超再生接收机非线性动力学特性研究

论文总字数：23097字

摘 要

超再生接收机以其电路构成简单、在实际工作下损耗率低的优点，在现在的社会中被人们广泛地采用。超再生接收机能工作在线性和非线性模式下，当其工作在非线性模式下时，当电路中的参数满足一定的条件时，会产生混沌现象。混沌现象是出现在具有确定因子的看起来无规律的、随机的系统中的一种现象，可以这样说，一个系统中非线性因子的影响不一定会使得混沌现象出现，但是当这个系统出现混沌现象的，它却一定是由于系统的非线性因素产生的。

本课题首先对超再生接收机的工作的基本原理作了一些介绍，然后对二阶非线性时变微分方程的结构和以及解法做了一定的介绍和对超再生接收机工作在非线性模式下的行为特征进行了分析，具体的从三个方面进行。接着是对混沌现象和对混沌现象的一种判定方法“庞加莱截面法”做了一定的介绍，并且对一个能产生混沌现象的超再生接收机中的超再生振荡器电路部分的二阶非线性时变微分方程进行了提取。最后用了Matlab中的Simulink功能对该方程进行了系统建模和系统仿真，得出了在不同淬灭频率下的输出波形图和相位图。在对这些仿真结果分析的过程中，找出不同淬灭频率下超再生接收机的非线性的动态特性。

关键词：超再生接收机，非线性，混沌现象，淬灭频率

The study on nonlinear dynamic characteristics of super regenerative receiver

04012428 ZengFeng

Adviser: XuJian

Abstract

The super regenerative receiver has the advantages of simple structure and low power consumption, which is widely used in modern society. The super regenerative receiver can operate in both linear and nonlinear modes, when the super regenerative receiver operate in nonlinear mode and the parameters of the circuit meet some conditions ,it will appear the chaos phenomenon. Chaos phenomenon is occurred in the deterministic system of seemingly erratic and random,we can say that the nonlinear system does not necessarily lead to chaos, but chaos is generated due to the nonlinearity of the system.

In this paper, we first introduce the main working principle of the super regenerative receiver.Then for second order nonlinear variable structure of differential equations and solution do some introduction and the super regenerative receiver working under nonlinear mode behavior characteristics were analyzed, that carry specific from three aspects. Then on chaos and the chaotic phenomenon a determination method of Poincare section method is introduced, and a chaotic phenomenon of super regenerative receiver super regenerative oscillator circuit part of the second order nonlinear variable differential equations were extracted. At last, the Simulink function of Matlab is used to model and simulate the system, and the output waveforms and phrase are obtained under different quenching frequency. In the process of analyzing these simulation results, the nonlinear dynamic characteristics of the super regenerative receiver at different quenching frequencies are found out.

KEY WORDS:Super regenerative receiver ，nonlinear，chaos phenomenon ，quenching frequency

目 录

摘要 ……………………………………………………………………………………I

Abstract ……………………………………………………………………………II

第一章 绪论 ………………………………………………………………………1

1.1 研究背景 …………………………………………………………………1

1.2国内外研究状况简介 ……………………………………………………………1

1.3本课题的研究目的和主要研究内容 ………………………………………2

第二章 超再生接收机 …………………………………………………………………………………3

2.1超再生接收机的原理 ………………………………………………………3

2.2二阶非线性时变微分方程简介及结构分析 ……………………………………………5

2.3 超再生接收机工作在非线性模式下的行为特征 ………………………………………5

2.3 .1反馈放大器的平均大信号放大 ………………………………………………………6

2.3 .2敏感期之后的振荡包络的微分方程 …………………………………………………7

2.3 .3微分方程的近似解 ………………………………………………………………………8

第三章 混沌现象与二阶非线性时变微分方程的提取 ………………………………………………10

3.1混沌现象简介和相位法介绍 …………………………………………………………10

3.2基于能产生混沌现象的超再生接收机电路的二阶非线性时变微分方程的提取 …………11

第四章 超再生接收机中混沌现象的Simulink仿真 ……………………………………………16

4.1能产生混沌现象的二阶非线性时变微分方程的Simulink框图设计 ……………………16

4.1.1微分项和一次项的处理……………………………………………………………16

4.1.2一次项前面系数多项式的处理………………………………………………………17

4.1.3一阶微分项前面系数多项式的处理………………………………………………18

4.1.4相位图的作法………………………………………………………………19

4.2不同淬灭频率下超再生接收机输出仿真 …………………………………………………19 4.2.1初始值设定 ……………………………………………………………………………19

4.2.2不同淬灭频率下电路输出波形及相位…………………………………………19

第五章 结论与分析 …… ………………………………………………………………23

5.1 总结与分析 …………………………………………………………………………23

5.2 展望 …………………………………………………………………………24

致谢 …………………………………………………………………………………25

参考文献 ……………………………………………………………………………26

1. 绪论

1.1 研究背景

超再生接收机，它的电路结构可以分为几部分，但是其中最重要的一部分是一个高频率的振荡器，这个高频率的振荡器是受到间歇震荡控制的，并且它的制作工艺是电容三点式的，所以当这个振荡器振荡时，它的振荡频率和发射器的发射频率是具有一致性的，在很多文献中，又可以称它为超再生检波器。超再生接收是编解码电路一种最常见的形式，具有三个特点：成本低廉，灵敏度高，电气性能满足一般情况下的应用环境。在六七十年代的时候，这个电路直接应用于民用中波收音中，这个电路模块加上音频电路放大模块复用成了“再生来复式收音机”。随着晶体管取代电子管，具有更强频率选择性超外差式接收机逐渐普及，这时超再生接收机被运用在一些具有特殊目的的场合，比如高海拔地带、多普勒雷达以及太阳能应用中，同时超再生原理也在光通信方面取得了成功。超再生接收机具有结构简单，功耗低的优点，但其缺点也比较明显，即它对于元件的精度非常敏感，所以对于元件的精度要求较高，并且其选择性较差，极易受到环境等的影响。在超再生接收机的设计中也存在比较多的技术难关，主要有以下几点：首先，外界的一些干扰很容易对超再生接收机的电路系统产生干扰，例如天线辐射的射频振荡、周围环境中其他设备所发射出的射频信号、周边其他无关人员的行走与动作对系统所产生的信号干扰等等，都会对系统造成干扰，因此，为使超再生接收机系统保持稳定，高隔离度是其一项重要的指标；其次，系统中使用包络检测器会使接收机的敏感度受到影响；第三，超再生接收机所支持的调制方式，如振幅调制和频率调制等，是相当有限的。目前，超再生接收机主要运用在短距离射频链接这样需求低成本和低功耗的场合。这里包括遥控系统（比如车库门控制、机器人控制、模型船、模型飞机等），短距离遥感勘测，无线网络安全等。这种接收机被典型地用于窄带AM接收和偶尔用于FM接收中。最近，基于超再生原理的原始架构被提出用来检测扩频信号和相位/频率调制载波。典型的超再生接收机主要由接收天线、低噪声放大器（LNA）、超再生振荡器（SRO）、包络检波电路、低通滤波器以及熄灭信号产生电路等构成，一般可以在两种模式下工作，即线性模式和非线性模式。

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