AM超外差广播系统设计汇编.docx
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AM超外差广播系统设计汇编
摘要:
为了深刻直观的了解AM广播电台系统的通信过程，体现AM超外差广播系统的工作原理和信号的传输过程，本设计使用通信系统与仿真专用软件systemview对通信系统进行了实时仿真分析。
通过systemview对系统中信号的波形和频谱进行了直观的观测和分析，验证了频分复用和AM超外差广播的工作原理。
关键词：
systemview仿真；超外差广播；频分复用；幅度调制
1.设计背景
超外差式收音机是指输入信号和本机振荡器信号产生一个固定中频信号的过程。
超外差式是相对于直放式而言的一种接收方式，所谓超外差接收就是不论接收什么频率的信号，首先都把它变成一种特定的频率。
为了提高稳定性，这个频率选的相对低一点，通常把它称为：
“中频”，我国的工业标准规定AM（调幅）收音机的中频为465KHz。
超外差收音机能把不同频率的电台信号混频后变成固定的中频信号，再由放大器对这个固定的中频信号进行放大。
超外差接收技术广泛应用于无线通信系统中，通常的AM中波收音机覆盖的频率范围是540~1700KHz，中频频率为456KHz，商业广播发射采用常规调幅，调制度接近1，一般解调器采用最简单的二极管。
2基本原理
2.1AM调幅基本原理
在连续波的模拟调制中，最简单的形式是使单频余弦载波的幅度在平均值处随调制信号线性变化，或者输出已调信号的幅度与输入调制信号f（t）呈线性对应关系，这种调制称为标准调幅或一般调幅，记为AM。
2.1.1调制部分
标准调幅的调制器可用一个乘法器来实现。
AM信号时域表达式为：
其中：
A0为载波幅度，c为载波频率，m（t）为调制信号。
其频域表示式为：
图1：
AM调制原理图
2.1.2解调部分：
解调有相干和非相干两种。
非相干系统设备简单，但在信噪比较小时，相干系统的性能优于非相干系统。
这里采用相干解调。
图2；解调原理框图
2.2超外差广播系统基本原理
无线广播的接收仪器为收音机，在晶体管收音机中多采用磁性天线作为接收信号的天线。
从天线收到的微弱高频信号先经过一级或几级高频小信号放大器（这部分往往也可以省略不用）放大。
然后送至混频器与本地振荡器所产生的等幅振荡电压相混合，所得到的输出电压包络形状不变，仍与原来的信号波形相似，但载波频率则转换为两个高频频率之差（或和）。
这叫做中频。
中频电压在经过中频放大器放大送入检波器，得到检波输出电压。
最后再经过放大器放大，送到扬声器（或耳机）中转变为声音信号。
超外差式广播接收机原理图如图3所示。
图3：
超外差式广播接收机原理图
超外差式广播接收机利用混频电路使本机振荡信号与接收信号收到的广播信号进行非线性混频，使得二者的差值始终为465KHz，这样就降低了放大电路的信号频率，可以有效克服直接放大式广播的缺点，其工作原理图如图4所示：
图4:
:
超外差式广播系统原理图
3.AM超外差式广播系统的systemview设计
3.1软件介绍
Systemview是一种适用于通信系统分析的仿真软件，可以对通信系统的工作过程进行实时的仿真分析。
它为用户提供了一个完整的动态系统的可视化环境，能进行模拟，数字，数模混合系统，线性和非线性系统的仿真，也可对线性系统进行拉氏变换和Z变换分析。
此软件在设计和研发通信系统的过程中发挥很大的作用。
在通信硬件设备的研发过程中，很大程度上都要在systemview软件环境中进行仿真，以观察它的系统可靠性，参数设置的合理性等。
SystemView的环境包括一套可选的用于增加核心库功能以满足特殊应用的库，包括通信库、DSP库、射频/模拟库和逻辑库，以及可通过用户代码库来加载的其他一些扩展库。
在SystemView系统窗口中完成系统或子系统的设计。
设计的过程便是在系统窗口中从不同的元件库中选择Token，并在设计区域中连接、搭建基本系统，设置每一个Token的参数，控制系统的起始时间、中止时间、采样频率，最后从分析窗中分析结果，从而达到系统设计和分析的目的。
3.2systemviewAM差外差广播系统仿真
基于对原理的认识和了解，AM超外差广播系统systemview仿真原理图如下图5:
所示，其中各个模块的具体参数见附录：
AM超外差广播系统参数。
图5：
AM超外差广播系统systemview仿真原理图
本超外差广播系统采用20KHz来做为f（if），故取采样频率为200KHz。
如图所示，采用了30kHz，40kHz，50kHz三个载波频率发射信号来模拟三个广播单台，模拟调制的带宽为5kHz以下。
如果以频率为40kHz的广播信号为接收频率，那么接收机使用高边调谐，本振应为40+20=60kHz。
调制信号采用了三个扫频信号（模块4,20,23）和三个正弦载波（模块0,3,21）信号相乘得到AM信号，三个信号分别采用了不同的扫频带宽和不同的调制度。
三个加法器（模块7，8，9）输出服用信息。
中频滤波器采用5极点，3dB带宽为10kHz的切比雪夫滤波器（模块17）。
通过该滤波器后仅剩第二个频率的音频信号，其他被屏蔽。
作为包络解调器的低通滤波器（模块22）带宽设置为5kHz，比第二个广播信号的带宽略大，从而保证了低频信号的通过，完全屏蔽高频信号。
仿真时在系统的系统时间设置可以取采样点数8192，采样频率为200kHz，以便可以直观看到AM调制广播系统的功能作用。
3.3仿真过程及结果分析
原理图确定好之后，设定时间参数。
然后运行时systemview软件，等待运行结束后点击工具栏中分析窗图标。
分析窗中首先出现的是信号波形图。
如下图四出现的是第三个射频信号输出波形图。
单击接收分析窗口下端的接收计算器按键，选择“Spectrum”便会生成相应频谱图如图6。
图6:
单个射频（RF）信号频谱图
三个广播信号的复用信号（RF）波形图如图7所示。
相应复用信号的频谱图如图3.3.3所示。
从图中可以看出三个广播信号的中心频率分别为各自的载波频率30kHz，40kHz，50kHz。
带宽为各自音频信号带宽的两倍，即6kHZ，8kHz，10kHz。
从图中可以看出三个广播信号的频谱完全不重叠，从而保证了三个广播信号可以在同一个信道当中传输而不会相互干扰。
图8说明了频分复用的原理。
图7:
三个广播信号的复用信号（RF）波形图
图8:
三个广播信号的复用信号（RF）频谱图
图9所示的是RF信号与本振混频后的信号波形图，图10为相对频谱图。
三个广播信号的差频项与和频项的频谱与前面分析一致，从而验证了超外差广播系统的原理。
图9:
RF信号与本振混频后的信号波形图
图10:
RF信号与本振混频后的信号频谱图
图11为图10中的混频信号通过中频滤波器后的信号频谱图。
可以看出频谱较为集中，仅剩下第二个广播的差频项被留下。
图10中频滤波器频谱图
图11:
输出的还原信号波形图
图12:
输入信号原始的扫频信号波形
图10输出的还原信号波形图与输入信号原始的扫频信号波形图11相比较，可以看出还原的信号波形与原始扫频信号相一致。
以上验证了此AM差分式广播系统仿真的正确性。
4.设计结论
在这次对AM超外差广播系统的设计中，不仅掌握了对通信仿真软件systemview的应用能力，验证了频分复用的过程，加深对于相关AM超外差接收机理论的了解和学习。
通过对仿真模块的使用，仿真参数的合理设置，频谱数据分析等过程让我们可以直观的了解了生活中广播系统。
此次设计过程让我了解到对于基于systemview的通信仿真系统搭建的一般过程。
相信这项的体验和经历对我们以后的工作和学习都会有很大的帮助。
而正是这样不断学习和了解的过程让我们在以后的学习中能够吸取更多的养分，更好的提高自己的学习能力和对所学知识的应用能力。
故在这次的仿真实验过程中，不仅让我收获到的是对于以往所学知识的运用和总结，更难得可贵的是在这个过程中，通过体会整个系统的设计流程，让我们对于应用软件和学习能力有着真切的感知。
当面对一个新的课题的时候，也不会再无从下手，沉下心来，才能发现规律，才能在所学知识当中沉淀出知识的精华，以达到真正的熟练运用和掌握。
5参考文献
[1]]樊昌信,曹丽娜.通信原理教程（第3版）[M].北京：
国防工业出版社,2006,9.
[2]张肃文高频电子线路（第五版）高等教育出版社
[3]樊昌信.通信原理（第6版）[M].北京：
电子工业出版社,2012,12.
[4]周文安,付秀花无线通信原理与应用（第二版）电子工业出版社,2012,8
[5]systemview通信仿真开发手册北京：
国防工业出版社
附录：
AM超外差广播系统各模块参数
图符编号
库/图符名称
参数
23
Rource:
Freqsweep
Amp=750e3VStartFre=0HzStopFreq=3e3HzPeriod=40.955e-3secPhase=0deg
1256
Multiplier
3
Rource:
Sinusoid
Amp=1VFreq=30e3HzPhase=0deg
78910
Adder
11
Rource:
Sinusoid
Amp=1VFreq=60e3HzPhase=0deg
12131415
Sink：
Analysis
17
Operator：
Linearsys
ChebyshevbandpassIIR5PoleslowFc=15e3HzHiFc=25e3Hz
18
Function:
HalfRctfy
ZeroPoint=0V
4
Rource:
Freqsweep
Amp=1VStartFre=0HzStopFreq=4e3HzPeriod=40.955e-3secPhase=0deg
0
Rource:
Sinusoid
Amp=1VFreq=40e3HzPhase=0deg
20
Rource:
Freqsweep
Amp=500e-3VStartFre=0HzStopFreq=5e3HzPeriod=40.955e-3secPhase=0deg
21
Rource:
Sinusoid
Amp=1VFreq=50e3HzPhase=0deg
22
Operator：
Linearsys
ChebyshevlowpassIIR5PoleFc=5e3Hz
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