高频电子线路课设报告

1、 长安大学高频电子线路课设报告 学 院：信息工程学院 专 业：电子信息工程 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师：课 程 设 计 任 务 书 题 目 高频电子线路课程设计 学院(部) 信息工程学院 专 业 电子信息工程 班 级 学生姓名 杜鹏 学 号 2 2014.3.3 至 2014.3.9 共 1 周 指导教师(签字) 系 主 任(签字) 一、课程设计目的1.掌握电子通信系统的基本组成及各部分的作用；2.进一步理解各种调制、解调和混频的基本理论和实现方法；3.学会应用LabVIEW软件进行仿真；4.提高依据所学知识及查阅的课外资料来分析问题解决问题的能力。二、设计内容及要求内容：1.调幅

2、与检波（1）高频DSBFC信号产生与检波（2）高频DSBSC信号产生与检波2.混频与检波中频 DSBFC信号的产生与检波3.FM波产生与解调4.PM波产生与解调要求：1.从以上1、2、3、4中任选其一。调制信号均为5kHz的正弦波，高频DSBFC和DSBSC信号载波频率取800kHz-1600kHz（在该范围内可调），高频DSBFC信号与本地载波进行混频产生中频DSBFC，中频DSBFC载波频率取465kHz，其他载波频率均取100kHz；2. 以上1中的DSBFC和DSBSC检波不可用相同的方法；3. 明确设计任务，合理选择设计方案；4. 利用LabVIEW进行仿真；5. 观察和分析主要参数

3、对调制和解调的影响。三、设计原始资料LabVIEW软件，电子通信系统教材及高频电子线路相关参考资料。四、设计完成后提交的文件和图表1计算说明书部分各种类型调制、解调，混频的主要公式2 图纸部分：（1）各种调制、解调，混频的原理框图；（2）实现各种调制、解调，混频的程序流程框图；（3）相应的仿真波形图。五、进程安排1.学习使用LabVIEW软件（2天）；2.查阅资料，制定各种调制、解调、混频的实现方案（1天）；3. LabVIEW进行仿真设计（2天）；4.验收成果与撰写设计报告（2天）。六、主要参考资料1.LabVIEW 7 Express实用技术教程，雷振山，中国铁道出版社2.电子线路，谢嘉奎

4、，北京：高等教育出版社3.高频电子电路，张肃文，北京：高等教育出版社4.电子通信系统（第四版），美Wayne Tomasi，北京：电子工业出版社5.高频电路，沈伟慈， 西安：西安电子科技大学出版社高频电子线路课设正文1、 课程设计目的1.掌握电子通信系统的基本组成及各部分的作用；2.进一步理解各种调制与解调的基本理论和实现方法；3.学会应用LabVIEW软件进行仿真设计；4.提高依据所学知识及查阅的课外资料来分析问题解决问题的能力。二、设计内容及要求1.设计内容：调幅与检波（1）高频DSBFC信号产生与检波（2）DSBSC信号产生与检波2.要求：（1）调制信号均为5kHz的正弦波，高频DSBF

5、C和DSBSC信号载波频率取800kHz-1600kHz（在该范围内可调）；（2）DSBFC和DSBSC检波不可用相同的方法；（3）明确设计任务，合理选择设计方案；（4）利用LabVIEW进行仿真；（5）观察和分析主要参数对调制和解调的影响。三、设计原理1.振幅调制在线性调制系列中，最先应用的一种幅度调制是全调幅或常规调幅，简称为调幅（AM）。不但在频域中已调波频谱是基带调制信号频谱的线性位移，而且在时域中，已调波包络与调制信号波形呈线性关系。调幅AM包括四种方式：普通调幅AM、双边带调幅DSB、单边带调幅SSB和残留边带调幅VSB。其中双边带调幅DSB包括全载波双边带调幅DSBFC和抑制双边

6、带调幅DSBSC两种。对于相同调制信号产生的已调波信号的时域波形不一样, 频谱不一样, 带宽不完全一样, 调制与解调的实现方式与难度不一样。振幅调制(AM)调制信号叠加直流后再与载波相乘，则输出的信号就是常规双边带调幅（AM）信号。 AM调制器模型如下图所示：图1：AM调制器模型AM信号的时域和频域表示式分别为：式中，为外加的直流分量；可以是确知信号，也可以是随机信号，但通常认为其平均值为0。AM信号的典型波形和频谱分别如下图：图2：AM信号的典型波形usflsfusblsb图3：AM信号的典型频谱可见，AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号。AM信号

7、的频谱是由载频分量和上、下两个边带组成。上边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。显然，无论是上边带还是下边带，都含有原调制信号的完整信息。故AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带宽的两倍。采用AM调制传输信息的好处是解调电路简单，可采用包络检波法。缺点是调制效率低，载波分量不携带信息，但却占据了大部分功率，白白浪费掉。2.检波 广义的检波通常称为解调，是调制的逆过程，即从已调波提取调制信号的过程。对调幅波来说是从它的振幅变化提取调制信号的过程；对调频波，是从它的频率变化提取调制信号的过程；对调相波，是从它的相位变化提取调制信号的过程。狭义的检波是指从调幅波的

8、包络提取调制信号的过程。有时把这种检波称为包络检波或幅度检波。幅度检波简称检波，其作用是从幅度调制波中不失真的检出调制信号来。根据是否需要同步信号，检波可分为包络检波和同步检波。包络检波也称峰值检波，利用普通调幅信号的包络反映了调制信号波形变化这一特点, 如能将包络提取出来, 就可以恢复原来的调制信号，这就是包络检波的原理。具体操作如下：先让调幅波经过检波器（通常是晶体二极管），从而得到依调幅波包络变化的脉动电流，再经过一个低通滤波器滤去高频成分，就得到反映调幅波包络的调制信号。同步检波也称相干检波，同步检波必须采用一个与发射端载波同频同相(或固定相位差)的信号, 主要用来解调双边带和单边带调

9、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。检波二极管具有结电容低，工作频率高和反向电流小等特点，传统上用于调幅信号检波。二极管检波原理如下：调幅信号是一个高频信号承载一个低频信号，调幅信号的波包(envelope)即为基带低频信号。如在每个信号周期取平均值，其恒为零。若将调幅信号通过检波二极管，由于检波二极管的单向导电特性，调幅信号的负向部分被截去，仅留下其正向部分，如在每个信号周期取平均值（低通滤波），所得为调幅信号的波包(envelope)即为基带低频信号，实现了解调（检波）功能。二极管检波原理:调幅波信号是二极管检波电路的输入，因为二极管只允许

10、单向导电，所以，如果使用的是硅管，则只有电压高于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信号包络线。电容和电阻构成的这种电路功能叫做滤波。二极管包络检波电路图如下：图4：二极管包络检波电路图同步检波模型图如下：图5：同步检波模型图3. LabVIEW控制设计与仿真模块的功能LabVIEW是一种图形化的编程语言（又称“G”语言），它是一个虚拟仪器开发平台，也是一个图形化软件集成开发环境。LabVIEW作为一种强大的虚拟仪器开发平台，应用于各个行业，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件，利用它

11、可以方便地组建自己的虚拟仪器。通过NI LabVIEW控制设计与仿真模块，能分析开环模型行为、设计闭环控制器、模拟在线和离线系统并实现物理设计；使用传递函数、状态空间或零点极点增益模型，依照最初的原则创建模型；通过时间和频率分析工具（如：时间阶跃响应或伯德图），能交互式地分析开环和闭环行为；利用多输入多输出(MIMO)系统和单输入单输出(SISO)系统中的内置工具，利用仿真功能，验证线性和非线性的系统动态；此外，还可通过其他NI软件工具，扩展NI LabVIEW控制设计与仿真的可用性。例如，将它与LabVIEW系统辨识工具包结合，从真实系统的激励/响应信息中查找经验模型；还能够将它与LabVI

12、EW状态图模块结合，用作基于事件的控制设计或事件驱动的仿真。用户也可利用LabVIEW MathScript RT模块来进行基于m语法的仿真。算法一旦设计完成，无需生成代码，便能使用NI LabVIEW实时(Real -Time)模块，将动态系统轻松部署到实时硬件上，实现快速控制原型和硬件在环应用程序。 因此，在本次课程设计中，可以利用LabVIEW方便的完成实验的设计与仿真。4、 仿真结果及其分析1. DSBFC产生与检波的仿真假定高频载波信号为：调制信号为单音音频信号且。用调制信号控制载波幅度，使载波幅度按照调制信号规律变化，表示为：其中是由调制电路本身决定的常数，被称之为调幅指数或调幅度

13、，它表示载波幅度受调制信号控制的程度。因此，标准调幅波的数学表达式为：根据上式标准幅度调制的实现方案有两种，分别如下图所示：图6：标准幅度调制的两种实现方案对应的标准调幅过程波形为：图7：单音调制信号调幅波的波形由此可见，当调幅系数时，调幅波的上下包络都反映了调制信号的变化。当时，包络出现了过零点，如下图（a）所示，调制信号的包络都不反映调制信号的变化，出现了调制失真，称为过调幅。在实际标准调幅调制电路中，若，则得到的失真波形如下图（b）所示：图8：单音正弦调制调幅波的过调失真波形下面从频域角度来描述调幅波的频谱成分和所占的带宽。将标准调幅波的数学表达式展开可得到：上式表明，用单音频信号调制后

14、的已调波有三条高频谱线，一条位于载波频率处，幅度为；另外两条分别位于载频的两旁，称为上下边频，频率分别是和，幅度均为，见下图（a）。实际中的调制信号一般是多音信号，见下图（b），这时的上下边频分别称为上下边带。图9：标准调幅信号的频谱在本次课程设计中，采用LabVIEW虚拟仪器平台进行对调幅波的产生、调制与解调的仿真。（1）标准调幅波DSBFC产生与检波的LabVIEW程序下图为利用LabVIEW编写的DSBFC调制解调的程序图。图10：DSBFC调制解调程序图在程序前端，由两个信号发生器生成调制信号与载波信号。其中调制信号的频率为5000Hz,其幅值取5V,并在其上加入5V的直流分量。载波频

15、率在800kHz-1600kHz内可调，幅值设置为5V。调制信号和载波信号的初始相位均取0，并将他们分别用波形显示器显示；然后，将调幅信号经过数据转换后，放置一个峰值检波器对其进行检波。通过检波后，将峰值检波器中输出的位置项与信号采样率的倒数相乘后转换为时间，并与峰值检波器的振幅项分别作为X、Y由一XY图形创建器创建一波形，得到DSBFC解调信号。由于在峰值检测过程中，对调幅信号的检测产生一个直流偏移，因此在经过峰值检波器的信号减去其平均值，得到的便是DSBFC解调信号。由此，由LabVIEW程序完成DSBFC检波。为了保证程序能够连续运行，在所有虚拟仪器外添加一个while循环体。（2）DS

16、BFC产生与检波的LabVIEW波形显示图11：DSBFC产生与检波波形图2.DSBSC产生与检波的仿真DSBFC信号的平均功率是由载波功率和边带功率组成的，而只有边带功率才与调制信号有关。 载波功率在DSBFC信号中占有大部分能量，即使在满调制条件下，两个边带上的有用信号仍然只占很小能量。因此，从功率上讲，DCBFC信号功率利用率比较低。为了提高调幅信号的效率，就得抑制掉已调波中的载波分量。要抑制掉DSBFC信号中的载波，只需将产生DSBFC信号模型中的直流分量A去掉，就得到抑制载波的双边带信号，即DSBSC。其产生原理图如下图所示：图12：DSBSC信号产生原理图双边带抑制载波调幅的时域表

17、示式为：其中，k为由调幅电路决定的系数。其频谱函数为：下图所示为其频谱图。图13：不同调幅信号频谱图下图为抑制载波调幅信号的波形图，其已调信号的幅度仍随调制信号变化，但其包络不能反映调制信号的形状。（1）DSBSC产生与检波的LabVIEW程序如下图所示，为利用LabVIEW编写的DSBSC调制解调的程序图：图14：DSBSC调制解调的程序图在程序前端，由两个信号发生器生成调制信号与载波信号。其中调制信号的频率为5000Hz,其幅值取5V。载波频率在800kHz-1600kHz内可调，幅值设置为5V。调制信号和载波信号的初始相位均取0，并将他们分别用波形显示器显示；将调制信号与载波信号相乘得到

18、DSBSC调幅信号，并将其用波形显示器显示。为了保证程序能够连续运行，在所有虚拟仪器外添加一个while循环体。因此，由LabVIEW程序得到DSBFC调幅信号。由乘法器得到DSBSC调幅信号后，将调幅信号与一载波信号同步信号相乘，为了保证同步信号与载波信号同频同相，将载波信号作为同步信号，相乘结果通过一个低通滤波器，将低通滤波器设置为巴特沃斯低通滤波器，截止频率设置为10KHZ。得到DSBSC调制解调信号。因此，由LabVIEW程序完成DSBSC检波。（2）DSBSC产生与检波的LabVIEW波形显示 如下图所示利用LabVIEW编写的程序DSBSC调制解调所产生的波形图：图15：DSBSC产生与检波波形图5、 总结及心得体会在专业课程的学习中，已经使用过LabVIEW，对其有了一定的了解和认识。这次课程设计给了我一个充分了解和学习LabVIEW的机会，通过这次练习我进一步了解了调幅信号的调制与解调的方法， 以及其中产生信号和绘制信号的基本命令和一些基础LabVIEW语言。此次课程设计不仅增强了我的动手能力，还锻炼了我的思考问题的能力