高频电子线路课程设计.docx
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高频电子线路课程设计
通信电子线路课程设计（论文）任务书
信息工程学院通信工程专业 班
一、课程设计（论文）题目 无线传输系统的调试与设计
二、课程设计（论文）工作自2011年12月19日至2011年12月30日
三、课程设计（论文）地点:
图书馆、通信实验室
四、课程设计（论文）内容要求：
1．本课程设计的目的
1）使学生掌握无线传输系统各功能模块的基本工作原理；
2）培养学生基本掌握通信电路设计的基本思路和方法；
3）使学生掌握无线传输系统调试；
4）培养学生分析、解决问题的能力；
5）提高学生的科技论文写作能力；
6）学会使用pspice等电路设计软件。
2．课程设计的任务及要求
1）基本要求：
（1）分析无线传输系统各功能模块的工作原理及调试；
（2）在硬件制作的基础上，为改善产品性能，通过理论分析及具体计
算提出自己的系统设计方案，并提供详细的设计电路图；
（3）选用合适的器件；
（4）提高专业英文阅读能力。
2）创新要求：
对性能改善后的电路图进行仿真验证，同时硬件实现。
3）课程设计论文编写要求
（1）要按照书稿的规格打印誊写课程设计论文；
（2）论文包括目录、中文摘要、绪论、正文、小结、参考文献、附录等；
（3）按课程设计论文装订采用学校统一封面；
4）评分要点：
（1）完成原理分析；
（2）完成仿真分析；
（3）完成调试；
（4）回答问题；
（5）英文翻译；
（6）格式规范；
5）参考文献：
（1）董在望.《通信电路原理》高等教育出版社
（2）张肃文.《高频电子线路》高等教育出版社
（3）杨翠娥.《高频电子线路实验与课程设计》哈尔滨工程大学出版社，
（4）刘润华.《电工电子实习与设计》石油大学出版社课程设计论文编写要求
（5）李永平.《Pspice电路设计与实现》国防工业出版社
（6）
（7）
（8）
学生签名：
2010年1月4日
6）课程设计进度安排
内容天数 地点
构思及收集资料2 图书馆
组装与调试5 实验室
撰写论文3 图书馆、实验室
课程设计（论文）评审意见
（1）原理分析（15分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（2）计算分析（25分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（3）改进电路（25分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（4）系统联调（10分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（5）焊接水平（5分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（6）产品制作（10分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（7）英文翻译（10分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（8）根据格式规范性、考勤及组成团队情况，决定是否降等级：
是（）、否（ ）
评阅人：
罗晖 职称：
副教授
2011年1月15日
附加说明：
（不用打印）
1、封面日期写最后一天（1月14日）；
2、任务书签名写第一天（1月4日）；
3、页数20页以上（正文为小四，行间距为单倍行距）；
4、格式按毕业设计格式执行，网址：
5、封面统一到信息学院办公室购买
6、指纹考勤时间：
早上8：
15-8：
35；下午：
2：
15-2：
35
7、指导教师：
罗晖
8、辅导教师：
一班：
黄德昌、朱路二班：
黄德昌、王鹏鸣
9、图表的标识为图1.1、图2.1、图2.2或表1.1，图表的大小一定不能超过页面的四分之一，大图可以作为附录；
10、要获“优秀”，可以自行申报，必须通过统一的测试、格式应当绝对规范；
11、不能调试成功系统，总评为“不及格”；
12、如果发现论文有较多雷同，此类论文总评全为“不及格”；
13、章节安排：
目录
1、绪论
2、无线传输系统的工作原理及调试
3、无线传输系统的设计及仿真
4、无线传输系统的硬件实现
5、小结
附录：
翻译
14、具体要求：
（1）每人购买100个电阻，50个用于自己训练，50个用于10分钟测试。
（2）仿真测试20分钟，电路中的元件个数为30个左右。
（3）实验箱联调：
40分钟，每人一套设备，调试发射或接收机。
（4）制作一个无线传输设备，（不能借用往届，线路板上有日期）。
（5）以寝室为单位进行答辩。
无线传输系统的调试与设计
摘要
综合无线传输的发射机和超外差式接收机模块，实现中波调幅信号的无线传输。
发射机包括中频信号的放大、调制、集成线性宽带功率放大模块；超外差式接收机包括高频小信号放大、混频、中频放大、解调、功率放大模块。
本次使用音频信号为中波验证无线传输原理。
通过连调实验，实现信号的无线传输。
本文还就高频放大电路的设计、仿真、焊接、制作、检测调试进行了了详细的阐述。
关键词：
无线传输中波调幅发射机超外差式接收机高频放大
目录
第一章绪论6
1.1课题研究的目的和意义6
1．2课题研究的内容与组成6
第二章无线传输系统的工作原理及调试7
2.1无线传输系统的工作原理7
2.1.1发射机7
2.1.2超外差式接收机9
2.2无线传输系统的连调11
2.2.1连调过程12
2.2.2实验现象13
2.3MC1496介绍14
第三章无线传输系统的设计及仿真16
3.1高频放大电路仿真16
3.1.1直流仿真16
3.1.2交流仿真18
第四章无线传输系统的硬件实现19
4.1焊接原则19
4.2焊接分析与实物调试19
4.2.1摆放元器件的要点19
4.2.2实物检测的过程20
4.3硬件电路调试20
第五章小结21
谢辞22
参考文献23
附录一24
附录二高频放大电路实物图25
附录三高频电路元器件清单26
附录四集成电路27
第一章绪论
1.1课题研究的目的和意义
课程设计是针对某一理论课程的要求，对我们进行综合性实践训练的实践学习环节，可以培养我们运用课程中所学的理论知识与时间紧密结合，独立地解决实际问题的能力。
目前，无线数据通信的应用领域越来越多，移动通信技术的飞速发展，越来越多的信息采集和远程控制系统采用了无线传输技术，由于无线数据通信不用布线，快速布局因此具有有线通信无法比拟的便捷性，扎物体运动场合具有不可替代性。
并且随着无线技术的日益发展，无线传输技术应用越来越被各行各业所接受。
现在无线传输技术已经远远超出了广播通信的范围，应用日益广泛，如无线导航、数字音频、数字图像传输等生活的各个方面。
因此进行无线传输的研究的必要性就显而易见了。
无线电广播的接收是由超外差式接收机实现的。
超外差式接收机的接收天线收到空中的电波；调谐电路选中所需频率的信号；检波器将高频信号还原成声频信号（即解调）；解调后得到的声频信号再经过放大获得足够的推动功率；最后经过电声转换还原出广播内容。
可见，在无线电广播和接收过程中，无线电波是信息传播的重要工具。
利用无线电波作为载波，对信号进行传递，可以用不同的装载方式。
在无线电广播中可分为调幅制、调频制两种调制方式。
目前调频式或调幅式超外差式接收机，一般都采用超外差式，它具有灵敏度高、工作稳定、选择性好及失真度小等优点。
1．2课题研究的内容与组成
课题目的是实现声音信号的无线传输与接收。
因此课题包含两个方面的内容：
一、信号的发射；二、信号的接收。
在实现这两个内容过程中，阐述了发射机与接收机的工作原理、电路设计、实物制作等内容。
在高频放大模块，对电路进行了仿真，在仿真的基础上做出实物，并对实物进行调试以验证实际放大效果。
在掌握原理的基础上，在实验箱上进行连调，实现无线传输。
第二章无线传输系统的工作原理及调试
2.1无线传输系统的工作原理
无线传输的核心就是发射机和接收机两个部分，发射机部分实现中频信号的调制发送过程；接收机部分实现正确的接收和解调过程，那么在接收机音频信号输出端便可以听到理想的声音。
整个无线传输系统其实就是一个中频信号调制解调的过程，在这个过程中想方设法减小信号的失真。
2.1.1发射机
中波调幅发射机框图：
天线
图1
发射机工作原理：
音频信号输入后是一个比较弱的信号，而且频率很低，若果进行长距离传输，信号损耗将会非常大，最后衰减到可能接收机无法接收到该音频信号。
因此需要先通过音频放大处理，使弱音频信号的功率得到有效的放大。
然后将低频的音频信号搬移到频率很高的载波信号上，调制信号和载波信号混频，调制后得到需要的已调信号，然后通过高频功率放大器推动把已经调制好的信号从天线发射出去。
至此，发射机部分工作完成。
发射机电路设计
发射机包括音频放大，AM调制和高频放大这3个模块，各个模块的功能实现电路如下所述。
音频放大模块
这个部分实现的功能是对输入的音频信号进行功率放大，以防止在发射传输过程中损耗过大而导致发射前信号就已经失真。
音频放大原理的原理，因为音频信号属于基带信号，因此采用甲类功率放大器比较合适。
AM调制模块
信号调制的方式有很多种，这里采用的是AM调幅方式。
调幅波也有很多种，比如标准条幅波、双边带调幅波、单边带调幅波和残留边带调幅波。
本次实验采用标准调幅的方式来对音频信号进行调制。
信号调制对于基带信号的长距离传送是必不可少的，因为低频信号在长距离传送的情况下失真将会非常严重，即使发送出去了，在接收端也接收不到。
而调制正好解决了这个问题，通过加入一个频率很高的载波信号，调制信号和载波信号混频后通过载波信号的幅度反应调制信号的特点，实现了调制信号的频谱搬移。
AM调幅电路实现如下图所示
图3-3
音频信号通过图3中的J5输入，另外从J1处输入一个频率为1MHz的载波信号，调节平衡电路中的W1，使调制方式为AM调制方式，两个信号通过模拟乘法器后的到调制信号，调制信号再通过J6输出给下一级电路，即集成线性宽带功率放大器。
高频放大模块
为了确保接收机可以接收到比较强的发射信号，因此在发射前对已调制信号进行高频放大。
高频放大电路由双极型晶体管、场效应管和各种线性模拟集成电路构成的，是通信系统的重要组成部分，他们的工作频率一般在百兆赫兹之间，并以集总参数电路的形式出现，这种放大器通常是以频率选择性电路作为输入回路和负载。
频率选择性可以采用简单的单谐振回路，也可以采用各种滤波器。
和低频放大器一样，高频放大器也分为大信号放大器和小信号放大器两类。
大信号放大器多用于发射机的中间级和末级功率放大，对他的要求主要是输出较大的输出功率和较高的效率。
小信号放大器多用于接收机中的高频和中频放大，对他的主要要求是：
增益高、噪声低、通频带宽和工作稳定性好等。
高频放大器的设计根据增益高、噪声低、通频带宽和稳定性好的要求，使用级联三极管放大电路可以实现增益高的要求，为了减小噪声可以在两级之间加一个较大的耦合电容，最主要的是以选频网络作为负载，一方面可以起到滤波作用，而且可以提高电路的高频特性。
为了使电路能够更稳定的工作，可以在两个集电极之间加一个大电感作为高频扼流圈，减小反馈。
根据设计要求，电路设计如下图：
图3-4
2.1.2超外差式接收机
超外差式接收机框图：
天线
图2
超外差式接收机工作原理：
天线接收已调制音频信号，因为长距离传输后高频信号也产生了衰减，所以要先对接收到的信号进行高频小信号放大，放大后的信号和本地载波一起输入混频器，混频后得到中频信号。
中频信号进行中频放大，放大后的中频信号输入到检波器中进行解调，解调后得到的信号便是我们所需要的音频信号，因为传输过程中有衰减，最后再对解调信号进行音频功放，通过耳机得到发射机发射出来的声音信号。
超外差式接收机电路设计
超外差式接收机包括高频放大、变频、中频放大、检波和功率放大五个部分。
下面就各个模块进行阐述和设计。
高频小信号放大模块
此电路的作用是用来对接受信号得放大。
它拥有增益高、噪声低，通频带宽，工作稳定性好得特点。
对于此类电路，它的输入回路和负载是谐振回路，而且谐振回路中心频率很高，使得电路在高频环境下工作，由于谐振回路得出现，使得高频小信号调谐放大器不仅有放大的作用，还起着滤波选频的作用。
高频小信号放大原理图
变频模块
变频电路是时变参量线性电路的一种典型应用。
如一个振幅较大的振荡电压υ0（使器件跨导随此频率的电压作周期变化）与幅度较小的外来信号υS同时加到作为时变参量线性电路的器件上，则输出端可取得此二信号的差频或和频，完成变频作用。
如果此器件本身既产生振荡电压又实现频率变换（变频），则称为自激式变频器或简称变频器。
如果此非线性器件本身仅实现频率变换，本振信号由另外器件产生，则称为混频器。
变频电路的作用是使接收到的高频信号变为中频信号，实现方法是加一个本地载波和接收信号一起加到混频器中，本地载波是变频电路自身产生的，它的频率等于调制是加的载波频率，通过变频后得到一个上边带频率和一个下边带频率，通过滤波器选择我们所需要的下边频带即中频信号。
电路框图如下图所示：
图3-5
三极管变频电路设计如下图所示：
图3-6
检波器模块
又叫中频放大器，其作用是将变频级送来的中频信号进行放大，一般采用变压器耦合的多级放大器。
中频放大器是超外差式超外差式接收机的重要组成部分，直接影响着超外差式接收机的主要性能指标。
质量好的中频放大器应有较高的增益，足够的通频带和阻带（使通频带以外的频率全部衰减），以保证整机良好的灵敏度、选择性和频率响应特性。
检波的作用是从中频调幅信号中取出音频信号，常利用二极管来实现。
由于二极管的单向导电性，中频调幅信号通过检波二极管后将得到包含有多种频率成份的脉动电压，然后经过滤波电路滤除不要的成份，取出音频信号和直流分量。
音频信号通过音量控制电位器送往音频放大器，而直流分量与信号强弱成正比，可将其反馈至中放级实现自动增益控制。
功率放大模块
因为信号经过前面几级电路也存在损耗，所以为了得到强音频信号，必须对解调后的信号进行功率放大。
放大可以采用甲类功放实现。
综合发射机和超外差式接收机两个部分，就可以实现中频调幅波信号的无线传输。
2.2无线传输系统的连调
实验连调就是在实验箱上把发射机的各个部分合理连接起来，发送音频信号，把接收接的各个模块合理连接，实现信号的接收。
由于条件限制，所以本次联调只做了发射部分。
首先对使用的实验箱进行简单介绍。
实验箱包含10个模块。
分别是：
模块1：
单元选频电路模块
模块2：
小信号选频放大模块
模块3：
正弦波振荡及VCO模块，这个模块的作用是保证输出信号和输入信号一致，是输出稳定；
模块4：
AM调制及检波模块，这个模块的作用是实现信号的标准调幅、双边带调幅、单边带调幅等各种条幅方式。
另外还可以通过这个模块可以实现同步解调；
模块5：
FM鉴频模块一
模块6：
FM鉴频模块二
模块7：
混频及变频模块，这个模块的作用是把高频信号变为中频信号；
模块8：
高频功放模块，这个模块的作用是对已调制的高频信号进行功率放大，确保信号可以正常传输；
模块9：
波形变换模块
模块10：
综合实验模块，这个模块是实现无线传输的关键模块，音频信号由此输出，也是由此接收，所以说无论是信号的发射还是接收都要通过这一模块。
实验箱布局图
2.2.1连调过程
发射机部分使用到了发射机部分由实验箱上的模块4，8，10构成。
发射机搭建步骤是：
1.测试示波器、信号源、信号线的好坏
2.将模块10的S1的2拨上，即选通音乐信号，经U4放大从J6输出，调节W2使J6处信号峰-峰值为200mV左右，连接J6和J5将音频放大信号送入模拟乘法器的调制信号输入端。
同时将1MHz（峰-峰值500mV左右）的载波从J1端输入。
3.调节W1使得有载波出现，调节W2从J3处观察输出波形，使调幅度适中。
4.将AM调制的输出端（J3）连到集成线性宽带功率放大器的输入端J7，从TH9处可以观察到放大的波形。
5.将已经放大的高频调制信号连到模块10的天线发射端TX1,并按下开关J2，这样就将高频调制信号从天线发射出去了，观察TH3处波形。
6.观察各处波形的作用是检验各部分输出的信号是否正常，这样才能确保信号可以发射出去。
2.2.2实验现象
步骤1得到音频信号，输出波形是方波，幅度是200mV。
载波信号是正弦波，频率是1MHz，幅值是500mV，这两个信号输入到模拟乘法器中，便可以得到已调信号，得到的调制信号是方波包络，幅值是284mV。
已调信号输入到集成线性放大电路进行功率放大，放大后的信号是幅值增大方波包络。
输出波输入到模块10后按下发射开关，信号就可以发射出去了。
接收机由天线回路、变频电路、中频放大电路、检波器、音频功放、耳机等六部分组成，各部分电路中元件的功能与作用前述单元电路中己讲述，参见各章。
实验箱上由模块2，4，7，10构成。
接收机调试过程如下：
1.将模块10的天线接收到的高频信号（中波调幅发射机发射的信号，由另一台实验箱提供）送入模块7的J4，将模块7的J6连到模块2的J5。
2.将模块2的J6连到模块4的J7，从模块4的J10输出的信号连接到模块10的耳机输入端。
3.慢慢调谐模块7的双联电容调谐盘，使接收到音乐信号。
4.观察各点波形，并记录下来。
2.3MC1496介绍
在调制解调模块，使用到了一款核心的芯片MC1496，它的作用是实现信号调制及解调，下面就这款芯片做一详细介绍：
这类器件用于输出电压是输入电压（信号）和转换电压（载波）乘积场合。
典型应用包括抑制载波调幅，同步检波，FM检波，鉴相器。
更多的应用信息请参照ON半导体公司AN531的应用手册。
MC1496的特性如下：
极佳的载波抑制性能
增益和信号处理可调
高共模抑制比典型值为-85dB
器件内部含有8个三极管
多种封装形式如右图
基本操作信息
载波馈通是指输出电压信号中未调制的载波（信号电压为0）。
空载波由差分放大器中的电流来平衡（通过偏置电阻调节，图5中的R1）。
载波抑制
载波抑制是指每个边带的载波输出与信号电压的比值。
载波抑制与输入的载波等级有很大关系（如图22所示），低等级的载波不能够使上部开关器件完全导通，致使信号增益降低，由此减少载波抑制。
较最优载波等级较高的载波信号会引起不必要的器件与电流的载波馈通，并导致载波抑制降低。
MC1496的最优载波输入信号是60mV有效值的正弦波，频率在500KHz附近，在调制中推荐使用此载波信号。
载波馈通依赖于信号波的电压等级
。
所以输入电压信号大的时候载波抑制可以最小化，但是在输入三极管对前必须添加线性操作部分，否则在器件的调制信号输出端会出现畸变，会与载波抑制混淆。
此时需要在输入信号幅值端加装上拉限定（参看图20）。
最优的载波等级在图22中给出，此时可以得到较好的载波抑制以及最小的虚假边带。
在高频线路中，为了减小载波馈通，电路的布局分配就显得极其重要了。
为了抑制载波输入和输出通路的耦合电容，有必要添加屏蔽。
应用信息
MC1496最基本的应用是双边带抑制调制，此应用的电路在前页已经给出。
在某些应用中，MC1496可能应用于直流供电而非双端供电。
图25所示为在12V单电源供电情况下的平衡式调制设计，此电路的工作效果接近于双端供电的调制。
AM调制
图26所示是一个低修正的调制电路。
从载波抑制到AM的转换操作需要载波的空分压适应输出端正确的载波插入。
但是图26中空载波抑制电路调节范围不够大，所以载波调制电路需要作如图27的修正。
乘法探测器器
MC1496可以做成极好的SSB乘法探测器（如图28）。
这种乘法器的灵敏度为3uV，在有9.0MHz的中间级操作时的动态范围为90dB。
此探测器是整个高频范围的宽带探测器。
在中间级的频率接近50KHz时，8脚和10脚的电容应当由0.1uF增加到1.0uF，同时在12脚的输出滤波也要修正为特定的中间频率和音频放大器输入阻抗。
在MC1496的实际应用中，引脚2和3之间的发射极电阻需要根据所需增益、灵敏度和动态范围来调节。
这个电路也可以用于AM检波：
载波信号送入载波输入通道，AM信号输入到SSB输入通道。
载波信号可由中间级频率信号产生，亦可由其自身产生。
载波信号引入或者不引入调制，将会使上部的差分放大器处于饱和状态。
如果载波信号被调制，推荐使用300mV有效值的输入信号等级。
双平衡混频器
在有调谐窄带或宽带输入输出网络时MC1496可用作双平衡混频器。
引入载波输入通道的自激信号幅值最好有效值为100mV。
图29所示为一个宽带输入，调谐输出的混频器电路。
倍频器
在MC1496的两个输入端输入同样的信号时，MC1496将用作倍频器。
图30和图31分别是低频倍频器和高频倍频器电路。
第三章无线传输系统的设计及仿真
3.1高频放大电路仿真
电路设计完成后，可以使用pspice软件对电路进行仿真，得到比较理想的参数和波形，用于和实测结果进行对比。
仿真分为两个部分进行，第一部分是直流仿真，确定静态工作点；第二部分是进行交流仿真，得到仿真波形，通过输出电压值和输入电压的比值验证放大倍数，以及波的频率和中心频率的关系。
高频放大电路原理图如下图所示
图3-8
3.1.1直流仿真
一、直流电压仿真：
图3-9
各节点处的电压如图7所示，发现节点处得到的仿真电压和计算电压时不一致的，比如Q1基极电压仿真结果是
=1.274V
而通过计算式3-1
（3-1）
得
=
这是因为式子3-1计算时忽略了发射极电阻，发射级电阻是和Rb1、Rb2并联的，忽略了就意味着电压变大，也就出现了
仿真值大于计算值的情况。
直流电流仿真：
图3-10
从仿真图可以读出两个晶体管基极电流，集电极电流。
由此可以计算晶体管的放大倍数。
计算如下：
（3-2）
（3-3）
同理
（3-4）
（3-5）
所以，两级总放大倍数由计算式
得
（3-7）
查阅晶体管Q2N2222的参数得
所以放大倍数是符合要求的。
3.1.2交流仿真
图3-11
由图3-4可以知道经过两级放大后的波形为正弦波，但是由于内部反馈等原因，导致放大后的波形不是严格的正弦波，存在一定的失真
仿真峰值Vo=6.9V
所以仿真放大倍数
=Vo/Vi=1380
通过频域仿真得到仿真波形的幅度—频率特性关系，如图3-5所示
图3-12
由图可知尖峰出现在9.2MHz左右，这说明选频网络起到了选频的作用，需要的频率通过选频网络后挑选出来了，相应的得到了很明显的幅值，而不需要的频率则被率除掉，基本上没有幅值或者很小。
仿真得到的频率不等于中心频率，这是选频网络选频不够理想导致的，仿真放大倍数小于计算值，可能是因为有干扰和反馈产生的。
第四章无线传输系统的硬件实现
高频放大电路设计完后，根据电路元件的参数，购买相应
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