射頻通信電路課程設計報告

1、<p>　　射頻電路課程設計報告</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　混頻器在通信工程和無線電技術中，應用非常廣泛，在調制系統中，輸入的基帶信號都要經過頻率的轉換變成高頻已調信號。在解調過程中，接收的已調高頻信號也要經過頻率的轉換，變成對應的中頻信號。特別是在超外差式接收機中，混頻器應用較為廣泛，如AM 廣播接收機將已調幅信號535

2、KHZ-一1605KHZ要變成為465KHZ中頻信號，電視接收機將已調48．5M一870M 的圖象信號要變成38MHZ的中頻圖象信號。</p><p>　　常用的振幅檢波電路有包絡檢波和同步檢波兩類。輸出電壓直接反映調幅包絡變化規(guī)律的檢波電路,稱為包絡檢波電路,它適用于普通調幅波的檢波。通常根據信號大小的不同,將檢波器分為小信號平方律檢波和大信號峰值包絡檢波兩信號檢波。</p><p>　

3、　目前, 在 應 用較 廣 泛 的 電 路 仿 真 軟 件 中, Pspice是應用較多的一種。Psp ice 能夠把仿真與電路原理圖的設計緊密得結合在一起。廣泛應用于各種電路分析,可以滿足電路動態(tài)仿真的要求。其元件模型的特性與實際元件的特性十分相似 ,因而它的仿真波形與實驗電路的測試結果相近,對電路設計有重要的指導意義。</p><p>　　由此可見，混頻電路是應用電子技術和無線電專業(yè)必須掌握的關鍵電路。<

4、;/p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引言2</b></p><p><b>　　一．概述3</b></p><p><b>　　二. 方案分析4</b></p><p>　　三．單元電路的工作原理

5、6</p><p>　　1．LC正弦波振蕩器6</p><p>　　2．模擬乘法器電路8</p><p><b>　　3．諧振電路9</b></p><p><b>　　4．包絡檢波12</b></p><p>　　四．電路性能指標的測試14</p>

6、<p>　　五．課程設計體會15</p><p><b>　　參考文獻17</b></p><p><b>　　概述</b></p><p>　　1.1 混頻器和振蕩器的定義</p><p>　　混頻器是頻譜線性搬移電路，能夠將輸入的兩路信號進行混頻。具體原理框圖如圖1所示。<

7、/p><p>　　振蕩器輸出一頻率為=10MHz、幅值0.2V＜＜1V的正弦波信號，此信號作為混頻器的第一路輸入信號；高頻信號源輸出一正弦波信號，=10MHz、幅值=200mV，此信號作為混頻器的第二路信號，將這兩路信號作為模擬乘法器的輸入進行混頻。選頻放大電路則對混頻后的信號進行選頻、放大，最終輸出2MHz的正弦波信號。</p><p>　　圖1 混頻器原理框圖</p>&l

8、t;p><b>　　1.2調幅波的解調</b></p><p>　　調幅波的解調即是從調幅信號中取出調制信號的過程，通常稱為檢波。調幅波解調方法有二極管包絡檢波器、同步檢波器。不論哪種振幅調制信號，都可采用相乘器和低通濾波器組成的同步檢波電路進行解調。但是，對于普通調幅信號來說，它的載波分量被抑制掉，可以直接利用非線性器件實現相乘作用，得到所需的解調電壓，而不必另加同步信號，通常將這種

9、振幅檢波器稱為包絡檢波器。目前應用最廣的是二極管包絡檢波器，而在集成電路中，主要采用三極管射極包絡檢波器。同步檢波，又稱相干檢波，主要用來解調雙邊帶和單邊帶調制信號，它有兩種實現電路。一種由相乘器和低通濾波器組成，另一種直接采用二極管包絡檢波。</p><p>　　調幅波信號是二極管檢波電路的輸入，由于二極管只允許單向導電，所以，如果使用的 是硅管，則只有電壓高于0.7V的部分可以通過二極管。同時，由于二極管的輸

10、出端連接了一個電容，這個電容與電阻配合對二極管輸出中的高頻信號對地短路，使得輸出信號基本上就是AM信號包絡線。電容和電阻構成的這種電路功能叫做濾波。</p><p><b>　　二. 方案分析</b></p><p>　　對于混頻電路的分析，重點應掌握，一是混頻電路的基本組成模型及主要技術特點，二是混頻電路的基本原理及混頻跨導的計算方法，三是應用電路分析。</p

11、><p>　　混頻電路的基本組成模型及主要技術特點：</p><p>　　混頻，工程上也稱變頻，是將信號的頻率由一個數值變成另一個數值的過程，實質上也是頻譜線性搬移過程，完成這種功能的電路就稱為混頻電路或變頻電路。</p><p>　　混頻電路的組成模型及頻譜分析</p><p>　　圖a是混頻電路的組成模型，可以看出是由三部分基本單元電路組成。

12、分別是相乘電路、本級振蕩電路和帶通濾波器(也稱選頻網絡)。當為接收機混頻電路時，其中Us(t)是已調高頻信號。Ul(t)是等幅的余弦型信號，而輸出則是Ui(t)為中頻信號。</p><p>　　混頻電路的基本原理：</p><p>　　圖2中，Us(t)為輸入信號，Uc(t)為本振信號。Ui(t)輸出信號。</p><p>　　分析：當， 則= = </p&

13、gt;<p><b>　　其中：</b></p><p>　　對上式進行三角函數的變換則有</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　從上式可推出，Up(t)含有兩個頻率分量和為(ψc+ψS)，差為(ψC-ψS)。若選頻網絡是理想上邊帶濾波器則輸出為．</p><p>

14、;　　若選頻網絡是理想下邊帶濾波器則輸出：．</p><p>　　工程上對于超外差式接收機而言，如廣播電視接收機則有ψc >>ψS．往往混頻器的選頻網絡為下邊帶濾波是混頻器，則輸出為差頻信號，為接收機的中頻信號。衡量混頻工作性能重要指標跨導。規(guī)定混頻跨導的計算公式：混頻跨導g：輸出中頻電流幅度偷入信號電壓幅度。</p><p>　　該電路由LC正弦波振蕩器﹑高頻信號源﹑模擬乘法

15、器以及選頻放大電路組成。LC正弦波振蕩器產生的10MHz正弦波與高頻信號源所產生的8MHz正弦波通過模擬乘法器進行混頻后產生雙邊帶調幅信號，然后通過選頻放大器選出有用的頻率分量，即頻率2MHz的信號，對其進行放大輸出，最終輸出2MHz的正弦波信號。混頻器電路如圖3所示。</p><p><b>　　圖3 混頻器電路圖</b></p><p>　　三．單元電路的工作原理

16、</p><p>　　1．LC正弦波振蕩器</p><p>　　本次設計采用LC電容三點式反饋電路，也叫考畢茲振蕩電路。利用電容將諧振回路的一部分電壓反饋到基極上，而且也是將LC諧振回路的三個端點分別與晶體管三個電極相連，所以這種電路叫電容三點式振蕩器。</p><p>　　三點式LC振蕩器的相位平衡條件是，在LC諧振回路，，與﹑性質相反，當﹑為電容，就是電感；當﹑

17、為電感，就是電容。</p><p>　　在LC三點式振蕩器電路中,如果要產生正弦波，必須滿足振幅平衡條件：即滿足。</p><p>　　由相位平衡條件和振幅平衡條件可得：</p><p>　　選取，故選用2N2222A三極管。2N2222A是NPN型三極管，屬于低噪聲放大三極管。本電路的三極管采用分壓偏置電路，為了使三極管處于放大狀態(tài)，必須滿足：電流</p&g

18、t;<p><b>　　電壓</b></p><p>　　由此可以確定R1=5.1K，R3=2.2K，R4=2K。</p><p>　　正弦波的輸出信號頻率=71MHz，電路連接如圖4所示</p><p>　　圖4 LC正弦波振蕩器</p><p>　　R1﹑R2﹑R4組成支流偏置電路，R5是集電極負載電阻

19、，L2﹑CT﹑C﹑C4構成并聯回路，其中R6用來改變回路的Q值，C1﹑C3為耦合電容，L1﹑C6﹑C5構成了一個去耦電路，用來消除電路之間的相互影響。</p><p>　　根據設計要求，正弦波振蕩器輸出頻率為10MHz，故由此可以大概確定L2﹑C4﹑CT的數值，再通過仿真進行調試最終確定其參數。電路的諧振頻率為</p><p><b>　　，</b></p>

20、;<p>　　靜態(tài)工作點為，基本符合設求。</p><p><b>　　2．模擬乘法器電路</b></p><p>　　用模擬乘法器實現混頻，就是在端和端分別加上兩個不同頻率的信號，相差一中頻，再經過帶通濾波器取出中頻信號，其原理方框圖如圖6所示：</p><p>　　圖6 混頻原理框圖</p><p>

21、　　若 則經帶通濾波器后，取差頻</p><p>　　為所需要的中頻頻率。</p><p>　　圖7 混頻器原理圖</p><p><b>　　3．諧振電路</b></p><p>　　通常討論的并聯諧振電路如圖１所示 。 圖１（ａ）所示Ｒ、Ｌ、Ｃ并聯電路諧振時具有下述特性 ：　</p><p&g

22、t;　?。ǎ保╇娐返淖杩棺畲?，電流最小 ?！?lt;/p><p>　?。ǎ玻╇姼性碾娏髋c電容元件的電流，大小相等，相位相反，相互抵消，電路總電流等于電阻元件的電流 ?！?lt;/p><p>　?。ǎ常╇姼性盏母行詿o功功率等于電容元件吸收的容性無功功率 ，兩者相互補償，電路的總無功功率等于零。　</p><p>　　以上關于圖１（ａ）所 示 Ｒ、L、Ｃ并聯諧振電路

23、特性的描述是正確的，毫無疑義的?！?lt;/p><p>　　圖 １（ｂ）所示 電路諧振時是否也具有上述特　 </p><p>　　性 ？一些人認為（一些教材 中這樣敘述 ）圖１（ｂ）所示電路諧振時具有 和圖１（ａ）所示電路完全相同的特性。筆者認為，圖 １（ｂ）所示電路諧 振時具有上述特性 （３），這是毫無疑義的特性 （２）稍作修改也是成立的，即改為 ：諧振時電感元件所

24、在支路的無功分量電流與電容元件的電流，大小 相等，相位相反，相互抵消，電路總電流等于電感元件所在支路的有功分量電流。至于是否具有特性 （１），即諧振時電路阻抗是否最大，電流是否最小 ，這 一問題是需要深入討論的。下面我們對調節(jié)電容Ｃ、電感L和電源　</p><p>　　角頻率∞三種情況分別進行分析。</p><p><b>　?。保?調節(jié)電容Ｃ　</b></p&

25、gt;<p>　　圖１（ｂ）所示電路的輸入復導納（可簡稱為電路的導納）為</p><p>　　由諧振的定義可知，諧振條件為</p><p>　　由上式可求得諧振時的電容為　</p><p>　　調節(jié)電容使電路達到諧振時電路的導納為　</p><p>　　在電阻Ｒ、電感Ｌ和電源角頻率保持不變的情況下 ，電路的導納隨電容ｃ變化而變化

26、為判斷諧振時電路的導納Y0是否為最小值 ，我們先求出導納模|Ｙ0|的最小值。　</p><p><b>　　因為　</b></p><p><b>　　所 以　</b></p><p><b>　　令　　</b></p><p><b>　　，即　</b>

27、</p><p>　　解上述方程，求得函數|Y|=f(C)的駐點，即</p><p><b>　　圖2 諧振電路</b></p><p><b>　　輸出時域圖：</b></p><p><b>　　輸出頻域圖：</b></p><p><b>

28、;　　另一種仿真圖</b></p><p><b>　　頻域圖：</b></p><p><b>　　4.包絡檢波</b></p><p>　　1．1 　包絡檢波原理</p><p>　　從高頻調幅波中取出調制信號,可以直接利用非線性器件實現相乘作用,得到所需的解調電壓。目前 ,幾乎所有

29、的 AM 接收機都采用二極管包絡檢波電路,經典的電路形式如圖 1 所示。這是一個串聯型包絡檢波器的電路,它是一個二極管和 RC 低通濾波器串聯而成 。</p><p>　　其工作原理 : 當載波正半周時 ,二極管導通 ,給電容器充電 ,由于充電時間常數小 ,很快充電到輸入信號的峰值 。當輸入信號下降時 ,電容器上的電壓大于輸入信號電壓 ,二極管反向截至 。電容器通過電阻 R 進行緩慢放電 ,當下一個正半周到達時

30、,從輸入信號電壓大于電容器上的電壓時 ,開始二極管重新導通再一次對電容充電 ,直到新周期的峰值為正 。</p><p><b>　　1.2 　電路選擇</b></p><p>　　設計的任務要求特別是在包絡下降時:</p><p>　　a) 輸出信號緊跟輸入信號的包絡變化 ,檢波時延較小 ;</p><p>　　b) 檢

31、波后的波形紋波足夠小 , ,不能有過大紋波 ;擇的重要一點是在包絡下降過程中 ,不能出現如圖 (b) 所示的過大波動 ,這一特性對高低溫狀況下惡化留有一定的余量 ,選擇如圖 (a) 的 Opt 最優(yōu)曲線 。</p><p>　　圖a經典二極管放大檢波電路</p><p>　　圖b經典二極管放大檢波改進電路</p><p>　　在pspice仿真環(huán)境下的仿真圖：&

32、lt;/p><p><b>　　仿真結果：</b></p><p>　　四．電路性能指標的測試</p><p>　　根據設計方案，應用計算機pspice軟件進行了模擬仿真。觀察LC正弦波振蕩器的輸出，輸出波形如圖9所示。</p><p>　　圖9 LC正弦波振蕩器輸出波形</p><p>　　觀察混頻

33、器輸出信號，波形如圖10所示。</p><p>　　圖10 混頻后的信號波形圖</p><p>　　LC正弦波振蕩器的輸出頻率應為，靜態(tài)工作點；選頻﹑放大電路輸出頻率應為</p><p><b>　　，靜態(tài)工作點。</b></p><p>　　通過仿真測試可得LC正弦波振蕩器的輸出頻率為10.1MHz，靜態(tài)工作點 ；選&

34、lt;/p><p>　　頻﹑放大電路輸出頻率為1.99MHz，靜態(tài)工作點。 </p><p>　　結論:有計算值與仿真值的比較可得,本設計基本完成了設計要求，并且由示波器可觀察到相</p><p>　　應的波形，仿真值基本滿足要求，說明電路各部分均正常工作。美中不足的是仿真結果同理</p><p>　　論值仍存在一定的誤差，需要進一步改善電路的

35、性能，使電路更加精確和抗干擾能力更強。</p><p><b>　　五．課程設計體會</b></p><p>　　本次課程設計的題目是混頻器的設計，主要應用了通信電子線路中三方面內容，分別是電容三點式振蕩電路、模擬乘法器和選頻放大電路。通過查找資料，結合書本中所學的知識，完成了課程設計的內容。把書中所學的理論知識和具體的實踐相結合，有利于我們對課本中所學知識的理解，并

36、加強了我們的動手能力。</p><p>　　在這次的課程設計過程中，我懂得了很多，課程設計不光是讓我們去“設計”，更重要的是培養(yǎng)我們的能力！通過本次課程設計使我對通信電子線路又有了進一步的了解，增加了對所學知識的應用。</p><p>　　本次課程設計教會我查閱書籍的重要性，通過翻閱書籍我找到了與我課設題目有關的內容順利進行了課程設計，我希望通過更多這樣有價值的課設來充實自己。</p

37、><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 宋樹祥，周冬梅.高頻電子線路.[M]北京大學出版社，2007年2月</p><p>　　[2] 陳邦媛.射頻通信電子線路學習指導.[M]科學出版社，2007年6月 </p><p>　　[3] 吳慎山.高頻電子線路.[M]電子工業(yè)出版社，2007年1月<

38、;/p><p>　　[4] 謝沅清.通信電子線路.[M]電子工業(yè)出版社，2007年7月</p><p>　　[5] 曾興雯.高頻電子線路.[M]高等教育出版社，2004年1月</p><p>　　[6] 楊翠娥.高頻實驗與課程設計.[M]哈爾濱工程大學出版社，2005年1月</p><p>　　[7] 于洪珍.通信電子線路.[M]清華大學出版社，

39、2006年1月</p><p>　　[8] 陳利永.電子電路基礎.[M]中國鐵道出版社，2006年7月</p><p>　　[9] 周選昌.高頻電子線路.[M]浙江大學出版社，2006年7月</p><p>　?。郏保萸耜P源．電路 （第 ４版 ）［Ｍ］．北京 ：高等教 育 出版 社 ，１９９９．</p><p>　?。郏玻萁瓭杉?．電路原理