基于multisim的射频调频信号放大器设计(附件)【字数：7654】
摘 要射频信号放大器作为接收和发射设备中重要的组成部分。在通讯、广播等设备中有着广泛的应用。本文主要是运用小信号谐振放大器以及谐振功率放大器的有关知识，设计一款高频信号放大器的仿真电路，并完成对应的仿真。首先是简单介绍本课题的背景，包括了本课题的研究现状以及发展趋势。之后对小信号谐振放大电路以及谐振功率放大电路做一个简单介绍，主要叙述了两者的基本工作原理，以及中心频率、电压增益、通频带、工作效率等相关的重要性能指标，接着介绍了高频信号放大器的多个设计方案和最终的实验用电路，同时介绍了在相应的设计过程中，高频信号放大器的仿真过程以及仿真结果。
目 录
第一章 引言 1
第二章 射频调频信号放大器设计 2
2.1调频信号主要特性 2
2.2射频信号放大电路 3
2.2.1高频小信号谐振放大器 3
2.2.2谐振功率放大器 5
2.3射频调频信号放大电路设计 6
2.3.1放大器总体方案设计 6
2.3.2各单元电路参数计算及分析 7
2.3.3射频调频信号放大器 9
第三章 射频调频信号放大器仿真调试 10
3.1Multisim仿真软件介绍 10
3.2射频调频信号放大器仿真 11
结束语 15
致 谢 16
参考文献 17
附录A 射频调频信号放大器整体电路 18
附录B 射频调频信号放大器仿真分析截图 19
引言
在现代的无线通讯系统中，接收和发射的信号为了能够适应远距离的空间传输，通常需要在通信系统设备的接收和发射端对信号进行调制处理后再进行传输，这类信号被称为射频信号，射频信号一般具有窄带特性。在远距离的信号传输过程中，信号会受到环境等因素干扰而衰减，所以，最终到达设备的接收端时是非常微弱的窄带高频信号，在对此信号进一步的处理之前，需要对其进行放大处理和抗干扰处理，这里就需要使用射频信号放大器。
高频是指这类信号的频率一般都是在数百千赫兹到数百兆赫兹，小信号是指在放大器输入端的信号小，高频信号放大器的功能就是从接收端接收的众多信号中，选出有用 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
的信号，并对有用的微弱高频小信号进行不失真地放大。
射频信号放大器也是发射设备的重要组成部分。由于电信号不能有效地发射出去，因此在发送端需采用调制的方式，将低频信号加到高频信号上然后发射出去，接收端把这种高频信号接收下来，经过相应的解调方式还原为原来的低频信号，以达到通讯的目的。在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频放大器。
射频信号放大器经过了这么多年的发展，已经在生活的方方面面都得到了应用。在国际社会中，射频信号放大器的发展逐渐的向集成化和模块化方向发展。尽管发射机在形式上是多种多样的，但是它们的主要职能都是一致的，都是对高频信号进行无失真的放大，同时使其拥有足够的功率来满足目标电路的性能要求。
功率放大器是一个与时俱进的课题。早在20世纪初，就有无数的电子工程师热衷于对它的研究。现如今的放大器分类方式就是那时制定下来的。当下随着数字通讯系统的高速发展，数字调制技术的广泛应用，功率放大器的形式发生了新的转变。伴随着计算机技术的发展，目前的射频信号放大器设计往往都基于数据分析和计算机仿真相结合的研制方式，由于建模和仿真等计算机辅助软件的出现，大大的提高的电路的研发效率并且减少了研发的周期。
第二章 射频调频信号放大器设计
2.1调频信号主要特性
调频（frequency modulation即FM）是指高频振荡的振幅和初相保持不变时瞬时频率偏移按照给定的调制信号的变化规律来变化，当调制信号为单频信号时，瞬时频率可表示为：
式(21)
式中，fc被称为中心频率，也就是还没有经过调制的载波频率。Δfm是最大频偏，表示在电压的作用下能达到的最大频率偏移，它取决于调频指数。在实际操作中，要求在电压一定时，最大频偏保持在调制信号的频率范围内。
调频电压的瞬时值表达式可表示为：
式(22)
式中，mf是调频指数，它代表调频信号的最大附加相位。
调频信号的波形如下图所示。当调频信号为波峰时，调频信号的瞬时角频率最大，波形最密；调频信号为波谷时，调频信号或损失角频率最小，波形最疏。
图21 调频信号波形
由于调角信号的边带分量是无限的，理论上来说调频信号的频带宽度是无限的，但是在实际的研究分析中，随着数值的增大，边带分量对调频信号产生的影响会逐渐变小，所以，实际上调频信号占用的有效带宽是有一个值的。
当边带分量的振幅小于载波频率振幅的10%时，调频信号的有效带宽可以表示为：
式(23)
当m＜＜1时，调频信号的有效带宽为：
式(24)
它的数值相当于调频信号的频率的2倍。通常把这种调频信号称为窄带调频信号。
这些只是单频调制的调频信号的有效带宽，在实际的操作中，调频信号多数是复杂信号。当调频信号为频率范围Fmin~Fmax的复杂信号时，其有效带宽为：
式(25)
FM调制方式是一种常用的信号调制方式。它的优点是抗干扰能力强，由于一般的干扰信号总是叠加在信号上，所以它的幅度发生了变化。但是，由于FM信号的信息负载在频率上发生变化，所以可以使用限幅器来降低接收端信号的幅度。因此，使用FM波来传输信号可以避免幅度干扰并提高通信质量。因此在移动电话或其他的便携式设备中FM有着广泛的应用。
2.2射频信号放大电路
射频信号一般属于窄带信号，射频小信号放大可以采用小信号谐振放大器，射频功率放大可以采用丙类谐振功率放大器。
2.2.1高频小信号谐振放大器
高频小信号谐振放大器的作用是有选择得对某一频率范围的高频小信号进行放大。这种放大器对谐振频率f0及附近频率的信号具有较强的放大作用，但对其它频率远离f0的信号，具有抑制作用。小信号放大器由于信号的电压、电流幅度都很小，一般都选择工作在甲类状态，单调谐回路小信号谐振放大器电路简单，调整方便，应用范围很广，如下图所示。
目 录
第一章 引言 1
第二章 射频调频信号放大器设计 2
2.1调频信号主要特性 2
2.2射频信号放大电路 3
2.2.1高频小信号谐振放大器 3
2.2.2谐振功率放大器 5
2.3射频调频信号放大电路设计 6
2.3.1放大器总体方案设计 6
2.3.2各单元电路参数计算及分析 7
2.3.3射频调频信号放大器 9
第三章 射频调频信号放大器仿真调试 10
3.1Multisim仿真软件介绍 10
3.2射频调频信号放大器仿真 11
结束语 15
致 谢 16
参考文献 17
附录A 射频调频信号放大器整体电路 18
附录B 射频调频信号放大器仿真分析截图 19
引言
在现代的无线通讯系统中，接收和发射的信号为了能够适应远距离的空间传输，通常需要在通信系统设备的接收和发射端对信号进行调制处理后再进行传输，这类信号被称为射频信号，射频信号一般具有窄带特性。在远距离的信号传输过程中，信号会受到环境等因素干扰而衰减，所以，最终到达设备的接收端时是非常微弱的窄带高频信号，在对此信号进一步的处理之前，需要对其进行放大处理和抗干扰处理，这里就需要使用射频信号放大器。
高频是指这类信号的频率一般都是在数百千赫兹到数百兆赫兹，小信号是指在放大器输入端的信号小，高频信号放大器的功能就是从接收端接收的众多信号中，选出有用 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
的信号，并对有用的微弱高频小信号进行不失真地放大。
射频信号放大器也是发射设备的重要组成部分。由于电信号不能有效地发射出去，因此在发送端需采用调制的方式，将低频信号加到高频信号上然后发射出去，接收端把这种高频信号接收下来，经过相应的解调方式还原为原来的低频信号，以达到通讯的目的。在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频放大器。
射频信号放大器经过了这么多年的发展，已经在生活的方方面面都得到了应用。在国际社会中，射频信号放大器的发展逐渐的向集成化和模块化方向发展。尽管发射机在形式上是多种多样的，但是它们的主要职能都是一致的，都是对高频信号进行无失真的放大，同时使其拥有足够的功率来满足目标电路的性能要求。
功率放大器是一个与时俱进的课题。早在20世纪初，就有无数的电子工程师热衷于对它的研究。现如今的放大器分类方式就是那时制定下来的。当下随着数字通讯系统的高速发展，数字调制技术的广泛应用，功率放大器的形式发生了新的转变。伴随着计算机技术的发展，目前的射频信号放大器设计往往都基于数据分析和计算机仿真相结合的研制方式，由于建模和仿真等计算机辅助软件的出现，大大的提高的电路的研发效率并且减少了研发的周期。
第二章 射频调频信号放大器设计
2.1调频信号主要特性
调频（frequency modulation即FM）是指高频振荡的振幅和初相保持不变时瞬时频率偏移按照给定的调制信号的变化规律来变化，当调制信号为单频信号时，瞬时频率可表示为：
式(21)
式中，fc被称为中心频率，也就是还没有经过调制的载波频率。Δfm是最大频偏，表示在电压的作用下能达到的最大频率偏移，它取决于调频指数。在实际操作中，要求在电压一定时，最大频偏保持在调制信号的频率范围内。
调频电压的瞬时值表达式可表示为：
式(22)
式中，mf是调频指数，它代表调频信号的最大附加相位。
调频信号的波形如下图所示。当调频信号为波峰时，调频信号的瞬时角频率最大，波形最密；调频信号为波谷时，调频信号或损失角频率最小，波形最疏。
图21 调频信号波形
由于调角信号的边带分量是无限的，理论上来说调频信号的频带宽度是无限的，但是在实际的研究分析中，随着数值的增大，边带分量对调频信号产生的影响会逐渐变小，所以，实际上调频信号占用的有效带宽是有一个值的。
当边带分量的振幅小于载波频率振幅的10%时，调频信号的有效带宽可以表示为：
式(23)
当m＜＜1时，调频信号的有效带宽为：
式(24)
它的数值相当于调频信号的频率的2倍。通常把这种调频信号称为窄带调频信号。
这些只是单频调制的调频信号的有效带宽，在实际的操作中，调频信号多数是复杂信号。当调频信号为频率范围Fmin~Fmax的复杂信号时，其有效带宽为：
式(25)
FM调制方式是一种常用的信号调制方式。它的优点是抗干扰能力强，由于一般的干扰信号总是叠加在信号上，所以它的幅度发生了变化。但是，由于FM信号的信息负载在频率上发生变化，所以可以使用限幅器来降低接收端信号的幅度。因此，使用FM波来传输信号可以避免幅度干扰并提高通信质量。因此在移动电话或其他的便携式设备中FM有着广泛的应用。
2.2射频信号放大电路
射频信号一般属于窄带信号，射频小信号放大可以采用小信号谐振放大器，射频功率放大可以采用丙类谐振功率放大器。
2.2.1高频小信号谐振放大器
高频小信号谐振放大器的作用是有选择得对某一频率范围的高频小信号进行放大。这种放大器对谐振频率f0及附近频率的信号具有较强的放大作用，但对其它频率远离f0的信号，具有抑制作用。小信号放大器由于信号的电压、电流幅度都很小，一般都选择工作在甲类状态，单调谐回路小信号谐振放大器电路简单，调整方便，应用范围很广，如下图所示。
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