基于MATLAB的AM超外差收音机仿真

AM超外差收音机设计仿真一.课程设计目的（1）通过本次课程设计了解超外差AM收音机的结构。（2）分別以数学分析以及频谱分析说明超外差式AM收音机的原理。（3）了解超外差式AM收音机的镜像频率干扰问题。二．课程设计要求（1）超外差AM收音机结构及原理说明（2）图解超外差AM收音机系统（3）超外差AM收音机模拟及分析（4）镜像频率干扰分析三．课程设计原理超外差式收音机是指输入信号和本机振荡信号产生一个固定中频信号的过程，由射频放大器，混频器，本地振荡器,中频放大器，解调器组成，如果把收音机收到的广播电台的高频信号，都变换为一个固定的中频载波频率（仅是载波频率发生改变，而其信号包络仍然和原高频信号包络一样），然后再对此固定的中频进行放大，检波，再加上低放级，就成了超外差式收音机。从天线接收的信号经射频放大器放大，射频意指高频，通常是指载波频率。两个可变电容分別被使用來调谐射頻放大器和本地振荡的频率，以达到选择想要接收到射频信号的目的。本地振荡的频率为fLO=fc+fIF，其中fc为想要接收的AM信号的载波频率。本地振荡器的调谐范围是952~2055KHZ。混频器输出频率为其输入信号频率相加与相减的信号。(混頻器的数学模型相当于乘法器)，其中差值频率称为中频，一般超外差AM收音机的fIF=455KHZ。从天线接收的信号经放大及混频处理后转换至中频与其他频带，这个频率转换的优点在于，任何载波频率的无线信号，皆可使用单一的调谐中频放大器。中频放大具有滤波功能，具有较窄的频宽，以确保能隔绝频宽以外不需要的信号，因中频放大器頻宽窄，容易设计高增益的放大电路，提供了超外差收音机大部份的增益，而且关系著收音机的选择性。设接收讯号为：接收信号通过混频器的输出信号表示为：()[1()]cos(2)cacrtAkmtft上述信号有两个信号分量，一個分量的频谱中心点落于頻率fIF，另一個分量的频谱中心点则落在频率2fc+fIF，中频放大器的输出是一个调幅信号，其载波频率为fIF，载波頻率为fIF的调幅信号通过包络检波器，解调得到所选择到要的电台信号m(t)，包络检波器的输出被放大，通过扬声器播放。设有两个传送端发送的FULLAM信号，由一个超外差收音机接收两个AM信号的混合信号。两个传送端的基频信号为m1(t）与m2(t)，载波分别为fc1fc2，假设m1(t）与m2(t)的频谱为：兩信号分別以载波调制再经天线传送后为：本地振盪器混頻(乘法器)BPF中心頻率為fIF波封檢波電路-12B-B0M1(f)fB-B0M2(f)f假设在接收端选电台1，接收信号经本地振荡器頻率fLO=fc1+fIF弦波混頻处理后，频谱如下图所示，其中频段(以fIF为中心)则为我們所要的信号频谱，以一帶通滤波器取出。帶通滤波器输出信号形式还是維持FullAM调变信号，只是载波频率已降至fIF，然后进行解调。假设接收端的本地振荡器频率为，接收端接收的频率为若此时有一信号频率为接收到上述两个混合信号经过本地振荡频率降频后，会把他们都降频至但后者并不是需要的信号，这样的信号称为假象频率干扰信号。在接收端前端加上RF信号滤波器，先將不需要的信号即该频率滤去，这样就可以避免像频干扰的发生。如图示降频前与降频后的变化fc1+Bfc1-B0fc1fc2+Bfc2-Bfc2-fc1+B-fc1-B-fc1-fc2+B-fc2-Bfc2ffIF+fc1fIFfIF+fc1-fc2fIF+2fc10-fIF-fc1-fIF-2fc1-fIF-fc1-fc2-fIF-fIF-fc1+fc2ffIF+fc1+fc2cIFffcf2cIFffIFf四．课程设计步骤本次课程设计模拟三个电台分别传送AM信号，收音机接收电台二电台一电台二电台三电台基频参数为：f(a)fc+fIFfc+2fIFfcfc+fIFfc+2fIFfcf(b)fIFfIF弦波訊號混頻(乘法器)BPF中心頻率為fIF波封檢波電路-123000(Hz)1(v),;)2cos()(11111mmmmfAtfAtm5000(Hz)1(v),;)2cos()(22222mmmmfAtfAtm7000(Hz)1(v),;)2cos()(33333mmmmfAtfAtm载波信号为：本地振荡频率为：开启simulink，以数学分析连接成模拟系统如下图：巴特沃兹滤波器分别设置为：30000(Hz)1(v),;)2cos()(11111ccccfAtfAtc60000(Hz)1(v),;)2cos()(22222ccccfAtfAtc90000(Hz)1(v),;)2cos()(33333ccccfAtfAtc)kHz(500;)kHz(5602IFcIFLOffff抽样时间设置为：Spectrumscope设置为：Saturation设置为：五．课程设计结果混频之前的频域图如下，载频包含30KHZ，60KHZ，90KHZ，混频后频域图如下，AM超外差收音机的混频器是一个实现频谱的线性搬移的电路，它的输出信号的频率是输入信号和本地振荡信号频率的差频或和频，即中频。混频器在频域上起着减（加）发器的作用，其输出信号的频谱结构和输入信号的频谱结构基本上完全相同。经过带通滤波器后的频域图：经过负电压截止后经过低通滤波器后放大二倍后接收到的电台二的频域：时域的波形图与上面对应，混频前后为：通过带通滤波器后与负电压截止后分别为：通过低通滤波器及放大后的图形为：原电台二信号图为：可见接收信号与原信号相位发生了变化，而周期不变，超外差收音机系统能够接收到需要的信号。六．课程设计总结经过为期两周的课程设计实践，实现了课程设计的要求，这使我对通信有了更深一步的认识和了解，要想学好它重在实践，要通过不断的实际操作才能更好地学习和运用知识，并且基本掌握了运用sinmulink软件进行通信系统的仿真设计与分析。通过课程设计这一实践环节，不仅加深了我对所学知识的理解，也提高了我运用所学知识分析问题和解决实际问题的能力。在此过程中我也发现自己好多不足之处，首先是自己对所学的基础知识掌握不深，还有对理论知识的运用还有欠缺，通过这次课程设计实践，使我在这几个方面都有所提高。通过这两周的实践学习，我不仅认识和体验了MATLAB通信系统仿真与分析，更从中深刻认识到了“世上无难事，只要肯攀登”的道理。虽然自己在此过程中遇到了很多困难，但是最后系统完成了既定的任务时。七．参考文献[1]通信原理.樊昌信...等编著,国防工业出版社,2001[2]通信原理(合订本).周炯槃...等编著.北京邮电大学出版社,2005[3]MATLAB通信仿真及应用实例详解.邓华编著.人民邮电出版社，2003