《高频课程设计发射机》通信15周 实践指导书.docx
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《高频课程设计发射机》通信15周实践指导书
高频课程设计
实践指导书
——发射机
福建工程学院电子信息与电气工程系
通信教研室
第一部分进程安排
本次设计时间为1.5周，共7天。
具体时间安排如下：
序号
内容安排
天数
1
布置实践任务（指导老师分配任务，讲解整个设计的整体要求。
）
0.5
2
查资料、定方案（学生根据课题要求查找相关资料，完成初步设计方案。
）
1
3
方案评估（学生分组讨论设计方案，并对方案进行答辩，并确定最终设计方案。
）
1
4
采购（学生根据确定的设计方案，自己采购电子元器件。
）
0.5
5
制板（学生利用Protel绘制原理图、PCB图，并转印制作电路板。
）
0.5
6
调试及功能改进（学生焊接电路板并进行系统调试。
时间允许条件下，学生可进行发挥设计，对系统功能进行扩展。
）
2.5
7
实践总结（学生完成设计报告，指导老师对学生设计产品、报告进行评估定级）
1
第二部分设计内容
一、设计课题
调频（或调幅）发射机设计
二、实践目的
无线电发射与接收设备是高频电子线路的综合应用，是现代化通信系统、广播与电视系统、无线安全防范系统、无线遥控和遥测系统、雷达系统、电子对抗系统、无线电制导系统等，必不可少的设备。
本次设计要达到以下目的：
1.进一步认识射频发射与接收系统；
2.掌握调频（或调幅）无线电发射机的设计；
3.学习无线电通信系统的设计与调试。
三、设计要求
1.发射机采用FM、AM或者其它的调制方式；
2.若采用FM调制方式，要求发射频率覆盖范围在８８－１０８ＭＨｚ，传输距离>20m;
3.若采用AM调制方式，发射频率为中波波段或30MHz左右，传输距离>20m；
4.为了加深对调制系统的认识，发射机建议采用分立元件设计；（采用集成电路的设计方法建议作为备选方案；）
5.已调信号通过AM/FM多波段收音机进行接收测试。
四、相关知识
（一）RF不同频段的应用
中波调幅（AM）收音机—从535kHz到1.7MHz
短波调幅（AM）收音机—从5.9MHz到26.1MHz
民用波段（CB）收音机—从26.96MHz到27.41MHz
电视台波段—2频道到6频道频率范围是54MHz到88MHz
调频（FM）收音机—从88MHz到108MHz
电视台波段—7频道到13频道频率范围是174MHz到220MHz
车库门禁、无线报警系统等，频率大概在40MHz
注：
频率范围的规定随着不同的地区而变化。
（二）AM调制
1.原理
用
去控制
的幅度，使
的幅度与
成正比，称为幅度调制（AM）。
其中称
为调制信号，
为载波信号。
调幅波的数学表达式为：
2.普通调幅波的产生电路
普通调幅波可以采用乘法器实现，也可以用三极管的集电极调制或者基极调制实现。
2.1集电极调幅电路.（通过改变集电极馈电电压）
图1是集电极调幅的原理电路。
低频调制信号
与丙类放大器的直流电源Vcc相串联，因此放大器的有效集电极电源电压Vcc等于两电压之和，随调制信号变化。
图中的电容器
是高频旁路电容，它的作用是短路高频电流，而对调制信号相当于开路。
图1集电极调制电路
上图中，L、C谐振回路调谐在载频。
三极管VT的集电极馈电电压等效为
从下图可以看出，当三极管工作在过压状态时，其负载LC谐振回路的谐波电流（电压）与集电极馈电电压成正比，即负载LC谐振回路的谐波电压
图2Vcc变化对工作状态的影响
所以
，此信号即为调幅波。
2.2基极调幅电路
图3是基极调幅电路。
图中C1,C3为高频旁路电容；C2为低频旁路电容；B1为高频变压器；LC回路谐振于载波频率
。
基极调幅电路的基本原理是利用丙类功率放大器在电源电压Vcc，输入信号振幅Ubm，谐振电阻Rp不变的条件下，在欠压区改变Vbb，其输出电流随Vbb变化这一特点来实现调幅的。
图3基极调幅电路
3.设计实例
以下是某一基极调幅发射机的实例电路。
图4基极调幅发射机
3.1工作原理
BＧ1等构成共基极电容三点式振荡器。
调整Ｌ1可使输出频率在800ｋＨｚ～1000ｋＨｚ之间变化。
振荡信号经Ｃ3送到ＢＧ2的基极作为载波信号,来自话筒的音频信号经ＢＧ3、ＢＧ4放大后经Ｒ10也送到ＢＧ2的基极作为调制信号,从而可实现音频信号对载波信号的幅度调制。
由ＢＧ2发射极得到的调幅信号经过由Ｃ6、Ｌ2、Ｒ5组成的匹配网络与天线相接,向空间发射电磁波。
Ｗ用于调整调制信号的大小,可防止过调幅。
3.2元件选择与调试
Ｌ1、Ｌ2为中波收音机的振荡线圈,可用ＬＴＦ-2-3振荡线圈的①、⑥端，也可在调幅收音机的中周骨架上用φ0.08ｍｍ的漆包线绕85圈制成。
话筒可用驻极体话筒。
开关采用微动开关,电源用9Ｖ叠层电池。
天线用适当长度的细软线。
其余元件见图注。
调试时,先调整Ｒ6,使ＢＧ4的集电极电流为4ｍＡ。
将调幅收音机的频率度盘调到800ｋＨｚ～1000ｋＨｚ范围内的某一没有广播信号的频率上,然后使收音机靠近无线话筒,对着驻极体话筒讲话,调整Ｌ1、Ｌ2使收音机收到信号。
然后将无线话筒和收音机之间的距离拉大,再调整Ｌ1、Ｌ2使收音机收到的信号最强。
同时调整Ｗ使收到的信号不失真,而且发射功率最大。
电路安装完毕,封在一个方盒内,话筒用同轴屏蔽线连接。
（三）FM调制
1.原理
载波
，调制信号
；通过FM调制，使得
频率变化量与调制信号
的大小成正比。
即已调信号的瞬时角频率
已调信号的瞬时相位为
实现调频的方法分为直接调频和间接调频两大类。
1.1直接调频
直接调频的基本原理是利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使其反映调制信号变化规律。
要用调制信号去控制载波振荡器的振荡频率，就是用调制信号去控制决定载波振荡器振荡频率的元件或电路的参数，从而使载波振荡器的瞬时频率按调制信号变化规律线性地改变，就能够实现直接调频。
直接调频可用如下方法实现：
1.1.1改变振荡回路的元件参数实现调频
在LC振荡器中，决定振荡频率的主要元件是LC振荡回路的电感L和电容C。
在RC振荡器中，决定振荡频率的主要元件是电阻和电容。
因而，根据调频的特点，用调制信号去控制电感、电容或电阻的数值就能实现调频。
调频电路中常用的可控电容元件有变容二极管和电抗管电路。
常用的可控电感元件是具有铁氧体磁芯的电感线圈或电抗管电路，而可控电阻元件有二极管和场效应管。
1.1.2控制振荡器的工作状态实现调频
在微波发射机中，常用速调管振荡器作为载波振荡器，其振荡频率受控于加在管子反射极上的反射极电压。
因此，只需将调制信号加至反射极即可实现调频。
若载波是由多谐振荡器产生的方波，则可用调制信号控制积分电容的充放电电流，从而控制其振荡频率。
1.2间接调频
如图5所示，不直接针对载波，而是通过后一级的可控的移相网络。
将
先进行积分
，而后以此积分值进行调相，即得间接调频。
图5间接调频实现
可控移相网络的实现方法如下图6所示。
将变容二极管接在高频放大器的谐振回路里，就可构成变容二极管调相电路。
电路中，由于调制信号的作用使回路谐振频率改变，当载波通过这个回路时由于失谐而产生相移，从而获得调相。
图6单级回路变容管调相电路
2.系统框图
采用FM调制的调频发射机其原理框图如下图所示，它由调制器、前置功放、末级功放和直流稳压电源等部分组成。
3.设计实例
【例1】
图8是一种简单易制的小型调频发射机。
它不但满足了发射距离的要求，而且还能同时用话筒和线路输入声音信号，进行背景配音。
电路还加入了调制监视表头，以便能更好的掌握和使用好发射机。
图8调频发射电路
电路原理
如图8所示，话筒摄取到信号后，经C1藕合进入BG1及外围电路组成的电压负反馈单管放大器，把微弱的电压信号放大到足够的幅度与U1A放大后的线路输入信号一同进入U1B进行混合。
混合后的信号一路经R17去调制由BG2场效应管及周围电路共同组成的考次比LC荡器，考次比LC振荡器的特点是具有普通电容三点式振荡器简单，同时又具有高效率和高稳定度。
最后经BG3铸成的后级放大器放大通过发射天线向外发射，用普通调频收音机就可收听广播了。
另一路信号通过U1C组成的放大器放大后再经D2简波整流用直流驱动微安表，近而监视信号的调制幅度。
使用时调制度一般不要超过85%为宜。
集成电路采用LM324等通用四运放，结成单电源反向输入工作方式，既正相输入端电压设定在电源电压的一半。
元件选择
监视表头为200u型，BG1.BG3选用2SC1815。
BG2用3DO2场效应管，D2变容二极管采用1S2267。
天线要求使用1/4波长，如使用拉杆天线最好不要小于一米。
否则将达不到预期发射效果。
【例2】
图9电路采用晶体振荡器有效地避免“跑频”；倍频放大器将工作频率设置在普通收音机可接收的频段上；同时多级高频放大器把射频功率提升到80mW水平以实现较远距离的发射。
图9调频发射电路
元器件选用
所有部件型号参数见图9；1．微型色码高频电容为首选对象，并采用卧式安装以减小引线电感造成的影响；2．JT选用标称频率为49.860MHz的泛音式晶体，对于不同的输出功率要求，可根据实际情况选择用其它频点；3．L1、L2、L3为倍频及高频放大器谐振电感，建议选用Φ0.8mm镀银线在4.0mm骨架上绕制，匝数分别为5T、4T、5T；Vl、V2决定着高频级的噪声系数及增益，可选用β值在300左右的低噪管，如C945、C9014等；V3-V5要求β100-120间，fT＞500MHz，C1975、C9018等均可择用。
V6要求β＝100，fT＞800MHz，Pc＞500mW的高频中功率管，如C2581、D40、C2053，对输出功率要求不高时，还可将其省去。
TX可选用拉杆天线或1.5m软导线，当工作频率为100MHz时75cm长度为理想值。
制作调试
制作前应先集齐所有元件，并对其质量及参数进行细心的检测，再根据所需的体积设计一款合适的线路板。
总而言之，良好的元件质量、合适的印板布局是有效提高自制成功率的保证，主要调试步骤如下：
⑴将所有元件连同天线一并焊在印板上，对安装焊接工艺要求是：
尽量缩短高频部分元件引线；电阻、电容尽可能卧式安装，并无虚焊、脱焊现象。
图10简单场强计
⑵参照图10临时搭焊一个简易场强计配合调试。
⑶给发射机通电，电压为9V。
场强计引线与天线相距5cm，反复调节L1、L2、L3匝间距离以使场强计示数增至最大，必要时对各级的谐振电容进行调节。
⑷通过在小幅度内修改天线长度，使场强计示数继续增大，并注意调整时，发射天线应避免与人体或金属接触。
⑸最后将电路放进金属屏蔽罩进行固定，并将地线与外壳连通。
【例3】
图11为变容管调频发射电路。
工作原理
如图所示，整个发送器由低频放大、变容管偏置、振荡电路组成。
音频信号由ＢＧ１放大后，送至变容管，使其容量随信号变化，对振荡电路直接调频。
已调频的射频信号直接由Ｌ１向空间辐射。
图11变容管调频发射电路
元器件选择
电感Ｌ１用∮１ｍｍ的漆包线在∮８ｍｍ的圆管上绕５匝，脱胎空心。
Ｌ２用∮0.1～0.3ｍｍ的漆包线在１／４Ｗ阻值大于１００ｋΩ的碳膜电阻上绕１００匝而成，接头焊于电阻两端，Ｃ２、Ｃ１１、Ｃ４、Ｃ３、Ｃ５应采用优质瓷片电容。
电阻均用１／８Ｗ，０．０１μＦ的退耦电容用普通瓷片电容即可。
安装与调试 建议采用腐蚀法制作电路板，先焊接阻容元件，再焊接半导体元件，焊接完毕检查无误后，通上＋６Ｖ电源，测９０１４发射极对地应有０．４７～０．９Ｖ的电压，若不对，应调整Ｒ１。
再测９０１８发射极对地应有１～２Ｖ的电压，若不对可调整Ｒ６，再测变容二极管两极应无电压，或两极电压差小于０．２５Ｖ。
若两极压差过大，可调整Ｒ３或Ｒ４。
调整上述项目后，打开收音机ＦＭ段，收到发送器发射的信号，拉开至５米以上距离，若找不到发送器发送的信号，可调整Ｌ１，拉伸Ｌ１，基波频率上升，压缩Ｌ１，基波频率下降，使发送器发射频率避开当地电台，又能可靠接收。
再接上单放机等设备的输出信号，仔细调整Ｗ１，使音乐在大音量时不失真为好（不可将单放机等设备音量开至最大，而要开在常用的音量位置）。
五、调频（或调幅）接收电路
请参考相关资料。
六、设计报告
要求：
1.给出设计课题题目、实践目的、设计原理、设计内容和要求；
2.查阅相关资料，对系统的发展背景、应用场合在序言中进行阐述。
3.给出系统设计方案、电路原理图、各个电子元器件的型号、参数；
4.画出发射电路中，一些关键节点的信号波形；
5.系统调试方法，设计过程遇到的问题、思考及解决方法；
6.系统的功能扩展实现情况；
7.心得体会；
七、参考资料
[1]高吉祥，高频电子线路，电子工业出版社，2005.1
[2]谢嘉奎，高频电子线路，高等教育出版社，2001.3
[3]张肃文，高频电子线路，高等教育出版社，1999.8
[4]
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