鄭 文

(濱州學院航空工程學院　山東 濱州　256603)

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基于Multisim調幅發(fā)射機的仿真與分析*

鄭 文

(濱州學院航空工程學院山東 濱州256603)

調幅發(fā)射機的主要任務是完成低頻信號對高頻載波的調制，將其變?yōu)樵谀骋恢行念l率上具有一定帶寬、適合通過天線發(fā)射的電磁波．本文以高頻電子線路為基礎，以調制電路、功率放大電路為單元，完成了調幅發(fā)射機的電路搭建，并用Multisim軟件對單元電路進行了仿真．仿真分析表明，所搭建單元電路能實現(xiàn)其基本功能，符合調幅發(fā)射機的要求．

高頻Multisim調幅發(fā)射機

1　引言

19 世紀末迅速發(fā)展起來的以電信號為消息載體的通信方式，稱為現(xiàn)代通信系統(tǒng)，即無線通信系統(tǒng)[1]．無線通信具有方便、不受距離和周圍地理環(huán)境限制等優(yōu)點，受到廣泛關注．無線通信系統(tǒng)包括無線發(fā)射機和接收機，發(fā)送設備主要有兩大任務：一是調制，二是放大．

簡易調幅發(fā)射機的機構如圖1所示．高頻信號源作為載波，音頻信號源可以是語音，可以是音樂，也可以是固定的單音頻．高頻信號與音頻信號經幅度調制后變?yōu)檎{幅波，然后送往高頻功放，經高頻功放放大后，通過天線發(fā)射出去．

圖1　簡易調幅發(fā)射機結構圖

Multisim軟件是一款基于Windows的仿真軟件，由美國國家儀器(NI)有限公司所推出，被譽為計算機里的電子實驗室，其特點是圖形界面操作，易學、易用，快捷、方便，真實、準確，能夠對電路圖進行軟件連接，具有較為強大的仿真能力，廣泛應用于電子電路的演示和實驗課程[2]．高頻電子電路作為電子信息工程專業(yè)的重要專業(yè)課，是理論性和技術性要求很強的一門課程．高頻電子線路實驗是對理論學習的有力補充，但受實驗設備及實驗環(huán)境的影響[3]，很難達到理想的實驗效果．利用Multisim搭建的實驗平臺進行仿真分析，符合實踐教學的需要[4]．

本文通過Multisim軟件搭建了由幅度調制電路和高頻功率放大電路構成的簡易調幅發(fā)射機，并對各功能電路的相關性能進行仿真測試．

2　振幅調制電路

振幅調制就是用低頻信號去控制高頻載波信號的振幅，使載波的振幅隨調制信號成正比地變化．由于集成電路的發(fā)展，集成模擬乘法器得到廣泛的應用，本電路采用MC1496集成模擬乘法器來實現(xiàn)調幅之功能．

2.1模擬乘法器MC1496

模擬乘法器MC1496[5]是構成調幅器的核心器件，但在Multisim的元件庫中沒有，首先創(chuàng)建該電路作為子電路，在以后應用中可以隨時調用．

圖2　MC1496內部結構圖

MC1496內部結構如圖2所示．MC1496是一種四象限模擬乘法器，電路中采用了以反極性方式連接的兩組差分對，且這兩組差分對的恒流源管又組成了一個差分對，稱為雙差分對模擬乘法器．

2.2振幅調制電路

以模擬乘法器MC1496為核心構成的振幅調制電路如圖3所示.

圖3　振幅調制電路

圖3中，Q1～Q4的輸入端即乘法器8與10引腳間接高頻載波信號，差動放大器Q5與Q6的輸入端即1與4引腳間接音頻信號，雙差動放大器的兩集電極即6與12引腳分別經集電極電阻R6與R8接到正電源+12V上，并從6與12引腳間取出已調信號．電位器R14用來調節(jié)1與4引腳間的平衡，電位器R2用來調節(jié)8與10腳間的平衡．晶體管Q1為射極跟隨器，以提高振幅調制器的帶負載能力．

2.3調幅電路仿真

通常所要傳送的信號(如語言、音樂等)的波形是很復雜的，包含了許多頻率成分．為簡化分析手續(xù)，在本文中分析調制時，可以認為信號是正弦波形．因為復雜的信號可以分解為許多正弦波分量，因此，只要已調波能夠同時包含許多不同調制頻率的正弦調制信號，復雜的調制信號也就如實地被傳送出去了．設置調制信號為單頻信號，頻率為1kHz；高頻載波信號幅值300mV，頻率為6.3MHz，運行仿真開關，打開示波器觀察窗口，可得仿真輸出調幅波如圖4所示．

圖4　幅度調制電路輸出波形

設置調制信號幅度為300mV，仿真輸出波形如圖4(a)所示．從圖中可以看出該輸出為普通調幅波，已調波的振幅同調制信號有相同的變化規(guī)律，即載波振幅隨調制信號的規(guī)律變化．

調整調制信號幅度為1 500mV，其他參數(shù)不變，仿真輸出波形如圖4(b)所示．從圖中可以看出，已調波振幅變化與調制信號不一致，產生了嚴重的失真，這種情況稱為過調失真，在實際應用中應盡量避免．

3　功率放大電路

高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件，是一種能量轉換器件，它將電源供給的直流能量轉換為高頻交流輸出[6]．

3.1功率放大電路

圖5　高頻功率放大電路

高頻功率放大電路如圖5所示．高頻功率放大電路由兩級放大器組成，Q1是前置放大級，工作在甲類線性狀態(tài)，以適應較小的輸入信號電平，由于該級負載是電阻，對輸入信號沒有濾波和調諧作用，因而既可作為調幅放大，也可作為調頻放大．Q2為次級放大器，令R5開路，可構成丙類高頻功率放大電路，其基極偏置電壓為零，通過發(fā)射極上的電壓構成反偏．因此，只有在在載波的正半周且幅度足夠大時才能使功率管導通．其集電極負載為LC選頻諧振回路，該選頻回路由L3,C4,C5構成，諧振在載波上以選出基波，因此可以獲得較大的功率輸出．當輸入信號為調幅波時，調幅波在波谷時幅度較小，Q2將不能導通，導致輸出波形嚴重失真．因此，輸入信號為調幅波時，R5接入回路，即Q2工作在甲類狀態(tài)．

3.2功率放大電路仿真

將前級幅度調制電路，即圖4(a)所示信號作為該級功放輸入信號，輸出端接虛擬示波器，以顯示輸出信號．調節(jié)調諧回路可變電容參數(shù)，使回路調諧在6.3MHz，得到輸出信號波形如圖6所示．

圖6　高頻功率放大電路輸出波形

從圖6可以看出，輸出信號仍為普通調幅波，調制規(guī)律不變，信號幅度增大，實現(xiàn)功能要求，可將此信號通過天線有效輻射．

4　結論

利用Multisim軟件搭建了由幅度調制電路和高頻功率放大電路構成的調幅無線電發(fā)射機，并對發(fā)射機各功能單元的性能進行了仿真測試．仿真分析表明，由MC1496構成幅度調制器，改變調制信號幅度，可改變輸出已調波信號調制度；高頻功率放大電路在不失真的情況下可有效增大信號幅度，基本實現(xiàn)功能電路基本要求．

1曾興雯，劉乃安，陳建.高頻電路原理與分析(第四版).西安：西安電子科技出版社，2006

2任丹.基于Multisim的高頻功率放大器特性分析.遼寧學院學報：自然科學版，2011,18(2)：114～117

3馬英.高頻電子線路實驗箱利弊的思考.實驗科學與技術，2007,5(2)：93～94

4鄭文.基于Multisim的高頻功率放大器仿真分析.實驗科學與技術，2014,12(1)：22～23

5王旭.模擬乘法器MC1496的應用研究.電子測試，2015(8)：46～50

6龍珍，牟雪嬌,等.收發(fā)機系統(tǒng)的制作.電子制作，2015(6)：54

2016-03-09)

*濱州學院實驗技術研究項目，項目編號：BZXYSYXM201102作者簡介：鄭文(1982-)，女，碩士，講師，從事電子與通信的教學與研究工作.