高频课程设计报告书.docx
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高频课程设计报告书
摘要
随着现代通信技术的不断发展，作为通信工程专业基础课程之一的《通信电路原理》在整个通信技术中占据着十分重要的地位。
通信指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下无论采用何种方法，使用何种媒质，将信息从某方准确安全传送到另方。
主要考察就是如何实现发送和接收。
本课程设计主要应用到了《通信电路原理》的各个章节的内容，作为一门通信方面的重要课程，它应用到的先修课程的内容主要包括电路原理、电子线路基础、逻辑设计与数字系统、信号与系统等。
通信电路原理主要介绍了现代通信系统中常用电子电路的工作原理和分析方法，主要包含了滤波器、高频放大器、非线性电路及其分析方法、正弦波振荡器、调制与解调、锁相环路及频率合成技术等无线发射与接收技术中的各个模块的内容。
本课程的学习和课程设计的研究将很好地把我们已学习的所有知识综合起来，为我们后续课程（现代通信原理、电磁场、天线技术以及移动通信）的学习打下坚实的基础。
随着计算机辅助分析与设计工具的不断完善和普及，使用这些工具分析和设计电路，加深对电路工作原理、信号流通过程和元器件与电路参数对电路性能影响的了解等，已经成为一种必须具备的能力。
在课程设计过程用到的辅助软件还是比较多的，其中包括用于绘制原理图与PCB的Protel2004，并且PROTEL还具有仿真电路的功能，用于电路仿真的Multisim10.0和CADENCE16.3，以及以仿真单片机著称的PROTEUS仿真软件，这些放真软件都是相通的。
都很容易就上手操作，界面简单易操作已经成为绝大多数仿真软件所具有的特点了。
课程设计中的无线传输系统的调试与设计，抓住了通信电路原理的核心，其分析过程包含了滤波、高放、调制与解调等几乎本门课程的各个环节，是对通信电路原理的一次综合检验。
第一章绪论
通信的一般含义是从发信者到收信者之间消息的传递，包括旗语、邮政等。
《通信电子线路》的通信限于利用电磁系统传递消息的特定范围，并以电信号（或光信号）作为消息载荷者。
这种通信方式是从19世纪末叶迅速发展起来的，并且在经济、军事和社会发展中起越来越重要的作用。
用电信号（光信号）传输消息的系统称为通信系统，也称为电信系统。
1.1通信系统的一般模型
实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。
以基本的点对点通信为例，通信系统的组成（通常也称为一般模型）。
图1.1
图中，信源（信息源，也称发终端）的作用是把待传输的消息转换成原始电信号，如电话系统中电话机可看成是信源。
信源输出的信号称为基带信号。
所谓基带信号是指没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号，其特点是信号频谱从零频附近开始，具有低通形式，。
根据原始电信号的特征，基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号，相应地，信源也分为数字信源和模拟信源。
发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的原始电信号（基带信号）变换成适合在信道中传输的信号。
变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式；对传输数字信号来说，发送设备又常常包含信源编码和信道编码等。
信道是指信号传输的通道，可以是有线的，也可以是无线的，甚至还可以包含某些设备。
图中的噪声源，是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其它各处噪声的集合。
在接收端，接收设备的功能与发送设备相反，即进行解调、译码、解码等。
它的任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号来。
信宿（也称受信者或收终端）是将复原的原始电信号转换成相应的消息，如电话机将对方传来的电信号还原成了声音。
1.2通信系统中的发送与接收设备
通信系统中的发送与接受设备是系统的核心，其中所用的信号处理技术和电路技术都在迅速发展。
从总体上说，发送与接受设备是为了使基带信号在信道中有效和可靠地传输而设置的。
它的主要任务是对基带信号进行处理，使之适宜于所采用信道的传输特性。
不同通信系统的发送、接受设备的组成是不同。
图1.2所示是一种典型发送、接受设备的组成框图。
在发送设备中，基带信号经放大器放大，然后经变换器电路变换成适于信道传输的形式，再经功率放大器，送入耦合电路。
耦合电路视所用信道的不同而不同，当使用无线信道时，耦合电路是天线；当使用光缆时，耦合电路是光电变换器。
在接收设备中，与传输信道相适应的耦合电路将信号接收，送入放大器放大，再经变换电路变换为基带信号，经放大后送给受信装置。
本课程设计报告，根据上述系统发射接收原理，以ZX2028型仿真调频收音机、对讲机试验套件的电路板的焊接安装和调试为基础，详细叙述了电路设计软件的使用、系统设计与安装、接收发射系统调试以及焊接与故障分析等几个方面的知识。
在运用所学的通信电路原理知识的基础上，通过对对讲机电路板的焊接和调试以及对CADENCE16.3电路仿真软件的使用，分析和掌握无线电传输信息系统的组成以及各个组成模块的功能和基本原理，加深对所学知识的理解，同时提高动手实践的能力，能独立完成常用电子电路的设计、制作、调试与安装等。
第2章电路设计软件的使用
2.1Cadence16.3软件使用介绍
2.1.1Cadence16.3软件简介
这次仿真主要是使用Cadence16.3电路仿真软件，这款软件集成了仿真以及画PCB板图的功能。
分析信号完整性也很强大。
该软件可以提供以下分析：
1.直流分析：
当电路中某一参数（称为自变量）在一定范围内变化时，对自变量的每一个取值，计算电路的直流偏置特性（称为输出变量）。
2.交流分析：
作用是计算电路的交流小信号频率响应特性。
噪声分析：
计算电路中各个器件对选定的输出点产生的噪声等效到选定的输入源（独立的电压或电流源）上。
即计算输入源上的等效输入噪声。
3.瞬态分析：
在给定输入激励信号作用下，计算电路输出端的瞬态响应。
基本工作点分析：
计算电路的直流偏置状态。
4.蒙托卡诺统计分析：
为了模拟实际生产中因元器件值具有一定分散性所引起的电路特性分散性，PSpice提供了蒙托卡诺分析功能。
进行蒙托卡诺分析时，首先根据实际情况确定元器件值分布规律，然后多次“重复”进行指定的电路特性分析，每次分析时采用的元器件值是从元器件值分布中随机抽样，这样每次分析时采用的元器件值不会完全相同，而是代表了实际变化情况。
完成了多次电路特性分析后，对各次分析结果进行综合统计分析，就可以得到电路特性的分散变化规律。
与其他领域一样，这种随机抽样、统计分析的方法一般统称为蒙托卡诺分析（取名于赌城MonteCarlo）,简称为MC分析。
由于MC分析和最坏情况分析都具有统计特性，因此又称为统计分析。
2.1.2软件使用
首先在所有程序里找到ORCADCAPTURE,打开界面如图2.1.2所示
图2.1.2-1
选择第一项进入。
然后就是新建工程了。
如图2.1.2-2所示。
图2.1.2-2
选择第一项。
使用该软件时应该注意以下几点：
1、新建Project时应选择AnalogorMixed-signalCircuit
2、调用的器件必须有PSpice模型
首先，调用OrCAD软件本身提供的模型库，这些库文件存储的路径为Capture\Library\pspice，此路径中的所有器件都有提供PSpice模型，可以直接调用。
其次，若使用自己的器件，必须保证*.olb、*.lib两个文件同时存在，而且器件属性中必须包含PSpiceTemplate属性。
3、必须有激励源。
原理图中的端口符号并不具有电源特性，所有的激励源都存储在Source和SourceTM库中。
2.1.3发射部分电路软件仿真图和输出结果
2.2AltiumDesignersummer09软件使用介绍
2.2.1软件简介
AltiumDesigner[]是Altium公司（澳大利亚）继Protel系列产品（Tango（1988）、ProtelforDOS、ProtelforWindows、Protel98、Protel99、Protel99SE、ProtelDXP、ProtelDXP2004）之后推出的高端设计软件。
2001年，ProtelTechnology公司改名为Altium公司，整合了多家EDA软件公司，成为业内的巨无霸。
2006年，Altium公司推出新品AltiumDesigner6.0，经过AltiumDesigner6.3、AltiumDesigner6.6、AltiumDesigner6.7、AltiumDesigner6.8、AltiumDesigner6.9、AltiumDesignerSummer08、AltiumDesignerWinter09、AltiumDesignerSummer09等版本升级，体现了Altium公司全新的产品开发理念，更加贴近电子设计师的应用需求，更加符合未来电子设计发展趋势要求。
AltiumDesignerWinter09与之前AltiumDesigner6.X相比，新增的技术特征如下：
1．即插即用的软件平台搭建器
2．应用控制面板
3．新的交互式布线功能
4．设计发布管理功能
5．方便的供应商数据链接服务
6．实时制造规则检查
7．三维PCB可视引擎性能提高
完全兼容Protel98/Protel99/ProtelDXP，并对提供Protel99se下穿件的DDB文件导入功能。
2.2.2软件绘制电路图的具体步骤
2.2.2-1的界面如图2.2.2所示：
图2.2.2-1
2.2.2-2电路的原理图的设计步骤如下图所示：
原理图绘制如图图2.2.2-2所示：
图2.2.2-2
第一步：
创建一个PCB工程文件并保存；
（所执行的命令：
file---new---project---PCB）
第二步：
创建一个新的原理图图纸，可根据具体的电路原理图设置合适的图纸大小，本操作使用A4的图纸（命令：
file---new---schematic）
设置图纸大小操作：
使用菜单命令DesignOptions，执行该命令后，系统将弹出DocumentOptions对话框，并在其中选择SheetOptions选项卡进行设置。
当然也可根据需要自己定义图纸尺寸，可在图所示对话框右上角的StandardStyle的下拉列表框中选取，自定义图纸大小在对话框右下角的CustomStyle栏中进行设置。
图纸方向设置：
图纸方向设置可在如上对话框的Orientation（方位）下拉列表框中选取。
第三步：
绘制原理图
选择view---FitDocument,使原理图纸显示在窗口中；
单击库，激活所要使用的库（本操作中只需激活AltiumDesigner提供的元件库和接口库即可），用过滤器选择所要使用的元件（输入其对应的英文字母即可找到所要使用的元件）；
合理放置元器件及其对元器件参数的设置：
元件放置：
首先要选中元器件所在的库文件，再在下方的元器件列表中双击所要选择的元器件，元件将会黏在鼠标上并随着鼠标箭头移动，拖动鼠标箭头到图纸合适位置左击则可放置该元件，如果不再放置该元件直接右击即可使得该元件从箭头上脱开；同样的方法可放置其他所需元件；。
如果对元器件放置的方向有要求，可以在双击库中的元器件后，还未将其放置在图纸上时用Space键旋转元器件，也可以在元器件放置在图纸上后，单击元器件不放，此时也可用Space键旋转元器件，到合适位置即可。
创建原理图元器件库：
对于一些常用规格的电阻、电容等元器件可以直接从相关库中直接调用；但当在上述两个常用库中不能直接找到合适的元件时，此时就需要自己创建原理图元器件库，建成后添加到相应位置并激活它。
可以自己直接在新建的空白原理图库中画出所需元件（文件—新建—库—原理图库）；也可以部分引用现成库中已有元器件，在对其进行部分修改得到所要使用的元件。
元器件属性及参数设置：
在用上述方法选中元器件后，按Tab键则可以进入元器件的属性对话框或者在放置好元器件后双击元器件也可以打开元器件属性对话框并进行相关设置。
第四步：
对放置的元件布局连线
若电路原理图相对比较简单，则可一次性将所需元件恰当的布局在整个设置好的图纸上，视觉效果要好，再完成连线工作；若电路原理图比较复杂，也可以将连线和布局任务同时进行。
下面是具体的操作过程及注意事项：
连线基本操作：
可单击电路布线工具栏上的按钮或执行命令（右击---Place—Wire）将编辑状态切换到连线模式，此时光标也会变为大十字形状。
这时只需将光标移到要连线的一端，单击左键，就会出现一条可以随着光标移动的预拉线，当连线需要转弯时，单击左键就可以定位转弯。
当拖动预拉线到元器件的管脚上并单击左键，或在任何时候双击左键，就会终止此次连线。
当预拉线的光标移动到一个可建立电气连接的点时（通常是元器件的引脚或已连接好的线），十字光标的中心将出现一个黑点，提示我们在当前状态下单击左键就会形成一个有效的电气连接。
网络标号：
网络标号具有实际的电气连接意义，具有相同网络标号的导线不管图上是否连接在一起，都被视为同一条导线。
因此我们可以在电路图上不方便或无法进行连接时使用网络标号。
网络标号通常在以下情况下使用：
简化电路图：
在连接线路比较远或线路过于复杂而使走线困难时，可利用网络标号代替实际走线使电路图简化。
连接时表示各导线间的连接关系：
通过总线连接的各个导线必须标上相应的网络标号，才能达到电气连接的目的。
层次式电路或多重式电路：
在这些电路中表示各个模块电路之间的连接。
执行放置网络标号命令后，将光标移到放置网络标号的导线或总线上，光标上会产生一个圆点，表示光标已捕捉到该导线，此时按Tab键，就可进入网络标号属性对话框，在此可以设置网络标号的名称和方向等属性。
设置完毕后单击左键就可以正确放置一个网络标号，将光标移到其他需要放置网络标号的地方，继续放置。
如果网络标号的名称头或尾是数字，则这些数字会自动增加。
放置完毕后单击右键退出。
端口放置工具：
和导线及网络标号一样，输入输出端口也可以实现电路的电气意义上的连接，同时也是层次电路图设计不可缺少的组件。
执行此命令后，光标变成十字形，并在其上面出现一个输入输出端口的图标，在合适的位置，光标上会出现一个圆点，表示此处是一个电气连接点。
单击左键即可定位输入输出端口的一端，移动鼠标使输入输出端口的大小合适，再单击左键，就完成了一个输入输出端口的放置，单击右键，结束放置输入输出端口的状态。
在放置输入输出端口状态下，按Tab键，就可进入输入输出端口属性对话框，可对输入输出端口的一些属性进行设置。
第五步：
检查部分
在整个电路原理图设计完成后，我们还要测试电路原理图信号的正确性。
这可以通过检验电气规则来实现。
进行电气规则的测试，可以找出电路图中的一些电气连接方面的错误。
AdvancedSchematic提供了一个最基本的测试功能，即电气规则检查（ERC：
ElectricalRuleCheck）。
电气规则检查功能可检查电路图中是否有电气特性不一致的情况。
如，某个输出引脚连接到另一个输出引脚就会造成信号冲突，未连接完整的网络标号会造成信号断线，重复的器件编号会使AdvancedSchematic无法区分出不同的元器件等。
要执行ERC，可执行Tools——ERC菜单命令，打开如下图所示的SetupElectricalRuleCheck对话框，该对话框包括Setup和RuleMatrix两个选项卡，该对话框主要用于设置电气规则的选项、范围和参数，并执行检查。
2.2.2-3ＰＣＢ图的设计
前面所讲的原理图设计就是为ＰＣＢ的设计服务的，ＰＣＢ设计是所有设计工作的最终环节，ＰＣＢ设计的好坏将最终影响电路板的电气性能。
所以ＰＣＢ设计在印制电路板设计中的重要性事显而易见的。
对ＰＣＢ板的元器件的布局布线的正确合理美观不是一朝一夕能够做到的，需要设计人员在设计实践中不断的积累设计经验。
首先必须创建一个设计项目，才能进入到ＰＣＢ的编辑环境。
创建设计项目的方法步骤为：
执行菜单命令【文件】 【新建】 【工程】 【ＰＣＢ工程】，执行完这个菜单命令以后，系统就会自动创建一个名为"PCBProject1.PrjPCB"的项目文件包，然后根据需要将这个项目存放在自己设定的目录文件下。
项目文件包的作用是将于这个项目有关的所有文件都包括在这个文件包内，比如原理图文件，网络表文件，PCB文件以及各种报表和项目文件库等等都将包括在这个项目文件包内。
创建完项目文件后还需要创建一个PCB文件，就可以进入到ProtelDXP印制电路板的编辑环境。
创建PCB文件的方法，执行菜单命令【文件】【新建】【PCB】，系统就会自动创建一个名称为“PCB1.Pcbdoc"的PCB文件。
利用设计同步器传递设计信息
当我们设计完原理图以后，就可以进行PCB图的设计了。
在这里需要注意一点的就是在使用设计同步器时，必须把原理图加载到当前PCB项目中去。
如果原理图文件已经在当前项目文件中，就不必再加载，如果原理图文件属于freedocuments文件，就必须将这个文件加载到项目中去。
加载的方法很简单就是直接将原理图文件拖到项目文件的目录下。
如果没有将这个自由文件添加到当前PCB项目中去就无法使用设计同步器向PCB传递设计信息，也就不能实现网络表和元件的载入。
将原理图加载到当前项目中以后，利用设计同步器向PCB传递信息了。
向PCB传递信息的方法如下：
（1）执行菜单命令【设计】【ImportChangesFrom】。
（2）执行完【ImportChangesFrom】命令以后就会弹出如下图所示的对话框在这个对话框中包含设计信息中的设计工程网络变化信息。
（3）在这个对话框中单击【生效更改】按钮，就会在状态栏【检测】中显示元件封装信息是否匹配，如果匹配则标示为对号，如果元件封装不匹配则标示为叉号，如下图所示：
如果各个信息都正确，就可以执行【执行更改】按钮，将设计信息传递到印刷电路板设计中。
把设计信息传递到PCB编辑环境以后，ProtelDXP就会自动将元件加载到PCB编辑环境中去，并根据原理图中各个元件之间的连接关系在相应的封装管脚上连线。
第3章系统设计与安装
本章介绍ZX2028型仿手机调频收音机、对讲机实验套件的系统设计分析与安装调试。
它实现了信号的发射与接收两个方面的功能，发射部分VT1振荡放大三极管对MIC采集的信号进行调制，VT2发射管对已调制的信号信号进行放大，最后通过天线TX发射出去；接收部分调频信号由TX接收，经过混频、低通滤波、中频放大、检波和低频放大等推动扬声器发出声音。
3.1系统设计分析
3.1.1收音对讲系统原理
收音对讲系统实现将语音信号经调制后通过天线发射出去和将外界的中高频信号接收处理反原出语音信号，该系统设计到两个独立的电路：
发射电路和接收电路，并通过一个非锁定开关进行电源的切换。
属于半双工通信方式。
系统模块如图3-1-1所示：
高放电路
调制电路
音频放大
振荡器
本振
天线回路
混频电路
中频放大
检波电路
音频放大
收发带通滤波器
图3.1.1
3.1.2发射电路
本系统的发射电路的调制部分是由调频电路实现的，实现频率调制就是使载波的频率与调制信号成线性规律变化。
完成这个功能的方法主要分成两大类，即直接调频和间接调频。
直接调频就是直接使振荡器的频率随调制信号成线性关系变化，而间接调频就是利用调频波与调相波之间的关系，先将调制信号进行积分处理，再进行调相而得到调频波。
直接调频的优点是易于得到比较大的频偏，但其中心频率的稳定度不易做的很高，而间接调频的优点是载波中心频率稳定度较好，但不易获得较大的频偏。
此处发射电路采用的直接调频的方法，其发射部分电路原理图如图3.2所示。
图3.2
发射电路原理：
变化着的声波被驻极体转化为变化着的电信号，经过R1，R2，C1阻抗均衡后，由TV1进行调制放大。
C2，C3，C4，C5，L1以及TV1集电极与发射极之间的电容Cce构成一个LC振荡电路，在调频电路中，很小的电容变化也会引起很大的频率变化。
当电信号变化时，相应的Cce也会有变化，这样频率就会有变化，就达到了调频的目的。
经过TV1调制放大的信号经C6耦合至发射管VT2通过TX，C7向外发射调频信号。
3.1.3接收电路
本系统的接收电路采用超外差接收方式，从天线接收的信号经高频放大器放大后，与本地振荡器产生的信号一起加入混频器，混频器输出的中频信号经中频放大器放大，再经解调处理和低频放大，然后送给用户。
其优点体现在：
容易得到足够大而且比较稳定的放大量；具有较高的选择性和较好的频率特性；易于调整。
为了克服其电路复杂的缺点，此处采用了收音接收专用集成电路D1800，使其具有造型美观、体积小、外围元件少、灵敏度极高、性能稳定、耗电省、输出功率大等优点。
D1800芯片内部方框图及静态电压参考值如图图3.1.3-1所示：
图3.1.3-1
FM鉴频模块输出的调制信号比较微小需要通过放大才能足够驱动耳机。
此处用到了D2822芯片如图3.1.3-2所示：
图3.1.3-2
接收电路原理：
调频信号经TX接受，经C9耦合到IC1的19脚内的混频电路，IC1第1脚内部为本机振荡电路，1脚为本振信号输入端，L4，C，C10，C11等元件构成本振的调谐回路。
在IC1内部混频后的信号经低通滤波器后得到10.7MHz的中频信号，中频信号由IC1的7,8,9脚内电路进行中频放大检波，7,8,9脚外连的电容为高频滤波电容，此时中频信号频率仍然是变化的，经过鉴频后变成变化的电压。
10脚外接电容为鉴频电路的滤波电路。
这个变化的电压就是音频信号，经过静燥的音频信号从14叫输出耦合至12脚内的功放电路，第一次功率放大后的音频信号从11脚输出，经过R10,C25,RP,耦合至IC2进行第二次功率放大，推动扬声器发出声音。
其接收部分电路原理图如图3.1.3-2所示：
图3.1.3-3
3.2系统安装与调试
3.2.1电路安装
在已有ZX2028型仿手机调频收音机、对讲机实验套件的前提下，分析了电路的设计思路、工作过程和制作过程，其PCB图的制作在前一章内容作了详细介绍。
此时我们我们需要把买到的套件焊接、安装及调试。
在焊接元件的过程中，涉及电阻和电容的读数，下面分别介绍四色环电阻的读数和电容的读数。
四色环电阻读数规则：
从左向右数，第一、二环表示两位有效数字，第三环表示数字后面添加“0”的个数，第四环表示电阻的精度。
其颜色和数字的对应关系如表3.1所示：
表3.1四色环电阻颜色和数字的对应关系
颜色
棕
红
橙
黄
绿
蓝
紫
灰
白
黑
金
银
数字
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
5%
10%
电阻的阻值还可以采用万用表直接测量的方法，此处不再赘述。
电容读数的方法：
这里用到的电容有电解电容和瓷片电容两种。
其中电解电容有正负极之分，一般根据管脚较长的为正来判断其正负极，而其容值可以直接读出；瓷片电容无正负极之分，其读数方法是第一二位数字代表电容值第三位数字代表“0”的个数，如瓷片电容上标“223”则容值为22000PF。
安装时应注意的问题：
发光二极管应焊在印制板反面
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