AM超外差收音機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真

1、AM超外差收音機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真摘要：System View是一種適用于通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析的軟件工具，可以對(duì)通信系統(tǒng)的工作過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真分析。為了更深刻地理解AM電臺(tái)廣播系統(tǒng)和AM超外差收音機(jī)的工作原理和信號(hào)傳輸過(guò)程，本文使用Systemview構(gòu)建了一個(gè)AM電臺(tái)廣播仿真系統(tǒng)，其中接收方采用AM超外差收音機(jī)。通過(guò)利用System View強(qiáng)大的分析工具對(duì)傳輸過(guò)程中信號(hào)的波形和頻譜的進(jìn)行觀測(cè)和分析，驗(yàn)證了頻分復(fù)用和AM超外差收音機(jī)的原理，熟悉了AM電臺(tái)廣播系統(tǒng)的通信過(guò)程。關(guān)鍵詞：Systemview仿真；超外差收音機(jī)；幅度調(diào)制：頻分復(fù)用1 引言超外差式是與直放式相對(duì)而言的一種接收方式，超外差式

2、收音機(jī)能把接收到的頻率不同的電臺(tái)信號(hào)都變成固定的中頻信號(hào)（465kHz),再由放大器對(duì)這個(gè)固定的中頻信號(hào)進(jìn)行放大。它的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，選擇性好，音質(zhì)好（通頻帶寬）工作穩(wěn)定（不容易自激），它的缺點(diǎn)是鏡像干擾（比接收頻率高兩個(gè)中頻的干擾信號(hào)）較大，存在假響應(yīng)（變頻電路的非線性），但這并不影響它的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在大部分的收音機(jī)都是超外差的。2超外差式收音機(jī)的原理及過(guò)程無(wú)線廣播的接收儀器為收音機(jī)。在晶體管收音機(jī)中，多采用磁性天線作為接收信號(hào)的天線。某臺(tái)載頻電磁波在LC回路中產(chǎn)生并聯(lián)諧振，次級(jí)線圈中感生出高頻調(diào)幅信號(hào)，收到信號(hào)，磁性天線回路，作用是選臺(tái)，并將信號(hào)通過(guò)繞在磁棒上的次級(jí)線圈耦合到變頻級(jí),收音機(jī)

3、原理框圖：圖2.1收音機(jī)的原理框圖超外差式收音機(jī)利用混頻電路使本機(jī)振蕩信號(hào)與接收到的電臺(tái)信號(hào)進(jìn)行非線性混頻，使二者的差值始終為465KHZ，這樣就降低了放大電路的信號(hào)頻率，可以有效克服直接放大式收音機(jī)的缺點(diǎn)。由于本機(jī)振蕩信號(hào)的頻率始終比接收到的電臺(tái)信號(hào)頻率超出465KHZ，故把這種收音機(jī)叫做超外差式收音機(jī)。電路如圖2.2所示：圖2.2 超外差接收機(jī)原理圖3 AM超外差收音機(jī)的System View仿真設(shè)計(jì)基本的AM電臺(tái)廣播系統(tǒng)的仿真電路如圖3所示。系統(tǒng)時(shí)間設(shè)置為采樣點(diǎn)數(shù)為8192，采樣頻率為200 KHz。本電路主要用于說(shuō)明超外差A(yù)M收音機(jī)的工作原理及信號(hào)解調(diào)過(guò)程。為了節(jié)省仿真時(shí)間，在本圖中沒(méi)

4、有按實(shí)際收音機(jī)的頻率覆蓋范圍5401700 k Hz和455 k Hz中頻頻率設(shè)計(jì)，而采用了20 k Hz作為中頻，因此系統(tǒng)采樣速率可設(shè)置為200 k Hz。另外，設(shè)置了30 k Hz、40 k Hz、50 k Hz3個(gè)載波頻率的發(fā)射信號(hào)(模擬3個(gè)電臺(tái))，模擬調(diào)制信號(hào)的帶寬為5 k Hz以下。設(shè)希望接收的頻率為第2個(gè)電臺(tái)的頻率40 k Hz，收音機(jī)使用高邊調(diào)諧，則本振(LO)應(yīng)為：40+20=60 k Hz。圖2 AM超外差收音機(jī)系統(tǒng)框圖 在圖3的實(shí)線左邊對(duì)應(yīng)的是3個(gè)AM信號(hào)發(fā)生器，用來(lái)模擬3個(gè)電臺(tái)。每個(gè)AM信號(hào)發(fā)生器由調(diào)制信號(hào)(音頻信號(hào))與正弦載波信號(hào)相乘而得。由于由語(yǔ)音直接轉(zhuǎn)換的音頻信號(hào)為

5、截止頻率不超過(guò)5 k Hz的低頻模擬信號(hào)，因此，設(shè)置3個(gè)電臺(tái)的音頻信號(hào)分別為掃頻帶寬為3 k Hz、4 k Hz和5 k Hz，調(diào)制度均為1的掃頻信號(hào)(模塊1、4、10)。它們的載波信號(hào)分別為30 k Hz、40 k Hz和50 k Hz，振幅均為1 V的正弦載波(模塊0、5、11)。加法器(模塊12)輸出3個(gè)電臺(tái)的復(fù)用信息。因此輸出的AM信號(hào)中心頻率為40 k Hz，帶寬為8 k Hz。 在圖3的右邊對(duì)應(yīng)的是超外差收音機(jī)。根據(jù)原理圖(圖1)。這里選擇第2個(gè)電臺(tái)為所希望接受的電臺(tái)。根據(jù)設(shè)置，它是中心頻率為40 k Hz，帶寬為8 k Hz的AM信號(hào)。由于中頻固定為20 k Hz，根據(jù)公式(2)

6、，本振頻率為60 KHz (40kHz+20 k Hz)。接收到的復(fù)用信號(hào)(RF)首先與本振(頻率60 k Hz、振幅l V的正弦載波)相乘，輸出混頻信號(hào)。根據(jù)公式(1)，混頻信號(hào)中3個(gè)電臺(tái)的差頻項(xiàng)與和頻項(xiàng)分別如表所示。顯然，這六項(xiàng)信號(hào)的頻譜互不重疊，因此它們互不干擾。當(dāng)將中頻濾波器設(shè)置為中心頻率為20 k Hz，帶寬為10 k Hz切比契夫帶通濾波器時(shí)，通過(guò)該濾波器后僅電臺(tái)2的差頻信號(hào)被完整保留，而其他5項(xiàng)信號(hào)被完全屏蔽。該信號(hào)通過(guò)包絡(luò)解調(diào)器后，將還原為電臺(tái)2的音頻信號(hào)。包絡(luò)解調(diào)器中的低通濾波器帶寬設(shè)置為5 k Hz，比電臺(tái)2中音頻信號(hào)的帶寬略大，從而保證低頻的音頻信號(hào)通過(guò)，并完全屏蔽高頻信

7、號(hào)。4 AM超外差收音機(jī)System View仿真分析3個(gè)電臺(tái)信號(hào)的復(fù)用信號(hào)(RF)頻譜如圖3所示。從圖中可看出，3個(gè)電臺(tái)的中心頻率分別為各自的載波頻率：30k Hz、40 k Hz、50 k Hz，帶寬為各自音頻信號(hào)帶寬的2倍，即6k Hz、8 k Hz、10 k Hz。從圖3中可以明顯看出3個(gè)電臺(tái)的頻譜互不重疊，從而保證了3個(gè)電臺(tái)可以在同一個(gè)信道中傳輸而不會(huì)相互干擾。圖3說(shuō)明了頻分復(fù)用的原理。圖3 RF信號(hào)頻譜圖 復(fù)用信號(hào)(RF)與60 k Hz的本振信號(hào)混頻后輸出的頻譜如圖4所示。圖4中有3個(gè)電臺(tái)的差頻項(xiàng)，其頻譜從左到右分別為：5 k Hz，15 k Hz、16 k Hz，24 k Hz

8、】、27 k Hz，33 k Hz，分別對(duì)應(yīng)電臺(tái)3、2、1。在87 k Hz，93 k Hz的頻帶處有電臺(tái)l混頻輸出的和頻項(xiàng)，電臺(tái)2和3對(duì)應(yīng)的和頻項(xiàng)位于100k Hz和110 k Hz附近，在窗口已經(jīng)觀察不到了。圖4所示的混頻信號(hào)中3個(gè)電臺(tái)的差頻項(xiàng)與和頻項(xiàng)的頻譜與表1分析一致，這驗(yàn)證了超外差收音機(jī)的原理。圖4 RF信號(hào)與本振混頻后的混頻信號(hào)頻譜圖圖5為圖4中的混頻信號(hào)通過(guò)中頻濾波器后的信號(hào)頻譜?？梢钥闯?，頻譜集中在16 k Hz，24 k Hz處，即僅電臺(tái)2的差頻項(xiàng)被保留。圖6為電臺(tái)2的調(diào)制信號(hào)通過(guò)包絡(luò)檢波器所還原的信號(hào)波形與電臺(tái)2的原始掃頻信號(hào)的波形的比較。從圖6可以明顯看到，還原的信號(hào)波形

9、和原始掃頻信號(hào)波形一致，這驗(yàn)證了仿真系統(tǒng)的正確性。 圖5中頻信號(hào)頻譜圖圖6 解調(diào)信號(hào)與輸入信號(hào)對(duì)比通過(guò)對(duì)比，從上圖可以看出，檢波出的信號(hào)頻譜圖與調(diào)制信號(hào)頻譜圖一致，中頻帶通信號(hào)經(jīng)包絡(luò)檢波再低通濾波后出現(xiàn)的頻譜，可見(jiàn)干擾哨叫的影響但可以看出其頻譜與掃頻信號(hào)所設(shè)置的頻譜相符合，參數(shù)相符合，仿真成功。文中使用Sytem View構(gòu)建了一個(gè)AM電臺(tái)廣播系統(tǒng)，其中接收方采用AM超外差收音機(jī)。通過(guò)波形和頻譜的分析，驗(yàn)證了頻分復(fù)用和AM超外差收音機(jī)的原理，加深了相關(guān)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和理解，熟悉了AM電臺(tái)廣播系統(tǒng)的通信過(guò)程。參考文獻(xiàn)1 通信原理（第六版).北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006. 2 通信原理及SystemView仿真測(cè)試.