射频通信电路课程设计报告

1、射频电路课程设计报告电子信息工程11-02田亚婷4 引言混频器在通信工程和无线电技术中，应用非常广泛，在调制系统中，输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号。在解调过程中，接收的已调高频信号也要经过频率的转换，变成对应的中频信号。特别是在超外差式接收机中，混频器应用较为广泛，如AM 广播接收机将已调幅信号535KHZ-一1605KHZ要变成为465KHZ中频信号，电视接收机将已调485M一870M 的图象信号要变成38MHZ的中频图象信号。常用的振幅检波电路有包络检波和同步检波两类。输出电压直接反映调幅包络变化规律的检波电路,称为包络检波电路,它适用于普通调幅波的检波。通常根据信号大小

2、的不同,将检波器分为小信号平方律检波和大信号峰值包络检波两信号检波。 3 目前, 在 应 用较 广 泛 的 电 路 仿 真 软 件 中, Pspice是应用较多的一种。Psp ice 能够把仿真与电路原理图的设计紧密得结合在一起。广泛应用于各种电路分析,可以满足电路动态仿真的要求。其元件模型的特性与实际元件的特性十分相似 ,因而它的仿真波形与实验电路的测试结果相近,对电路设计有重要的指导意义。由此可见，混频电路是应用电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。目录引言2一概述3二. 方案分析4三单元电路的工作原理61LC正弦波振荡器62模拟乘法器电路83谐振电路94包络检波12四电路性能指标的测试

3、14五课程设计体会15参考文献17一 概述1.1 混频器和振荡器的定义混频器是频谱线性搬移电路，能够将输入的两路信号进行混频。具体原理框图如图1所示。振荡器输出一频率为=10MHz、幅值0.2V1V的正弦波信号，此信号作为混频器的第一路输入信号；高频信号源输出一正弦波信号，=10MHz、幅值=200mV，此信号作为混频器的第二路信号，将这两路信号作为模拟乘法器的输入进行混频。选频放大电路则对混频后的信号进行选频、放大，最终输出2MHz的正弦波信号。正弦波振荡器模拟乘法器选频、放大电路高频信号源图1 混频器原理框图1.2调幅波的解调调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程，通常称为检波。调

4、幅波解调方法有二极管包络检波器、同步检波器。不论哪种振幅调制信号，都可采用相乘器和低通滤波器组成的同步检波电路进行解调。但是，对于普通调幅信号来说，它的载波分量被抑制掉，可以直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需的解调电压，而不必另加同步信号，通常将这种振幅检波器称为包络检波器。目前应用最广的是二极管包络检波器，而在集成电路中，主要采用三极管射极包络检波器。同步检波，又称相干检波，主要用来解调双边带和单边带调制信号，它有两种实现电路。一种由相乘器和低通滤波器组成，另一种直接采用二极管包络检波。调幅波信号是二极管检波电路的输入，由于二极管只允许单向导电，所以，如果使用的 是硅管，则只有电压高于

5、0.7V的部分可以通过二极管。同时，由于二极管的输出端连接了一个电容，这个电容与电阻配合对二极管输出中的高频信号对地短路，使得输出信号基本上就是AM信号包络线。电容和电阻构成的这种电路功能叫做滤波。二. 方案分析对于混频电路的分析，重点应掌握，一是混频电路的基本组成模型及主要技术特点，二是混频电路的基本原理及混频跨导的计算方法，三是应用电路分析。混频电路的基本组成模型及主要技术特点：混频，工程上也称变频，是将信号的频率由一个数值变成另一个数值的过程，实质上也是频谱线性搬移过程，完成这种功能的电路就称为混频电路或变频电路。混频电路的组成模型及频谱分析图a是混频电路的组成模型，可以看出是由三部分基

6、本单元电路组成。分别是相乘电路、本级振荡电路和带通滤波器(也称选频网络)。当为接收机混频电路时，其中Us(t)是已调高频信号。Ul(t)是等幅的余弦型信号，而输出则是Ui(t)为中频信号。混频电路的基本原理：图2中，Us(t)为输入信号，Uc(t)为本振信号。Ui(t)输出信号。分析：当， 则= = 其中：对上式进行三角函数的变换则有：从上式可推出，Up(t)含有两个频率分量和为(c+S)，差为(C-S)。若选频网络是理想上边带滤波器则输出为若选频网络是理想下边带滤波器则输出：工程上对于超外差式接收机而言，如广播电视接收机则有c S往往混频器的选频网络为下边带滤波是混频器，则输出为差频信号，为

7、接收机的中频信号。衡量混频工作性能重要指标跨导。规定混频跨导的计算公式：混频跨导g：输出中频电流幅度偷入信号电压幅度。该电路由LC正弦波振荡器高频信号源模拟乘法器以及选频放大电路组成。LC正弦波振荡器产生的10MHz正弦波与高频信号源所产生的8MHz正弦波通过模拟乘法器进行混频后产生双边带调幅信号，然后通过选频放大器选出有用的频率分量，即频率2MHz的信号，对其进行放大输出，最终输出2MHz的正弦波信号。混频器电路如图3所示。图3 混频器电路图 三单元电路的工作原理1LC正弦波振荡器本次设计采用LC电容三点式反馈电路，也叫考毕兹振荡电路。利用电容将谐振回路的一部分电压反馈到基极上，而且也是将L

8、C谐振回路的三个端点分别与晶体管三个电极相连，所以这种电路叫电容三点式振荡器。三点式LC振荡器的相位平衡条件是，在LC谐振回路，与性质相反，当为电容，就是电感；当为电感，就是电容。在LC三点式振荡器电路中,如果要产生正弦波，必须满足振幅平衡条件：即满足。由相位平衡条件和振幅平衡条件可得：选取，故选用2N2222A三极管。2N2222A是NPN型三极管，属于低噪声放大三极管。本电路的三极管采用分压偏置电路，为了使三极管处于放大状态，必须满足：电流电压由此可以确定R1=5.1K，R3=2.2K，R4=2K。正弦波的输出信号频率=71MHz，电路连接如图4所示图4 LC正弦波振荡器R1R2R4组成支

9、流偏置电路，R5是集电极负载电阻，L2CTCC4构成并联回路，其中R6用来改变回路的Q值，C1C3为耦合电容，L1C6C5构成了一个去耦电路，用来消除电路之间的相互影响。根据设计要求，正弦波振荡器输出频率为10MHz，故由此可以大概确定L2C4CT的数值，再通过仿真进行调试最终确定其参数。电路的谐振频率为，静态工作点为，基本符合设求。2模拟乘法器电路用模拟乘法器实现混频，就是在端和端分别加上两个不同频率的信号，相差一中频，再经过带通滤波器取出中频信号，其原理方框图如图6所示：通频带滤波器 图6 混频原理框图若 则经带通滤波器后，取差频 为所需要的中频频率。 图7 混频器原理图3谐振电路通常讨论

10、的并联谐振电路如图所示 。 图（）所示、并联电路谐振时具有下述特性 ：（）电路的阻抗最大 ，电流最小 。（）电感元件的电流与电容元件的电流，大小相等，相位相反，相互抵消，电路总电流等于电阻元件的电流 。（）电感元件吸收的感性无功功率等于电容元件吸收的容性无功功率 ，两者相互补偿，电路的总无功功率等于零。以上关于图（）所 示 、L、并联谐振电路特性的描述是正确的，毫无疑义的。图 （）所示 电路谐振时是否也具有上述特 性 ？一些人认为（一些教材 中这样叙述 ）图（）所示电路谐振时具有 和图（）所示电路完全相同的特性。笔者认为，图 （）所示电路谐 振时具有上述特性 （），这是毫无疑义的特性 （）稍作

11、修改也是成立的，即改为 ：谐振时电感元件所在支路的无功分量电流与电容元件的电流，大小 相等，相位相反，相互抵消，电路总电流等于电感元件所在支路的有功分量电流。至于是否具有特性 （），即谐振时电路阻抗是否最大，电流是否最小 ，这 一问题是需要深入讨论的。下面我们对调节电容、电感L和电源角频率三种情况分别进行分析。 调节电容图（）所示电路的输入复导纳（可简称为电路的导纳）为由谐振的定义可知，谐振条件为由上式可求得谐振时的电容为调节电容使电路达到谐振时电路的导纳为在电阻、电感和电源角频率保持不变的情况下 ，电路的导纳随电容变化而变化为判断谐振时电路的导纳Y0是否为最小值 ，我们先求出导纳模|0|的最

12、小值。因为所 以令，即解上述方程，求得函数|Y|=f(C)的驻点，即 图2 谐振电路输出时域图：输出频域图：另一种仿真图频域图：4.包络检波11 包络检波原理从高频调幅波中取出调制信号,可以直接利用非线性器件实现相乘作用,得到所需的解调电压。目前 ,几乎所有的 AM 接收机都采用二极管包络检波电路,经典的电路形式如图 1 所示。这是一个串联型包络检波器的电路,它是一个二极管和 RC 低通滤波器串联而成 。其工作原理 : 当载波正半周时 ,二极管导通 ,给电容器充电 ,由于充电时间常数小 ,很快充电到输入信号的峰值 。当输入信号下降时 ,电容器上的电压大于输入信号电压 ,二极管反向截至 。电容器

13、通过电阻 R 进行缓慢放电 ,当下一个正半周到达时 ,从输入信号电压大于电容器上的电压时 ,开始二极管重新导通再一次对电容充电 ,直到新周期的峰值为正 。1.2 电路选择设计的任务要求特别是在包络下降时:a) 输出信号紧跟输入信号的包络变化 ,检波时延较小 ;b) 检波后的波形纹波足够小 , ,不能有过大纹波 ;择的重要一点是在包络下降过程中 ,不能出现如图 (b) 所示的过大波动 ,这一特性对高低温状况下恶化留有一定的余量 ,选择如图 (a) 的 Opt 最优曲线 。图a经典二极管放大检波电路图b经典二极管放大检波改进电路在pspice仿真环境下的仿真图：仿真结果：四电路性能指标的测试根据设

14、计方案，应用计算机pspice软件进行了模拟仿真。观察LC正弦波振荡器的输出，输出波形如图9所示。图9 LC正弦波振荡器输出波形观察混频器输出信号，波形如图10所示。 图10 混频后的信号波形图LC正弦波振荡器的输出频率应为，静态工作点；选频放大电路输出频率应为，静态工作点。通过仿真测试可得LC正弦波振荡器的输出频率为10.1MHz，静态工作点 ；选频放大电路输出频率为1.99MHz，静态工作点。 结论:有计算值与仿真值的比较可得,本设计基本完成了设计要求，并且由示波器可观察到相应的波形，仿真值基本满足要求，说明电路各部分均正常工作。美中不足的是仿真结果同理论值仍存在一定的误差，需要进一步改善

15、电路的性能，使电路更加精确和抗干扰能力更强。五课程设计体会本次课程设计的题目是混频器的设计，主要应用了通信电子线路中三方面内容，分别是电容三点式振荡电路、模拟乘法器和选频放大电路。通过查找资料，结合书本中所学的知识，完成了课程设计的内容。把书中所学的理论知识和具体的实践相结合，有利于我们对课本中所学知识的理解，并加强了我们的动手能力。在这次的课程设计过程中，我懂得了很多，课程设计不光是让我们去“设计”，更重要的是培养我们的能力！通过本次课程设计使我对通信电子线路又有了进一步的了解，增加了对所学知识的应用。本次课程设计教会我查阅书籍的重要性，通过翻阅书籍我找到了与我课设题目有关的内容顺利进行了课程设计，我希望通过更多这样有价值的课设来充实自己。参考文献1 宋树祥，周冬梅.高频电子线路.M北京大学出版社，2007年2月2 陈邦媛.射频通信电子线路学习指导.M科学出版社，2007年6月 3 吴慎山.高频电子线路.M电子工业出版社，2007年1月4 谢沅清.通信电子线路.M电子工业出版社，2007年7月5