任亚莉

摘  要 高频电子线路课程中的已调信号性质及调幅原理分析，内容繁多，画图困难，应用MATLAB GUI设计两个动态模拟系统。通过GUI界面，从时域和频域角度分析调幅、调频与调相信号的性质以及斩波调幅和平衡斩波调幅原理，以交互的方式实现三种已调信号性质及调幅原理动态模拟仿真，将抽象的信号调制内容直观化、可视化，激发学生学习兴趣，提高教学质量。

关键词 已调信号;调幅原理;动态模拟演示;MATLAB GUI

中图分类号：G434    文獻标识码：B

文章编号：1671-489X（2020）20-0035-03

Abstract It has many contents and it is difficult to draw pictures in analysis of modulated signal properties and amplitude modulation principle in the course of High-frequency Electronic Circuit. Two dynamic simulation systems are designed by using MATLAB GUI. Three kinds of modulated signal properties and dynamic simulation of amplitude modulation principle are realized in an interactive way through GUI interface. This system can analyze the properties of amplitude modulation， frequency modulation and phase modulation signals as well as the principles of chopper amplitude modulation and balanced chopper amplitude modulation. The abstract signal modulation content is visualized and visualized. It can stimulate stu-dents interest in learning and improve teaching quality.

Key words modulated signal; amplitude modulation principle; dyna-mic simulation system; MATLAB GUI

1 前言

高频电子线路是电子信息、应用电子、通信等专业的重要基础课，是现代通信原理、现代通信技术、终端维修等课程的前导课程，是一门实践性很强的课程。该课程内容多，物理概念抽象，基本原理复杂，学习起来困难，不断探索新型教学方法对该门课程尤其重要。

无线电信号发射时要进行调制，其中连续波调制有调幅、调频与调相三种方式，对应生成调幅波、调频波与调相波三种已调信号。斩波调幅是调幅的一种方式，可以得到载波被抑制的双边带信号。不论是三种已调信号性质分析，还是斩波调幅原理分析，课堂讲解困难，效率低，学生难以理解和掌握。应用MATLAB GUI设计的“已调信号性质分析动态模拟系统”及“斩波调幅原理分析动态模拟系统”，通过GUI直观界面动态模拟显示，避免了手工画图的烦琐，而且调频波和调相波的区别等难点内容一目了然，学生更能轻松、直观地理解信号调制的特点与一般规律。

2 已调信号性质分析动态模拟系统

系统选择  载波信号表达式为7cos（2π×30t），调制信号表达式为cos（2π×Ft），其中F为调制频率，可进行调整。系统界面如图1所示，由五部分组成。

1）四个坐标区，显示三种已调信号时—频域波形图。

2）参数改变区，由窗口右上角的“调制指数”及“调制频率”组成，三种已调波的调制指数由同一个滑动键控制，通过三个按键进行选择，其值显示在对应的上方文本框中。调制频率的改变是针对调频、调相方式的，通过两个按键进行选择，其值显示在对应的上方文本框中。

3）参数计算区，由窗口右中间的“参数计算”及“塞尔函数值”组成，其中调制指数的计算是指改变“调制频率”时两种调角波的调制指数随调制频率的改变情况，调制指数的初值是由上方“调制指数”文本框中的当前值决定，塞尔函数值的自变量即当前计算的调制指数值。

4）图像保存区，由窗口左下角四个按钮组成，点击任何一个按钮，会打开一个“图像保存”窗口，将对应四个坐标的图形以jpg形式保存在当前目录中。

5）菜单区，有“说明文档”和“操作视频”两个菜单。

系统主要功能

1）改变调制指数时，三种已调信号时域波形及频谱图动态变化模拟显示。

2）改变调制指数时，两种调角波瞬时角频率及瞬时相位动态变化模拟显示。

3）改变调制频率时，两种调角波时域波形及频谱图动态变化模拟显示。

4）改变调制指数或调制频率时，三种已调信号带宽、最大频移及相移等参数的计算。

5）0～7阶第一类贝塞尔函数值的计算。

图1中，选择“调幅”按键，通过滑动键改变调制指数，调制指数的值显示在对应的文本框中。随着调制指数改变，在“已调信号”和“频谱图”两个坐标中可看到调幅波时—频域图动态变化情况，当调制指数为0.7、调制频率初值为1 kHz时，结果如图2所示。选择“调频”按键，当调制指数为2、调制频率为1 kHz时，结果如图3所示。调频波的边频分量有无数多个，频谱图中只显示振幅不小于未调制载波振幅10%的边频分量，由这些频谱分量确定的调频波频带宽度与“参数计算”中的带宽有误差，“参数计算”中的带宽是完全按照理论公式计算的结果。贝塞尔函数文本框中是频谱图中频谱分量对应的贝塞尔函数值。

观察改变“调制频率”对调相波的影响。在图3基础上，调制指数值为2时，选择“调制频率”中的“调相”按键，通过滑动键改变调制频率，调制指数（最大相移）与调制频率无关，最大频移随调制指数正比变化，带宽变化范围大，当调制频率为1.6 kHz时如图4所示。需要说明的是，改变调制指数或调制频率可交叉进行，五个按键任意选择，每次只能有一个选中，坐标中的图及参数都和选中的按键对应。

3 斬波调幅原理分析动态模拟系统

系统分析了调制信号参数、载波信号参数及比例系数对调幅信号时域、频域性质的影响及斩波调幅、平衡斩波调幅原理，系统界面如图5所示，由七部分组成。

1）八个坐标区，左列四个坐标显示信号时域波形图，右列四个坐标对应显示信号频域波形图。

2）功能选择区，由窗口右上角“功能选择”中两个按键“调幅波性质”和“调幅原理”进行选择。

3）参数改变区，由“调制信号参数”“载波信号参数”及“比例系数”组成，每个参数通过单独的滑动键控制，其值显示在对应的上方文本框中，此时文本框中是初值。

4）参数计算区，是调幅度大小的计算，显示在“调幅度”文本框中，初值为0。

5）调幅类型选择区，由两个按键“斩波调幅”和“平衡斩波调幅”进行选择。

6）图像保存区，由窗口右下角八个按钮组成，点击任何一个按钮会打开一个“图像保存”窗口，将对应八个坐标的图形以jpg形式保存在当前目录中。图1～图4对应右列四个坐标，图5～图7对应左列四个坐标。

7）菜单区，有“说明文档”和“操作视频”两个菜单。

系统主要功能

1）调制信号振幅、角频率改变时，调制信号、调幅波振幅及调幅波时域波形及频谱图动态变化模拟显示;

2）载波信号振幅、角频率改变时，载波信号、调幅波振幅及调幅波时域波形及频谱图动态变化模拟显示;

3）比例系数改变时，调幅波振幅及调幅波时域波形及频谱图动态变化模拟显示;

4）调幅度随调制信号、载波信号振幅及比例系数改变而动态改变;

5）斩波调幅和平衡斩波调幅两种情况下，调制信号振幅、角频率及载波信号角频率改变时，开关信号、斩波信号及双边带信号时域波形及频谱图动态变化模拟显示。

首先观察各参数对调幅信号性质的影响。图5中，“功能选择”中选中“调幅波性质”按键，调整调制信号、载波信号参数及比例系数大小，相应坐标中的时域、频域波形动态变化，如图6所示，此时调幅度ma>1，进入过量调幅状态。

在图6中，“功能选择”中选中“调幅原理”按键，“调幅类型”中选中“斩波调幅”按键，后六个坐标中的图自动转换为“斩波调幅”时当前参数下对应的信号，如图7所示，其中双边带信号是斩波信号通过带通滤波器后的输出。

4 结语

基于MATLAB GUI功能设计的“已调信号性质及调幅原理分析”动态模拟系统，将抽象的信号调制内容直观化、可视化，加深了学生对内容的理解与掌握，激发了学习兴趣，具有很好的参考和应用价值。系统窗口界面大方，功能齐全，控制精细，既可在课堂上进行理论讲解演示，也可用于实验教学，或提供给学生自主操作学习，教师进行答疑与辅导。为确保每个系统正常顺利运行，操作时若未进行相关项的选择时，有相应的“信息提示”窗口。为了使系统适应不同类型的显示器，应用屏幕适应性算法，程序运行后，其窗口界面及控件的大小和比例会保持不变。

为方便学生学习，系统提供了说明文档和操作视频：说明文档是Word文档，详细说明系统设计的思路方法、组成结构、实现功能及操作方法等;操作视频是mp4文件，配有语音和字幕，简单演示该系统的操作方法，可使学生快速掌握该系统的操作。学生在使用学习过程中可提出自己的修改意见，使系统不断得到完善和补充，切实感受到可视化教学过程，积极参与教学过程，从灌输课堂向对话课堂转变。

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