超外差单边带接收机

题目：超外差单边带接收机

开题报告

一、超外差单边带接收机简介

利用本地产生的振荡波与输入信号混频，将输入信号频率变换为某个预定的频率的电路。超外差原理最早是由E.H.阿姆斯特朗于1918年提出的。这种方法是为了适应远程通信对高频率、弱信号接收的需要，在外差原理的基础上发展而来的。外差方法是将输入信号频率变换为音频，而阿姆斯特朗提出的方法是将输入信号变换为超音频，所以称之为超外差。

超外差电路的典型应用是超外差接收机，其优点是：

·容易得到足够大而且比较稳定的放大量。

·具有较高的选择性和较好的频率特性。

·容易调整。缺点是电路比较复杂，同时也存在着一些特殊的干扰，如像频干扰、组合频率干扰和中频干扰等。随着集成电路技术的发展，超外差接收机已经可以单片集成。

超外差式单边带接收机的工作程式：对于超外差接收机来说，就不能不谈到频谱倒置的问题，至于其他的变频中放和普通的超外差原理上是一样的。超外差接收机的工作程式有两种，差频变频方式与和频变频方式。对于和频变频器产生的中频来说，数学关系比较单纯，它不会改变信号的特征。简单的说，接收到的LSB信号，经过和频变频器后产生的中频仍然是LSB信号。

但是对于本振频率高于接收频率的差频变频方式的电路来说，情况就完全不同了。经过差频变频器产生的中频信号将是和接收到的信号边带相反的，即所谓的频谱倒置。简单的说，接收到的LSB信号，经过变频后产生的中频将是USB信号。

为了提高灵敏度和选择性，无线接收机一般都采用超外差式。

二、Simulink的特点

Simulink是一个动态系统建模、仿真和分析的软件包，它是一种基于MATLAB的框图设计环境，支持线性系统和非线性系统，可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI)，这个创建过程只需要单击和拖动鼠标操作就能完成。利用这个接口，用户可以像用笔在草纸上绘制模型一样，只要构建出系统的方块图即可，这与以前的仿真软件包要求解算微分方程和编写算法语言程序不同，它提供的是一种更快捷、更直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。

Simulink中包括了许多实现不同功能的模块库，如Sources(输入源模块库)、Sinks(输出模

块库)、Mathoperations(数学模块库)，以及线性模块和非线性模块等各种组件模块库。用户也可以自定义和创建自己的模块，利用这些模块，用户可以创建层次化的系统模型，可以自上而下或自下而上地阅读模型，也就是说，用户可以查看最顶层的系统，然后通过双击模块进入下层的子系统查看模型，这不仅方便了工程人员的设计，而且可以使自己的模型方块图功能更清晰，结构更合理。创建了系统模型后，用户可以利用Simulink菜单或在MATLAB命令窗口中键入命令的方式选择不同的积分方法来仿真系统模型。对于交互式的仿真过程，使用菜单是非常方便的，但如果要运行大量的仿真，使用命令行方法则非常有效。此外，利用示波器模块或其他的显示模块，用户可以在仿真运行的同时观察仿真结果，而且还可以在仿真运行期间改变仿真参数，并同时观察改变后的仿真结果，最后的结果数据也可以输出到MATLAB工作区进行后续处理，或利用命令在图形窗口中绘制仿真曲线。

三、课题研究的主要内容和研究方案、方法

3.1 课题主要研究内容

3.1.1三种调制方式

三种方式：

调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）

高频载波通常是一个正弦波振荡信号，有振幅、频率和相位三个参数可以改变，因此，用调制信号对载波进行调制就有调幅、调频和调相三种方式。

①调幅（AM）：载波的频率和相位不变，载波的振幅按调制信号的变化规律而变化。调幅获得的已调波称为调幅波。

②调频（FM）：载波的振幅不变，载波的瞬时频率按调制信号的变化规律而变化。调频获得的已调波称为调频波。

③调相（PM）：载波的振幅不变，载波的瞬时相位按调制信号的变化规律而变化。调相获得的已调波称为调相波。调频和调相统称为调角。

3.1.2 超外差接收机基本结构

以上介绍了单边带信号和超外差信号的基本改变，一般而言，超外差接收机的基本结构如下所示，在本课题，我们以超外差调幅接收机为例：

图1 超外差调幅接收器基本结构

接收天线：接收从空间传来的电磁波并感生出微小的高频信号。

高频放大器：从中选择出所需的信号并进行放大，得到高频调幅波信号u1(t)。通常由一级或多级具有选频特性的小信号谐振放大器组成。

本地振荡器：产生高频等幅振荡信号u2(t)。u2(t)比u1(t)的载频高一个中间频率，简称中频。

混频器：将高频的调幅波与高频本振信号的等幅波进行非线性变换，使之变成中频的调幅信号输出。

中频放大器：将混频器输出的中频信号进行放大，为检波器提供峰-峰值约为1V的调幅波信号。

检波器：将中频放大器输出的中频信号（调幅波）变换成音频信号。可见，接收设备中的检波器与发射设备中的调幅电路其功能刚好相反，即互为逆变换。

低频放大器：将检波器输出的音频信号进行放大，使之具有足够大的功率以推动扬声器发声。

3.2 课题主要研究方案

超外差接收系统是一种在通信系统中常用的技术手段。在这里，进行超外差接收系统数学模型的建立 。

以上就是超外差调幅接收器的基本推导过程。

在实际设计过程中，我们将利用软件无线电的相关知识，设置相关的参数，收集数据是系统研究的一个重要组成部分，必须收集所研究系统的输入、输 出各项数据以及描述系统各部分之间关系的数据。收集仿真数据往往需要花费大量时间和费用，因此，必须有效地对系统进行观测研究，以选择适合仿真的各项参数。鉴于一般无线电接收系统的固定中频10w w -为 465KHz ，载波高频0w 为1.7~6 MHz ，本振频率1w 为2.165～6.465MHz,而低频的传输信号一般不超过几kHz,我们最终选取仿真的各项参数为：016, 1.7, 2.165w KHz w MHz w MHz ===；进而各级放大器的放大倍数为：122,2,2Av Av Av ===；以及各信号的振幅及调幅度为： 03,2,1/3V A Ma ===。

我们将根据以上的分析来设计超外差单载波调幅接收机，据而设计调频，调相两种方式的接收机。并将对接收机做性能分析。