短波宽带接收机的设计与实现

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1、短波宽带接收机的设计与实现学 号 2010082406 密 级 哈尔滨工程大学学士学位论文短波宽带接收机的设计与实现院（系）名称：信息与通信工程学院专 业 名 称：通信工程学 生 姓 名：马千里指 导 教 师：侯长波 讲师哈尔滨工程大学2014年6月 短波宽带接收机的设计与实现 马千里 哈尔滨工程大学I学 号2010082412 密 级 短波宽带接收机的设计与实现The design and implementation of shortwave broadband receiver学生姓名：马千里所在学院：信息与通信工程学院所在专业：通信工程指导教师：侯长波职称：讲师所在单位：哈尔滨工程大学

2、论文提交日期：2014年6月17日论文答辩日期：2014年6月21日学位授予单位：哈尔滨工程大学短波宽带接收机的设计与实现摘 要随着科学技术的迅猛发展，人们对通信系统的要求也越来越高，尤其对通信的安全性和保密性的要求，短波通信是利用波长为100m10m（频率为3MHz30MHz）的电磁波进行的无线电通信，其独特的传播方式再次成为人们研究的焦点。本论文研究了基于短波通信的宽带接收机。本论文首先分析了一般接收机的结构，在超外差式接收机的基础上研究并设计了二次混频模式的短波宽带接收机，并利用模拟调制解调的原理进行电路的设计，应用DDS技术作为一次本振进行一次混频，再通过二次混频将频率降至中频，然后利

3、用真有效值检波器进行解调。通过系统仿真软件SystemView论证了方案的可行性，确定了系统各个模块的参数。使用Cortex-M4控制器控制整个系统，并且实现数字设置接收信号的中心频率的功能，通过人机交互平台使系统的控制更加人性化。最后通过测试表明系统的各项性能达到了预计的目标，整个系统结构合理，工作稳定可靠。本文所提出的实现短波宽带接收机的方法，采用当前通信领域中较为先进的技术，具有一定的理论和实践意义。关键词：短波、宽带、超外差、二次混频VABSTRACTWith the rapid development of science and technology, the requiremen

4、t for the communications system is also more and more high, especially for communication security and confidentiality requirements, short wave communication is the use of wavelength of 100 10m (frequency 3 30MHz) radio electromagnetic wave, its unique mode of transmission has once again become the f

5、ocus of the study. This paper studies the HF Broadband Receiver Based on short wave communication.This paper first analyzes the general structure of receiver, on the basis of superheterodyne receiver and design two mixing model of HF Broadband Receiver, design and circuit simulation using the princi

6、ple of modulation and demodulation, the application of DDS technology as a local oscillator for a mixer, the mixing frequency to two times if, then the RMS detector demodulation. Through the system simulation software SystemView to demonstrate the feasibility of the method, parameters of each module

7、 of the system determined. Using the. Using the CORTEX-M4 controller to control the whole system, and the realization of digital set center frequency signal receiving function, through the human-computer interaction platform to make the system more humanized control. Finally through the test show th

8、at the performance of the system reached the expected target, the whole system is reasonable in structure, stable and reliable work.Methods the HF Broadband Receiver implementation presented in this paper, using advanced technologies in the current communication field, and has a certain theoretical

9、and practical significance.Keywords: Short wave; Broadband; Super heterodyne; The two mixer目 录第1章 绪论11.1 短波通信的研究背景11.2相关领域国内外研究现状21.3短波宽带接收机研究的意义31.4本论文的预期目标及章节安排3第2章 接收机的系统设计及指标分析52.1 无线接收设备的基本组成与原理52.2接收机方案的选择62.2.1 天线62.2.2 衰减网络72.2.3 低噪声放大72.2.4 滤波器设计原理72.2.5 可变增益放大器的设计原理92.2.6 混频92.2.7 功率放大102.

10、2.8 有源微分网络102.3解调112.3.1幅度解调112.3.2频率解调122.4接收机的指标分析142.4.1噪声特性142.4.2灵敏度152.5本章小结15第3章 基于SystemView的系统仿真设计173.1通信仿真的概念及意义173.2 SystemView简介173.3基于SystemView的模拟调制解调183.3.1常规双边带调幅（AM）183.3.2频率调制193.3.3 调频波转换电路仿真213.3.4混频电路仿真213.3.5解调电路仿真223.4本章小结24第4章 短波宽带接收机的硬件设计254.1 接收机射频前端电路设计254.1.1 衰减网络254.1.2

11、低噪声放大器的设计264.1.3 带通滤波器的电路设计274.1.4 可变增益放大器（VGA）电路设计304.1.5一次本振（DDS）电路设计324.1.6一次混频电路设计334.1.7 中频放大电路的设计344.1.8 二次混频354.2 解调电路设计364.2.1 调频波转换电路设计364.2.2解调电路设计374.2.3功率放大电路的设计384.3 本章小结38第5章 短波宽带接收机的软件设计405.1 Cortex-M4实现一次混频DDS的控制415.2 Cortex-M4实现按键和液晶的控制425.3 Cortex-M4实现对VGA和PGA的控制425.4 Cortex-M4对其他模

12、块的控制435.5本章小结45第6章 接收机的系统测试466.1短波宽带接收机的硬件测试466.1.1低噪声放大器的指标测试466.1.2可变增益放大器（VGA）指标测试476.1.3一次本振DDS和一次混频电路测试476.1.4二次混频电路测试486.1.5 调频波转换电路测试486.1.6解调电路测试496.2短波宽带接收机的软件测试496.2.1 液晶按键的控制显示496.2.2 CortexTM-M4控制DDS产生正弦波的测试506.3整机测试506.3.1接收机的接收频率范围测试506.3.2接收机的选择性测试506.3.3接收机的灵敏度测试506.4本章小结50结 论52参考文献5

13、3致谢55附录A短波宽带接收机PCB板56附录B低噪声放大器电路图57附录C带通滤波器电路图58附录D VGA电路图59附录E混频电路图60附录F 解调电路图61附录G 一次本振DDS电路图62附录H 短波宽带接收机实物图63第1章 绪论第1章 绪论1.1 短波通信的研究背景众所周知，短波通信可以说是无线电通信的始祖，在刚刚发明无线电的时候，短波就成为其主要的传播方式。当今时代，虽然无线电的使用频段已经从短波段扩展到超短波、微波甚至更高的频段，但是短波通信在通信领域中仍然占据着极为重要的地位。短波通信是利用波长为100m10m（频率为3MHz30MHz）的电磁波进行无线电通信1。短波通信可以依

14、靠地波传播，但是其主要传播途径是天波。地波传播只适用于短距离传播，传播距离最多只有几百公里，它的损耗会随工作频率的增高而递增，一般在5MHz以下。1901年，意大利无线电学者马可尼用无线电通信联通了大西洋两岸的英国与纽芬兰（距离为3400Km）。之后，无线电短波通信以其低廉的设备、便携性强、操作简单和可以灵活使用等优点，而迅速发展为远距离通信的主要技术2。短波通信发展的黄金时期是第二次世界大战到20世纪60年代，在此期间该技术广泛的应用于军事、广播、商业、气象等诸多领域，用以传输语言、文字、图像、数据等信息，世界上许多国家还建立了覆盖本地区或世界性的专用通信网络或公用通信网。短波通信被广泛的使用，基于它三个显著的特性：（1） 安全性。由于短波通信是依靠电离层的反射进行无线电通信，电离层（除高空短暂的原子弹爆炸和太阳发生耀斑外）不会被任何方式和力量摧毁，由于短波通信无需中继站，每个电台站既可以作为主站又可以作为从站，毁掉其中一部分而不影响全局通信，因此是最安全的通信方式。（2） 覆盖面积广。短波通信依靠电离层与地面的反射传播，因此可以进行全球覆盖，通信可以到达地球上的任何角落。而其他通信都是直线传播，在传播过程中受到地球球面的影响，传播的距离很短，即使使用了中继