基于syevmiew的虚拟实验教学在通信电子线路中的应用

基于syevmiew的虚拟实验教学在通信电子线路中的应用

0课程的实验环节“通信电子路”是一项关于现代通信电路结构原理和通信电子路设计的信息系统。其目标是培养面向21世纪的全面掌握电子科学基础知识的电子通信类专业高级技术人才。实验是教学中的重要环节,只有理论联系实践,才能与基础理论教学起到相互促进的作用。本课程实验环节主要有两类:一是基于硬件实验电路板的实验;二是利用EDA仿真软件的虚拟实验。EDA仿真虚拟实验是利用计算机仿真方法,构造一个实验模拟环境,通过对实验参数和电路功能的分析,达到实验效果和目的的一种新的实验方法,且不受地理位置和实验环境的限制。目前已将ADS、PSpice、EWB、Matlab等仿真工具应用于电子线路、通信原理等课程的实验教学。通过EDA仿真,可以帮助学生更好地理解和掌握通信系统知识。1系统仿真系统SystemView是美国Elanix公司推出的基于Windows平台的动态系统仿真软件,主要用于电路与通信系统的设计、仿真。其仿真系统的主要特点有:能仿真大量的应用系统、快速方便地进行动态系统设计与仿真。用户只需使用鼠标点击图标即可完成复杂系统的建模、设计和测试。SystemView因其方便、直观、形象的系统构建,丰富的器件模型资源、强大的分析功能和可视化的开放体系结构,已逐渐被电子工程师和系统开发设计人员所认可。并作为各种通信、控制及其它系统的分析、设计和仿真平台以及通信系统综合实验平台。2系统welle-sqp的教学本课程教学中应用SystemView仿真软件,可以构造出各种通信系统。这里,我们以单次变频超外差接收机的工作原理为例,说明SystemView仿真在教学中的应用。在通信电子线路课程中,超外差接收机的教学是一个重点内容,学生的理解比较困难。采用基于SystemView的虚拟实验,克服了传统教学中教学效果不形象的缺点。2.1混频的频谱变化超外差接收机采用一个混频器完成信号的频率变换,它把所有接收频率的不同频率信号都变成一个相同的中频信号。单次变频超外差接收机框图如图1所示。现令超外差接收机中的本振信号频率为fL,接收到的频率为fR的射频已调信号,通过混频器后,变换为载频为fI的中频信号IF(IntermediateFrequency)。这种变换应该是不失真的,不仅保留原载频已调波的调制方式不变,而且携带的信息也不会丢失。混频的频谱变化如图2所示。在图2中,超外差接收机的混频单元把接收信号频率ωR线性地搬移到了|ωL±ωR|的位置,其中ωL-ωR即为中频频率。为保证本振频率始终高出接收频率一个固定的中频频率fI,必须使用可变频率的预选电路和本振频率实现与接收信号载频的统调。对于调幅AM信号的解调,可采用二极管包络检波器,检出AM信号的包络就是恢复的基带信号。2.2信号接收及时域观测在SystemView中的超外差接收机仿真如图3所示。信号源11产生一个带宽为4kHz的基带信号,本机振荡器13产生本地频率为40kHz的载波信号,经上变频单元12(其载波被抑制)和加法器14完成调幅AM信号的发射。在接收端,混频单元4把接收到的AM信号和频率为60kHz的本振振荡器5产生的信号进行混频。由中频滤波器7取出差频ωL-ωR=ωI,即为中频信号fI。经二极管包络检波器8检波,恢复出基带信号,最后由低通滤波器9输出,完成接收解调过程。图3中的20、21、6和10单元为波形观测单元,可对信号进行频域和时域观测。为了说明简化超外差接收机的工作原理和节省仿真时间,本例没有按实用接收机那样具有可调接收频率及将455kHz设置为中频,而采用了中频频率fI=20kHz。在接收端,由本振信号fL=60kHz与fR=40kHz的接收AM信号混频,分别产生fL+fR=100kHz和fL-fR=20kHz两个边带频率,由中频滤波器取出下边带频率作为中频信号。中频滤波器7为一个具有5极点切比契夫带通滤波器,中心频率为20kHz,带宽为10kHz。输出端低通滤波器9为一个具有5极点切比契夫低通滤波器。图4至图7分别为AM信号频谱图、混频器输出频谱、中频滤波器输出频谱和二极管包络检波解调恢复基带信号输出频谱图,图8为恢复的基带信号时域波形。通过该超外差接收机的仿真可以看出,信号在超外差接收机每个部分的变换过程都清楚地显示出来,易于被学生理解。3理论与实践相结合过去教学中,由于没有使用SystemView仿真软件进行“通信电子线路”的辅助教学,很多内容在讲述过程中,只能由授课教师在课堂上画出通信系统中信号变换的波形,学生较难理解系统中某些参数对输出信号的影响。把SystemView引入教学后,理论与实践进行了很好的结合,深受学生欢迎。EDA仿真实践取得了良好的教学效果,具体体现在以下两个方面。(1)利用SystemView在通信电子线路课程中的辅助教学,丰富并完善了课程实验内容。一方面加深了学生对理论知识的理解,降低了对实验仪器的需求。另一方面提高了实验教学的交互性、灵活性和多样性,改善了学生的综合设计与创新能力。(2)利用SystemView仿真软件实施通信电子线路课程的仿真实验,既能保证对通信系统准确的模拟,观察到与实测相近的测试结果,又能够在节约课内实