调幅信号处理实验电路

    谭传明 冼俊衡 阮丽莹

    

    

    

    摘 要：本实验设计基于STM32 103开发板的调幅信号处理电路系统，以开发板为本振信号源，由混频器、中频滤波器、中频放大器、AM解调、基带放大器组成。使输入AM信号的载波频率为250MHz-300MHz，调制频率在300Hz-5kHz范围内，调幅度为50%时，输出信号稳定在，解调输出信号无明显失真。

    关键词：STM32;AM解调

    1 设计基本要求

    设计并制作一个调幅信号处理实验电路，输入信号为调幅度50%的信号。中频滤波器采用晶体滤波器或陶瓷滤波器，其中频频率为10.7 MHz。当输入AM信号的载波频率为275 MHz，调制频率在300Hz-5KHz范围内任意设定一个频率，Virms=1mV时，要求解调输出信号为Vorms=1V±0.1V的调制频率的信号，解调输出信号无明显失真。改变输入信号载波频率250MHz-300MHz，步进1 MHz，并在调整本振频率后，可实现AM信号的解调功能。当输入信号的载波频率为275MHz， 在10μV-1mV之间变动时，通过自动增益控制电路，要求输出信号Vorms稳定在1V±0.1V。当输入AM信号的载波频率为250MHz-300MHz， 在10μV-1mV之间变动，调幅度为50%时，要求输出信号Vorms稳定在1V±0.1V。在输出信号Vorms稳定在1V±0.1V的前提下，尽可能降低输入AM信号的载波信号电平。在输出信号Vorms稳定在1V±0.1V的前提下，尽可能扩大输入AM信号的载波信号频率范围。

    2 硬件设计组成

    模块的主要特性如下：

    （1）模块包括射频低噪放大、混频、本振源、中频滤波、 中频放大、AM 解调、基带 功率放大等电路，如图 1所示

    （2）LNA射频低噪声放大器：采用两片高稳定的固定增益LNA芯片，ERA-4SM+和ERA-8SM+，其噪声系数较低，容易级联得到高增益放大器，提高系统灵敏度。输入阻抗为 50Ω，中频放大器输出阻抗为 50Ω，中频滤波器中心频率为10.7MHz，基带放大器输出阻抗为 600Ω、负载电阻为 600Ω。

    （3）AD831混频器：其实就是可以把两个信号相乘，同时也需要灵敏度高的混频器电路，其输入信号范围-65dBm～8dBm，最高混频频率可达1.5GHz。

    （4）中频滤波器和中频放大器：中心频率为10.7MHz，因为AM信号的最高基带信号频率位5kHz，所以中频带宽需要大于10kHz，考虑到中频滤波的外带衰减能力和Q值，对灵敏度的影响很大，我们选择性能较好的带宽为15kHz，中心频率为10.7MHz的晶体滤波器完成中频滤波功能。

    （5）基带放大器：为了得到比较纯净的基带信号，将其通过音频运放，放大后通过四节带通滤波器。待内信号得到放大的同时，衰减了带外的杂散频率干扰。可是系统的灵敏度进一步提高。

    （6）模块默认为±5V供电，系统高放部分采用单电源5V供电，中频及检波电路采用正负5V双电源供电，板带电源指示灯，并带电源反接保护。

    （7）显示屏与按键：最主要的作用就是调整和观察由STM32单片机发出的本振源频率。

    3 软件设计组成

    软件在此系统中最主要的作用就是通过c语言编写代码，改变STM32单片机的时钟输出频率，达到控制本振源锁相环输出频率及幅度。 思路如下图2所示

    4 系统测试

    系统测试仪器如下表1所示：

    因篇幅受限，在次不逐一验证，示例验证如下：

    （1）输入载波 250MHz 的 AM 波信号的输出波形：

    输入载波 250MHz、幅度有效值 10μV、调制频率 300Hz 的输出信号

    （2）中频放大输出测试

    输入载波 275MHz、幅度有效值 1mV、調制频率 1kHz 的中频输出信号

    总结

    本实验设计的是调幅信号处理电路系统，采用STM32F1控制本振源，与AM信号混频，经过中频滤波器滤出带有AM调制波的10.7M信号，再用增益控制一个稳定的幅度，通过无源高频检波将带有AM调制波的信号解调，通过基带放大器将幅度放大到1V±0.1V，实现了载波频率为250MHz-300MHz、幅度有效值为10uV-1mV、调制频率为300Hz-5KHz的信号放大，使整个系统稳定性增强。