通信电子线路实验一

东南大学电工电子实验中心

实验报告

课程名称：通信电子线路实验

第 1 次实验

实验名称：高频实验

院（系）：信息工程专业：/ 姓名：/ 学号：/

实验室: 高频实验实验组别：/ 同组人员：/ 实验时间：14年11月29日

评定成绩：审阅教师：

3.1常用仪器使用实验

1、说明频谱仪的主要工作原理，示波器测量精度与示波器带宽、与被测信号频率之间关系。答：一是对信号进行时域的采集，然后对其进行傅里叶变换，将其转换成频域信号。这种方法对于AD要求很高，但还是难以分析高频信号。

二是通过直接接收，称为超外差接收直接扫描调谐分析仪。即：信号通过混频器与本振混频后得到中频，采用固定中频的办法，并使本振在信号可能的频谱范围内变化。得到中频后进行滤波和检波，就可以获取信号中某一频率分量的大小（帕斯瓦尔定理）。

示波器测量精度与前置放大电路的噪声，电源的噪声，ADC采样的有效位数，信号调理电路的精度等都有关。示波器带宽越宽，底噪越大，实际精度受到影响。为了提高精度，ADC的位数必须足够多，但这将会降低ADC的转换速率（除非用的是并行比较型），也就是降低了ADC的采样频率。而根据采样定理，ADC采样频率必须为信号最高频率的两倍以上，所以所采信号的频率限制了示波器的精度。

2、画出示波器测量电源上电时间示意图，说明示波器捕获电源上电上升时间的工作原理。答：捕获这个过程需要示波器采样周期小于过渡时间。这里，为了观察电源上电波形，只需采用电平触发，就可以捕获这个电压上升过程。我们采用的是数字示波器，可以观察到预触发的波形。

测量电源上电时间示意图：

3、简要说明在FM调制过程中，调制信号的幅度与频率信息是如何加到FM 波中的。答：见以下公式

4、对于单音调制信号，分别采用AM与FM调制方式，信号所占的带宽如何计算，并与频谱仪测试结果进行比较说明。

答：AM波的带宽公式：

FM波的带宽公式：

可以观察到FM占用的带宽远大于AM。这一点与从频谱仪上观察的结果一致。

3.2正弦波压控振荡器实验

【实验现象】

如下图为压控振荡器输出端的时域波形：

图3.2.1

频域波形：

图 3.2.2

实验中观察到，开始时压控振荡器输出波形失真严重，经初步讨论研究，更换了示波器探头，实现阻抗匹配，再观察时波形依旧失真但相较于之前的已有所优化。压控振荡器输出波形失真的原因，可能是内部变容二极管工作不正常，或者说是二极管的相位噪声过大造成的。VCO 内部可有突变型二极管和超突变二极管，突变性二极管往往有高Q 值低相位噪声，相比之下而超突变二极管则有更大的相位噪声。

【整理分析】

1. 整理实验数据，观测压控振荡器的压控特性。并填写记录表，画出 VCO 控制特性曲线。

2. 根据式

3.2.1，利用特性曲线，求出该压控振荡器的压控灵敏度K0。 实验数据

VCO 控制特性曲线如下

-9

-8-7-6

-5-4-3-2-10

24

6

8

10

12

14

16

U-control/V

F -o u t p u t /M H z

P23压控电压（V)

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 -0.5

P24脚输出频率（MHz ）

2.26 2.71

3.31 3.96

4.81

5.92 7.18 9.06 11.01 14.29 输出电压幅度（mv ）

220 492

712

720

584

536

504

376

112

96

-9

-8-7-6

-5-4-3-2-10

0100200300400500

600700

800U-control/V

U -o u t p u t /m V

K0=(f2-f1)/(Uc2-Uc1)=(14.29-2.26)M/[-0.5-(-9)]=1.4153MHz/V

3.3振幅调制与解调电路实验

【实验现象】

实验中，调幅波在时域中的波形：

图3.3.1

调幅波的频谱图：

解调所得波形：

图3.3.3

【整理分析】

1.MC1496各引脚电位填入表3.3.1中。

表3.3.1 MC1496各引脚电位实验数据

PIN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (V) 0.00 -0.72 -1.15 -0.45 -6.09 8.13 0.04 5.49 0.04 5.49 0.05 8.12 0.06 -7.23

2.根据所测电压，分析并判断调幅集成电路内主要晶体管的工作状态。

图 3.3.4

答：MC1496的电路原理图如上，根据引脚8、10和6、12的电压值可知：8脚连接两个管子处于限幅工作状态，10脚连接的两个管子处于截止区；根据引脚4,1和2,3的电压值可知：1脚所连接的管子处于放大区，4叫连接的管子处于截止区；根据引脚5，和14的电压值可知：5脚所连接的两个管子都处于放大区，处于导通状态。

3. 当fc=2MHz ，Vpp=200mV 正弦单音信号，fM=2kHz ，Vpp=200mV 正弦单音信号时： ① 分别画出调幅信号的频域及时域波形，计算调制指数； 调幅信号的频域波形：见上图3.3.2。 调幅信号的时域波形：见上图3.3.1。 软件仿真图如下：

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

-200

-150-100-50050

100150

200t

U o

(a)

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

-200

-150-100-50050

100150

200t

U o

(b)

00.20.40.6

0.81 1.2 1.4

-150

-100-50050

100

150t

U o

(c)

00.20.40.6

0.81 1.2 1.4

-150

-100-50050

100

150t

U o

(d) 图 3.3.5

调制指数Ka=1，0.7，0.5，0.1。

②测量此时的调幅波形，计算调制指数；

波形如图3.3.1所示。

调制指数约为85%。

③用频谱仪测量此时已调波的频谱

见实验现象图3.3.2。

4. 写出此调幅信号的数学表达式，并计算此调幅波所占带宽。

数学表达式：Uo(t)=Ucm*(1+0.85*cos(wm*t))*cos(wc*t);

所占带宽B=4kHz

5. 实验步骤（3）与（4）中分别改变载波和基带信号幅度时，哪一个对已调信号波形的影响大一些，为什么？

答：基带信号的幅度影响较大。据图3.3.4即MC1496电路原理图，基带信号输入的三极管工作在放大电路，而载波信号的三极管只工作在截止和放大区，相当于开关电路，改变输入幅值影响不大。因此是载波信号对已调信号的波形影响较大。

3.4调频电路实验

【实验现象】

FM波时域波形：

图 3.4.1

FM波最高频率：

FM波最低频率：

FM波频谱图：

图 3.4.4

用示波器FFT分析FM波：

图 3.4.5

【整理分析】

1.分别画出在实验内容（1）和（2）中所产生的FM波的时域波形和频谱图，在时域波形中表明幅度与周期，在频谱图中标出功率与FM波所占带宽。

答：FM波时域波形见图3.4.1，峰峰值1.88V，频率6.667MHz；频谱图见3.4.4，带宽110Hz，此参数不足信，因为在原始题目条件下，根本观察不到明显的频偏现象，调整后方得该图，示波器显示频率也不准确，频谱仪显示中噪声较大。

2.在试验内容（4）中，利用式（

3.

4.5）可求出此时调制指数Mf=（fmax-fmin）/F。说明：由于测试误差，可能fmax和fmin测试时差异较大，但这是一种求出调制指数的方法。答：Mf=110Hz/6.5MHz=1.7*10^-5。实验中，由于仪器设备的问题，在题目所给定的参数下，fmax与fmin相差极小，波形基本没有变化，因此调整参数，得出上述波形。但是调频观察效果依然不佳，因此计算出的调制指数Mf显得尤为小，其中既有测量方法的问题，也有仪器设备本身老化的问题。关于测量方法，实验中没有好好利用频谱仪，反而采用示波器测量最大频偏，这是最大的错误。

3.利用式（3.

4.6）计算Carson FM波带宽，并与测试结果进行比对说明。思考为什么在单音调制时，FM波也会占有较宽的带宽。

答：单音调制时FM波占有较宽带宽是因为，调频的原理为频率随单音信号的幅度变化而变化，如果单音信号的幅度变化大，则带宽相应变大，与AM波相比，FM波的频谱也往往丰富的多。

4. 思考，若一调频信号的调制信号为，调频波表达式为,调频波表达式为

（1）此信号载频和调制信号频率各是多少？

（2）若调制信号幅度增大一倍，调制信号频率不变，调制系数和带宽各有何变化？

答：（1）此信号的载频信号频率，调制信号频率。

（2）由于有所以当调制信号幅度增大一倍时，调制系数也会增大一倍。

因为有，所以有原来的带宽为，当调制信号幅度增大一倍时，带宽变为。从计算结果中可以发现当调制信号幅度增大一倍，调制信号频率不变时，调制系数增大一倍，在宽带调制中，

带宽也会相应的大约增大一倍。

5.说明调制频偏和调频信号所占带宽的关系。

答：调制信号所占带宽，而，即，所以调频信号所占带宽为两倍的调制偏频加上两倍的调制信号频率，当宽带调频时，即时，。