射频通信电路课程设计报告2

射频电路课程设计报告电子信息工程11-02田亚婷541101030234第2页共19页引言混频器在通信工程和无线电技术中，应用非常广泛，在调制系统中，输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号。在解调过程中，接收的已调高频信号也要经过频率的转换，变成对应的中频信号。特别是在超外差式接收机中，混频器应用较为广泛，如AM广播接收机将已调幅信号535KHZ-一1605KHZ要变成为465KHZ中频信号，电视接收机将已调48．5M一870M的图象信号要变成38MHZ的中频图象信号。常用的振幅检波电路有包络检波和同步检波两类。输出电压直接反映调幅包络变化规律的检波电路,称为包络检波电路,它适用于普通调幅波的检波。通常根据信号大小的不同,将检波器分为小信号平方律检波和大信号峰值包络检波两信号检波。目前,在应用较广泛的电路仿真软件中,Pspice是应用较多的一种。Pspice能够把仿真与电路原理图的设计紧密得结合在一起。广泛应用于各种电路分析,可以满足电路动态仿真的要求。其元件模型的特性与实际元件的特性十分相似,因而它的仿真波形与实验电路的测试结果相近,对电路设计有重要的指导意义。由此可见，混频电路是应用电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。[3]第3页共19页目录引言.........................................................................................................................................................2一．概述.......................................................................................................................................................3二.方案分析...............................................................................................................................................4三．单元电路的工作原理...........................................................................................................................61．LC正弦波振荡器....................................................................................................................................62．模拟乘法器电路.....................................................................................................................................83．谐振电路.................................................................................................................................................94．包络检波..............................................................................................................................................12四．电路性能指标的测试.........................................................................................................................17五．课程设计体会.......................................................................................................错误!未定义书签。参考文献.......................................................................................................................错误!未定义书签。第4页共19页一．概述1.1混频器和振荡器的定义混频器是频谱线性搬移电路，能够将输入的两路信号进行混频。具体原理框图如图1所示。振荡器输出一频率为1f=10MHz、幅值0.2V＜mU1＜1V的正弦波信号，此信号作为混频器的第一路输入信号；高频信号源输出一正弦波信号，2f=10MHz、幅值mU2=200mV，此信号作为混频器的第二路信号，将这两路信号作为模拟乘法器的输入进行混频。选频放大电路则对混频后的信号进行选频、放大，最终输出2MHz的正弦波信号。图1混频器原理框图1.2调幅波的解调调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程，通常称为检波。调幅波解调方法有二极管包络检波器、同步检波器。不论哪种振幅调制信号，都可采用相乘器和低通滤波器组成的同步检波电路进行解调。但是，对于普通调幅信号来说，它的载波分量被抑制掉，可以直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需的解调电压，而不必另加同步信号，通常将这种振幅检波器称为包络检波器。目前应用最广的是二极管包络检波器，而在集成电路中，主要采用三极管射极包络检波器。同步检波，又称相干检波，主要用来解调双边带和单边正弦波振荡器模拟乘法器选频、放大电路高频信号源第5页共19页带调制信号，它有两种实现电路。一种由相乘器和低通滤波器组成，另一种直接采用二极管包络检波。调幅波信号是二极管检波电路的输入，由于二极管只允许单向导电，所以，如果使用的是硅管，则只有电压高于0.7V的部分可以通过二极管。同时，由于二极管的输出端连接了一个电容，这个电容与电阻配合对二极管输出中的高频信号对地短路，使得输出信号基本上就是AM信号包络线。电容和电阻构成的这种电路功能叫做滤波。二.方案分析对于混频电路的分析，重点应掌握，一是混频电路的基本组成模型及主要技术特点，二是混频电路的基本原理及混频跨导的计算方法，三是应用电路分析。混频电路的基本组成模型及主要技术特点：混频，工程上也称变频，是将信号的频率由一个数值变成另一个数值的过程，实质上也是频谱线性搬移过程，完成这种功能的电路就称为混频电路或变频电路。混频电路的组成模型及频谱分析图a是混频电路的组成模型，可以看出是由三部分基本单元电路组成。分别是相乘电路、本级振荡电路和带通滤波器(也称选频网络)。当为接收机混频电路时，其中Us(t)是已调高频信号。Ul(t)是等幅的余弦型信号，而输出则是Ui(t)为中频信号。第6页共19页混频电路的基本原理：图2中，Us(t)为输入信号，Uc(t)为本振信号。Ui(t)输出信号。分析：当stsmscosU(t)U，则(t)(t)UU(t)Ucsp=ctcmstsmcosUcosU=ctstcoscosAm其中：cmsmUUAm对上式进行三角函数的变换则有tcst1pcoscosAmtU：)t]-(cs)tc[cos(Am21scos从上式可推出，Up(t)含有两个频率分量和为(ψc+ψS)，差为(ψC-ψS)。若选频网络是理想上边带滤波器则输出为]tAmcos[21(t)Usci．若选频网络是理想下边带滤波器则输出：]t-Amcos[21(t)Usci．工程上对于超外差式接收机而言，如广播电视接收机则有ψcψS．往往混频器的选频网络为下边带滤波是混频器，则输出为差频信号，]t-Amcos[21(t)Usci为接收机的中频信号。衡量混频工作性能重要指标跨导。规定混频跨导的计算公式：混频跨导g：输出中频电流幅度偷入信号电压幅度。该电路由LC正弦波振荡器﹑高频信号源﹑模拟乘法器以及选频放大电路组成。LC正弦波振荡器产生的10MHz正弦波与高频信号源所产生的8MHz正弦波通过模拟乘法器进行混频后产生双边带调幅信号，然后通过选频放大器选出第7页共19页有用的频率分量，即频率2MHz的信号，对其进行放大输出，最终输出2MHz的正弦波信号。混频器电路如图3所示。图3混频器电路图三．单元电路的工作原理1．LC正弦波振荡器本次设计采用LC电容三点式反馈电路，也叫考毕兹振荡电路。利用电容将谐振回路的一部分电压反馈到基极上，而且也是将LC谐振回路的三个端点分别与晶体管三个电极相连，所以这种电路叫电容三点式振荡器。三点式LC振荡器的相位平衡条件是2Fk，在LC谐振回路，cebecbXXX，cbX与beX﹑ceX性质相反，当beX﹑ceX为电容，cbX就是电感；当beX﹑ceX为电感，cbX就是电容。在LC三点式振荡器电路中,如果要产生正弦波，必须满足振幅平衡条件：即满足1FA。由相位平衡条件和振幅平衡条件可得：FFFRi11选取60，故选用2N2222A三极管。2N2222A是NPN型三极管，属于低噪声放大三极管。本电路的三极管采用分压偏置电路，为了使三极管处于放第8页共19页大状态，必须满足：电流BQBII10~5电压ccBUU31~51由此可以确定R1=5.1K，R3=2.2K，R4=2K。正弦波的输出信号频率f=71MHz，电路连接如图4所示图4LC正弦波振荡器R1﹑R2﹑R4组成支流偏置电路，R5是集电极负载电阻，L2﹑CT﹑C﹑C4构成并联回路，其中R6用来改变回路的Q值，C1﹑C3为耦合电容，L1﹑C6﹑C5构成了一个去耦电路，用来消除电路之间的相互影响。根据设计要求，正弦波振荡器输出频率为10MHz，故由此可以大概确定L2﹑C4﹑CT的数值，再通过仿真进行调试最终确定其参数。电路的谐振频率为CTCLf//422161217123.140.0410480107%MHZ，第9页共19页静态工作点为1211261.610123BRVVRRR，基本符合设求。2．模拟乘法器电路用模拟乘法器实现混频，就是在xU端和yU端分别加上两个不同频率的信号，相差一中频，再经过带通滤波器取出中频信号，其原理方框图如图6所示：xUcU0UgU图6混频原理框图若ssxwUtUcostwUtUy00cos则twwtwwVKVtwtwVKVtUsssssc00000coscos21coscos经带通滤波器后，取差频twwVKVtVss000cos21is0为所需要的中频频率。通频带滤波器第10页共19页图7混频器原理图3．谐振电路通常讨论的并联谐振电路如图１所示。图１（ａ）所示Ｒ、Ｌ、Ｃ并联电路谐振时具有下述特性：（１）电路的阻抗最大，电流最小。（２）电感元件的电流与电容元件的电流，大小相等，相位相反，相互抵消，电路总电流等于电阻元件的电流。（３）电感元件吸收的感性无功功率等于电容元件吸收的容性无功功率，两者相互补偿，电路的总无功功率等于零。以上关于图１（ａ）所示Ｒ、L、Ｃ并联谐振电路特性的描述是正确的，毫无疑义的。图１（ｂ）所示电路谐振时是否也具有上述特第11页共19页性？一些人认为（一些教材中这样叙述）图１（