高頻課程設(shè)計報告

1、一設(shè)計課題名稱單邊帶調(diào)制解調(diào)電路的設(shè)計二課程設(shè)計目的、要求與技術(shù)指標(biāo)2.1課程設(shè)計目的（1） 鞏固所學(xué)的相關(guān)理論知識；（2） 掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計方法；（3） 會運用multisim工具對所作出的理論設(shè)計進(jìn)行模擬仿真測試,進(jìn)一步完善理論設(shè)計；（4） 通過查閱手冊和文獻(xiàn)資料,熟悉常用電子器件的類型和特性,并掌握合理選用元器件的原則；（5） 掌握模擬電路的安裝測量與調(diào)試的基本技能,熟悉電子儀器的正確使用方法,能力分析實驗中出現(xiàn)的正常或不正?，F(xiàn)象(或數(shù)據(jù))獨立解決調(diào)試中所發(fā)生的問題；2.2課程設(shè)計要求（1） 根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求及實驗室條件設(shè)計出電路圖，分析工作原理，計算元件參數(shù)；（2） 安裝調(diào)試所設(shè)

2、計的電路，達(dá)到設(shè)計要求；（3） 記錄實驗結(jié)果。2.3技術(shù)指標(biāo)（1） 輸入?yún)⒖夹盘栴l率：5KHz；（2） 輸入?yún)⒖夹盘栯妷海?0mV左右，調(diào)幅系數(shù)0.5；（3） 載波頻率：100KHz；（4） 載波電壓：60mV。三系統(tǒng)知識介紹單邊帶調(diào)制技術(shù)是模擬調(diào)制中的重要技術(shù)，相對于幅度調(diào)制（AM）、雙邊帶調(diào)制（DSB）、殘留邊帶調(diào)制（VSB）而言，傳輸帶寬僅為調(diào)制信號帶寬，有效節(jié)約了帶寬資源，且節(jié)約載波發(fā)射功率。本課程設(shè)計主要介紹單邊帶調(diào)制解調(diào)電路的設(shè)計。學(xué)習(xí)和掌握電路設(shè)計的方法和仿真軟件，并綜合運用所學(xué)知識完成常規(guī)調(diào)幅的設(shè)計。本設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)是采用乘法器來實現(xiàn)DSB的調(diào)制，然后經(jīng)過帶通濾波器濾除一個邊帶

3、，得到單邊帶調(diào)幅波，解調(diào)時采用同步檢波法實現(xiàn)。輸入?yún)⒖夹盘栴l率5KHz,電壓60mV左右，調(diào)幅系數(shù)0.5，載波頻率為100KHz，載波電壓為60mV。四電路方案與系統(tǒng)、參數(shù)設(shè)計4.1. 單邊帶調(diào)制解調(diào)電路的總體方案4.1.1單邊帶調(diào)制方案所謂調(diào)制，就是在傳送信號的一方將所要傳送的信號附加在高頻振蕩上，再由天線發(fā)射出去。這里高頻振蕩波就是攜帶信號的運載工具，也叫載波。振幅調(diào)制，就是由調(diào)制信號去控制高頻載波的振幅，直至隨調(diào)制信號做線性變化。在線性調(diào)制系列中，最先應(yīng)用的一種幅度調(diào)制是全調(diào)幅或常規(guī)調(diào)幅，簡稱為調(diào)幅（AM）。為了提高傳輸?shù)男?，還有載波受到抑制的雙邊帶調(diào)幅波（DSB）和單邊帶調(diào)幅波（SS

4、B）。在頻域中已調(diào)波頻譜是基帶調(diào)制信號頻譜的線性位移；在時域中，已調(diào)波包絡(luò)與調(diào)制信號波形呈線性關(guān)系。由于DSB信號的上、下兩個邊帶是完全對稱的，皆攜帶了調(diào)制信號的全部信息，因此，從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜紤]，僅傳輸其中一個邊帶就夠了。這就又演變出另一種新的調(diào)制方式單邊帶調(diào)制（SSB）。調(diào)制的方框圖如下：圖一 調(diào)制的方框圖4.1.2單邊帶解調(diào)方案解調(diào)是從攜帶消息的已調(diào)信號中恢復(fù)消息的過程。在各種信息傳輸或處理系統(tǒng)中，發(fā)送端用所欲傳送的消息對載波進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生攜帶這一消息的信號。接收端必須恢復(fù)所傳送的消息才能加以利用，這就是解調(diào)。在本課程設(shè)計中我們采用同步檢波的方式，由乘法器和低通濾波器組成。實現(xiàn)同步檢

5、波的關(guān)鍵是要產(chǎn)生一個與載波信號同頻同相的同步信號。解調(diào)的方框圖如下：圖二 解調(diào)的方框圖4.2工作原理4.2.1 DSB信號的表達(dá)式、帶寬在幅度調(diào)制的一般模型中，若假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)（1），調(diào)制信號中無直流分量，則輸出的已調(diào)信號就是無載波分量的，或稱抑制載波雙邊帶（DSB-SC）調(diào)制信號，簡稱雙邊帶（DSB）信號。DSB調(diào)制器模型如圖三所示?？梢奃SB信號實質(zhì)上就是基帶信號與載波直接相乘，其時域和頻域表示式分別為，圖三DSB調(diào)制器模型DSB信號的包絡(luò)不再與成正比，故不能進(jìn)行包絡(luò)檢波，需采用相干解調(diào)；除不再含有載頻分量離散譜外，DSB信號的頻譜與AM信號的完全相同，仍由上下對稱的兩個邊帶組成。故

6、DSB信號是不帶載波的雙邊帶信號，它的帶寬與AM信號相同，也為基帶信號帶寬的兩倍， 即式中，為調(diào)制信號帶寬，為調(diào)制信號的最高頻率。4.2.2 SSB信號的產(chǎn)生及設(shè)計由于DSB信號的上、下兩個邊帶是完全對稱的，皆攜帶了調(diào)制信號的全部信息，因此，從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜紤]，僅傳輸其中一個邊帶就夠了。這就又演變出另一種新的調(diào)制方式單邊帶調(diào)制（SSB）。產(chǎn)生SSB信號的方法很多，其中最基本的方法有濾波法和相移法。本課設(shè)我采用的是濾波法。用濾波法實現(xiàn)單邊帶調(diào)制的原理圖如圖四所示，圖中的為單邊帶濾波器。產(chǎn)生SSB信號最直觀方法的是，將設(shè)計成具有理想高通特性或理想低通特性的單邊帶濾波器，從而只讓所需的一個邊帶通

7、過，而濾除另一個邊帶。產(chǎn)生上邊帶信號時即為，產(chǎn)生下邊帶信號時即為。圖四 SSB信號的濾波法產(chǎn)生顯然，SSB信號的頻譜可表示為原理框圖簡潔、直觀，但存在的一個重要問題是單邊帶濾波器不易制作。這是因為，理想特性的濾波器是不可能做到的，實際濾波器從通帶到阻帶總有一個過渡帶。濾波器的實現(xiàn)難度與過渡帶相對于載頻的歸一化值有關(guān)，過渡帶的歸一化值愈小，分割上、下邊帶就愈難實現(xiàn)。而一般調(diào)制信號都具有豐富的低頻成分，經(jīng)過調(diào)制后得到的DSB信號的上、下邊帶之間的間隔很窄，要想通過一個邊帶而濾除另一個，要求單邊帶濾波器在附近具有陡峭的截止特性即很小的過渡帶，這就使得濾波器的設(shè)計與制作很困難，有時甚至難以實現(xiàn)。為此，

8、實際中往往采用多級調(diào)制的辦法，目的在于降低每一級的過渡帶歸一化值，減小實現(xiàn)難度。從SSB信號調(diào)制原理圖中可以清楚地看出，SSB信號的頻譜是DSB信號頻譜的一個邊帶，其帶寬為DSB信號的一半，與基帶信號帶寬相同，即式中，為調(diào)制信號帶寬，為調(diào)制信號的最高頻率。由于僅包含一個邊帶，因此SSB信號的功率為DSB信號的一半，即顯然，因SSB信號不含有載波成分，單邊帶幅度調(diào)制的效率也為100%。4.3 SSB信號的解調(diào) 從SSB信號調(diào)制原理圖中不難看出，SSB信號的包絡(luò)不再與調(diào)制信號成正比，因此SSB信號的解調(diào)也不能采用簡單的包絡(luò)檢波，如圖五所示圖五 SSB相干解調(diào)此時，乘法器輸出 經(jīng)低通濾波后的解調(diào)輸出

9、為綜上所述，單邊帶幅度調(diào)制的好處是，節(jié)省了載波發(fā)射功率，調(diào)制效率高；頻帶寬度只有雙邊帶的一半，頻帶利用率提高一倍。缺點是單邊帶濾波器實現(xiàn)難度大。4.4元器件與參數(shù)設(shè)計4.4.1輸入信號參數(shù)：輸入信號頻率5KHz，幅度為60mV的正弦波。載波頻率為100KHz，幅度為120mv的正弦波。4.4.2調(diào)制器參數(shù)：因為中頻比外來信號頻率低且固定不變，中頻放大器容易獲得比較大的增益，從而提高收音機的靈敏度。在較低而又固定的中頻上，還可以用較復(fù)雜的回路系統(tǒng)或濾波器進(jìn)行選頻。它們具有接近理想矩形的選擇性曲線，因此有較高的鄰道選擇性。如果器件僅實現(xiàn)變頻，振蕩信號由其它器件產(chǎn)生則稱之為混頻器。二極管環(huán)形混頻器產(chǎn)

10、品已形成完整的系列，它用保證二極管開關(guān)工作所需本振功率電平的高低進(jìn)行分類，其中常用的是 Level 7，Level 17，Level 23三種系列，它們所需的本振功率分別為7dBm(5mW)，17dBm(50mW)和23dBm(200mW)，顯然，本振功率電平越高，相應(yīng)的1dB壓縮電平也就越高，混頻器的動態(tài)范圍也就越大。對應(yīng)于上述三種系列，1dB壓縮電平所對應(yīng)的最大輸入信號功率分別為1dBm(1.25mW)、10dBm(10mW)、15dBm(32mW) 。二極管環(huán)形混頻器具有工作頻帶寬（從幾十千赫到幾千兆赫）、噪聲系數(shù)低（約6dB）、混頻失真小、動態(tài)范圍大等優(yōu)點。二極管環(huán)形混頻器的主要缺點是

11、沒有混頻增益，端口之間的隔離度較低，其中L端口到R端口的隔離度一般小于40dB，且隨著工作頻率的提高而下降。實驗表明，工作頻率提高一倍，隔離度下降5dB。4.4.3選擇參數(shù)：設(shè)計計算： 4.4.4低通濾波器參數(shù)由公式可得；R=R=10 C=C=10uF4.5 調(diào)制過程設(shè)計圖六 雙平衡調(diào)制器的原理圖將載波和調(diào)制信號作為輸入，得到的輸出信號為已調(diào)波，這種電路稱為調(diào)制器。平衡調(diào)制器產(chǎn)生抑制載波的雙邊帶（DSB）信號或單邊帶（SSB）信號，在通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。圖六是雙平衡調(diào)制器的原理圖，它由4個二極管和變壓器構(gòu)成。輸入信號為調(diào)制信號和載波信號。這樣載波信號的正負(fù)控制著二極管的導(dǎo)通和截止。當(dāng)載波

12、信號為正半周時，二極管D1和D2導(dǎo)通，反之截止，當(dāng)載波信號為負(fù)半周時，二極管D3和 D4導(dǎo)通，反之則截止。帶通濾波器設(shè)計 帶通濾波器是一個允許特定頻段的波通過同時屏蔽其他頻段的設(shè)備，比如RC振蕩回路就是一個模擬帶通濾波器。一個理想的帶通濾波器應(yīng)該有平穩(wěn)的通帶(允許通過的頻帶)，同時限制所有通帶外頻率的波通過。但是實際上，沒有真正意義的理想帶通濾波器。真實的濾波器無法完全過濾掉所設(shè)計的通帶之外的頻率信號，在理想通帶邊界有一部分頻率衰減的區(qū)域，不能完全過濾，這一曲線被稱做滾降斜率(rollof)。滾降斜率通常用dB度量來表示頻率的衰減程度。一般情況下，濾波器的設(shè)計就是把這一衰減區(qū)域做的盡可能的窄，

13、以便該濾波器能最大限度接近完美通帶的設(shè)計。帶通濾波器的電路形式有很多，這里我采用的是無限增益多反饋環(huán)型濾波器。圖七 帶通濾波器4.6 解調(diào)過程解調(diào)是調(diào)制的逆過程，把有用的信號從高頻載波上解調(diào)出來。在解調(diào)過程中，我采用的是同步檢波法，關(guān)鍵在于產(chǎn)生一個與原載波同頻同相的同步信號 。解調(diào)過程電路圖如下：圖八 解調(diào)過程電路圖低通濾波器是一個通過低頻信號而衰減或抑制高頻載波的部件。低通濾波器如下：圖九 低通濾波器4.7仿真結(jié)果輸入信號如圖圖十 輸入信號載波如圖圖十一 載波輸出雙邊帶信號如圖圖十二 輸出雙邊帶信號雙邊帶頻譜如圖圖十三 雙邊帶頻譜經(jīng)過帶通濾波器輸出頻譜圖十四 經(jīng)過帶通濾波器輸出頻譜經(jīng)過同步檢

14、波后輸出圖形圖十五 經(jīng)過同步檢波后輸出圖形圖十六 總電路圖將調(diào)制信號及載波信號耦合到二極管雙平衡回路中，由于所選二極管導(dǎo)通電壓的影響，導(dǎo)致輸出的雙邊帶波有失真，這也是本課設(shè)需要改進(jìn)的地方。經(jīng)過帶通濾波器進(jìn)行濾除其中一邊帶，提高發(fā)射效率，從而能減小發(fā)射所需的功率。這也是單邊帶優(yōu)于雙邊帶的一個特點。它避免的相移法的設(shè)備復(fù)雜及成本消耗增加。用相乘法進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)輸出波形經(jīng)過低通濾波器，可得到調(diào)制信號。解調(diào)時的關(guān)鍵是要產(chǎn)生一個與載波同頻同相的一個正弦波。這樣才能得到較好的輸出波形。五設(shè)計電路(a)原理電路(b)等效電路六實驗分析與討論課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題，

15、鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。通過這次設(shè)計讓我們真正理解了生活中日常見到的電子的裝置的基本工作原理，認(rèn)識到理論與實踐之間的差距，聯(lián)系實際的應(yīng)用去理解知識比一大堆理論來的直接與清晰明了。在設(shè)計中難免會遇到很多學(xué)習(xí)中不會注意到的問題，比如說在調(diào)制中在取某些值后輸出是失真的波形，在設(shè)計開始并沒有想過會存在那樣多的問題，當(dāng)著手時才發(fā)現(xiàn)要完成一個信號的調(diào)制與解調(diào)，在元器件、電路和取值都要有一部分的要求，科學(xué)是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，這更讓我們一絲不茍起來。此次課程設(shè)計主要針對幅度調(diào)制解調(diào)電路提出自己的設(shè)計方案，并利用仿真軟件來實現(xiàn)自己的設(shè)計電路圖。設(shè)計中用到了信號發(fā)生器、雙平衡調(diào)制器

16、、帶通濾波器、同步檢波器及低通濾波器等在高頻電子線路課程中學(xué)到的知識。由于對所學(xué)電路不熟悉，導(dǎo)致在設(shè)計的過程中無法畫出正確的電路圖，算不出電路中元器件的參數(shù)，使得在設(shè)計過程中繞了許多彎路，做了許多的無用功。設(shè)計過程中查閱了大量的有關(guān)高頻電子線路設(shè)計的書籍，鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合的必要性，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在此次課設(shè)中，我學(xué)習(xí)了MultiSim仿真軟件的運用，我們通過動手實踐操作，進(jìn)一

17、步學(xué)習(xí)和掌握了有關(guān)高頻原理的知識，加深了對幅度調(diào)制技術(shù)的認(rèn)識。在設(shè)計時我們根據(jù)課題要求，復(fù)習(xí)了相關(guān)知識，還查閱了相當(dāng)多的資料，這也在一定程度上拓寬了我們的視野，豐富了我們的知識。這次的高頻課程設(shè)計重點是通過實踐操作和理論相結(jié)合，提高動手實踐能力，提高科學(xué)的思維能力，更在兩周的時間了解了更多的有關(guān)調(diào)幅的課程精髓。在此次課設(shè)中我還深刻的體會到了小組之間的合作精神的重要性，在設(shè)計過程和后期處理過程中都存在著繁重的工作壓力，數(shù)據(jù)的處理，仿真軟件的模擬等等，在此過程中如果沒有小組之間的團(tuán)隊精神，個人很難或者說基本上根本就不能完成此次課設(shè)，因此在工作和學(xué)習(xí)過程中我們應(yīng)該懂得團(tuán)結(jié)互助的原則。在實驗室有限的條

18、件和自己有限的知識里，非常感謝指導(dǎo)老師誨人不倦的精神，在接觸課程設(shè)計之前，因為這門課程的難度很大。我對高頻是敬而遠(yuǎn)之的心態(tài)，所有基礎(chǔ)知識以及邏輯推理思維方面都是相當(dāng)欠缺，在此我十分的感謝此次課設(shè)的所有的輔導(dǎo)老師，正是通過他們的認(rèn)真?zhèn)魇诤图?xì)心講解我們才能如此順利的完成此次課程設(shè)計。最后，特別感謝劉老師給我們這次課程設(shè)計的機會，感謝所有輔導(dǎo)老師的耐心指導(dǎo)和同學(xué)們熱心的幫助。在設(shè)計中也得到很多見識，獲得或理解知識時的欣喜與在一個問題上的糾結(jié)都是很寶貴的，在這種情緒的反復(fù)中，認(rèn)識到學(xué)習(xí)就是這樣一個過程。不管過程怎樣，以小見大的反射出以后學(xué)習(xí)的態(tài)度。團(tuán)隊交流可以加深學(xué)習(xí)，找出問題，相互彌補不足，在資料的采集方面提高了不少效率，也提高的每個個體的興奮度，真切體會團(tuán)隊學(xué)習(xí)給我們帶來的快樂，學(xué)習(xí)是快樂的。七設(shè)計總結(jié)（1）課程設(shè)計是培養(yǎng)我們運用所學(xué)知識發(fā)現(xiàn)、分析、提出和解決問題。通過這次課程設(shè)計讓我們真正了解了生活中常見到的電子裝備的基本原理，認(rèn)識理論與實踐的差別。本課程設(shè)計主要介紹單邊帶調(diào)制解調(diào)電路的設(shè)計。學(xué)習(xí)和掌握電路設(shè)計的方法和仿真軟