調幅信號處理實驗電路

譚傳明 冼俊衡 阮麗瑩

摘 要：本實驗設計基于STM32 103開發板的調幅信號處理電路系統，以開發板為本振信號源，由混頻器、中頻濾波器、中頻放大器、AM解調、基帶放大器組成。使輸入AM信號的載波頻率為250MHz-300MHz，調制頻率在300Hz-5kHz范圍內，調幅度為50%時，輸出信號穩定在，解調輸出信號無明顯失真。

關鍵詞：STM32;AM解調

1 設計基本要求

設計并制作一個調幅信號處理實驗電路，輸入信號為調幅度50%的信號。中頻濾波器采用晶體濾波器或陶瓷濾波器，其中頻頻率為10.7 MHz。當輸入AM信號的載波頻率為275 MHz，調制頻率在300Hz-5KHz范圍內任意設定一個頻率，Virms=1mV時，要求解調輸出信號為Vorms=1V±0.1V的調制頻率的信號，解調輸出信號無明顯失真。改變輸入信號載波頻率250MHz-300MHz，步進1 MHz，并在調整本振頻率后，可實現AM信號的解調功能。當輸入信號的載波頻率為275MHz， 在10μV-1mV之間變動時，通過自動增益控制電路，要求輸出信號Vorms穩定在1V±0.1V。當輸入AM信號的載波頻率為250MHz-300MHz， 在10μV-1mV之間變動，調幅度為50%時，要求輸出信號Vorms穩定在1V±0.1V。在輸出信號Vorms穩定在1V±0.1V的前提下，盡可能降低輸入AM信號的載波信號電平。在輸出信號Vorms穩定在1V±0.1V的前提下，盡可能擴大輸入AM信號的載波信號頻率范圍。

2 硬件設計組成

模塊的主要特性如下：

（1）模塊包括射頻低噪放大、混頻、本振源、中頻濾波、 中頻放大、AM 解調、基帶 功率放大等電路，如圖 1所示

（2）LNA射頻低噪聲放大器：采用兩片高穩定的固定增益LNA芯片，ERA-4SM+和ERA-8SM+，其噪聲系數較低，容易級聯得到高增益放大器，提高系統靈敏度。輸入阻抗為 50Ω，中頻放大器輸出阻抗為 50Ω，中頻濾波器中心頻率為10.7MHz，基帶放大器輸出阻抗為 600Ω、負載電阻為 600Ω。

（3）AD831混頻器：其實就是可以把兩個信號相乘，同時也需要靈敏度高的混頻器電路，其輸入信號范圍-65dBm～8dBm，最高混頻頻率可達1.5GHz。

（4）中頻濾波器和中頻放大器：中心頻率為10.7MHz，因為AM信號的最高基帶信號頻率位5kHz，所以中頻帶寬需要大于10kHz，考慮到中頻濾波的外帶衰減能力和Q值，對靈敏度的影響很大，我們選擇性能較好的帶寬為15kHz，中心頻率為10.7MHz的晶體濾波器完成中頻濾波功能。

（5）基帶放大器：為了得到比較純凈的基帶信號，將其通過音頻運放，放大后通過四節帶通濾波器。待內信號得到放大的同時，衰減了帶外的雜散頻率干擾。可是系統的靈敏度進一步提高。

（6）模塊默認為±5V供電，系統高放部分采用單電源5V供電，中頻及檢波電路采用正負5V雙電源供電，板帶電源指示燈，并帶電源反接保護。

（7）顯示屏與按鍵：最主要的作用就是調整和觀察由STM32單片機發出的本振源頻率。

3 軟件設計組成

軟件在此系統中最主要的作用就是通過c語言編寫代碼，改變STM32單片機的時鐘輸出頻率，達到控制本振源鎖相環輸出頻率及幅度。 思路如下圖2所示

4 系統測試

系統測試儀器如下表1所示：

因篇幅受限，在次不逐一驗證，示例驗證如下：

（1）輸入載波 250MHz 的 AM 波信號的輸出波形：

輸入載波 250MHz、幅度有效值 10μV、調制頻率 300Hz 的輸出信號

（2）中頻放大輸出測試

輸入載波 275MHz、幅度有效值 1mV、調制頻率 1kHz 的中頻輸出信號

總結

本實驗設計的是調幅信號處理電路系統，采用STM32F1控制本振源，與AM信號混頻，經過中頻濾波器濾出帶有AM調制波的10.7M信號，再用增益控制一個穩定的幅度，通過無源高頻檢波將帶有AM調制波的信號解調，通過基帶放大器將幅度放大到1V±0.1V，實現了載波頻率為250MHz-300MHz、幅度有效值為10uV-1mV、調制頻率為300Hz-5KHz的信號放大，使整個系統穩定性增強。