高频课程设计Word格式文档下载.docx

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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（3天）；

2.查阅资料，制定各种调制、解调、混频的实现方案（2天）；

3.LabVIEW进行仿真设计（3天）；

4.验收成果与撰写设计报告（2天）。

六、主要参考资料

1.LabVIEW7Express实用技术教程，雷振山，中国铁道出版社

2.《电子线路》，谢嘉奎，北京：

高等教育出版社

3.《高频电子电路》，张肃文，北京：

4.《电子通信系统（第四版）》，[美]WayneTomasi，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

二、报告正文

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

三、设计原理

（一）调制与解调概述

调制电路与解调电路是通信系统中的重要组成部分。

调制是在发射端将调制信号从低频段变换到高频段,便于天线发送或实现不同信号源、不同系统的频分复用；

解调是在接收端将已调波信号从高频段变换到低频段,恢复原调制信号。

在模拟系统里,按照载波波形的不同,可分为脉冲调制和正弦波调制两种调制方式：

一、脉冲调制是以高频矩形脉冲为载波,用低频调制信号分别去控制矩形脉冲的幅度、宽度或位置三个参量,分别称为脉幅调制（PAM）,脉宽调制（PDM）和脉位调制（PPM）。

二、正弦波调制是以高频正弦波为载波,用低频调制信号分别去控制正弦波的振幅、频率或相位三个参量,分别称为调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）。

根据设计要求，本课程设计均采用正弦波调制，具体如下：

调幅：

使载波的幅度随着调制信号的大小变化而变化的调制方式。

调频：

使载波的瞬时频率随调制信号的大小而变，而幅度保持不变的调制方式。

调相：

利用原始信号控制载波信号的相位。

这三种调制方式的实质都是对原始信号进行频谱搬移，将信号的频谱搬移到所需要的较高频带上，从而满足信号传输的需要。

而解调则是相反的过程，即从已调制信号中恢复出原信号。

本课程设计主要研究调幅（AM）和调频（FM）

（二）AM波的调制与解调

1调幅：

高频载波的振幅随调制信（信息）瞬时值而改变的过程叫调幅（AM）。

2检波：

普通调幅信号的解调方法有两种,即包络检波和同步检波。

1）、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。

2）、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,称为同步信号。

3调幅（AM）波的分类

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。

本次课设的任务是DSBFC和DSBSC产生和检波。

4DSBFC产生与检波

4.1DSBFC产生的原理

DSBFC即全载波双边带调幅，其调幅方式是用低频调制信号去控制高频正（载波）的振幅,使其随调制信号波形的变化而呈线性变化。

设：

载波信号为u（t）=Ucosωt,其中载波信号频率f；

调制信号为单频信号u（t）=Ucosωt，其中调制信号频率f:

那么，普通调幅信号的瞬时振幅为:

U（t）=U+kUcosωt

上式中，k为振幅电路的比例系数。

该式表明，已调信号的瞬时振幅叠加进了调制信号，受调制信号控制，是调制信号的函数。

则DSBFC调制信号为:

u（t）=（U+kUcosωt）cosωt=U（1+mcosωt）cosωt；

其中调幅指数m=kU/U,0＜m≤1,k为比例系数。

产生DSBFC调幅波的模型如下图1：

图1DSBFC调幅波产生模型

如图1所示，DSBFC的产生首先由调制信号u（t）与一直流偏置A相加后，再与载波信号u（t）相乘得到。

如图2所示为载波信号u（t）、调制信号u（t）以及DSBFC调制信号波形。

图2DSBFC调制波形

4.2DSBFC检波的原理

在本课程设计中，DSBFC检波采用包络检波，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。

如图3所示为包络检波原理模型。

图3包络检波原理模型

设输入调幅信号：

u（t）=Ucosωt+1/2mUcos（ω+ω）t+1/2mUcos（ω-ω）t

图3所示中非线性器件工作在开关状态,则非线性器件输出电流为:

io（t）=gu（t）·

K1（ωct）

=gUc（1+mcosωt）cosωt·

g是非线性器件伏安特性曲线斜率。

可见io中含有直流,ω,ω,ω±

ω

以及其它许多组合频率分量,其中的低频分量是:

用低通滤波器取出io中这一低频分量,滤除ωc-ω及其以上的高频分量,同时用隔直流电容滤除直流分量,就可以恢复与原调制信号u（t）成正比的单频信号了。

图3中的非线性器件可以用二极管,也可以用晶体三极管。

将产生的DSBFC调幅信号u（t）作为输入信号输入到由二极管或晶体三极管组成的峰值检波电路中，提取出调幅波中的峰值，再将其输入到低通滤波器中，从而得到解调的调制信号u（t）。

调幅信号u（t）=（U+kUcosωt）cosωt=U（1+mcosωt）cosωt

解调信号u（t）=Ucosωt

如图4所示为二极管峰值包络检波器。

图4二极管峰值包络检波器

如图5所示为DSBFC的解调波形。

图5DSBFC解调信号

5DSBSC产生与检波

5.1DSBSC产生的原理

DSBSC即抑制载波双边带调幅，由调制信号与载波信号相乘直接得到DSBCS调幅信号。

设

调制信号为u（t）=Ucosωt，其中调制信号频率f；

则DSBSC调制信号为:

u（t）=u（t）u（t）

=UcosωtUcosωt

如图6所示为产生DSBSC调幅波的模型：

图6DSBSC调幅波的产生

如图7所示为载波信号u（t）、调制信号u（t）以及DSBSC波形和频谱图:

图7双边带调幅信号的有关波形和频谱图

设调制信号为x（t）,DSBSC信号的时域表示为：

当调制信号x（t）为确知信号时，DSB信号的频谱为：

5.2DSBSC检波的原理

对于DSBSC可以用前面所述的相干检波的方法对其进行检波。

相干检波模型如图8：

图8相干检波模型

设输入DSBSC调制信号：

u（t）=UcosωtUcosωt

乘法器另一输入同步信号为：

u（t）=Ucosωt

则乘法器输出为：

u（t）=k2u（t）u（t）

=k2UcosωtUcosωtUcosωt

=cosωt（1+Ucos2ωt）

其中k2是乘法器增益。

由上式可见,输出信号u（t）中含有ω,2ωc+ω,2ωc-ω几个频率分量。

为了达到解调DSBSC的目的，采用低通滤波器取出ω分量,就可恢复原调制信号。

如图9为DSBSC解调信号波形。

图9DSBSC解调

（三）FM波的调制与解调

1调频概述

角度调制：

用调制信号去控制高频载波的频率称为调频，控制高频载波的相位称为调相，调频和调相都表现为高频载波的瞬时相位随调制信号的变化而变化，总称为角度调制。

调频与鉴频：

调频是利用缓变信号来控制等幅高频振荡波（载波），使其振荡频率偏移量和信号电压成正比。

所以调频波是随信号幅值而变化的疏密不等的等幅波，调频波的频率随缓变信号的幅值而变化，其频谱结构很复杂，用简单的信号函数难以描述。

但经过调频的信号，其信息储存在频率中，不易错乱或失真，抗干扰能力很强。

有两种基本的方法来产生调频信号：

直接法和间接法。

在直接法中，载波的频率直接随着输入的调制信号的变化而改变。

在间接法中，先用平衡调制器产生一个窄带调频信号，然后通过倍频的方式把载波频率提高到需要的水平。

2频率调制的原理

频率调制FM是指调制信号去控制高频振荡频率，使高频振荡的瞬时频率随调制信号规律作线性变化的过程。

设：

调制信号为u（t）=Ucosωt，其中调制信号频率f。

则根据频率调制的定义,调频信号信号应为：

u（t）=Ucos（ωt+kUcosωt）=Ucos（ωt+msinωt）

其中，调频信号的瞬时角频率为：

ω（t）=ω+ω（t）=ω+ku（t）=ω+ωcosωt

式中k为比例常数。

瞬时相位φ（t）是瞬时角频率ω（t）对时间的积分,即：

φ（t）=+φ

式中,φ0为信号的起始角频率。

为了分析方便,不妨设φ0=0,

则上式变为：

φ（t）==ωt+sinωt

=ωt+msinωt=φ+φ（t）

由上式可见，调频的结果也引起了载波瞬时相位的变化。

FM波的表示式为：

u（t）=Ucos（ωt+msinωt）

调频指数m：

调频信号的最大相偏，也就是相对于调制信号的最大频偏m=φ===

最大频偏=：

瞬时角频率ω（t）偏移ωc的幅度。

图10为调频波的波形图

图10调频波的波形图

3频率解调的原理

调频波的解调称为频率检波，简称鉴频。

鉴频器的功能是将输入调频波的瞬时频率变化变换为输出电压。

对鉴频器的最能主要指标是，鉴频特性应该为线性，且能保证一定的鉴频范围和鉴频灵敏度。

鉴频的具体方法有多种。

调频波在进入鉴频前，可能会受前面各级电路的影响，使其振幅发生变化，这种变化称为调频波的寄