信號處理仿真及應(yīng)用-超外差收音機設(shè)計

1、信號處理仿真及應(yīng)用超外差收音機設(shè)計目錄1. 設(shè)計內(nèi)容及要求11.1 設(shè)計內(nèi)容 11.2 設(shè)計任務(wù)以及具體要求12. 設(shè)計概要 12.1 系統(tǒng)原理闡述12.2 設(shè)計思路 23. 設(shè)計過程及仿真模型33.1 仿真模型及其說明 33.2 設(shè)計中遇到的問題 74. 仿真結(jié)果分析74.1 仿真運行結(jié)果74.2 仿真結(jié)果分析與說明 85. 總結(jié) 8i1 .設(shè)計內(nèi)容及要求1.1 設(shè)計內(nèi)容設(shè)計一個超外差收音機，其中發(fā)送端的基帶信號分別為1000Hz的正弦波和500Hz的三角波，兩路信號分別采用1000kHz和1200kHz的載波進(jìn)行調(diào)制，并 在同一信道進(jìn)行傳輸。要求采用超外差方式對這兩路信號進(jìn)行接收，并能夠通

2、 過調(diào)整接收方的本振頻率對調(diào)制信號進(jìn)行選擇。1.2 設(shè)計任務(wù)以及具體要求a.給出Simulink模型框圖；b.闡述超外差接收機原理；c.畫出超外差收音機正確解調(diào)時的接收波形以及原始基帶信號；d.記錄當(dāng)分別解調(diào)出兩路信號時，本振頻率分別為多少；e.給出接收信號頻率與本振頻率的關(guān)系式。2 .設(shè)計概要2.1 系統(tǒng)原理闡述超外差收音機的原理框圖如下所示:圖1超外差收音機基本原理框圖從圖1中可以看到，超外差收音機工作過程一共分為混頻、中頻放大和解 調(diào)三個步驟?；祛l：由天線接收到的射頻信號直接送入混頻器進(jìn)行混頻，混頻所使用的 本機振蕩信號由壓控振蕩器產(chǎn)生，并可根據(jù)調(diào)整控制電壓，隨時調(diào)整振蕩頻 率，使得器振

3、蕩頻率始終比接收信號頻率高一個中頻頻率，這樣，接受信號與 本機振蕩在混頻器中進(jìn)行相乘運算后，其差頻信號的頻率成分就是中頻頻率。 其頻譜搬移過程如下圖2所示：10203090<I理爨般一 石醇#I舞,圖2超外差式收音機混頻輸入輸出頻譜示意圖中頻放大：從混頻模塊輸出的信號中包含了高頻和中頻兩個頻率成分，這 樣一來只要采用中頻帶通濾波器選出進(jìn)行中頻信號進(jìn)行放大，得到中頻放大信 號。解調(diào)：將中頻放大后的信號送入包絡(luò)檢波器，進(jìn)行包絡(luò)檢波，并解調(diào)出原 始信號。綜上，超外差式收音機是指輸入信號和本機振蕩信號產(chǎn)生一個固定中頻信 號的過程，由射頻放大器、混頻器、本地振蕩器、中頻放大器、解調(diào)器組成。 如果把

4、收音機收到的廣播電臺的高頻信號，都變換為一個固定的中頻載波頻率（僅是載波頻率發(fā)生改變，而其信號包絡(luò)仍然和原高頻信號包絡(luò)一樣），然后再對此固定的中頻進(jìn)行放大，檢波，再輸出，就成了超外差式收音機。2.2 設(shè)計思路從天線接收的信號經(jīng)射頻放大器放大，射頻意指高頻，通常是指載波頻 率。兩個可變電容分別被使用來調(diào)諧射放大器和本地振蕩的頻率，以達(dá)到選 擇想要接收到射頻信號的目的。本地振蕩的頻率為?= ?+ ?洪中？?冽想要接收的AM言號的載波頻率。本地振蕩器的調(diào)諧范圍是 5001605 KHz?；祛l器輸出頻率為其輸入信號頻 率相加與相減的信號。（混器的數(shù)學(xué)模型相當(dāng)于乘法器），其中差值頻率稱為 中頻，一般超外

5、差A(yù)M收音機的?= 465 KHZ。從天線接收的信號經(jīng)放大及混頻處理后轉(zhuǎn)換至中頻與其他頻帶，這個頻率 轉(zhuǎn)換的優(yōu)點在于，任何載波頻率的無線信號，皆可使用單一的調(diào)諧中頻放大 器。中頻放大具有濾波功能，具有較窄的頻寬，以確保能隔絕頻寬以外不需要 的信號，因中頻放大器頻寬窄，容易設(shè)計高增益的放大電路，提供了超外差收音機大部份的增益，而且關(guān)系著收音機的選擇性。3 .設(shè)計過程及仿真模型3.1 仿真模型及其說明設(shè)計兩個信號源模塊，具模塊圖如下所示，兩個信號源模塊的載波分別為1000kHz,和1200kHz,被調(diào)基帶彳S號分別為1000Hz的正弦波和500Hz的三角 波，并將其封裝成兩個子系統(tǒng)，如下圖所示：6

6、&crter I忙軌上圖3信源子系統(tǒng)模型圖為了模擬接收機距離兩發(fā)射機距離不同引起的傳輸衰減，分別以 Gain1和 Gain2模塊分別對傳輸信號進(jìn)行衰減，衰減參數(shù)分別為 0.1和0.2。最后在信道 中加入均值為0,方差為0.01的隨機白噪聲，送入接收機。圖4隨機信號參數(shù)配置圖接收機將收到的信號直接送入混頻器進(jìn)行混頻，混頻所使用的本機振蕩信 號由壓控振蕩器產(chǎn)生，其中壓控振蕩器由輸入電壓進(jìn)行控制，設(shè)置 Slider Gain模塊，使輸入?yún)?shù)在500至1605可調(diào)，從而實現(xiàn)本振的頻率可控。壓控 振蕩器的本振頻率設(shè)為465kHz,靈敏度設(shè)為1000HZ/V。圖5 Slider Gain 模塊的參

7、數(shù)圖6壓控振蕩器參數(shù)配置混頻后得到的信號送入中頻濾波器 Analog Filter Designl進(jìn)行帶通濾波，濾波器階數(shù)設(shè)置為1,帶寬為12kHz,中心頻率為465kHz,從而濾出中頻 信號。對中頻信號進(jìn)行20倍的增益后，再次經(jīng)過 Analog Filter Design2 進(jìn)行中 頻濾波，進(jìn)一步消除帶外噪聲。濾波器設(shè)置與前面相同。圖7中頻濾波器 Analog Filter Designl參數(shù)配置經(jīng)過中頻濾波后，利用包絡(luò)檢波器進(jìn)行檢波（檢波器的上限和下限值分別 設(shè)置為inf和0）,檢波輸出信號再通過帶寬為 6kHz的低通濾波器輸出。圖8包絡(luò)檢波參數(shù)配置Block Parameters! An

8、alog Filter Design2XAnalog Filter Design (mask) (link)Ues Ign one of sevei' j 1 st d ana 1 eg f L1 ters, linplemerLteci Ln stflte-space far muParameters口m T 即tho日：RutterworthFilterj-owpassFilter wrdw;Passband dge frequency (r ad/sJ:2*口1 卡 MOO我 | Cancel HelpAt-plv圖9低通濾波器參數(shù)配置設(shè)置系統(tǒng)仿真時間為0.01s,具體參數(shù)設(shè)置如

9、下圖所示:SlmulatLcm = 1eStart time: |(X ©I Stop tinier (X 01Solder QtlonsTyp：Fixed-step* S&lvr: e>dfi5 (Dgrinand-PrinceJ Adiitional optidtlsFl-drt芍p size '(fijondajnental sample ;6,23e&Tssilna ind sawlf time option®Pertiodlc 號胸口le tine constraint:Unc(snstrdi.ciedTasking node for

10、 periaciic saup 1 e t imes;AutoQ Autoniatlcaj ly handle rate tranei tian for data transferQ Higher pridi-lty value indicates higher tak pricrLty圖10系統(tǒng)仿真時間參數(shù)配置調(diào)整壓控振蕩器的控制電壓信號，觀察接收波形的變化。并分別記錄當(dāng)輸出波形為正弦波和三角波時的壓控振蕩器輸出頻率。Aug 印蝌.貽Sil0用，與性空工乂擅B向3.2設(shè)計中遇到的問題在設(shè)計過程中，遇到以下問題：波形顯示不正常，沒有濾出相應(yīng)波形，顯 示的波形沒有出現(xiàn)預(yù)想的效果。經(jīng)分析后，發(fā)現(xiàn)波

11、形顯示不正常，原因是載波的頻率參數(shù)設(shè)置錯誤。沒有 濾出相應(yīng)波形，是中頻濾波器的頻帶設(shè)置沒有包含輸入信號的頻率范圍內(nèi)。顯 示的波形沒有出現(xiàn)預(yù)想的效果，是由于壓控振蕩器的靈敏度設(shè)置太低。4 .仿真結(jié)果分析4.1 仿真運行結(jié)果當(dāng)壓控振蕩器輸出頻率是1000KHz時，輸出波形為正弦波，如下圖所示:，Scopel1.00!2101gA圖12正弦波圖當(dāng)壓控振蕩器輸出頻率是1200KHz時，輸出波形為三角波，如下圖所示:QCI15liiuiiuiD.C3S 0.04I offsH 0O.OC5圖13三角波圖4.2 仿真結(jié)果分析與說明當(dāng)接收信號頻率與本振頻率相同時，便會濾出該頻率的信號。因此，當(dāng)本 振頻率為1

12、000KHz時，會濾出載波頻率為1000KHz的正弦波；當(dāng)本振頻率為 1200KHz時，會濾出載波頻率為1200KHz的三角波。由上述仿真結(jié)果可知，該超外差收音機可以通過調(diào)整接收方的本振頻率對 解調(diào)信號進(jìn)行選擇，滿足該設(shè)計的要求。5 .總結(jié)經(jīng)過接近三周的課程設(shè)計實踐，實現(xiàn)了課程設(shè)計的基本要求，這使我對通 信理論知識有了更深一步的認(rèn)識和了解，要想學(xué)好它，重在實踐，要通過不斷 的實際操作才能更好地學(xué)習(xí)和運用知識，并且基本掌握了運用Simulink軟件進(jìn)行通信系統(tǒng)的仿真設(shè)計與分析的方法。通過課程設(shè)計這一實踐環(huán)節(jié)，不僅加深 了我對所學(xué)知識的理解，也提高了我運用所學(xué)知識分析、解決實際問題的能 力。MATLA歐件來在此過程中