发射机课程设计报告 2.docx
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发射机课程设计报告2
高频课程设计
课程：
高频课程设计
课题：
调频发射机设计
专业：
电子信息类
班级：
座号：
姓名：
指导老师：
目录
摘要……………………………………………………………………………………1
一、设计题目………………………………………………………………………2
1.1进程安排…………………………………………………………………3
1.2设计内容…………………………………………………………………3
二、调频发射机原理及方案选择…………………………………………………3
2.1FM调频原理……………………………………………………………3
2.2.系统框图……………………………………………………………………5
2.3调频方案选择………………………………………………………………5
三、设计步骤和调试过程…………………………………………………………6
3.1总体设计电路………………………………………………………………6
3.2电路工作状态说明…………………………………………………………7
3.3发射机的主要技术指标……………………………………………………7
四、模块说明………………………………………………………………………9
4.1音频输入模块………………………………………………………………9
4.2振荡模块……………………………………………………………………9
4.3音频放大模块………………………………………………………………10
4.4放大和发射模块……………………………………………………………11
五、设计电路的性能评测…………………………………………………………12
六、结论及心得体会………………………………………………………………13
七、参考资料………………………………………………………………………14
附件1：
调频发射机电路原理图…………………………………………………14
附件2：
调频发射机发射机PCB图……………………………………………14
附件3：
元器件清单…………………………………………………………………15
摘要
调频发射机作为一种简单的通信工具，由于它不需要中转站和地面交换机站支持，就可以进行有效的移动通信，因此深受人们的欢迎。
目前它广泛的用于生产、保安、野外工极管完成语音信号对载波信号的频率调制，并通过LC并联谐振网络选出三倍频信号；最终利用两级功率放大，使已调制信号功率大大提高，经过串联滤波网络滤除高次谐波，最程等领域的小范围移动通信工程中。
本课题重点在于设计能给发射机电路提供稳定频率的振荡调制电路。
课题首先用两级电压并联负反馈放大电路，适当放大语音信号，以配合调制级工作；然后用石英晶体构成振荡电路为发射机提供稳定的基准频率载波，接着通过变容二后通过拉杆天线发射出去。
通过后续的电路仿真和部分电路的调试，可以证明本课题的电路基本成熟，基本能完成语音信号的电压放大、频率调制和功率放大，达到发射距离的要求。
发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制,将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。
通常，发射机包括三个部分：
高频部分，低频部分，和电源部分。
高频部分一般包括主振荡器、缓冲放大、倍频器、中间放大、功放推动级与末级功放。
主振器的作用是产生频率稳定的载波。
为了提高频率稳定性，主振级往往采用石英晶体振荡器，并在它后面加上缓冲级，以削弱后级对主振器的影响。
低频部分包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级与末级低频功率放大级。
低频信号通过逐渐放大，在末级功放处获得所需的功率电平，以便对高频末级功率放大器进行调制。
因此，末级低频功率放大级也叫调制器。
调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡（载频）信号上去的过程。
所以末级高频功率放大级则成为受调放大器摘要。
无线电技术诞生以来，信息传输和信息处理始终是其主要任务。
要将无线电信号有效地发射出去，天线的尺寸必须和电信号的波长为同一数量级，为了有效地进行传输。
必须将携带信息的低频电信号调制到几十MHz至几百MHz以上的高频振荡信号上，再经天线发送出去，调频是信号发射必不可少的一个环节。
低频小功率调频发射机是将待传送的音频信号通过一定的方式调制到高频载波信号上，放大到额定的功率，然后利用天线以电磁波的方式发射出去，覆盖一定的范围。
随着器件技术的发展，调频发射机的体积越来越趋于微型化，工作电压越来越低，信号覆盖的范围越来越广。
就目前接、发射技术来说，调频发射因为起得天独厚的性能优势，在接收机技术上可以有广阔的发展前景是因为发送信号的频率比较高，那么如何能够最大限度的减少干扰，如何把这种信号很好的解出来，这成了调频技术的一种考验。
本文主要就是研究利用频率调制技术调制高频信号，并把它发送出去。
调频发射机在实际生活中也有它重要的意义，由于它不需要中转站和地面交换机站支持，就可以进行有效的移动通信，因此深受人们的欢迎。
目前它广泛用于生产、保安、野外工程等领域的小范围移动通信工程中。
本课题重点在于设计能给发射机电路提供稳定频率的振荡调制电路。
课题首先用两级电压并联负反馈放大电路，适当放大语音信号，以配合调制级工作：
然后用石英晶体构成振荡电路为发射机提供稳定的基准频率载波，接着通过变容二极管完成语音信号对载波信号的频率调制产，并通过LC并联谐振网络选出三倍信号；最终利用两级功率放大，使已调制信号功率大大提高，经过串联滤波网络滤除高次谐波，最后通过拉杆天线发射出去。
通过后续的电路仿真和部分电路的调试，可以证明本课题的电路基本成熟，基本能完成主意信号的电压放大、频率调制和功率放大，达到发射距离的要求。
一、设计题目
1.1进程安排
本次设计时间为1周，共4.5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。
）
0.5
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。
）
0.5
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。
）
1.5
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）
0.5
1.2设计内容
（1）、设计课题
调频（或调幅）发射机设计
（2）、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。
（3）、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。
二、调频发射机原理及方案选择
2.1FM调制原理
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）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：
a.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。
b.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。
（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
2.2.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。
2.3调频方案选择
利用通信原理和高频电子线路的相关知识，为确保电路能高效率输出足够大的高频功率，并馈送到天线进行发射，可进行如下设计方案的选择：
通过音频信号改变载波的频率实现调频发射，调频发射机发射的频率带宽较宽，但其在高频段因所占的相对频带较调幅波发射更窄，发射距离远，信号失真小。
并且在要求传输距离不是很远的情况下，我们用直接载波调频很容易实现载波调频发射机的设计，在能满足我的课程设计的技术指标要求的情况下，我门选择直接载波调频的方案来设接调频发射机。
直接调频最常见有变容二极管调频，使用VCO实现变容二极管直接调频。
许多中小功率的调频发射机都采用变容二极管直接调频技术，即在工作于发射载频的LC振荡回路上直接调频，采用晶体振荡器和锁相环路来稳定中心频率。
较之中频调制和倍频方法，这种方法的电路简单、性能良好、副波少、维修方便，是一种较先进的频率调制方案。
另外一种更为简单的直接调频方法是用三极管直接调频。
原理是三极管组成共基极超高频振荡器，基极与发射极的电压随基极输入的音频信号变化而变化，从而改变高频振荡的频率，最终实现频率的调制。
由于采用变容二级管调频，对高频轭流圈的参数要求比较苛刻。
这样会使设计电路变得困难。
因此采用三极管直接调制的方法，这样不仅能够实现FM调频，而且使电路变得非常简洁。
此方案也有以下三种方案选择：
本方案的调频发射机主要由四个基本模块组成，第一级是由驻极体话筒构成的声-电转换电路；第二级是超高频振荡调制器；第三级音频放大电路；第四级高频功率放大器；该电路由声--电转换、音频放大器、高频振荡调制器和高频功率放大器等部分组成。
声--电转换器由驻极体话筒M1担任，它拾取周围环境声波信号后即输出相应电信号，经C2送至Q1的基极进行频率调制,Q1组成共基极超高频振荡器，基极与集电极的电压随基级输入的音频信号变化而变化，从而改变高频振荡的频率，最终实现频率的调制。
再经C6输入到晶体管Q2，Q2担任音频放大器，对已调音频信号进行放大，再经过C10输入到晶体管Q3，Q3担任功率放大器，对信号再次放大，使信号功率足够大，达到发射远的目的。
且元件利用少，且成本低廉，接线简单。
三、设计步骤和调试过程
3.1总体设计电路
3.2电路工作状态说明
实际功率激励输入功率不高拟定整机方框图的一般原则是，在满足技术指标要求的前提下，应力求电路简单、性能稳定可靠。
单元电路级数尽可能少，以减少级间的相互感应、干扰和自激。
由于本题要求的发射功率Po不大，工作中心频率f0也不高，因此晶体管的参量影响及电路的分布参数的影响不会很大，整机电路可以设计得简单些，各组成部分的作用是：
（1）LC调频振荡器：
产生频率f0=6.5MHz的高频振荡信号，变容二极管线性调频，最大频偏，整个发射机的频率稳定度由该级决定。
（2）缓冲隔离级：
将振荡级与功放级隔离，以减小功放级对振荡级的影响。
因为功放级输出信号较大，当其工作状态发生变化时（如谐振阻抗变化），会影响振荡器的频率稳定度，使波形产生失真或减小振荡器的输出电压。
整机设计时，为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。
缓冲隔离级电路常采用射极跟随器电路。
（3）功率激励级：
为末级功放提供激励功率。
如果发射功率不大，且振荡级的输出能够满足末级功放的输入要求，功率激励级可以省去。
（4）末级功放：
将前级送来的信号进行功率放大，使负载（天线）上获得满足要求的发射功率。
如果要求整机效率较高，应采用丙类功率放大器，若整机效率要求不高如≤50%而对波形失真要求较小时，可以采用甲类功率放大器。
但是本题要求，故选用丙类功率放大器较好。
3.3发射机的主要技术指标
（1）发射功率
发射功率指发射机发射到天线上的功率。
只有当天线的长度与发射信号的波长相比拟时，天线才能有效地把信号发射出去。
波长与频率的关系是
式中，c为电磁波传播速度，c=3*108m/s。
若接收机的灵敏度VA=2uV，则通信距离s与发射功率Po间的关系为
当发射功率为大于500mW时通信距离为5.08Km以上。
（2）工作频率或波段
发射机的工作频率应根据调制方式，在国家有关部门规定的范围内选取。
对于调频发射机，工作频段一般选择在超短波范围内。
（3）调制灵敏度Kf
是单位调制信号电压所引起的最大频偏，其值越大，说明调制信号控制作用越强，产生频偏越大。
整机电路的实际计算顺序一般是从末级单元电路开始，向前逐级进行。
而电路的组装和调试顺序一般是从前级单元电路开始向后级逐级进行。
发射机的输出应具有一定的功率才能将信号发射出去，但是功率增益又不可能集中在末级功放，否则电路性能不稳，容易产生自激。
因此要根据发射机的各组成部分的作用，适当地合理地分配功率增益。
如果调频振荡器的输出比较稳定，又具有一定的功率，则功率激励级和末级功放的功率增益可适当小些。
功率激励级一般采用高频宽带放大器，末级功放可采用丙类谐振功率放大器。
缓冲级可以不分配功率。
仅从输出功率Po≥100mW一项指标来看，可以采用宽带功放或乙类、丙类功放。
本设计采用丙类功放实现。
如下图：
从振荡器的什么地方取输出电压也是十分重要的。
一般尽可能从低阻抗点取出信号，并加入隔离、缓冲级如射极输出器，以减弱外接负载对振荡器幅度、波形以及频率稳定度的影响。
射极输出器的特点是输入阻抗高，输出阻抗低，放大倍数接近于1。
调频振荡电路的作用是产生频率的高频振荡f=88~108MHz信号。
发射机的频率稳定度由该级决定。
调频振荡器电路如下图所示：
4、模块说明
4.1音频输入模块
这部分电路组要由电容C1和欧姆的电阻R3组成低通滤波电路，L1是起到阻止后面的高频信号通过，电阻R4和R5起到电平转换的作用，把较高的电压通过这两个电阻的分压后，变成较低的电压，这样防止较高的音频信号将后面的振荡电路中的三极管烧毁。
电感L1起到隔离高频信号的作用，防止振荡电路中产生的高频信号通过。
电容C2有隔直通交的作用，准许音频信号加载到后一级，而防止直流电通过。
4.2振荡模块．
如图原理图所示，这部分主要是有三极管（Q1）、电容（C4、C5、、C7、C8）和电感L1组成的电容三点式高频小信号振荡器。
接在三极管基集和电源之间的电阻R4和R5主要是为三极管提静态工作电压使三极管能正常工作。
电容C4、C8和C5、三极管Q1，组成了电容三点式使信号的相位改变360度，再通过三极管提供振荡消耗的能量和滤波产生了高频信号。
接在地与三极管发射极之间的电阻是为了稳定三极管的静态工作电压，电容C7是滤波电容，滤除产生的高频信号，稳定静态工作点防止零点漂移。
电容C6是将信号耦合到下一级电路中去，有隔直通交的作用。
4.3音频放大模块
音频放大电路由共射放大电路构成。
由调制级转换过来的音频信号非常弱，因此必须再加上一级共射放大的电路。
然而要使共射放大电路工作在放大区，必须有合适的静态工作点Q。
a、静态工作点的测量
测量放大器的静态工作点，应在输入信号Ui=0的情况下进行，即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流Ic以及各电极对地的电位UB、Uc、UE。
一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压UE或Uc，然后算出Ic的方法，例如，只要测出UE，即可用：
算出Ic（也可根据
，由Uc确定Ic）同时也能算出UBE=UB-UE，UcE=Uc-UE。
图1实物图直流等效电路
b、静态工作点的调试
放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流Ic（或UcE）的调整与测试。
静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。
如工作点偏高，放大器在加入交流信号
以后易产生饱合失真，此时Uo的负半周将被削底，如上图2所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即Uo的正半周被削顶（一般截止失真不如饱合失真明显），如图2所示。
这些情况都不符合不失真放大的要求。
所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的输入电压Ui，检查输出电压Uo的大小和波形是否满足要求。
如不满足，则应调节静态工作点的位置。
这是电路的一级放大，由于通过调制电路的信号很小所以要用甲类放大器，以防止失真或无法达到放大作用，这里负载采用L2、C8并联谐振回路达到选聘和匹配作用。
R5的作用是给基极提供偏置电压，设置三极管的静态工作点和设置放大倍数。
C12滤波减小干扰。
4.4放大和发射模块
这一部分电路组要是有三极管Q2、空心电感L2、电容C10、C11和电阻R7组成，其中电感L2、电容C10和三极管Q2组成了谐振电路具有放大高频小信号和滤波的作用，被调制后的信号通过三极管Q2的基集输入，通过电感L2、电容C10和三极管Q2组成了谐振电路的滤波和放大最后通过接在三极管Q2集电极的电容C11耦合后接到发射天线上去。
采取以上措施能够有效地滤除所有无用频率和电源纹波，抑制各种干扰和噪声，降低频率合成器的相位噪声和杂散。
使本电路完全满足了系统的要求，并且在相位噪声、非线性失真、音频频率响应和调频信噪比等方面都有很好的特性。
而且，本电路调试量小，成本也不高。
注意在焊接时一定要小心、谨慎，尽量避免将两种不同的元件焊在一起，以防发生短路。
另外在焊接时一定要看准再焊，以免各种元件发生混乱。
五、设计电路的性能评测
电子电路调试技术包括调整和测试两部分。
调整主要是对电路参数的调整，如对电阻、电容和电感等，以及机械部分进行调整，使电路达到预定的功能和性能要求；测试主要是对电路的各项技术指标和功能进行测量与试验，并与设计的性能指标进行比较，以确定电路是否合格。
电路测试是电路调整的依据，又是检验结论的判断依据。
1.通电观察：
通电后不要急于测量电气指标，而要观察电路有无异常现象，例如有无冒烟现象，有无异常气味，手摸集成电路外封装，是否发烫等。
如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后再通电。
2.静态调试：
静态调试一般是指在不加输入信号，或只加固定的电平信号的条件下所进行的直流测试，可用万用表测出电路中各点的电位，通过和理论估算值比较，结合电路原理的分析，判断电路直流工作状态是否正常，及时发现电路中已损坏或处于临界工作状态的元器件。
通过更换器件或调整电路参数，使电路直流工作状态符合设计要求。
3.动态调试：
动态调试是在静态调试的基础上进行的，在电路的输出端测试输出信号，若发现不正常现象，应分析其原因，并排除故障，再进行调试，直到满足要求。
按照以上调试方法与步骤对所搭建的实际电路进行调试，调试结果与仿真结果完全一致，也就是说本次课设所设计的抢答器基本符合设计要求，达到了本次课设的目的。
调试结果
三极管Q3的基极波形如图所示峰峰值为286mV，频率为83.2MHz，用收音机跳到该频率，能在20m之内听得到清楚的音频信号。
这次调的频率偏高与电台的信号冲突，导致在周围没有墙壁的地方，我的信号被覆盖了，其实距离可以发射的更远，但是中间被其他电台干扰太大。
六、结论及心得体会
设计我了解到了不少东西，调频发射机的设计涉及到许多问题，包括电容三点式振荡器的设计，电容三点式振荡器的设计非常繁琐，需要计算好各电阻的值，再根据各电容的作用，确定电容的值。
不过本次设计总体上体现了对高频电子线路的应用熟练与否。
而且本次设计需要AD软件的应用，让我重新对这款软件有了新的认识。
所以今后的目标是积累实际应用经验已达到快速高效完成实验。
高频电路由于受分布参数及各种耦合与干扰的影响，其稳定性比起低频电路来要差些，因此调试工作比较复杂，特别是整机调试，需要细致耐心，前后级多次反复调整，直到满足技术指标要求。
切记不要急燥，更不能盲目地更改参数，负责事半功半，达不到预期效果。
这个实验是关于调频发射机工作原理分析及其安装调试，通过这次实验我们可以更好地巩固和加深对调频发射机工作原理和非线性电子线路的进一步理解。
学会基本的实验技能，提高运用理论知识解决实际问题的能力。
在实验过程中，通过选取元件、确定电路形式、以及计算等等，提高我们的动手能力，同时通过调试来发现自己的错误并分析及排除这些故障，使我们对小功率放大器的知识得到了加深。
本次作品设计我们共用了三个时间段进行制作及调试，最终满足了设计要求。
设计过程初期遇到了一定困难，比如电路的排版不好，焊接中出现虚焊，电阻辨认错误等问题，最终在我们的共同努力下解决了这些问题。
我认为焊接电路板要注意以下几点：
1、要先检查所有的元件是否可用，焊接三极管时应分清基极，集电极，发射极；
2、焊接时要注意防止虚焊，电容电感尽量卧式安装，焊接完成后尽量缩短高频部分的元件引线，但不用剪太短，否则不容易更改；
3、接地线时不能贪图省事，用锡一直拉一排连接各管脚的地这样不易更改线路，应仍使用导线连接，便于修改；
4、绕中周时应有规律的绕，均匀的绕，从下到上或者从上到下，切不可上面绕几圈下面绕几圈，这样在调节的时候会出错，焊接漆包线时一定要将焊接处的漆刮干净，最好用火烧，绕完后要用万用表测试其是否导通；
5、电源线和地线排放的位置不能靠太近，否则用鳄鱼夹加电时易发生短路碰电。
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
附录1：
调频发射机电路原理图
附录2：
调频发射机PCB图
附录3：
元器件清单
元器件清单
元件名称
型号
数量
麦克风
1
三极管
8050
3
电阻
33K
1
20K
1
10K
1
22K
1
1K
2
2.2K
1
51
1
电容
220uF
1
100uF
2
1uF
1
33pF
2
5pF
1
30pF
1
47pF
1
101
2
102
2
103
1
104
1
电感
自制
3
天线
自制
1
升级会员 