通信系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)一 高頻小信號(hào)放大器的MULTISIM仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 了解MULTISIM的基本功能、窗口界面、元器件庫(kù)及工具欄等；2、 掌握MULTISIM的基本仿真分析方法、常用仿真測(cè)試儀表等；3、 掌握高頻小信號(hào)放大器MULTISIM仿真的建模過(guò)程。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟：（一）單頻正弦波小信號(hào)放大器的MULTISIM仿真。1）根據(jù)圖一所示高頻小信號(hào)放大器電路，創(chuàng)建仿真電路原理圖。要求輸入信號(hào)的幅度在2mV-1V之間、頻率在1MHz-20MHz之間；2）根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置好電路圖選項(xiàng)，接入虛擬儀器并設(shè)置合適的參數(shù)。打開仿真開關(guān)，運(yùn)行所設(shè)計(jì)好的電路，給出輸入輸出信號(hào)的波形圖和頻譜圖。根據(jù)初步仿真結(jié)果

2、改變電路元器件的型號(hào)和參數(shù)，使輸出信號(hào)波形無(wú)失真、幅度放大10倍以上；3）用交流分析方法和波特儀分別估計(jì)電路的諧振頻率，給出可視化仿真結(jié)果。改變輸入信號(hào)的頻率，再用交流分析方法和波特儀觀察電路諧振頻率的變化情況；4）改變輸入信號(hào)的幅度，用示波器觀察輸出電壓波形，測(cè)量輸出波形不失真情況下輸入信號(hào)幅度的變化范圍；5）改變輸入信號(hào)的頻率，用示波器觀察輸出電壓幅度的變化，計(jì)算通頻帶B和矩形系數(shù)K0.1，繪制通頻帶曲線；6）改變R1的值，用示波器觀察輸出電壓波形，在波形不失真的情況下，用直流分析法記錄三極管基極的直流電壓和通過(guò)VCC的直流電流，分別繪制R1和它們關(guān)系曲線；5）改變R5（負(fù)載）的值，用示波

3、器觀察輸出電壓波形和峰峰值的變化情況，在波形不失真的情況下，繪制R5和峰峰值的關(guān)系曲線。 （二）多頻正弦波合成小信號(hào)放大器的MULTISIM仿真。1）根據(jù)圖一所示高頻小信號(hào)放大器電路，創(chuàng)建仿真電路原理圖。要求輸入為幅度在2mV-1V之間（各不相同）、頻率在1MHz-20MHz之間（各不相同）三個(gè)以上的正弦波合成小信號(hào)；2）根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置好電路圖選項(xiàng)，接入虛擬儀器并設(shè)置合適的參數(shù)。打開仿真開關(guān)，運(yùn)行所設(shè)計(jì)好的電路，給出輸入輸出信號(hào)的波形圖和頻譜圖。根據(jù)初步仿真結(jié)果改變電路元器件的型號(hào)和參數(shù)，使輸出信號(hào)波形無(wú)失真、幅度放大10倍以上；3）用瞬態(tài)分析法觀察電路運(yùn)行之初輸出信號(hào)的變化情況；去掉R5，

4、再次用瞬態(tài)分析法觀察輸出信號(hào)的變化情況，分析仿真結(jié)果。一、單頻正弦波小信號(hào)放大器的MULTISIM仿真。1、實(shí)驗(yàn)原理圖2、由示波器觀測(cè)到的輸入輸出波形：放大倍數(shù)A=1003、由波特圖知F0=9.902MHz，由原理圖計(jì)算理論值F0=9.778MHz4、 改變輸入信號(hào)的幅度，用示波器觀察輸出電壓波形，測(cè)量出輸出波形不失真情況下輸入信號(hào)幅度的變化范圍為1mV到21mV。輸入信號(hào)fs（MHz） 8.6輸入信號(hào)Vi（mv）0.912341416172125輸出信號(hào)Vo（v）891002524004005707808168208255、 改變輸入信號(hào)的頻率，用示波器觀察輸出電壓幅度的變化情況輸入信號(hào)Vi

5、（mv） 7.5輸入信號(hào)fs（MHz）10111213141516203040輸出信號(hào)Vo（v）822814800794786660560500120190通過(guò)改變輸入信號(hào)的頻率觀察到電路諧振頻率保持不變.通頻帶B為22MHz（通頻帶曲線見坐標(biāo)紙），矩形系數(shù)K0.1為3.555、改變R5（負(fù)載）的值，用示波器觀察輸出電壓波形和峰峰值的變化情況R5/k1510152050100500800輸出V/mv201002003004501000200040004000（二）多頻正弦波合成小信號(hào)放大器的MULTISIM仿真測(cè)試及其分析。1. 多頻正弦波合成小信號(hào)放大器的MULTISIM仿真電路圖輸入信號(hào)幅

6、值及頻率分別為20mv，14MHz、22mv，16MHz、25mv，15MHz 2. 多頻正弦波合成小信號(hào)放大器的輸入輸出波形測(cè)試 通過(guò)虛擬示波器觀察輸入輸出信號(hào)基本放大10倍且只有小部分波形失真分析其原因是輸入信號(hào)的頻率參數(shù)分散導(dǎo)致一部分頻率的放大倍數(shù)較小從而導(dǎo)致波形的部分失真。3. 多頻正弦波合成小信號(hào)放大器的頻譜圖通過(guò)頻譜儀的測(cè)試可以看到輸入輸出都是相同的三個(gè)頻率，只是輸出信號(hào)中多了一些較小的雜波。實(shí)驗(yàn)二 振幅調(diào)制與解調(diào)制電路的MATLAB仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、深入理解各種振幅調(diào)制與解調(diào)制電路的工作原理；2、掌握振幅調(diào)制與解調(diào)制電路的MATLAB仿真方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟：1、編寫ma

7、tlab程序?qū)崿F(xiàn)AM振幅調(diào)制與解調(diào)制的設(shè)計(jì)與仿真；1）設(shè)計(jì)AM振幅調(diào)制與解調(diào)制仿真電路，要求調(diào)制信號(hào)的幅度A和頻率F可變；載波信號(hào)的幅度A和頻率F可變，調(diào)制度ma可變； 2）繪制調(diào)制信號(hào)u11、載波信號(hào)uc1和已調(diào)波信號(hào)uam1的時(shí)域波形圖和頻譜圖（要求譜線清晰）；3）要求調(diào)制信號(hào)為三個(gè)以上正弦波信號(hào)的合成，幅度和頻率均可變，繪制調(diào)制信號(hào)u12、載波信號(hào)uc1和已調(diào)波信號(hào)uam2的時(shí)域波形圖和頻譜圖（要求譜線清晰）；4）用同步檢波對(duì)已調(diào)波信號(hào)uam1進(jìn)行解調(diào)制，在同一幅圖中繪制原調(diào)制信號(hào)u11和解調(diào)后的信號(hào)y11，并繪制這兩個(gè)信號(hào)的頻譜圖；5）用同步檢波對(duì)已調(diào)波信號(hào)uam2進(jìn)行解調(diào)制，在同一幅

8、圖中繪制原調(diào)制信號(hào)u12和解調(diào)后的信號(hào)y12，并繪制這兩個(gè)信號(hào)的頻譜圖。三、設(shè)計(jì)思想AM波的設(shè)計(jì)思想：1） 首先給出調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)，利用AM調(diào)幅公式y(tǒng)=uc*(1+ma*coswt)*coswct,得到調(diào)制信號(hào)y,再將y與載波信號(hào)相乘后通過(guò)低通濾波器得出檢波。 程序中具體參數(shù)設(shè)置：Matlab程序：function y=Am(Ac,Fc,ma,Aw,Fw)T=0:1/(10*Fc):3/Fw;ul1=Aw*cos(2*pi*Fw*T);uc1=Ac*cos(2*pi*Fc*T);uam1=Ac*(1+ma*cos(2*pi*Fw*T).*cos(2*pi*Fc*T);subplot(3,1

9、,1)plot(T,ul1,'r');gridylabel('ull');xlabel('t');subplot(3,1,2)plot(T,uc1,'r');gridylabel('ucl');xlabel('t');subplot(3,1,3)plot(T,uam1,'r');gridylabel('uam');xlabel('t'); %畫調(diào)制信號(hào)，載波信號(hào)，已調(diào)波信號(hào)頻譜圖X=fftshift(fft(ul1);%做快速dft變換并移位Y=fft

10、shift(fft(uc1);Z=fftshift(fft(uam1);figure;%保持時(shí)域波形圖不變F=linspace(-Fc/2,Fc/2,length(T);%取變換范圍和點(diǎn)數(shù)m=fix(length(T)*3/8);n=fix(length(T)*5/8);%取頻譜圖畫圖范圍subplot(3,1,1);plot(F(m:n),abs(X(m:n);grid onsubplot(3,1,2);plot(F(m:n),abs(Y(m:n);grid onsubplot(3,1,3);plot(F(m:n),abs(Z(m:n);grid on輸入命令y=Am(10,1000,0.3

11、,4,50)時(shí)域波形圖： 頻譜圖：調(diào)制信號(hào)與解調(diào)后波形圖：調(diào)制信號(hào)與解調(diào)波頻譜：3）調(diào)制信號(hào)為三個(gè)以上正弦波信號(hào)的合成，幅度和頻率均可變，繪制調(diào)制信號(hào)u12、載波信號(hào)uc1和已調(diào)波信號(hào)uam2的時(shí)域波形圖和頻譜圖（要求譜線清晰）；Matlab程序：function y=Am2（Ac,Fc,ka,A1,F1,A2,F2,A3,F3)F=min(F1,F2);f=max(F1,max(F2,F3);%求頻率最大值T=0:1/(10*Fc):6/min(F,F3);%抽樣ul2=A1*cos(2*pi*F1*T)+A2*cos(2*pi*F2*T)+A3*cos(2*pi*F3*T);%生成調(diào)制信號(hào)

12、uc2=Ac*cos(2*pi*Fc*T);%載波信號(hào)u=(ka*A1/Ac)*cos(2*pi*F1*T)+(ka*A2/Ac)*cos(2*pi*F2*T)+(ka*A3/Ac)*cos(2*pi*F3*T);uam2=Ac*(1+u).*cos(2*pi*Fc*T);%AM已調(diào)波信號(hào)subplot(3,1,1)plot(T,ul2,'r');grid;ylabel('ul2');xlabel('t');subplot(3,1,2)plot(T,uc2,'r');grid;ylabel('uc2');xlabe

13、l('t');subplot(3,1,3)plot(T,uam2,'r');grid;ylabel('uam2');xlabel('t');%畫調(diào)制信號(hào)，載波信號(hào)，已調(diào)波信號(hào)頻譜圖X=fftshift(fft(ul2);%做快速dft變換并移位Y=fftshift(fft(uc2);Z=fftshift(fft(uam2);figure;%保持時(shí)域波形圖不變F=linspace(-Fc/2,Fc/2,length(T);%取變換范圍和點(diǎn)數(shù)m=fix(length(T)*3/8);n=fix(length(T)*5/8);%取頻譜圖

14、畫圖范圍subplot(3,1,1);plot(F(m:n),abs(X(m:n);grid onsubplot(3,1,2);plot(F(m:n),abs(Y(m:n);grid onsubplot(3,1,3);plot(F(m:n),abs(Z(m:n);grid on輸入命令y=Am2(10,20000000,1,3,1400000,3.4,2000000,2,1000000)時(shí)域波形圖：頻譜圖：4）用同步檢波對(duì)已調(diào)波信號(hào)uam1進(jìn)行解調(diào)制，在同一幅圖中繪制原調(diào)制信號(hào)u11和解調(diào)后的信號(hào)y11，并繪制這兩個(gè)信號(hào)的頻譜圖；%生成檢波信號(hào)figure;s=uam2.*uc2;%同步檢波生

15、成信號(hào)Rp=3;%通帶最大波紋Rs=60;%阻帶最小衰減Wp=f/Fc;%通帶截止頻率（數(shù)字濾波器時(shí)為頻率與抽樣頻率的比值）Ws=f/Fc+f/Fc*3;%阻帶截止頻率（數(shù)字濾波器時(shí)為頻率與抽樣頻率的比值）n,Wn=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs);%確定橢圓濾波器最小階數(shù)和截止頻率b,a=ellip(n,Rp,Rs,Wn);%確定傳遞函數(shù)分子分母b，aX1=5*filter(b,a,s);%濾除高頻信號(hào)subplot(2,1,2);plot(T,ul2);grid onsubplot(2,1,1);plot(T,X1);grid on5）用同步檢波對(duì)已調(diào)波信號(hào)uam2進(jìn)行解調(diào)制，在

16、同一幅圖中繪制原調(diào)制信號(hào)u12和解調(diào)后的信號(hào)y12，并繪制這兩個(gè)信號(hào)的頻譜圖。%畫調(diào)制信號(hào)和檢波信號(hào)頻譜圖Y2=fftshift(fft(X1);figure;%保持波形圖不變m1=fix(length(T)*4/9);n1=fix(length(T)*5/9);%取頻譜圖畫圖范圍subplot(2,1,1);plot(F(m1:n1),abs(X(m1:n1);grid onsubplot(2,1,2);plot(F(m1:n1),abs(Y2(m1:n1);grid onDSB波的設(shè)計(jì)：2、編寫matlab程序?qū)崿F(xiàn)DSB振幅調(diào)制與解調(diào)制的設(shè)計(jì)與仿真；1）設(shè)計(jì)DSB振幅調(diào)制與解調(diào)制仿真電路，

17、要求調(diào)制信號(hào)的幅度A和頻率F可變；載波信號(hào)的幅度A和頻率F可變； 2）繪制調(diào)制信號(hào)u21、載波信號(hào)uc2和已調(diào)波信號(hào)udsb1的時(shí)域波形圖和頻譜圖（要求譜線清晰）；Matlab程序：function y=DSB1(Ac,Fc,ka,A1,F1)T=0:1/(10*Fc):6/F1;%抽樣ul1=A1*cos(2*pi*F1*T);%生成調(diào)制信號(hào)uc1=Ac*cos(2*pi*Fc*T);%載波信號(hào)uam1=ka*Ac*ul1.*cos(2*pi*Fc*T);%DSB已調(diào)波信號(hào)subplot(3,1,1)plot(T,ul1,'r');grid;ylabel('ul1&#

18、39;);xlabel('t');subplot(3,1,2)plot(T,uc1,'r');grid;ylabel('uc1');xlabel('t');subplot(3,1,3)plot(T,uam1,'r');grid;ylabel('uam1');xlabel('t');%畫調(diào)制信號(hào)，載波信號(hào)，已調(diào)波信號(hào)頻譜圖X=fftshift(fft(ul1);%做快速dft變換并移位Y=fftshift(fft(uc1);Z=fftshift(fft(uam1);figure;%保持

19、時(shí)域波形圖不變F=linspace(-Fc/2,Fc/2,length(T);%取變換范圍和點(diǎn)數(shù)m=fix(length(T)*3/8);n=fix(length(T)*5/8);%取頻譜圖畫圖范圍subplot(3,1,1);plot(F(m:n),abs(X(m:n);grid onsubplot(3,1,2);plot(F(m:n),abs(Y(m:n);grid onsubplot(3,1,3);plot(F(m:n),abs(Z(m:n);grid on命令窗口：>> y=DSB1(10,1000,0.5,4,100)時(shí)域波形圖：頻譜圖：4）用同步檢波對(duì)已調(diào)波信號(hào)uam1

20、進(jìn)行解調(diào)制，在同一幅圖中繪制原調(diào)制信號(hào)u11和解調(diào)后的信號(hào)y11，并繪制這兩個(gè)信號(hào)的頻譜圖；%生成檢波信號(hào)figure;s=uam1.*uc1;%同步檢波生成信號(hào)Rp=3;%通帶最大波紋Rs=60;%阻帶最小衰減Wp=F1/Fc;%通帶截止頻率（數(shù)字濾波器時(shí)為頻率與抽樣頻率的比值）Ws=F1/Fc+F1/Fc*3;%阻帶截止頻率（數(shù)字濾波器時(shí)為頻率與抽樣頻率的比值）n,Wn=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs);%確定橢圓濾波器最小階數(shù)和截止頻率b,a=ellip(n,Rp,Rs,Wn);%確定傳遞函數(shù)分子分母b，aX1=5*filter(b,a,s);%濾除高頻信號(hào)subplot(2,

21、1,2);plot(T,ul1);grid onsubplot(2,1,1);plot(T,X1);grid on%調(diào)制信號(hào)和解調(diào)信號(hào)頻譜圖Y2=fftshift(fft(X1);figure;%保持波形圖不變m1=fix(length(T)*4/9);n1=fix(length(T)*5/9);%取頻譜圖畫圖范圍subplot(2,1,1);plot(F(m1:n1),abs(X(m1:n1);grid onsubplot(2,1,2);plot(F(m1:n1),abs(Y2(m1:n1);grid on3）調(diào)制信號(hào)為三個(gè)以上正弦波信號(hào)的合成，幅度和頻率均可變，繪制調(diào)制信號(hào)u22、載波信號(hào)

22、uc2和已調(diào)波信號(hào)udsb2的時(shí)域波形圖和頻譜圖（要求譜線清晰）；觀察相位突變點(diǎn)處的波形；只需將調(diào)制信號(hào)為一個(gè)時(shí)的程序前換位下列程序即可實(shí)現(xiàn)，function y=DSB2(Ac,Fc,ka,A1,F1,A2,F2,A3,F3)F=min(F1,F2);f=max(F1,max(F2,F3);%求頻率最大值T=0:1/(10*Fc):6/min(F,F3);%抽樣ul2=A1*cos(2*pi*F1*T)+A2*cos(2*pi*F2*T)+A3*cos(2*pi*F3*T);%調(diào)制uc2=Ac*cos(2*pi*Fc*T);%載波信號(hào)uam2=ka*Ac*ul2.*cos(2*pi*Fc*T

23、);%DSB已調(diào)波信號(hào)時(shí)域波形圖：給出調(diào)制信號(hào)u21=a1*cos(2*pi*f1*t) 和載波信號(hào)uc2=a2*cos(2*pi*f2*t)，用公式y(tǒng)=k*u21*uc2,得出了已調(diào)制信號(hào)，與AM波類似，已調(diào)制波乘以載波信號(hào)，再通過(guò)低通濾波器，出來(lái)的是檢波信號(hào)。二、振幅調(diào)制與解調(diào)制仿真電路的輸入輸出波形對(duì)比圖和頻譜圖AM波：?jiǎn)蝹€(gè)調(diào)制信號(hào)的調(diào)制波形4）用同步檢波對(duì)已調(diào)波信號(hào)udsb1進(jìn)行解調(diào)制，在同一幅圖中繪制原調(diào)制信號(hào)u21和解調(diào)后的信號(hào)y21，并繪制這兩個(gè)信號(hào)的頻譜圖；5）用同步檢波對(duì)已調(diào)波信號(hào)udsb2進(jìn)行解調(diào)制，在同一幅圖中繪制原調(diào)制信號(hào)u22和解調(diào)后的信號(hào)y22，并繪制這兩個(gè)信號(hào)的頻

24、譜圖。6、 根據(jù)仿真結(jié)果，和理論知識(shí)進(jìn)行對(duì)比分析，得出以下結(jié)論：.由AM,DSB時(shí)域波形可以看到與理論的AM,DSB波形相同；AM波形的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)的幅度成正比，DSB信號(hào)波形包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)的幅度的絕對(duì)值成正比，其相位可表示調(diào)制信號(hào)的極性。 由AM,DSB頻域波形可以看到與理論的AM,DSB頻域波形相同；AM含有載波頻率和上下邊頻，DSB波只含有上下邊頻。.經(jīng)過(guò)相乘和濾波后的解調(diào)波形與調(diào)制信號(hào)波形相同，且頻譜成份相同。實(shí)驗(yàn)三 振幅調(diào)制與解調(diào)制電路的SIMULINK仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、深入理解各種振幅調(diào)制與解調(diào)制電路的工作原理；2、掌握振幅調(diào)制與解調(diào)制電路的SIMULINK仿真方法。二、實(shí)驗(yàn)

25、原理：幅度調(diào)制是由調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的幅度，使正弦載波的幅度隨著調(diào)制信號(hào)而改變的調(diào)制方案，屬于線性調(diào)制。AM信號(hào)的時(shí)域表示式：頻譜：調(diào)制器模型如圖所示： AM調(diào)制器模型AM的時(shí)域波形和頻譜如圖所示：時(shí)域 頻域 AM調(diào)制時(shí)、頻域波形AM信號(hào)的頻譜由載頻分量、上邊帶、下邊帶三部分組成。它的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的2倍。在波形上，調(diào)幅信號(hào)的幅度隨基帶信號(hào)的規(guī)律而呈正比地變化，在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全是基帶信號(hào)頻譜在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單搬移。在解調(diào)時(shí)，根據(jù)AM調(diào)制的特性，既可以采用相干解調(diào)，也可以采用包絡(luò)檢波。在AM信號(hào)中，載波分量并不攜帶信息，信息完全由邊帶傳送。AM調(diào)制模型中將直流分量去掉，即可得到一種

26、高調(diào)制效率的調(diào)制方式抑制載波雙邊帶信號(hào)，即雙邊帶信號(hào)（DSB）。DSB信號(hào)的時(shí)域表示式頻譜：DSB的時(shí)域波形和頻譜如圖所示：時(shí)域 頻域 DSB調(diào)制時(shí)、頻域波形DSB的相干解調(diào)模型如圖所示： DSB調(diào)制器模型:與AM信號(hào)相比，因?yàn)椴淮嬖谳d波分量，DSB信號(hào)的調(diào)制效率時(shí)100%，DSB信號(hào)解調(diào)時(shí)需采用相干解調(diào)。三、設(shè)計(jì)思想AM設(shè)計(jì)思想：搭建SIMULINK仿真圖，如圖所示調(diào)制信號(hào)的幅度為0.3V、頻率為1kHz，載波信號(hào)的幅度為1V、頻率為1MHz，調(diào)制度為0.3，低通濾波器passband edge frequency的值為2*pi*1500 。示波器Scope顯示的是調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)、已調(diào)制信號(hào)的波形，示波器sco