小功率调频发射机.docx
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小功率调频发射机
高频课程设计
专业：
通信工程
班级：
姓名：
学号：
指导老师：
时间：
2012年06月
摘要
随着科技的发展和人民生活水平的提高，无线电发射机在生活中得到广泛应用，最普遍的有电台、对讲机等。
人们通过无线电发射机可以把需要传播出的信息发射出去，接收者可以通过特制的接收机接受信息，最普通的模式是：
广播电台通过无线电发射机发射出广播，收听者通过收音机即可接收到电台广播。
本设计为一简单功能的无线电调频发射器，相当于一个迷你型的电台，通过该发射器可以把声音转换为无线电信号发射出去，该信号频率可调，通过普通收音机接收，只要在频率适合时即可收到发射器发送出的无线电信号，并通过扬声器转换出声音。
Withthedevelopmentofscienceandtechnologyandtheimprovementofpeople'slivingstandard,radiotransmittersinthelifetobewidelyapplied,themostcommonhaveradio,intercom,etc.Peoplethroughtheradiotransmitterscanspreadoutinformationtolaunchout,thereceivercanthroughthespecialreceivertoaccepttheinformation,themostcommonmodelisthattheradiostationthroughtheradiotransmittersemitradio,throughtheradiolistenercanreceivetheradiobroadcast.
Thisdesignforasimplefunctionofradiofrequencymodulationtransmitters,equivalenttoaminiatureradio,throughthetransmitterscanmakethevoiceconversionforradiosignalsemitted,thesignalfrequencyadjustable,throughtheordinaryradioreception,infrequencyforaslongasyoureceivesendaradiosignaltransmitter,andavoiceconversionthroughthespeaker.
。
1.设计目的、要求及方案
1.1设计目的
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。
1.2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；已调信号通过AM/FM多波段收音机进行接收测试。
1.3设计方案
调频方案的选择
利用通信原理和高频电子线路的相的任务是确保高效率输出足够大的高频功率，并馈送到天线进行发射。
1.方案一：
通过音频信号改变载波的幅值实现载波调幅发射，调幅发射机实现调制简便，调制所占的频带窄，并且与之对应的调幅接收设备简单，所以调幅发射机广泛地应用于广播发射，但是调幅发射机，的号容易失真且发射距离不远。
2.方案二：
以晶体振荡器做成的高精度高稳定度的调频电路。
虽然是以晶体振荡器做成的高精度高稳定度的调频电路，很能达到我们的要求。
但考虑到元件使用问题，我们继而找寻更符合实际的方案。
3.方案三：
通过音频信号改变载波的频率已实现调频发射，调频发射机发射的频率带宽较宽，但其在高频段因而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。
4.由于在课程设计中对传输距离的要求不是很远，所以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，第三个方案电路简单，所以用直接载波调频的方案来设接调频发射机。
2.理论分析与设计
2.1总体电路的分析及设计
2.1.1.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LC振荡与调频、缓冲隔离、功率激励、末级功放和直流稳压电源等部分组成。
频率调制原理
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
原理图见附录1.
2.1.2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
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。
2.1.3二极管调频和三级管调频
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。
从方便，简单和使用元件少的角度出发，使用三级管更能较好的满足我们的需求，因此，我们选择9018三极管作为设计的核心元件。
2.1.4设计调频发射机主要技术指标
与调幅系统相比，调频系统由于高频振荡器的输出的振幅不变，因而其具有较强的抗干扰能力与较高的效率，所以在无线通信，广播电视，遥控检测某方面得到广泛应用。
（1）、发射机功率PA：
一般是指发射机输送到天线上的功率，只有当天线的长度与发射频率的波长可比拟时，天线才能有效地把载波发射出去，波长与频率的关系式：
C=s*f
式中C为电磁波传播速度,C=3ｘ108m/s
若接收机的灵敏度VA=2uv,则通信距离S与发射机功率PA的关系为：
发射机功率PA与通信距离S的关系
PA/mW
50
100
200
300
400
500
600
700
S/km
2.84
3.38
4.02
4.45
4.28
5.08
5.27
5.50
（2）、工作频率或波段：
发射机的工作频率应根据调制方式，在国家或有关部门所规定的范围内进取。
广播通信常用的划分表如下：
波段名称
波长范围/m
频率范围
频段名称
超长波
100000-10000
3KHz-30MHz
甚低频
长波
10000-1000
30KHz-300KHz
低频
中波
1000-200
30KHz-1.5MHz
中频
中短波
200-50
1.5MHz-6MHz
中高频
短波
50-10
6MHz-30MHz
高频
超短波
10-1
30MHz-300MHz
甚高频
对于调频波发射机工作频率一般在超短波范围之内。
（3）、总效率：
发射机的总功率PA与其消耗的总功率Pc之比称为发射机的总效率。
即:
总效率=PA/PC
（4）、非线性失真：
当最大频偏△fm为75KHz，调制信号的频率为100Hz-7500Hz时要求调频发射机的非线性失真系数r应小于1﹪
（5）、杂音电平：
调频发射机的寄生调幅应小于载波电平的5﹪－10﹪，杂音电平应该于－65dB.
2.2单元电路的分析与设计
2.2.1麦克风的接入
由于要接入麦克风，所以要给麦克风提供驱动电压，驱动电压要适当，防止直流电通过防止过大的电流将晶体三极管烧坏，但又不能太大，通过20k的电阻R1实现，C1为耦合电容有隔直通交的作用，C2用于去除杂波。
如图2。
注：
MIC是驻极体话筒，它的作用就是感应空气中声波的微弱震动，并输出跟声音变化规律一样的电信号。
一般可以输出十几毫伏以上的音频信号，这个信号足以调至下一级的高频振荡信号的频率。
它有正负之分，一般和外壳相同的是腹肌。
如是MIC驻极话筒的偏置电阻，有了这个电阻，话筒才能输出音频信号，这是因为MIC驻极话筒内部本身有一极场效应管放大电路，用来阻抗匹配和提高输出能力等作用。
但是话筒不应选灵敏度太高的，否则容易出现声反馈，出现自己叫声。
图2
2.2.2LC调频振荡器
LC调频振荡器——主振级：
是正弦波自激振荡器，用来产生频率为88MHz~108MHZ的高频振荡信号，由于整个发射机的频率稳定度由它决定，因此要求主振级有较高的频率稳定度，同时也有一定的振荡功率（或电压），其输出波形失真要小。
图3
选取ICQ=3mA,，VCEQ=0.5Vcc=2.5V
R4=833Ω取1k
（2）取R2：
R3=2:
1.使Vbq=1.7V。
取R2=20k，R1=10k。
（3）f0=1/（6.28√LC）=95.24MHZ
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，如曲线图4。
图4
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5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。
图6中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、C9并联谐振回路达到选频和匹配作用。
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放大倍数。
C10滤波减小干扰。
图6
功率放大器的基极偏置电压VBE是利用发射极电流的直流分量IEO（≈ICO）在射极电阻上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。
当放大器的输入信号
为正弦波时，集电极的输出电流iC为余弦脉冲波。
利用谐振回路LC的选频作用可输出基波谐振电压vc1,电流ic1。
分析可得下列基本关系式：
式中，
为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅；
为集电极基波电流振幅；
为集电极回路的谐振阻抗。
式中，PC为集电极输出功率
式中，PD为电源VCC供给的直流功率；ICO为集电极电流
脉冲iC的直流分量。
放大器的效率
为
f0=1/（6.28√LC12）=95.24MHZ
通过C14将调制信号谐振到天线上去
图8
2.2.5电路指示灯模块电路：
图9
图9是电路的指示灯电路，用于检验电路是否处于正常供电，当电路处于正常供电时，发光二级管点亮，否则二极管不亮。
3系统测试
3.1调试所用的基本仪器清单
（1）万用表；
（2）5V稳压电源；
（3）示波器；
（4）具有FM收音机功能的收音机
（5）立体声音源（计算机声卡、MP3，音源纯正，无杂音）。
3.2调试结果
发射频率：
88Mhz-108Mhz；
工作电压：
DC3V-9V；
工作电流：
＜100mA；
发射距离：
大于30米；
调制方式：
调频（FM）用收；
最大频偏：
土75KHz；
输出电压峰峰值：
2.04V
调频图像。
输出电压较小。
话筒有音频输入时，波形会有波动，频率也会随之改变。
放大后的输出波形。
电压峰峰值达到2.06V。
可以发射较远的距离。
3.3 安装与测试
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。
调试发现问题：
（1）电源输入显示的发光二极管处一定要加入保护电阻，否则会因为输入的电流过大而烧坏二极管。
（2）天线匹配，天线的频段和机器频段不一致，天线阻抗不匹配，都会严重影响发射距离。
（3）电感线圈的圈数一定要与所设计的电路匹配，否则会影响发射距离和接收质量。
4总结
在江老师和蔡老师以及林德耀老师的指导下，为期一周多的高频课程设计圆满结束。
通过这次设计，我对调频发射机的工作原理有了进一步的了解，对发射机的工作原理也有了深入的了解，同时也使我对高频这门课程产生一定的兴趣。
在调试的过程中，每个人都遇到了一些麻烦。
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，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，否则事半功半，达不到预期效果。
在实习期间，有些人认真的查找原因通过自己的努力解决了，使得调试得更成功，有的人则是急躁不安，不知如何下手二选择重新制板。
这让我明白了整个设计过程没有什么简易之分，每一个环节都至关重要，不能忽视任何一个环节，也必须时刻保持着认真的态度，不可太随意。
。
在整个设计过程中，必须时刻保持着认真细心的态度，不可太随意。
看着那些子努力调试的同学，他们的坚持不懈精神，认真细心的态度，深深地打动了我，最后都完成的很好。
有的同学则精益求精，追求更好的，他们的积极上进心是值得所有人学习的。
通过此次实习，让我学到了很多课堂上更本学不到的东西，仿佛自己一下子成熟了，懂得了做人做事的道理，也懂得了学习的意义，时间的宝贵，人生的真谛。
明白人世间一生不可能都是一帆风顺的，只要勇敢去面对人生中的每个驿站!
这让我清楚地感到了自己肩上的重任，看清了自己的人生方向，也让我认识到了通信工作应支持仔细认真的工作态度，要有一种平和的心态和不耻下问的精神，不管遇到什么事都要总代表地去思考，多听别人的建议，不要太过急燥。
只有这样才能在今后的通信事业道路上走的更远。
参考文献
《高频电子线路》高吉祥主编电子工业出版社
《模拟电子线路》谢沅清主编成都电子科大出版社.
《高频电子线路辅导》曾兴雯陈健刘乃安主编西安电子科大出
版社.
《通信电子线路》刘泉主编武汉理工大学出版社
附录
附录1总原理图
附录2电路板图
附录3实物图
附录4元件清单
名称
规格
大小
数量
电阻
R1.R2
20K
2
R3
10K
1
R4R6
1K
2
R5
33K
1
R7
350
1
电容
C1C7C8
1u
3
C2C10
104
2
C3、C11
102
2
C6
101
1
C9C12C14
33p
3
C13
220u电解电容
1
三极管
9018
3
天线电感
自制
若干
话筒
1
LED
1
升级会员 