高频课设.docx
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高频课设
任务书：
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
内容：
1.调幅与检波
（1）DSBFC产生与检波
（2）DSBSC产生与检波
2.FM波产生与解调
3.PM波产生与解调
要求：
1.上述1必做，2和3选做其一。
载波频率100kHz，5kHz的正弦波作为调制信号；
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进行仿真设计；
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
各种类型调制与解调的主要公式
2．图纸部分：
（1）各种调制与解调的原理框图；
（2）实现各种调制与解调的程序流程框图；
（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，制定各种调制与解调实现方案（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：
高等教育出版社
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
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
内容：
1.调幅与检波
（1）DSBFC产生与检波
（2）DSBSC产生与检波
2.FM波产生与解调
3.PM波产生与解调
要求：
1.上述1必做，2和3选做其一。
载波频率100kHz，5kHz的正弦波作为调制信号；
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进行仿真设计；
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方式。
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）。
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）。
在此仅讨论正弦波调制。
具体论述如下：
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着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。
（二）振幅调制与解调
1.调幅：
即幅值调制（AM）是将一个高频简谐信号（或称载波）与测试信号相乘，使高频信号幅值随测试信号的变化而变化。
由傅立叶变化的性质可知，在时域中两个信号相乘，则对应在频域中对这两个信号进行卷积。
而由高等数学知识可知，一个函数与单位脉冲函数卷积的结果，就是将其图形由坐标原点平移到该脉冲函数处。
所以，若以高频余弦信号与测试信号相乘，其结果就相当于把测试信号（原始信号）频谱图形由原点平移至载波频率处（正负f处。
因为余弦函数的频谱图形是一对脉冲函数。
），其幅值减半。
所以幅值调制过程就相当于频率搬移过程。
为避免调幅波的重叠失真，要求载波频率必须大于测试信号的最高频率，实际应用中，往往选择载波频率至少数倍甚至数十倍于信号中的最高频率。
（其时域波形就是把测试信号由一个变成了两个，相对称的。
这就可能存在信号过零线的问题。
而在过零线时，信号的幅值就会发生由正到负（或由负到正）的变化，此时调幅波的相位（相对于载波）也相应地发生了180度的相位变化。
此种调制方法称为抑制幅值调制。
抑制调幅波须采用同步解调，方能反映出原始信号的幅值和极性。
2.调幅波的解调：
1）同步解调：
也称相干解调。
将调幅波与原载波信号再次相乘，则频域图形将再一次进行搬移，其结果就是在频谱图上，在正负2f处有信号，其幅值变为原来的1／4.而在原点处也出现了幅值为1/2的信号，所以用低通滤波器后，再用放大处理来补偿，就可以复现原信号。
这一过程称为同步解调。
“同步”是指解调时所乘信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位。
2）包络检波：
忙于非相干解调。
若把调制信号进行偏置，叠加一个直流分量A使偏置后的信号都具有正电压，那么调幅波的包络恢复原调制信号的形状。
把该调幅波简单地整流、滤波就可以恢复原调制信号。
一个简单的包络检波器，就是调幅波两端中一端经过一个二极管，然后经过一个RC的并联电路，再返回另一端。
输出信号从R两端取出。
实际该电路就是由一个二极管和一个RC低通滤波器组成。
如果如果原信号有直流分量，则在整流后准确地减去所加的偏置电压。
即实现了解调。
这种方法调制称为非抑制幅值调制，（因为，它不会出现信号过零线的情况，也就不会发生幅值的翻转和相位的变化。
与抑制幅值调制相对）但，此种方法必须要偏置电压足够大，使信号电压都在零线一侧，否则对调幅波只是简单的整流就不能恢复原信号。
这种问题可以用相敏检波技术解决。
3）相敏检波：
电路图较复杂，在此不描述，基本原理就是通过一个是全波整流的电路。
这样，无论调幅波信号是正半周还是负半周，都能进行很好的调制。
经过低通滤波器就可以得出原信号。
3.振幅调制的分类（按波形分类,以单音调制波形为例）:
1）标准调幅波（或称普通调幅波）（AM）
图1标准调幅波
2）双边带调制波（DSB）
图2双边带调制波
3）单边带调制波（SSB）
图3单边带调制波
根据课程设计要求在此对DSBFC和DSBSC的调制与解调做详细的说明。
4.标准调幅波
（1）标准调幅波的分析
1）表示式及波形
设载波电压为
调制电压为通常ωc>>Ω。
根据定义,已调信号的振幅随调制信号uΩ线性变化,由此可得振幅调制信号振幅Um（t）为
Um（t）=Ucm+ΔUcm（t）=Ucm+kaUΩmcosΩt=Ucm（1+mcosΩt）式中,m----调幅度（调制度），ka----比例系数或调制灵敏度,由电路决定。
故单一频率的调制信号调制的调幅波的表达式为：
图4不同调制度下的调制波形
调制度m可由图（c）得到：
m>1会出现一段时间振幅为0的现象称为过调制，实际应避免。
一般要求调制度满足：
（2）标准调幅波的产生
由表达式可知：
将调制信号与直流相加后,再与载波信号相乘,即可实现普通调幅。
由于乘法器输出信号电平不太高,所以这种方法称为低电平调幅 。
图5AM波产生原理图
图6产生AM波的波形示意图
（3）标准调幅波的解调
前面所述的三种解调的方法均可以用来对标准调幅波进行解调，在这里选择包络（峰值）检波的方法对已调波进行解调。
具体原理如下：
图7标准调幅波的解调原理图
图8标准调幅波的解调电路图
图9标准调幅波调制与解调波形图
5.双边带调制波
（1）双边带调制波分析
1）定义：
仅传输标准调幅波中两个边带调制的方式称为抑制载波的双边带调制。
2）DSB传送原因：
调幅波中惟有上下边频分量才反映调制信号的频谱结构，载波分量仅起到频谱搬移作用。
从传输观点来看，占有绝大部分功率的载波分量是无用的，在传输中将其抑制掉，可节省发射功率。
所以用双边带波传送比AM波传送好。
3）数学表达式：
UDSB=MaVcmcosΩtcosωCt
图10双边带调制波形
4）分析：
DSB波的包络已不反映调制信号的变化规律，当调制信号由上半周进入负半周瞬时，高频电流相位出现180。
突变。
（2）双边带调制波的产生
此调制波的产生类似与标准调制波的产生电路，如图5将直流电平去掉就可以得到双边带调制波。
图11双边带调制波电路
图12双边带调幅信号的有关波形和频谱图
（3）双边带调制波的解调:
对于双边带调制波可以用前面所述的相干检波的方法对其进行检波。
1）原理：
Us=VmcosΩtcosωct为已调波，Ur=Vrmcosωct为本地引入参考电压，称同步电压，要求与输入载波信号同频同相。
第一项与cosΩt成正比，是反应调制信号变化规律的有用分量，后两项为2ωC的双边带调制信号，为无用的寄生分量，通过低通滤波将高频分量滤除，即可实现检波。
2）实现模型
图13双边带调制波的相干检波电路
（三）频率调制与解调
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（FM——FrequencyModelation），控制高频载波的相位称为调相（PM——PhaseModeulation），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。
所以抗干扰能力很强，便于远距离传输以及数字处理。
在LC谐振回路中，如果使位移、应力、应变等物理量引起电容传感器的电容变化，则谐振回路的振荡频率将变化。
也就是被测物理量的变化直接引起高频振荡波的频率变化，产生了调频波。
2.调频波的分析
设调制信号为单一频率信号uΩ（t）=UΩcosΩt,未调载波电压为uC=UCcosωct,根据频率调制的定义,调频信号的瞬时角频率为
它是在ωc的基础上,增加了与uΩ（t）成正比的频率偏移。
式中kf为比例常数，称为调制灵敏度，单位为Hz/V，或rad/S/V。
则调频信号的瞬时相位φ（t）是瞬时角频率ω（t）对时间的积分。
即：
式中,φ0为信号的起始角频率。
为了分析方便,不妨设φ0=0,则式（7-2）变为:
则FM波的表示式为：
从分析可以知道FM波的特点：
（1）调频信号的瞬时频率与调制信号成线性关系，而瞬时相位与调制信号的积分成线性关系。
（2）最大频偏
与调制信号的振幅成正比，表示受调制信号的控制程度。
FM信号瞬时频率最大变化量为2Δfm。
（3）调频指数mf
调频指数实际上是最大的相位偏移，它与调制信号的振幅成正比，与调制频率成反比，它等于最大频偏除以调制频率。
3.FM波的产生：
根据调频的定义，调频波的瞬时频率与调制信号成正比。
它的瞬时相位与调制信号的积分成正比。
由此可以得到两种产生调频波的方法。
一是直接调频法，用调制信号直接控制振荡器的频率，使振荡频率跟随调制信号变化。
二是间接调频法，使振荡信号经过的调相电路，再用调制信号的积分去控制调相电路，使调相电路的输出相位与控制信号成正比，由于频率是相位的微分，因此输出信号的频率与调制信号成正比，从而实现了调频。
直接调频原理简单、频偏较大，但由于振荡器的频率直接受控，因此频率的稳定度不高。
而间接调频法的核心是调相，其载波信号是由晶振产生的，因此频率稳定度高。
但间接调频的缺点是频偏小，必须有扩展频偏电路扩展频偏。
图14调频波的波形
4.调频波的解调
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生调幅。
当鉴频器解调这类调频波时，会把寄生调幅的影响反映到输出电压上，引起解调失真，使输出信噪比下降，因此一般在鉴频器前都要加限幅器以消除寄生调幅。
（1）鉴频的方法
1）斜率鉴频：
将等幅调频波通过一线性网络，将其频率变化规律转移到幅度的变化上，输出一调幅调频波，然后再用包络检波器检出其幅度变化，从而实现了鉴频。
2）正交鉴频：
将调频波通过一线性网络，将其频率变化规律变成附加的相位变化，然后用相位相位检波器检出两信号的相位差，从而实现了鉴频。
正交鉴频是目前集成电路中用得最多的鉴频方法。
3）脉冲计数式鉴频：
将调频波通过一非线性网络（前两种方法都是线性的）。
经过，放大、限幅、微分、脉冲成形，输出一串宽度为τ的调频脉冲序列。
由于该脉冲序列的疏密反映输入信号瞬时频率的变化，将该脉冲序列通过低通滤波器，取出平均分量，便可得到所需的调制电压。
脉冲计数式鉴频器的工作频率最高一般只到10MHZ。
但是，脉冲计数鉴频器的线性鉴频范围大，易于集成，这些都是优点。
4）锁相鉴频：
是一种性能优良的鉴频电路，它允许输入调频波有较低的信噪比门限水平。
（2）这里用振幅鉴频法对调频波进行鉴频
若能将等幅的调频信号变换成振幅也随瞬时频率变化、既调频又调幅的FM―AM波,就可以通过包络检波器解调此调频信号。
用此原理构成的鉴频器称为振幅鉴频器。
所以只要具有在FM信号频率范围内具有频率-电压变换作用的网络都可以获得FM-AM波。
（a）振幅鉴频器框图；（b）变换电路特性
图15振幅鉴频器原理
设调制信号为uΩ=f（t）,则调频波为:
对此式直接微分可得到一个FM-AM波：
显然微分后的电压振幅与瞬时频率成正比。
经包络检波器就可以解调出原来的调制信号。
图16振幅检波器原理
图16微分鉴频原理
图17微分鉴频电路
四仿真结果
1、DSBFC的产生与解调
将调制信号与载波信号相乘得到DSBFC信号，再利用峰值检测进行包络检波就可从调幅波中恢复出调制信号，具体实现过程如下：
图18DSBFC产生及解调程序图
图19DSBFC解调波形图
2、DSBSC的产生与解调
DSBSC的产生与DSBFC的原理相同，在解调DSBSC时选择采用同步检波进行解调。
图19DSBSC产生及解调程序图
图20DSBSC解波形图
3、FM的产生于解调
选择用直接调频的方法对调制信号进行调制，然后再用振幅鉴频的方法进行解调。
图21FM产生及解调程序图
图22FM波解调波形图
五心得体会
为期两周的课程设计匆匆的就过去了，通过这两周的学习实践使我又重新温了一遍高频电子线路这门课程，同时也初步学习和掌握了用LABVIEW模拟仿真信号。
在这两周的课设期间也遇到了很多问题，主要反映在对理论知识的遗忘、掌握不扎实以及对新的设计环境得不熟悉上。
不过有了同学的帮助、老师的耐心讲解和指导下以及自己的认真学习，遇到的各种问题最终得以解决。
虽然课设完成得不算很顺利，但在这期间自己不断地查找资料，请教他人，收获还是很大的。
通过这次课设使我明白了如何根据需要选学参考书，查阅手册，图表和文献资料，对培养自己独立思考﹑深入钻研有关问题，自觉分析解决问题的能力有很大的帮助和提高。
特别是在搜集各种相关资料时自己下了很大的功夫，学到了很多以前在书本上看不到的东西，很多是与实际有着密切的联系的。
对相关资料的消化吸收使我深深的感受到了理论与实际相结合是多么的重要，只有理论知识是远远不够的，还要把所学的理论知识与实践结合起来，从实践中得出结论，才能真正的学以致用，真正的提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
这次的课设用到的仿真软件是Labview，刚开始使用这个软件时觉得特别的吃力，有时为了找一个器件要花费很长的时间，后来就借了一本介绍这个软件的书，经过几天的攻读和同学的帮忙才走出了困境。
现在对这个软件有了初步的了解而且能用它来较熟练地仿真电路，更重要的是让我认识了Labview，这也为将来工作更添一项工具。
通过这次课程设计，使我加强对高频电子技术电路的理解，学会如何查寻资料﹑方案比较，以及设计计算等。
而且进一步提高了自己分析解决实际问题的能力，给自己创造一个动脑动手﹑独立开展电路实验的机会，锻炼了分析﹑解决高频电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过对典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强了实践能力。
六参考文献
1.《电子通信系统（第四版）》，[美]WayneTomasi，北京：
电子工业出版社
2.《高频电子线路实验与课程设计》杨翠娥编，哈尔滨：
哈尔滨工程大学出版
3.《高频电子线路》高吉祥主编电子工业出版社
4.《高频电子电路》，张肃文，北京：
高等教育出版社
5.《电子线路》，谢嘉奎，北京：
高等教育出版社
6.《高频电路》，沈伟慈，西安：
西安电子科技大学出版社
7.《LabVIEW7Express实用技术教程》雷振山，中国铁道出版社
8.《高频电子线路学习与解题指导》阳昌汉编著，哈尔滨：
哈尔滨工程大学出版社
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