高频电子线路的Multisim实现

贺秀玲,防灾科技学电子科学与控制工程学院教师,现任通信工程教研室主任，教授职称，主要从事通信设备及信息处理等方向的研究，在职期间曾多次到国内高校调研和培训，2014年获得河北省优秀教师称号，并在同一年获得防灾科技学院教学标兵称号，多次获得教学质量奖。主持参与课题多项，发表论文多篇。

第1章 无线通信系统及Multisim简介 1

1.1 无线通信发展简介 1

1.1.1 通信发展简史 1

1.1.2 移动通信发展简介 2

1.1.3 短距离无线通信发展概述 3

1.2 无线电信号在通信中的传输 4

1.2.1 电子通信系统的组成 4

1.2.2 高频电子线路主要研究的内容 4

1.3 通信信道特性 6

1.4 Multisim软件在通信系统中的应用简介 9

1.4.1 Multisim软件特点 9

1.4.2 Multisim软件集成环境 10

本章小结 13

习题1 13

第2章 高频电子线路基础应用与Multisim实现 14

2.1 选频网络 14

2.1.1 高频电子线路中的元器件 14

2.1.2 高频电子线路中的基本选频网络 15

2.1.3 串、并联谐振电路比较 21

2.1.4 串、并联谐振电路在Multisim中的仿真验证 22

2.2 改进选频网络 23

2.2.1 信号源内阻及负载对谐振电路的影响 23

2.2.2 耦合振荡电路 28

2.3 其他形式的滤波器电路 34

2.3.1 LC集中选择性滤波器 35

2.3.2 石英晶体滤波器 35

2.3.3 声表面滤波器 38

2.3.4 不同滤波器特点和性能比较 38

本章小结 39

习题2 39

第3章 高频小信号谐振放大器设计与Multisim实现 42

3.1 概述 42

3.2 高频小信号谐振放大器原理及设计方法 44

3.2.1 高频小信号谐振放大器原理 44

3.2.2 晶体管高频参数 48

3.2.3 单调谐高频小信号放大器性能分析 49

3.3 高频小信号谐振放大器的稳定性 55

3.3.1 稳定性分析 55

3.3.2 解决方法 56

3.3.3 高频集成放大器 57

3.4 高频小信号谐振放大器仿真验证 58

3.4.1 高频小信号单调谐放大器设计 58

3.4.2 高频小信号两级调谐放大器设计 60

3.4.3 高频小信号耦合谐振放大器设计 60

3.4.4 高频小信号集中选频放大器设计 62

本章小结 62

习题3 63

第4章 高频功率放大器设计与Multisim实现 66

4.1 谐振功率放大器基本原理 67

4.1.1 谐振功率放大器的电路组成 67

4.1.2 丙类功率放大器的电路分析 68

4.2 丙类谐振功率放大器工作状态分析 72

4.2.1 丙类谐振功率放大器特性与调节 72

4.2.2 丙类谐振功率放大器高频特性 78

4.2.3 丙类谐振功率放大电路设计 79

4.3 丙类谐振功率放大电路Multisim仿真 88

4.4 倍频器 91

4.5 丁类（D类）和戊类（E类）高频功率放大器及功率合成技术 93

4.5.1 高效功率放大器 93

4.5.2 功率合成技术 95

本章小结 100

习题4 100

第5章 正弦波振荡电路设计与Multisim实现 103

5.1 反馈式振荡器基本原理 103

5.2 LC正弦波振荡器 107

5.2.1 互感耦合振荡器电路 107

5.2.2 三端式振荡器电路 108

5.2.3 场效应晶体管振荡器电路 112

5.3 改进的反馈式LC振荡器 112

5.3.1 振荡器稳定度 112

5.3.2 改进电容三端式振荡器 114

5.4 RC振荡器 122

5.4.1 移相振荡电路 123

5.4.2 RC串并联选频电路振荡电路 124

5.4.3 集成LC正弦波振荡器 125

5.5 正弦波仿真电路设计 127

本章小结 130

习题5 130

第6章 振幅调制电路设计与Multisim实现 136

6.1 振幅调制电路原理 136

6.1.1 振幅调制的原理简介 136

6.1.2 低电平振幅调制电路设计 140

6.2 高电平振幅调制电路原理 148

6.3 振幅检波电路 150

6.3.1 振幅检波电路基本原理 150

6.3.2 二极管包络检波 151

6.3.3 同步检波电路 157

6.4 混频原理与电路 158

6.4.1 混频器的概述 158

6.4.2 混频器的电路设计 159

6.5 振幅调制、解调和混频的Multisim实现 167

本章小结 171

习题6 171

第7章 非线性调制电路设计与Multisim实现 175

7.1 角度调制的基本原理 176

7.2 调角波的频谱及带宽 179

7.3 调频电路 182

7.3.1 直接调频和间接调频 182

7.3.2 变容二极管直接调频电路 184

7.3.3 晶体振荡器直接调频电路 188

7.3.4 间接调频电路 188

7.4 鉴频电路 191

7.4.1 限幅鉴频实现的方法简介 191

7.4.2 斜率鉴频器电路 193

7.4.3 相位鉴频器电路 194

7.5 调角电路Multisim实现 196

7.5.1 直接调频电路的Multisim实现 196

7.5.2 斜率鉴频器电路的Multisim实现 197

7.5.3 相位鉴频器电路的Multisim实现 198

本章小结 200

习题7 201

第8章 常用反馈控制电路设计与Multisim实现 204

8.1 通信中反馈控制电路的概述 204

8.2 自动电平控制电路 206

8.3 自动频率控制电路 208

8.4 自动相位控制电路 210

8.4.1 锁相环原理 211

8.4.2 锁相环特性与应用 213

8.5 反馈控制电路的Multisim仿真 215

本章小结 217

习题8 218

参考文献 219

第1章 无线通信系统及 Multisim简介

1.1无线通信发展简介

1.1.1通信发展简史

早期无线通信出现在前工业化时期，这时使用狼烟、火炬、闪光镜、信号弹或旗语，在视距内传输信息。为了传输得更远，人们建立了接力观测站，直到18世纪晚期伏特（A.Volta)发明了电池，才开始出现直流电路，不久出现了低频交流电路。1831年，法拉第发现电磁感应定律，1837年，莫尔斯发明电报，1864年，英国物理学家麦克斯韦（J.Clerk Maxwell）总结前人在电磁学方面的工作，得出电磁场方程，证明了电磁波的存在，1895年，马可尼发明的无线电等电磁技术开辟了电信(telecommunication)的新纪元。

（1)1876年，贝尔发明电话，能够直接将语言信号变为电信号，沿导线传送。电报、电话的发明，为迅速准确地传递信息提供了新手段，是通信技术的重大突破。

（2）1887年，德国物理学家赫兹以卓越的实验技巧证实了电磁波是客观存在的，并证明了电磁波在自由空间传输的速度与光波传输速度相同，并能产生反射、折射、驻波等与光波传输相同的现象，为通信的无线传输提供了可能。

（3）1895年，意大利的马可尼首次在几百米的距离实现电磁波通信；1901年，首次完成横渡大西洋的通信，从此无线电通信进入了实用阶段。

（4）1904年，弗莱明（Fleming）发明了电子二极管（diode），人类社会进入无线电电子学时代。

（5）1907年，李·德·福雷斯特（Lee de Forest）发明了电子三极管（triode）,用它可组成多种重要功能的电子线路，如放大电路、振荡电路、变频电路、调制电路及解调电路等通信电子线路。

(6)1948年，肖克莱（W.Shockley）等人发明了晶体三极管（transistor)，它在节约电能、缩小体积与质量、延长寿命等方面远远超过了电子三极管，因而成为电子技术历史上的第二个里程碑，取代了电子管的地位，成为极其重要的电子器件。

（7）1928年，奈奎斯特准则和取样定理及1948年的香农定理在理论上为数字通信准备了条件。

（8）从20世纪60年代开始出现了将“管”“路”结合起来的集成电路，几十年来取得了极大的成就，中、大及超大规模的集成电路的出现，特别是数字电路发展成为主流后，人类社会开始进入信息时代，这也是电子技术历史上的第三个里程碑。

（9）20世纪40年代，有人提出静止卫星的概念，但是无法实现。随着航天技术的发展，

在1963年第一次实现同步卫星通信，开辟了空间通信的新纪元。

（10）20世纪60年代，发明了激光，20世纪70年代，发明了光导纤维，光通信得到了发展。

1.1.2移动通信发展简介

现代的移动通信起源于20世纪20年代，距今已经有100多年的历史。大致算来，现代通信系统经历了四个阶段。

第一个阶段是20世纪20年代至40年代，在这期间初步进行了电磁波传播特性的测试，并且在短波几个频段上开发出了专有移动通信系统，代表性的应用是美国底特律市警察使用的车载无线通信系统。该系统的工作频率是2MHz，到40年代提高到30~40MHz，工作频率较低，工作方式是单工或半双工方式。

第二个阶段是20世纪40年代至60年代，公用移动通信业务开始问世。1946年，根据美国联邦通信委员会（Federal Communications Commission,FCC）的计划，贝尔系统在圣路易斯建立第一个公共汽车电话网，称为“城市系统”。该电话网使用了3个频道，频率间隔是120kHz，通信方式为单工。随后法国、英国开始研制公用移动电话系统。美国贝尔实验室完成了人工交换系统的接续问题，标志着专有移动网向公用移动网转变，但是人工接续，容量较小。

第三个阶段是20世纪60年代至70年代中期，美国推出改进型移动电话系统(improvedmobile telephone service,IMTS）,使用的频段是150 MHz和450 MHz,采用大区制、中小容量，实现了无线频道自动选择并能自动接续到共有电话网。德国也推出了具有相同技术水平的B网（B网是地区使用模拟电话系统)，这个阶段是移动通信的改善和过渡，实现了自动选频和自动接续功能。

第四个阶段是20世纪70年代中后期，这个阶段主要是移动通信系统，总体来说又划分成以下几个阶段。

20世纪70年代至80年代，集成电路技术、微型计算机和微处理器快速发展，美国贝尔实验室推出了蜂窝式模拟移动通信系统，即第一代移动通信（1G），使得移动通信真正进入了个人领域。第一代移动通信采用模拟语音调制技术和频分多址（frequency division multipleaccess，FDMA）技术，传输速率约为2.4kbit/s，由于受到传输带宽的限制，不支持移动通信长途漫游，只能是一种区域性的移动通信，其代表制式有美国的高级移动电话系统(advanced mobile phone system,AMPS)、英国的全入网通信系统(total access communicationssystem，TACS)、日本的Join Tactical Ground Station等。第一代移动通信的缺点是容量有限，制式太多，互不兼容，保密性差，通话质量不高，不能提供数据业务和漫游。

20世纪80年代中期至20世纪末是第二代移动通信技术（2G）时期，代表为GSM,IS-95

（Qualcom）即全球通信系统。使用电路交换的数字通信系统，接入技术是时分多址(timedivision multiple access,TDMA）,频段为900 MHz的公共欧洲电信业务规范，数据速率为9.6~32kbit/s，优点是支持数据语音通信，容量大，保密性好。1993年，我国开通了第一个数字蜂窝移动系统。

本书主要讲解高频信号的产生、发射、传输和接收过程，是通信系统和电子设备的高频电子线路，内容包括基本选频电路、高频小信号谐振电路、高频功率放大器谐振电路、正弦波振荡电路、振幅调制和解调电路、非线性调制电路设计、常用反馈控制电路设计及Multisim计算机辅助分析软件在各部分电路的实现。每章附有小结和习题。