超外差单边带接收机

1.简介与仿真结论

        超外差是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先确定的频率的方法。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。超外差收发系统至今仍广泛应用于远程信号的接收，并且已推广应用到测量技术等方面。随着数字计算机硬件及软件的发展,数字计算机的系统仿真也迅速发展起来。数字计算机仿真的特点是精度高、重复性好、通用性强、价格便宜。至今已发展了许多计算机仿真程序包和仿真语言,使用起来特别方便。以系统仿真软件MATLAB中的Simulink软件包为工具，完成了通信系统超外差单边带接收机的仿真，并得到了完整的仿真结果。

发送端：

·发送信号的波形如下所示：

图1 发送波形时域图

·发送信号通过DSB AM调制以后的信号如下所示：

图2 调制以后的信号时域图

·发送信号通过DSB AM调制以后频谱信号如下所示：

图3发送信号的频谱图

2.理论分析

        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。 

    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.部分核心代码

simulink仿真模型如下：

A01-14