1、AM超外差收音機的設計與仿真摘要：System View是一種適用于通信系統設計與仿真分析的軟件工具，可以對通信系統的工作過程進行實時仿真分析。為了更深刻地理解AM電臺廣播系統和AM超外差收音機的工作原理和信號傳輸過程，本文使用Systemview構建了一個AM電臺廣播仿真系統，其中接收方采用AM超外差收音機。通過利用System View強大的分析工具對傳輸過程中信號的波形和頻譜的進行觀測和分析，驗證了頻分復用和AM超外差收音機的原理，熟悉了AM電臺廣播系統的通信過程。關鍵詞：Systemview仿真；超外差收音機；幅度調制：頻分復用1 引言超外差式是與直放式相對而言的一種接收方式，超外差式

2、收音機能把接收到的頻率不同的電臺信號都變成固定的中頻信號（465kHz),再由放大器對這個固定的中頻信號進行放大。它的優點是靈敏度高，選擇性好，音質好（通頻帶寬）工作穩定（不容易自激），它的缺點是鏡像干擾（比接收頻率高兩個中頻的干擾信號）較大，存在假響應（變頻電路的非線性），但這并不影響它的廣泛應用，現在大部分的收音機都是超外差的。2超外差式收音機的原理及過程無線廣播的接收儀器為收音機。在晶體管收音機中，多采用磁性天線作為接收信號的天線。某臺載頻電磁波在LC回路中產生并聯諧振，次級線圈中感生出高頻調幅信號，收到信號，磁性天線回路，作用是選臺，并將信號通過繞在磁棒上的次級線圈耦合到變頻級,收音機

3、原理框圖：圖2.1收音機的原理框圖超外差式收音機利用混頻電路使本機振蕩信號與接收到的電臺信號進行非線性混頻，使二者的差值始終為465KHZ，這樣就降低了放大電路的信號頻率，可以有效克服直接放大式收音機的缺點。由于本機振蕩信號的頻率始終比接收到的電臺信號頻率超出465KHZ，故把這種收音機叫做超外差式收音機。電路如圖2.2所示：圖2.2 超外差接收機原理圖3 AM超外差收音機的System View仿真設計基本的AM電臺廣播系統的仿真電路如圖3所示。系統時間設置為采樣點數為8192，采樣頻率為200 KHz。本電路主要用于說明超外差AM收音機的工作原理及信號解調過程。為了節省仿真時間，在本圖中沒

4、有按實際收音機的頻率覆蓋范圍5401700 k Hz和455 k Hz中頻頻率設計，而采用了20 k Hz作為中頻，因此系統采樣速率可設置為200 k Hz。另外，設置了30 k Hz、40 k Hz、50 k Hz3個載波頻率的發射信號(模擬3個電臺)，模擬調制信號的帶寬為5 k Hz以下。設希望接收的頻率為第2個電臺的頻率40 k Hz，收音機使用高邊調諧，則本振(LO)應為：40+20=60 k Hz。圖2 AM超外差收音機系統框圖 在圖3的實線左邊對應的是3個AM信號發生器，用來模擬3個電臺。每個AM信號發生器由調制信號(音頻信號)與正弦載波信號相乘而得。由于由語音直接轉換的音頻信號為

5、截止頻率不超過5 k Hz的低頻模擬信號，因此，設置3個電臺的音頻信號分別為掃頻帶寬為3 k Hz、4 k Hz和5 k Hz，調制度均為1的掃頻信號(模塊1、4、10)。它們的載波信號分別為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個電臺的復用信息。因此輸出的AM信號中心頻率為40 k Hz，帶寬為8 k Hz。 在圖3的右邊對應的是超外差收音機。根據原理圖(圖1)。這里選擇第2個電臺為所希望接受的電臺。根據設置，它是中心頻率為40 k Hz，帶寬為8 k Hz的AM信號。由于中頻固定為20 k Hz，根據公式(2)

6、，本振頻率為60 KHz (40kHz+20 k Hz)。接收到的復用信號(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。根據公式(1)，混頻信號中3個電臺的差頻項與和頻項分別如表所示。顯然，這六項信號的頻譜互不重疊，因此它們互不干擾。當將中頻濾波器設置為中心頻率為20 k Hz，帶寬為10 k Hz切比契夫帶通濾波器時，通過該濾波器后僅電臺2的差頻信號被完整保留，而其他5項信號被完全屏蔽。該信號通過包絡解調器后，將還原為電臺2的音頻信號。包絡解調器中的低通濾波器帶寬設置為5 k Hz，比電臺2中音頻信號的帶寬略大，從而保證低頻的音頻信號通過，并完全屏蔽高頻信

7、號。4 AM超外差收音機System View仿真分析3個電臺信號的復用信號(RF)頻譜如圖3所示。從圖中可看出，3個電臺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個電臺的頻譜互不重疊，從而保證了3個電臺可以在同一個信道中傳輸而不會相互干擾。圖3說明了頻分復用的原理。圖3 RF信號頻譜圖 復用信號(RF)與60 k Hz的本振信號混頻后輸出的頻譜如圖4所示。圖4中有3個電臺的差頻項，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，分別對應電臺3、2、1。在87 k Hz，93 k Hz的頻帶處有電臺l混頻輸出的和頻項，電臺2和3對應的和頻項位于100k Hz和110 k Hz附近，在窗口已經觀察不到了。圖4所示的混頻信號中3個電臺的差頻項與和頻項的頻譜與表1分析一致，這驗證了超外差收音機的原理。圖4 RF信號與本振混頻后的混頻信號頻譜圖圖5為圖4中的混頻信號通過中頻濾波器后的信號頻譜。可以看出，頻譜集中在16 k Hz，24 k Hz處，即僅電臺2的差頻項被保留。圖6為電臺2的調制信號通過包絡檢波器所還原的信號波形與電臺2的原始掃頻信號的波形的比較。從圖6可以明顯看到，還原的信號波形

9、和原始掃頻信號波形一致，這驗證了仿真系統的正確性。 圖5中頻信號頻譜圖圖6 解調信號與輸入信號對比通過對比，從上圖可以看出，檢波出的信號頻譜圖與調制信號頻譜圖一致，中頻帶通信號經包絡檢波再低通濾波后出現的頻譜，可見干擾哨叫的影響但可以看出其頻譜與掃頻信號所設置的頻譜相符合，參數相符合，仿真成功。文中使用Sytem View構建了一個AM電臺廣播系統，其中接收方采用AM超外差收音機。通過波形和頻譜的分析，驗證了頻分復用和AM超外差收音機的原理，加深了相關理論知識的學習和理解，熟悉了AM電臺廣播系統的通信過程。參考文獻1 通信原理（第六版).北京：國防工業出版社，2006. 2 通信原理及SystemView仿真測試.