一种通信/高频电路与系统的实验方法和平台与流程

文档序号:17845768发布日期:2019-06-11 21:42阅读:220来源:国知局

本发明涉及一种通信/高频电路与系统的实验方法和平台,属于通信电路与通信系统实验技术领域。



背景技术:

通信电路与通信系统是电子信息,通信工程,广播电视工程,遥控遥测,生物医学工程,电子科学与技术等诸多专业的两门基础课及主干课,也是公认的两门难教学的课程和技术领域。

长期以来,这两门主干课程的实验设备是比较陈旧的,实验操作大都是元器件插拔式验证型方式,这类装备与实验手段已严重阻碍对青年学生工程能力和创新能力的培养,已使高频电子技术教育成为众多领域,众多大学生的一个弱项。

以电子工程设计出发,以单元电路为实践基础,以构建实际硬件系统为目标,由分立元件到集成电路,由电路到系统,由浅入深,由上到下,又由下到上的产品设计原则,使实验者能在此发明的平台上进行数十个通信(高频)电路与通信系统两大技术领域的实验与实践,也可作各类高频电路与系统的自主设计,利用新器件,新集成芯片和新的电路技术开发新的电路模块,搭建更多的新系统,创造更多的新装置新产品,以此达到培养高频,通信领域中电子工程设计与创新的人才的目的。

另外,本发明同样适用相关科研领域的实验及高频电子设计竞赛的培训与考核需求。



技术实现要素:

本发明的目的在于以多课题为主导,以可替换电路功能模块为结构,以电路与系统相结合,组成多个案例为原则的实验方法与平台。以新的平台和方法培养使用者的电子工程设计能力和创新能力。

为实现上述目的,本发明采用的技术方案为一种通信/高频电路与系统的实验平台,由分立式和集成式两种元器件组成高频电路模块,高频电路模块包含高频电路和通信电路中的电路结构,高频电路模块均能够独立进行高频电路或通信电路课程或科研的各种实验,其中:

信号源电路模块,包含rc信号源、lc三点式信号源、石英晶体信号源、dds程控信号源等多个单元电路。

放大电路模块,包括宽频带电压放大器、选频放大器、高低频功率放大器等多种功能电路。

模拟乘法电路模块,包括多种由集成模块构成的模拟乘法电路,用以实现调制、解调、混频、倍频、增益控制等实验操作。

幅度调制模块,包括主要类型的振幅调制电路,如标准调幅、不带载频的平衡调幅、单边带调幅等。

频率、相位调制模块,包括变容管直接调频、间接调频、基本调相等功能电路

幅度解调模块,包括同步解调、大信号包络解调、零中频解调等电路。

鉴频、鉴相模块,包括差动峰值鉴频、移相乘法鉴频、乘法鉴相等功能电路。

混频电路模块,包括晶体管混频、乘法混频等功能模块,

功率放大模块,包括分立元件式或集成电路式c类放大、d类放大、宽带功率放大等电路。

数字信号源模块,包括ask、fsk、psk等数字信号产生模块。

信号无线接收模块,包括zigbee模块、蓝牙模块、半波收发模块等。

信号输入、输出接口模块,包括usb信号传输接口、rs-232通信接口、网络接口等模块。

信号采集、调理模块,包括语音、温度等物理量的采集、处理等功能电路。

信号智能控制模块,包括单片机嵌入式或fpga为核心的智能控制小系统,以指挥、控制各电路与系统的正常工作。

由各功能模块,按高频电路原理与通信系统的结构组成多种功能装置,实现信号的采集或产生,信号的显示与存储,信号的发送与接受,信号的上下位传输等操作,这些操作均可满足通信系统课程或科研实验之需,其中:

信号源装置,包括振荡器、放大器、输出级电路,产生频带很宽的正弦信号,多种数字信号输出,作为可用的信号源。

宽频带增益可控放大电路小系统,包括频率低至几十kmz,高到gmz的带宽,增益可控范围达数十分贝的放大器装置。

调幅发射机小系统,由信号源、调制器、放大器、无线收发、信号控制等模块组成。

调幅接收机小系统,由无线收发、信号解调、放大、控制等模块组成。

调频发射机小系统,由信号源、调制器、放大倍频、无线收发、信号控制等模块组成,也可用调频接收机接收。

调频接收机小系统,由无线收发、信号解调、放大、控制等模块组成。

数字信号发射机小系统,由数字信号源、调制器、放大、无线收发等模块组成。

数字信号接收机小系统,由无线收发、信号解调、放大、控制等模块组成。

信号频谱分析仪小系统,由信号源、混频器或乘法器、控制器、显示器等模块组成。

扫频仪小系统,由宽频带dds信号源、放大器、检波器、控制器等模块组成。

语音采集、存放、回放、传输小系统,包括物理量的采集,调理、控制、接收、回放、传输等模块。

具有可增删替换,拓展创新的实验平台和自主设计,独立操作的实验方法,其中:

实验平台的面板上设有10-12个电路模块的接插槽座,每个槽座的物理尺寸统一,槽口所对应号位的电气指标一致,如电源接入端、接地端、信号的输入、输出端等,以达到各模块互换互插时的电路安全。

每个电路模块的物理尺寸,各槽口所对应号位的电气指标均与实验平台面板上的接插槽座一致。

根据实验要求,每次可选用相应的一个或若干个电路模块,插入槽座作电路性能或系统性能指标的调整,测试。

实验者也可仿制或改制现有电路模块,插入实验平台的相应槽座,作对比性实验。

实验者利用新器件,新电路,新技术改进,制作新的电路模块,在实验平台上作创新实验。

与现有技术相比较,本发明是以各主要电路模块为基础,借助一个公共的实验平台,可进行各种通信电路即高频电路的实验,也可用多个电路模块搭建各种通信系统和信号传输系统,另外也可组建扫频仪,频谱分析仪等测量装置。另外,实验者也可仿制或独立设计各种电路模块,组成所需系统,达到培养工程设计能力与创新能力的目的,同样也可为高频电路与系统的科学研究作基础实验工作。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明:

图1是实验平台上典型电路模块与经典系统的组成框图。

图2为实验平台面板与电路模块的示意图,a为实验平台面板示意图,各模块的物理尺寸统一,对应插槽上的电气指标一致;b为各模块电路模块示意图。

具体实施方式

一种通信/高频电路与系统的实验方法和平台,一种通信/高频电路与系统的实验平台,由分立式和集成式两种元器件组成高频电路模块,高频电路模块包含高频电路和通信电路中的电路结构,高频电路模块均能够独立进行高频电路或通信电路课程或科研的各种实验,其中:

信号源电路模块,包含rc信号源、lc三点式信号源、石英晶体信号源、dds程控信号源等多个单元电路。

放大电路模块,包括宽频带电压放大器、选频放大器、高低频功率放大器等多种功能电路。

模拟乘法电路模块,包括多种由集成模块构成的模拟乘法电路,用以实现调制、解调、混频、倍频、增益控制等实验操作。

幅度调制模块,包括主要类型的振幅调制电路,如标准调幅、不带载频的平衡调幅、单边带调幅等。

频率、相位调制模块,包括变容管直接调频、间接调频、基本调相等功能电路

幅度解调模块,包括同步解调、大信号包络解调、零中频解调等电路。

鉴频、鉴相模块,包括差动峰值鉴频、移相乘法鉴频、乘法鉴相等功能电路。

混频电路模块,包括晶体管混频、乘法混频等功能模块,

功率放大模块,包括分立元件式或集成电路式c类放大、d类放大、宽带功率放大等电路。

数字信号源模块,包括ask、fsk、psk等数字信号产生模块。

信号无线接收模块,包括zigbee模块、蓝牙模块、半波收发模块等。

信号输入、输出接口模块,包括usb信号传输接口、rs-232通信接口、网络接口等模块。

信号采集、调理模块,包括语音、温度等物理量的采集、处理等功能电路。

信号智能控制模块,包括单片机嵌入式或fpga为核心的智能控制小系统,以指挥、控制各电路与系统的正常工作。

由各功能模块,按高频电路原理与通信系统的结构组成多种功能装置,实现信号的采集或产生,信号的显示与存储,信号的发送与接受,信号的上下位传输等操作,这些操作均可满足通信系统课程或科研实验之需,其中:

信号源装置,包括振荡器、放大器、输出级电路,产生频带很宽的正弦信号,多种数字信号输出,作为可用的信号源。

宽频带增益可控放大电路小系统,包括频率低至几十kmz,高到gmz的带宽,增益可控范围达数十分贝的放大器装置。

调幅发射机小系统,由信号源、调制器、放大器、无线收发、信号控制等模块组成。

调幅接收机小系统,由无线收发、信号解调、放大、控制等模块组成。

调频发射机小系统,由信号源、调制器、放大倍频、无线收发、信号控制等模块组成,也可用调频接收机接收。

调频接收机小系统,由无线收发、信号解调、放大、控制等模块组成。

数字信号发射机小系统,由数字信号源、调制器、放大、无线收发等模块组成。

数字信号接收机小系统,由无线收发、信号解调、放大、控制等模块组成。

信号频谱分析仪小系统,由信号源、混频器或乘法器、控制器、显示器等模块组成。

扫频仪小系统,由宽频带dds信号源、放大器、检波器、控制器等模块组成。

语音采集、存放、回放、传输小系统,包括物理量的采集,调理、控制、接收、回放、传输等模块。

具有可增删替换,拓展创新的实验平台和自主设计,独立操作的实验方法,其中:

实验平台的面板上设有10-12个电路模块的接插槽座,每个槽座的物理尺寸统一,槽口所对应号位的电气指标一致,如电源接入端、接地端、信号的输入、输出端等,以达到各模块互换互插时的电路安全。

每个电路模块的物理尺寸,各槽口所对应号位的电气指标均与实验平台面板上的接插槽座一致。

根据实验要求,每次可选用相应的一个或若干个电路模块,插入槽座作电路性能或系统性能指标的调整,测试。

实验者也可仿制或改制现有电路模块,插入实验平台的相应槽座,作对比性实验。

实验者利用新器件,新电路,新技术改进,制作新的电路模块,在实验平台上作创新实验。

下面结合附图对本发明作进一步说明:

实验平台上典型电路模块与经典系统的组成框图如图1所示:

最上部分由4至10个电路模块组成调幅(am)信号发射机或调频信号(fm)发射机。每一电路方框根据不同需求可用不同电路取代,终端可以为发射天线或测试用的负载电阻,此系统可发射语音、已调信号、单音已调信号,也可发射脉冲数字信号等。

中间部分由4至10个电路模块组成调幅(am)信号接收机或调频(fm)接收机等小系统,最右侧第⑧号模块也可以用接口模块替代以作物理量采集,有线传输之用。

最下部分由5至8个电路模块,主要功能有三:一是作物理量,例如:语音、温度、气体、压力等信息的采集、处理、向上位机pc或网络传输等;二是作整个实验平台各电路模块所需的智能控制;三是利用高频无线收发模块向外发送信息,或从外界接收信息,此模块可用zigbee,蓝牙或半波段集成芯片构成。控制小系统可以用单片机或嵌入式或fpga构成多种可选模块。

图1中从1至12各个电路模块均有多种不同电路形式和方案,视需求选用,使用者也可自主设计制造所需电路模块,构成新的系统。

每次实验根据需求,只使用1至12类模块中的几种。

实验平台面板与电路模块的示意图如图2所示:

图2中的a为实验平台面板示意图,各模块的物理尺寸统一,对应插槽上的电气指标一致。

图2中的b为各模块电路模块示意图。

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