高频电路课程设计调频

课程设计报告

《高频电路》

题目调频（调幅）发射接收模块设计学院

专业

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指导教师

二〇一五年一月一日

目录

摘要 (1)

一、选题意义 (1)

一、总体方案 (1)

2.1、设计目的 (1)

2.2、设计思路 (2)

三、调频接收机的工作原理 (2)

四、调频接收机的主要技术指标 (3)

4.1、接收机的工作频率范围 (3)

4.2、灵敏度 (3)

4.3、选择性 (3)

4.4、信噪比 (3)

4.5、输出功率 (3)

4.6、直流电源 (4)

五、各部分性能设计 (4)

5.1、高频小信号放大电路 (4)

5.2、本振电路 (5)

5.3、混频器 (7)

5.4、中频放大电路 (9)

5.5、正交鉴频器及低频放大器 (10)

5.6、调频接收机总电路图 (12)

六、软件无线电平台调试 (12)

七、心得体会 (13)

摘要

本次课程设计，其目的是得到一个简易的调频接收机。在调频接收机的设计过程中，应将其分为选频网络、高频放大、变频、中频放大、解调、低放和低频功放七个部分。但是在设计时必须全面考虑，妥善处理一些相互牵制的矛盾，特别要抓住主要矛盾（稳定性、选择性、失真等），才能使得接收机有较好的指标。超外差式接收机能够大大提高接收机的增益、灵敏度和选择性。超外差电路的典型应用是超外差接收机，其优点是：一、容易得到足够大而且比较稳定的放大量。二、具有较高的选择性和较好的频率特性。三、容易调整。缺点是电路比较复杂，同时也存在着一些特殊的干扰，如像频干扰、组合频率干扰和中频干扰等。随着集成电路技术的发展，超外差接收机已经可以单片集成。

关键词：高频，调频，本振，混频，中频放大，鉴频，低频放大。

一、选题意义

随着科技日新月异的发展，知识的不断更新，信息传输是人类社会生活不可缺少的一部分。从古代的烽火到近代的旗语，都是人们寻求快速远距离通信的手段。电报、电话的发明，为迅速准确的传递信息提供了新手段，是通信技术的重大突破。但是电报电话都是沿着导线传送信号的。能否不用导线，就在空间中实现信号的传送呢？答案是肯定的，这也就是本次课程设计的要实现的这个目的的一部分。虽说科技淘汰产品很快，我们今天学的知识可能明天就落伍了，但是掌握基础知识会为我们学习新的知识打下坚实的基础。

所以，本次课程设计就是为我们在通信基本电路这门课中消化所学知识，理解并掌握其中的重要知识点奠定基础。因为简易调频接收机的设计包括几个知识点，摘要中已经叙述，我觉得囊括的知识点越多，对自己的锻炼也就越充分越全面。故而我选择了这个题目。

一、总体方案

2.1、设计目的

一、全面复习高频电路的基础知识。

二、理解课本知识从而掌握调频接收机整机电路的设计方法。

三、学会如何将高频单元电路组合起来实现满足工程实际需要的整机电路。

四、掌握使用电路仿真软件multisim进行基础的电路仿真与调试。

五、搭建一个基于LabVIEW的数字通信系统并实现软件无线电平台调试

2.2、设计思路

设计思路分为以下几个步骤：

由于调频接收机分为高频小信号放大器，本地振荡器，晶体管混频器，中频放大器，正交鉴频器以及低频放大器六部分。所以我们可以分步实现，各司其职。

A、高频小信号放大器

对于高频小信号放大器来说，由于信号小，可以认为它工作在晶体管（或场效应管）的线性范围之内。这就允许把晶体管看成线性元件了，因此可作为有源线性四端网络来分析。

B、本地振荡器

本振电路用LC谐振回路来产生一个稳定的本地振荡频率，将这个稳定的谐振频率与高频放大输出信号经过混频器混频，从而输出一个中频信号。

C、混频器

晶体管混频器的主要优点是变频增益较高，有二极管组成的环形混频器的优点是它有组合频率少、动态范围大、噪声小、本振电压为反向辐射的特点。

D、中频放大器

如果外来信号和本机振荡相差不是预定的中频，就不可能进入放大电路。因此在接收一个需要的信号时，混进来的干扰电波首先就在变频电路被剔除掉，加之中频放大电路是一个调谐好了的带有滤波性质的电路，所以接收机的选择性指标很高。

E、正交鉴频器

在此设计中，我选用了正交鉴频器，虽然课堂上我们并没有学习过，但是有基础是可以慢慢摸索的。正交鉴频器实际上是一种乘积型相位鉴频器，它由移相网络、乘法器和低通滤波器三部分组成。调频信号一路直接加至乘法器，另一路经相移网络移相后(参考信号)加至乘法器。由于调频信号和参考信号同频正交，因此，称之为正交鉴频器

F、低频放大器

一般从鉴频器输出的信号都比较小，为了得到我们所需的信号，必须将输出信号进行放大。一般采用三极管放大电路来实现这一功能。因为本次设计是音频信号，所以采用运算放大器效果比较好。

三、调频接收机的工作原理

如图3.1所示，即该设计所需求的调频接收机的原理方框图。

图3.1 调频接收机的原理方框图

其工作原理即为：把从天线上接收到的微弱的高频信号v1先经过一级或几级高频小信号放大器（而这部分往往也可以省略不用）放大为v2。然后送至混频器与本地振荡器所产生的等幅震荡电压v3相混合，所得到的输出电压v4包络线形状不变，仍与原来的信号波形相似，但是载波频率则转换为v2与v3两个高频频率之差（和）。这叫做中频。中频电压v4再经过中频放大器放大为v5，送入鉴频器，经鉴频得到输出电压v6。最后v6再经低频放大器放大为v7，送到扬声器中转变为声音信号。由于天线接收到的高频信号经过混频成为固定的中频，再加以放大，因此接收机的灵敏度较高，选择性较好，性能也比较稳定。

四、调频接收机的主要技术指标

4.1、接收机的工作频率范围

接收机可以接受到的无线电波的频率范围称为接收机的工作频率范围或波段覆盖。接收机的工作频率必须与发射机的工作频率相对应。频率范围：f RF=6.3MHz左右，中频频率：f I=2. 5MHz左右。

4.2、灵敏度

接收机接收微弱信号的能力称为灵敏度，通常用输入信号电压的大小来表示，接收的输入信号越小，灵敏度越高。调频接收机灵敏度≤200μV

4.3、选择性

接收机从各种信号和干扰中选出所需信号（或衰减不需要的信号）的能力称为选择性，单位用dB（分贝）表示dB数越高，选择性越好。调频收音机的中频干扰应大于50dB。

4.4、信噪比

在电路中某一指定点处的信号功率P s与噪声功率P n之比，称为信号噪声比，简称信噪比（signal-noise ratio），以P s/P n（或S/N）表示。

4.5、输出功率

接收机的负载输出的最大不失真（或非线性失真系数为给定值时）功率称为输出功率。

4.6、直流电源

在调频接收机的设计中，用12V直流电源给电路供电。

五、各部分性能设计

5.1、高频小信号放大电路

如图5.1所示，为共射级接法的晶体管高频小信号放大器。它不仅要放大高频信号，还要有一定的选频作用，因此，晶体管的负载为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的级间电容及连接导线的分布参数等会影响频率和相位。晶体管的静态工作点由电阻RA2,RA3,RA4及RA1决定，其计鉴频器算方法与低频单管放大器相同。对于此高放，要求是：（1）工作稳定，放大器可能会产生正反馈，他影响放大器的稳定工作，严重时会引起震荡，使放大器变成振荡器，。因此，正常工作重要保证放大器远离震荡状态而稳定工作。（2）选择性好，即有一定的通频带。（3)失真小，增益高，且工作频率变化时增益变动不应过大，工作频率越高，晶体管的放大能力越小，增益越低。增益变化太大时，灵敏度相差将很悬殊。高频放大器是用来放大高频信号的器件，高频放大器与低频相比较，它的工作频率高，但整个工作频带宽度比较窄。在接收机中，高频放大器放所放大的对象是已调信号，它除载频信号外还有边频分量。根据高放的对象是载频信号这一情况，一般采用晶体管做放大器件，而且用并联谐振回路作为负载，让信号谐振在信号载频。对于高频小信号放大器来说，由于信号小，可以认为它工作在晶体管的线性范围内。允许把晶体管看成线性元件，可以看成有源线性四端网络。

（电路仿真图）

（仿真所得波形）

(硬件调试所得波形)

5.1高频小信号放大电路

5.2、本振电路

在本次设计中，采用改进型电容三点式LC振荡电路。因为本振电路的输出频率要与高频放大电路的输出信号进行混频，得到一个中频信号。所以要求本振电路的输出频率必须很稳定，所以采用了改进型电容三点式。如果本振电路的输出不稳定，将引起变频器输出信号的大小改变，振荡频率的漂移将使中频改变。振荡器的振幅与振荡管的特性以及反馈电路的特性有关，当温度及其它管子与反馈电路的特性改变时，振幅也就会改变。如图5.2所示。

XSC1

（电路仿真图）

（仿真所得波形）

(硬件调试所得波形) 图5.2LC 振荡电路

5.3、混频器

混频电路的类型较多，常用的有模拟相乘混频器、二极管平衡混频器、环形混频器、三极管混频器等。由于本设计课题使用的是三极管混频，所以其它电路不与考虑,其三极管混频器

组成框图如下

三极管混频器组成框图混频电路主要有三大部分组成：本地振荡器、晶体管混频电路和选频回路,各个部分独立工作。本地振荡器产生稳定的振荡信号（设其频率为f 0）通过晶体管混频电路和输入的高频调幅波信号（设其频率为fs ）,由于晶体管的非线性特性，两个信号混合后会产生f 0+fs 、f 0-fs 频率的信号，然后通过中频选频回路,取出f 0-fs 频率的信号，调节好

f 0、fs 的大小使其差为中频频率，即所需要的中频信号6.455MHZ 。

（电路仿真图）

（仿真所得波形）

(硬件调试所得波形) 图5.3 三极管混频电路

5.4、中频放大电路

中放的作用有两个主要作用：（1）提高增益，因中频低于信号频率，晶体管的y参数及回路谐振电阻等较大，因此易于获得较高的增益。差外差接收机检波前的总增益主要取决于中放。（2）抑制邻近干扰。

对中放的主要要求是工作稳定，失真小，增益高，选择性好，有足够宽的通频带。对于高放，因工作频率f0高，通频带BW=f0/Q L宽，故高放回路的Q值越高越好，这时不必顾虑BW太窄的问题；但对于中放，由于工作频率较低，若回路Q值过高，频带可能太窄而不能通过全部信号分量，故希望他在要求的通频带条件下选择性越高越好，也就是要求谐振曲线接近矩形。鉴频器的任务是从调频信号中检出调制信号，它包括变换部分及振幅检波器部分。如图5.4所示，即为中放和鉴频的电路图。

（电路仿真图）

（仿真所得波形）

(硬件调试所得波形)

图5.4 中频放大电路

5.5、正交鉴频器及低频放大器

正交鉴频器工作原理图如下图：

正交鉴频器（英文Orthogonal frequency discriminator）实际上是一种乘积型相位鉴频器，它由移相网络、乘法器和低通滤波器三部分组成。调频信号一路直接加至乘法器，另一路经相移网络移相后(参考信号)加至乘法器。由于调频信号和参考信号同频正交，因此，称之为

正交鉴频器。如图5.5所示即为正交鉴频器电路图

（电路仿真图）

（仿真所得波形）

（硬件调试所得波形）

图5.5正交鉴频及低频放大器

5.6、调频接收机总电路图

如图5.6所示，为调频接收机总电路图：

图5.6 调频接收机总电路图六、软件无线电平台调试

图5.7软件无线电平台调试图

七、心得体会

两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，也是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．

通过这次通信基本电路课程设计，本人在多方面都有所提高。了解高频调幅电路的基本结构，提高了计算能力，multisim以及labview的绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。

在这次设计过程中，体现出自己单独设计电路的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。

在此感谢我们的指导老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次课程设计的每个模块电路的细节和每个数据，都离不开老师您以前课堂上的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。

同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。

由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分

乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。