加深学生对基本原理的了解，增强学生的实践能力。本次课设的主要内容和要求有：要求完成各单元电路设计及仿真，利用Multisim 开发软件完成整机电路设计；通过实际电路方案的分析比较，参数计算

5、，元件选取，仿真测试等意见反馈环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法；了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图；掌握常用仪表的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法。二、设计指标2.1 工作频率范围接收机可以接收到的无线电波的频率范围称为接收机的工作频率范围或波段覆盖。接收机的工作频率必须与发射机工作频率相对应。如调频广播收音机的频率范围为88-108MHz,是因为调频广播收音机的工作范围也为88-108MHz。2.2 灵敏度接收机接收微弱信号的能力称为灵敏度。通常用输入信

6、号电压的大小表示，接收的输入信号越小，灵敏度越高。调频广播收音机的灵敏度一般为5-30uV。2.3 选择性接收机从各种信号和干扰中选出所需信号（抑制不需要的信号）的能力称为选择性。单位用dB（分贝）表示，dB 数越高，选择性越好。调频收音机的中频干扰应该大于50dB。2.4 频率特性接收机的频率响应范围称为频率特性或通频带。调频机的通频带一般为200KHz。2.5 输出功率接收机的负载输出的最大不失真（或非线性失真系数为给定值时）功率称为输出功率。3、 系统总述低频功放鉴频器中频放大输入回路本机振荡混频高频放大 喇叭 图一 整体原理框图一般调频接收机电路的基本内容包括:高频小信号放大电路，混频

7、电路，晶体振荡器电路，鉴频电路，低频功率放大电路，扬声器或控制器。一般调频接收机的组成框图如图一所示，其工作原理说明：天线接收到的高频信号，经输入调谐回路选频为f1，再经过高频放大级进入混频级。本机振荡器输出的另一个高频f2亦进入混频级，则混频级的输出为含有f1,f2,(f1+f2),(f2-f1)等频率分量的信号。混频级的输出接调频回路选出中频信号（f2-f1）,在经过中频放大器放大，获得足够高增益，然后鉴频器解调出低频调制信号，由低频功放级放大。由于天线接收到的高频信号经过混频成为固定的中频，再加以放大，因此接收机的灵敏度较高，选择性较好，性能也比较稳定。在模拟调制中，调频具有较为优越的性

8、能，因此，调频技术广泛应用于立体声广播、电视伴音、无线麦克风、微波传输及卫星通信。同样，完整的调频通信系统也由发射机与接收机两部分组成，与调幅通信系统比较，除了调制与解调的原理方法不同外，其他部分如超外差变频接收技术、中频放大电路等基本相同。因为频率调制不是频谱线性搬移过程，它的电路就不能采用乘法器和线性滤波器来构成，而必须根据调频波的特点，提出具体实现的方法。对于调频电路的性能指标，一般有以下几方面的要求：1线性的调制特性。即已调波的瞬时频率变化与调制信号成线性关系。2.具有较高的调制灵敏度。即单位调制电压所产生的振荡频率偏移要大。3.最大频率偏移与调制信号频率无关。4.未调制的载波频率（即

9、已调波的中心频率）应具有一定的频率稳定度。5.无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。实现调频的方法分为直接调频和间接调频两大类：直接调频原理：利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使其反映调制信号变化规律。要用调制信号去控制载波振荡器的振荡频率，就是用调制信号去控制决定载波振荡器振荡频率的元件或电路的参数，从而使载波振荡器的瞬时频率按调制信号变化规律线性地改变，就能够实现直接调频。1改变振荡回路的元件参数实现调频在LC 振荡器中，决定振荡频率的主要元件是LC 振荡回路的电感L 和电容C。在RC 振荡器中，决定振荡频率的主要元件是电阻和电容。因而，根据调频的特点，用调制信号去控制电感、电容或电阻的数值就

10、能实现调频。调频电路中常用的可控电容元件有变容二极管和电抗管电路。常用的可控电感元件是具有铁氧体磁芯的电感线圈或电抗管电路，而可控电阻元件有二极管和场效应管。2控制振荡器的工作状态实现调频在微波发射机中，常用速调管振荡器作为载波振荡器，其振荡频率受控于加在管子发射极上的发射极电压。因此，只需将调制信号加至发射极即可实现调频。若载波是由多谐振荡器产生的方波，则可用调制信号控制积分电容的充放电电流，从而控制其振荡频率。间接调频原理：调频可以通过调相间接实现。通常将这样的调频方式称为间接调频，这样的调频方式采用频率稳定度很高的振荡器作为载波振荡器，然后在它的后级进行调相，得到的调频波的中心频率稳定度

11、很高。 调频波载波振荡器 缓冲级 调相器 积分器 调制信号 图二 间接调频原理4.1 二极管双平衡混频器混频器：因为中频比外来信号频率低且固定不变，中频放大器容易获得比较大的增益，从而提高收音机的灵敏度。在较低而又固定的中频上，还可以用较复杂的回路系统或滤波器进行选频。它们具有接近理想矩形的选择性曲线，因此有较高的邻道选择性，如果器件仅实现变频,振荡信号由其它器件产生则称之为混频器。二极管双平衡混频器实现相乘特性,其无用组合分量比晶体二极管混频器少得多,而且二极管上限工作频率高,可达到 100GHz,而模拟乘法器的工作频率受到晶体管上截,止频率的限制，工作频率相对要低一些。二极管 D1，D2

12、在本振信号的正半周导通,二极管D3,D4在u1 的负半周导通,分析原理和二极管双平衡调制器类似。电路图和仿真效果图如下： 图三 二极管双衡调制器 图四 二极管双衡调制器仿真效果图4.2 单失谐回路斜率鉴频器斜率鉴频器：利用Lc谐振混路的谐振特性对不同频率的信号呈现不同的阻抗，对调频波进行调频-调幅变换，得到调频-调幅波，得到解调输出电压，调频-调幅变换特性取决于谐振特性曲线的斜率。单失谐回路斜率鉴频器：由调频-调幅变换器和包络检波器构成，调频-调幅变换器是一个单谐振回路（由 LC 组成） ，但在这里谐振回路的调谐与一般放大器不同，回路的谐振频率不是调在输入信号的中心频率上，而是高于或低于信号中

13、心频率，即fo<fc。电路图和仿真效果图如下： 图五 单失斜回路斜率鉴频器电路图 图六 单失斜回路斜率鉴频器仿真结果4.3 低频功率放大器一般从鉴频器输出的信号都比较小，为了得到我们所需的信号，必须将输出信号进行放大。一般采用三极管放大电路来实现这一功能。低频放大电路工作原理：功率放大器和电压放大器是有区别的,电压放大器的主要任务是把微弱的电压信号进行放大，一般输入和输出的电流都比较小,用于增强电压或电流的幅度，是小信号放大器。它消耗能量少，信号失真小，输出信号的功率小。功率放大器的主要任务是输出大的信号功率,它的输入、输出电压和电流都较大，是大信号放大器。它消耗能量多，信号容易失真，输

14、出信号的功率大。这就决定了一个性能良好的功率放大器应满足下列几点基本要求：（1）具有足够大的输出功率。为了得到足够大的输出功率，功率管工作时的电压和电流应尽可能接近极限参数。（2）效率要高。功率放大器是利用晶体管的电流控制作用，把电源的直流功率转换成交流信号功率输出，由于晶体管有一定的内阻,所以它会有一定的功率损耗。我们把负载获得的功率 Po与电源提供的功率 PE 之比定义为功率放大电路的转换效率，用公式表示为：Po/Pe×100% 显然，功率放大电路的转换效率越好。电路图和仿真效果图如下： 图七 低频功率放大器电路图 图八 低频功率放大器仿真结果4.4 高频谐振放大器电路高频小信号

15、放大器是各类无线电接收机的组成部分。其主要功能是放大来自天线上的微弱信号，使它达到足够的功率电平，以提高接收机的灵敏度。在这里的天线信号由 Multisim中的调幅源代替，其调幅幅度0.1mV,载频为10MHz，调制频率为 1KHz，经谐振放大后幅度可达到 40mV。在实际中电路中，高频小信号要同步谐振于天线接收到的信号，在这里接收到的信号为 10MHz，根据公式计算出 L、C 的值分别为 6.5uH 和 39pF。高频小信号放大器特点:放大高频小信号的放大器。高频小信号放大器的主要质量指标：1. 通频带：放大器的总通频带随着放大级数的增加而变窄，并且通频带越宽，放大器的增益就 越小，两者是相

16、矛盾的。2. 选择性：从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号能力称为放大器的选择性。选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。3. 工作稳定性：指放大器的工作状态(直流偏置)、晶体管参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特性的稳定。电路图和仿真效果图如下： 图九 高频谐振功率放大器电路 图十 高频谐振功率放大器仿真结果4.5 中频谐振放大器电路中频放大器功能是将混频的输出信号进行电压放大，以满足鉴频器的输入信号幅度要求。中频谐振放大器的主要作用是提高增益和抑制临近干扰。中频放大电路是指变频输出至检波之间的电路，其性能直接影响接收机的灵敏度，选择性和频率特性

17、等指标。一般的接收机都采用两级中频放大、三个中频变压器和中频放大电路同时作用时选频。放大中频信号和耦合传送信号对中频放大电路的要求是：增益大，选择性好，有一定宽度的中频带，放大电路的稳定性要好等。本电路采用三极管谐振放大器。 图十一 中频谐振放大器电路 图十二 中频谐振放大器仿真结果4.6 本机振荡器本机振荡器：超外差接收机中，对不同接收频率都产生高一个中频的射频的振荡器。被接收信号与射频振荡在变频器中进行频率变换，产生调幅中频。中频一般为 465 千赫，为跟踪调谐，采用连轴的双连电容器实现统调。电路图和仿真效果图如下： 图十三 本地振荡器电路图 图十四 本地振荡电路仿真结果图5、 整机电路设

18、计图六、高频实验平台整机联调设计指标6.1、分级安装与调试电路的调试应先调整静态工作点,然后进行性能指标的调整,调试的顺序是先分级调试,然后从前级单元电路开始,向后逐级联调。在调输入回路和高频放大器的调谐回路时,要注意测试仪表不能接入被调试级的调谐回路.当信号从 A 点输入(见总电路图)调输入回路的2 , 1 LL 时,测量仪表应接在 B 点或 C 点,调第一级高频放大电路的4 3 ,LL 时,测量仪表应接在 D 和 E 点.调整高频调谐回路时,前后级会相互影响,因此应前后级反复调整。6.2、整机联调时常见的故障分析调试合格的单元电路在整机联调时往往会出现达不到指标的现象,产生的原因可能是单级

19、调试时没有接负载,或是所接负载与实际电路中的负载不等效,或是整机的联调时又引入了新的分布参数.因此整机调试时需仔细分析故障的原因.整机联调时常见的故障有: 高频放大级与解调级相联时增益不够,产生的原因可能是解调器输入阻抗引起第三级高频放大电路的调谐回路失谐,可重新调整第三级调谐回路,使回路调谐. 当接收机接收发射机发出的信号时,可能会出现无音频输出的现象.产生的原因可能是本振信号与接收信号之间的频率误差较大.可校正接收机与发射机的本振频率,使二者的频率差小于 30HZ.6.3、调频接收机实验步骤由于， 接收端的小信号调谐放大器采用调谐回路谐振放大器模块， 其谐振频率为 6.3MHZ左右。收到的

20、信号经调谐放大器放大后，直接送往鉴频器进行鉴频，鉴频器采用斜率鉴频与相位鉴频模块，经鉴频后得到与发端相一致的音频信号，然后送到低频放大部分进行放大，最后通过扬声器发出声音。该低频放大可采用实验箱底板低频信号源部分的功率放大器。因此，实验步骤如下：1.按原理图，插好所需模块，用铆孔线将各模块输入输出连接好，接通各模块电源。2.将变容二极管调频器的载频调到为 6.3MHZ 左右，低频信号源设置为 1KHZ 正弦波。3.将高频功率放大与发射实验模块中的开关 11K01，11K03 拨向左侧，11K02 往上拨，并将天线拉好。4.将调谐回路谐振放大器的天线拉好， 将斜率鉴频与相位鉴频模块中的开关 13

21、K03 拨向相位鉴频或斜率鉴频。5.此时扬声器中应能听到音频信号的声音，如果听不到声音或者失真，可微调变容二极管调频器的频率，以及调整调谐回路谐振放大器和鉴频器的电位器146.用示波器测试个模块输入输出波形，并调整各模块可调元件，使输出达最佳状态。七、 设计总结通过这次对调频接收机的设计，让我了解了设计电路的过程，也让我了解了关于调频接收机的原理与设计理念。实际接线中有着各种各样的条件制约，不可能与理想情况完全一致。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。以前我们只是纯粹的进行枯燥的理论计算与学习，很少有机会拿个真正的课题来练手，通过这次课程设计，我们正好找到了个可以实践的契

22、机，因此，我们大家也都为此努力准备着。在这次设计中，我主要负责二极管双平衡混频器，单失谐回路斜率鉴频器和低频功率放大器的设计。在对电路进行仿真过程中出现了各种各样的问题，主要问题如下:仿真参数设置不合理而导致仿真软件不能够对电路进行仿真计算；高频放大器部分由一个高频小信号放大器构成，再仿真过程中，由于参数设置问题和元件选择问题，是得输出没有波形。解决方案即调节可调电阻和可调电容的值，设置正确的晶体管直流工作电压。这次的课程设计，不仅让我对高频的教材理论知识有了一个系统全面的认识，而且也使我们在团结合作中找到了学习的乐趣，这次课程设计的最大价值不仅仅只是对课内知识的巩固与提高，更主要的是培养了我们