哈工大高频课程设计报告

1HHaarrbbiinnIInnssttiittuutteeooffTTeecchhnnoollooggyy通信电子线路课程设计课程名称：通信电子线路院系：电子与信息工程学院班级：1305201姓名：郭路鹏学号：1130520103教师：赵雅琴哈尔滨工业大学2015年5月2《通信电子线路》课程设计报告一、概述·设计目的要求掌握最基本的小功率调幅发射系统的设计与安装调试。·设计任务1、针对每个系统给出系统设计的详细功能框图。2、按照任务技术指标和要求及系统功能框图，给出详细的参数计算及方案论证、器件选择的计算过程。3、给出详细的电路原理图，标出电路模块的输入输出，给出详细的数学模型和计算过程。4、对整个电路进行ADS、Multisim等计算机软件仿真，给出功能节点及系统的输入输出仿真波形及分析。二、总体方案介绍，具体电路实现及仿真结果（一）中波电台发射系统设计技术指标载波频率535-1605KHz频率稳定度不低于310输出负载51输出功率50mW调幅指数30%-80%调制频率500Hz-10kHz发射机包括三个部分：高频部分，低频部分和电源部分。高频部分一般包括主振荡器、缓冲放大、中间放大、功放推动级与末级功放。主振器的作用是产生频率稳定的载波。为了提高频率稳定性，主振级可以采用西勒电路，并在它后面加上缓冲级，以削弱后级对主振器的影响。低频部分包括声电变换、低频电压放大级、低频功率放大级与末级低频功率放大级。低频信号通过逐渐放大，在末级功放处获得所需的功率电平，以便对高频末级功率放大器进行调制。电源部分需要采用稳压电源，以减少对系统稳定性的影响。设计框图如下：31、主振荡器的设计与仿真在无线电技术中，采用振荡器来产生535~1605kHz的高频电流。振荡器可以看做将直流电能转变为交流电能的换能器。振荡器是无线电调幅发射机的基本单元，常见的有三点式电容电路，克拉泼电路，西勒电路等。由于本设计要求频率稳定度在量级，指标较高，故本次设计采用稳定度较高的西勒电路，电路原理图如下：（1）参数设定晶体管的选择：三极管的选择应满足：特征频率比系统要求的最大频率大，最大管耗比系统要求的输出功率大，三极管跨导要大。为计算方便本次设计采用理想晶体管，后续设计不逐一说明。静态工作点：根据习惯，将Vcc设为12V，由R1，R2，Re,Rc为三极管提供静态工作点。晶体管的CEQU一般取3~6V，EQI取2~5mA，不妨设CEQU=6V，EQI=2mA。36961.52CCCEQEQUURRkI于是设36500,1RRk。另在2R两侧并联一个旁路电容，取20.1CF。65000.0030.72.3BQEQBEURIUV78715BQCCURRRU不妨设8715,5.RkRk振荡电路：根据西勒电路图可知，89710,,,,CCCCL共同构成了谐振回路。其中，10C为可变电容，从而4实现载波的的可调。西勒振荡电路的振荡频率可近似认为是12fLC其中78910788979CCCCCCCCCCC由于题目要求，振荡器产生的频率需在535~1605kHz范围内，而由满足相位平衡条件的基本准则可知，cbX与,cebeXX的电抗性质相反，所以7C与L一起成感性。因此7C的电容值要比89,CC小得多。根据起振条件AF1，即891CC，且9C越小，振荡器达到稳定的时间越短，故参数设计如下：40LH99127891099912912787989510104801028063451010510480101048010CCCCCpFpFCCCCCC612111.01322401063410fMHzLC（2）电路仿真对电路进行仿真得到波形图，并对频率，幅度进行相应测量，结果如下：经测量，41.5710ff，符合技术指标。（3）误差分析由仿真结果可以看出，输出频率与理论值之间存在较大差距。这是因为计算是将晶体管看成理想情况，但5实际电路中有结电容等存在，电路的C要更大，从而所获得的输出振荡频率比理论值小。2、射极跟随器的计算与仿真缓冲隔离级将振荡级与功放级隔离，以减小功放级对振荡级的影响。因为功放级输出信号较大，工作状态的变化会影响振荡器的频率稳定度或波形失真或输出电压减小。缓冲级采用射级跟随器，信号从基极输入，从发射极输出的放大器。其特点为输入阻抗高，输出阻抗低，常作阻抗变换和级间隔离用，以减少电路间直接相连所带来的影响，起缓冲作用。实际电路设计图如下：（1）参数设定由已学知识可知，共集电路只能放大电流不能放大电压，具有电压跟随的特点。且其输入电阻大，输出电阻小，因此常被用作隔离用的中间级。故本级电路采用晶体管共集放大电路作缓冲级。一般2EQImA，CEQU在3-6V之间，故我选6CEQUv496=1.5k3CCCEQEQUURI41.530.75.2BQEQBEURIUV2125.212BQCCURRRU不妨设1220,30.RkRk13,CC为耦合电感，将振荡电路连入射极跟随器,将整个前级电路连入后级。信号为高频，故取13100.CCF5R为负载，姑且设为6k。（2）电路仿真对电路进行仿真得到输出电压值，频率值如下图：6（3）误差分析由输出频率可知，经过射随的高频振荡频率有明显的减小，经查阅资料得知，出现该种情况是由于晶体管内部参数影响。经过射随后，频率稳定度有所下降，但不影响实验进行。3、振幅调制电路的设计与仿真通信系统的主要目的是实现远距离地不失真地传送信息，而直接将基带信号进行传输，要实现多路远距离传输是困难的。通常是将基带信号加载到高频信号上去，用高频信号作为运载工具，就能较好地实现多路有选择性的远距离通信。调幅电路的定义是用需传送的信息去控制高频载波振荡电压的振幅，使其随调制信号线性关系变化。即()'()cos(1cos)cosmccmacutUttUmtt从振幅调制电路的功能可以看出，在输入载波频率和调制信号频率时，要实现调幅必须产生新的频率分量。因此调幅电路的主要器件应是非线性器件，其特性必须含有载波信号和调制信号的乘积项。集成模拟乘法器MC1496能实现载波信号和调制信号两电压相乘。故本实验采用MC1496搭配外围电路来实现调幅。参考书中的参数设置，结合前级输出信号特点，实际如下电路：7在外围电路中，R7，R9两个10k的电阻与电位器R10共同作用，调节Q7，Q5基极电压差。从而起到调整am的作用。电容C3,C1分别将高频载波和经过放大的低频调制信号耦合进入乘法器，L3，C5，R12共同构成中心频率为1013kHz，带宽为2kHz的的带通滤波器。偏置电阻R4使72CQImA,1516,RR向Q1，Q2，Q8，Q4的基极提供偏压，51电阻为与传输电缆特性阻抗匹配。（1）参数设定不妨设110LH,由并联谐振回路选频特性得52260112.47(2)(21013000)1010CnFfL2600021013000101022252000fRfLQfLkB电路图完整后调整不出波形，所以只能采用理想乘法器进行实验。电路图改为（2）电路仿真根据电路图中电位器处于100%状态，所得出的AM波形，频率，振幅如下8（3）误差分析由仿真得出的AM波形可以看出，包络有些许失真，产生的波形每个周期略有差异。4、高频功率放大器为了满足输出功率的要求，需要在调幅电路之后加入高频功放电路。具体设计电路如下：(1)参数设计丙类高功率放大器的集电极电流为余弦脉冲，通角对集电极电流的分析可知，为了兼顾高的输出功率和高的集电极效率，通常取半通角60,oc根据题目要求，输出功率50mV，负载为51，不妨设0.3CEQUV，12CCVV可得：2213()(120.3)1368.9225010CCCEQOVURP取11370R。进一步得出：931062/25010/13708.54cmIPRmA0101()/()8.540.218/0.3914.76ccmccIImA静态偏置电压2BUV，可得：53028124.710BcURI旁路电容应选取较大值故设3670,100.CC设10.2CF可得：2260111160(2)(21013000)0.210LnHfC匹配网络：根据π型网络的参数计算公式可知，等效电路图如下：因为16RR,故1161370115.0951RQR故取15.1Q所以得12211370'50.72115.1RRQ1011370=482210130005.1RLHfQ2251110.08'50.72RQR24020.0828022101300051QCpFfR2012110.682()'21013000(5.10.08)50.72CnFfQQR（2）电路仿真10因为只是功率变化，故输出的波形依然为调幅波，仿真结果如下：高频功率放大器输出波形输出典雅与输入电压对比及输出功率情况如下：输入输出幅值对比输出功率(3)误差分析由于前级各输入电路套用影响，输出的波形出现底部失真。至此，中波电台发射系统设计全部完成。（二）中波电台接收系统设计技术指标载波频率535-1605KHz输出负载8输出功率0.25W灵敏度1mV中频频率465kHz无线电接收过程正好和发送过程相反，它的基本任务是将通过天空传来的电磁波接收下来，并从中取出需要接收的信息信号。因相比于直接放大式接收机而言，超外差接收机具有固定频率的中频放大器。它不仅可以实现较高的放大倍数，而且选择性也很容易满足，具有高灵敏度和高选择性。故本设计采用超外差式接收机结构，方框图如下。11超外差式接收机方框图输入电路把空中许多无线电广播电台发出的信号选择其中一个，送给混频电路。混频将输入信号的频率变为中频，但其幅值变化规律不改变。不管输入的高频信号的频率如何，混频后的频率是固定的，我国规定为465KHZ。中频放大器将中频调幅信号放大到检波器所要求的大小。由检波器将中频调幅信号所携带的音频信号取下来，送给低频放大器。低频放大器将检波出来的音频信号进行电压放大。再由功率放大器将音频信号放大，放大到其功率能够推动扬声器或耳机的水平。由扬声器或耳机将音频电信号转变为声音。1、混频器的设计与仿真变频电路的功能是将已调波的载波频率变换成固定的中频载波频率，而保持其调制规律不变，也就是说它是一个线性频谱搬移过程。通常变频器由输入回路、非线性器件、带通滤波器与本机振荡器四部分组成。其中将输入回路、非线性器件、带通滤波器三部分称为混频器。常见的混频器有晶体三极管混频器，场效应管混频器，二极管混频电路及模拟乘法器混频器。相比于其他电路，模拟乘法器混频电路科工作在高频或甚高频信号下进行混频。与其他集中混频器相比，其优点是输出电流中组合频率分量小，干扰小；对本振电压振幅要求不很严格，不会产生严重失真；隔离性能好，频率牵引小。故本次设计采用模拟乘法器混频电路，电路图如下：（1）参数设计本机振荡器12内部电路为书中所提供的MC1496模拟乘法器。本机振荡器由交流信号源V3承担，输入信号为发射系统所发出的经过功放和天线传输的调幅信号。C1，C3为耦合电容，分别将本机震荡信号和乘法器输出信号接入下一级。电路中L2，C4，R15共同构成滤波器，由于发射系统产生的信号频率为890kHz，故本机振荡器输入频率为10134651478LsIfffkHz不妨设25LF可得422621123.43(2)(2465000)510ICnFfL260002465000510226.82000fRfLQfLkB(2)电路仿真由于混频器实现的是频率的线性