河西学院届本科毕业设计 2.docx
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河西学院届本科毕业设计2
编号0710440
毕业（学位）论文
（2011届本科）
题 目：
简易无线发射装置的设计与实现
系（部）院：
物理与机电工程学院
专 业：
电子信息科学与技术
作者姓名：
杨勰
指导教师：
张志荣职称：
副教授
完成日期：
2011年5月26日
河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明
本人郑重声明：
所呈交的本科毕业论文，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
本科毕业论文（设计）作者签名：
二〇一一年五月二十六日
简易无线发射装置的设计与实现
摘要
在现代通信中,简易无线发射装置是一种近距离的、简单的无线传输通信工具,目前广泛应用于生产、广播电视、野外工程等领域的小范围移动通信工程中。
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,因此深受人们欢迎。
本设计中对简易无线发射装置进行了安装与调试。
对简易无线装置内部电路的工作原理和测试及调整技术有了更进一步的理解,对今后从事通信工程领域的技术工作,无疑是十分重要的。
关键词：
发射装置；调频；无线。
ABSTRACT
Inthemoderncommunication,simplewirelesstransmittingdeviceisasimplewirelessshort-rangetransmittingcommunicationtools.Atpresent,itiswidelyusedinareasofshort-rangemobilecommunicationengineering.suchasproduction,broadcastTV,engineeringinthefield.Itisverypopularwithpeople,becauseitcandomobilecommunicationeffectivelywithoutthesupportofchangestationandgroundswitchstation.Theinstallationanddebugginghavebeendoneinitsdesign.Andthetechnologyoftestingandadjustingandworkingprincipleofinternalcircuithavebeenfurtherunderstood,whichisabsolutelyimportanttofuturetechnologicalworkinthefieldofcommunicationengineering.
Keywords:
Launchdevice;FM;wireless.
正文
1设计任务
简易无线发射装置电路的主要性能指标参数要求如下：
高频发射功率：
≥2W（75Ω）。
最大调制频偏：
≥±3kHz。
频率稳定度：
≥10
。
电池供电电压：
9.6V（8节1.2V）。
发射距离：
≧5米。
2方案设计与分析
方案一：
无线简易收发装置。
在同一时间内只能工作在一种状态下。
但是接收和发射可以通过拨动开关在同一个简易无线装置上来实现。
这种收发装置电路简单，使用起来比较方便
方案二：
无线发射装置，在同一时间内只能工作在一种状态下的装置。
即它是纯粹的发射机或者接收机。
下图为高频无线发射装置的发射电路框图：
2-1高频无线发射装置发射电路框图
在最初的方案设计中我打算按方案一来完成本次设计，但是后来有同学在做无线接收装置，所以我们俩个人选择方案二来共同完成简易无线收发装置，这样便于后续的调试工作。
但是我们在设计的过程中在每个纯粹的发射机和接收机上面扩展了接收和发射装置。
3总体电路的确定
3.1工作原理
简易无线装置的电路形式较多，从调制方式上可分为调幅式和调频式；从收/发功能上，可分为单工式和双工式。
单工在同一时间内，只能工作在一种状态下，即接收或者发送状态，而不能同时处于收发状态。
3.2总体电路原理图3-1见附录
4FM调频发射电路单元电路的分析与设计
4.1话筒放大器电路
该部分电路的主要任务是将声音经过声-电转换（将声波信号变为电压信号）将信号放大到调频电路所要求的电压值，并能够和调频级良好的配合工作。
本机采用的话筒放大电路属于阻容耦合电压并联负反馈放大电路，电路中采用负反馈，可以有效地提高放大器的带宽响应，并且对输入的强信号有较好的抑制作用。
（a）内部电路（b）应用电路
为了有效地提高电压增益，本机采用了两级放大器，级间采用阻容耦合，电阻
是驻极体话筒内部漏极的负载电阻，改变该电阻阻值，将会影响话筒输出信号幅值，一般可以在2～7kΩ之间选用合适的阻值接入。
4-1话筒放大电路
4.2晶体调频振荡兼三倍频电路
晶体调频振荡倍频电路的主要任务是为发射机提供基准频率信号源，并且完成话音信号对高频载波信号的频率调制。
该部分电路和电容三点式正弦波电路的工作原理完全相同。
不同之处仅仅在于将三点式振荡器的选频网络
选频变成了晶体选频网络。
由于石英晶体在谐振回路中具有比
回路高得多的品质因素（Q值），所以用石英晶体组成的振荡器，其频率稳定度远远高于其他振荡电路。
基音晶体的谐振频率是以石英晶片固有谐振频率为标准而标注的频率值，用这类晶体制作的振荡器所产生的频率，应该和标注的频率完全一致。
一般基音晶体的频率范围在1～30MHz之间。
而泛音晶体的工作频率，根据所选谐波的次数不同而差异较大，一般泛音晶体的频率均选在晶体基音频率的三次或者五次谐波以下，谐波选得太高，会造成晶振电路起振困难。
目前已有工作频率在200MHz以上的泛音晶体。
一般通信电路，由于工作频率较高，所以大多选用泛音晶体。
但由于泛音晶体频带窄，不易进行调制，而基音晶体具有一定的通频带，比较容易进行调频处理。
因而需要进行调频处理的振荡器，一般均会选用基音晶体作为主振调频级元件。
泛音晶体大多用于接收机本振电路。
发射机由于需要进行频率调制，为了获得较大的频偏，所以一般采用基音晶体。
图4-2是本次发射机晶体调频振荡电路。
4-2晶体调频振荡电路
从图中可以看出，石英晶体与电容
、
、
组成一个并联谐振网络，晶体在回路中等效为一个高Q值电感。
从电路的形式结构来看，该振荡器是一个标准的改进三点式振荡电路。
改变变容管的容量，就可以微调振荡器的中心谐振频率
。
由于变容二极管是依靠反向电压
来控制其结电容量
变化的.所以只要改变控制电压
，就可以达到改变电容量的目的。
从而实现对振荡器频率调制的要求。
振荡器的三倍频选出是由
、
组成的并联谐振回路来完成的。
当振荡器工作时，由于它们的谐振点略低于三倍频，对晶体振荡器来讲，该并联谐振回路呈现为容性，不会对振荡电路造成影响。
但对于三次谐波来讲，该并联谐振回路应呈现为纯阻性，并和三次谐波产生谐振，使并联谐振回路两端的三次谐波电压幅值达到最大，此电压经电容
送往下一级放大器进行电压放大，从而完成了电路的振荡、调频、倍频的全过程。
4.3高频谐振放大器与高频激励放大器
图4-3是高放级与激励级的电路原理。
4-3高频放大级与激励放大级电路
从图中可以看出，高频放大机实际上是一个典型的甲类高频谐振电压放大电路。
而激励级则是一个典型的丙类谐振功率放大电路。
由于两级放大器的输入电压幅度不同，所以电路选用两种不同的工作类型。
高放级由于前级晶振电路送来的电压幅度较小，采用甲类工作方式较为有利。
信号经过高频谐振放大级后，信号电压已经具有较大的幅值。
可以使激励放大级工作在丙类状态，这样可以有效的提高电路的工作效率。
偏置电阻
是专门为激励管
提供基极直流偏置而设置的。
为了保证能为基极提供足够大的电流，一般
的阻值选择都较小，否则会影响激励放大器的输出功率。
为了提高放大器的输出负载能力，并且不影响谐振回路的选频特性Q值，一般输出耦合电路均需要采用部分接入方式。
本机的高放级和激励级的输出耦合电路，就是采用电容分压方式和下一级电路相耦合的。
高频谐振放大级工作在甲类状态，可以有效地提高放大器的输入灵敏度。
激励放大机则工作在丙类状态，由于放大器在丙类工作状态时，电压导通角较小，而且当无输入信号时，
电流为零。
当输入信号达一定幅值时，放大器具有较大的功率增益输出，所以该级放大电路具有工作效率高、输出功率大的优点。
电路中，由
和
组成了一级简单的稳压电路。
它的作用主要是为发射电路中部分需要稳压供电的电路提供电源。
4.4末级谐振功率放大器与输出滤波网络
末级谐振功率放大器与输出滤波网络的主要任务是，将激励级送来的高频信号进行功率放大，以保证其具有足够强的高频信号送到拉杆天线并向外发射。
由于高频信号中不仅有主频信号
，同时还含有
的2～N次的高次谐波分量，而这些谐波信号一旦随主波信号一同发射出去，将会造成对别的接收设备的严重干扰。
因此，在信号送至天线之前，必须先对谐波信号进行滤除处理。
低通滤波电路，也是末级电路的重要组成部分。
目前常用的滤波电路形式有串联滤波、并联滤波、L型和JI型滤波器几种电路形式。
由于功放级输出阻抗较高，必须要经过阻抗变换后才能和75Ω拉杆天线进行匹配。
所以低通滤波电路还兼有阻抗匹配的功能。
图4-4是末级功率放大器和滤波网络的电路。
4-4末级功率放大器与输出滤波电路
从图中可以看出，末级功放管
的基极下偏置电阻
阻值仅51Ω，由于从激励级送来的高频激励信号幅度、功率已经足够大，故完全可以使末级功放管
可靠地工作在开关状态下。
工作在丙级状态下的放大级有两级，即激励管
、末级功放管
。
本机在调试时，可以用示波器在
上观测激励信号电压的幅度，正常时测到的高频载波幅度，应不小于8～10
值，才可以保证末级功放管
能有效地工作在开关状态下。
在功放管
的集电极回路里，串接有由
、
组成并联谐振回路，微调回路使其能准确地谐振在发射信号的主频
上，而对主频以外的各次谐波分量，能起到较好的滤除作用。
但由于由LC组成的并联谐振回路一般Q值都比较高低，要靠它将高次谐波滤除干净有一定的困难。
所以在信号的回路中，又串入了一级由
、
组成的串联选频回路，以便能更好地达到滤除谐波分量的目的。
本机使用的发射天线为标准的拉杆天线，交流等效阻抗为75Ω。
这种天线虽然工作效率不是很高，但它具有体积小、造价低、使用方便等优点。
目前已被对讲机、无线电话机等便携式通信设备广泛采用。
为了进一步缩短天线的长度，便于携带，设计中常用天线加感的方法来缩短天线的有效长度。
通过加感，既能保证其与电路的阻抗匹配，又能缩短天线的实际尺寸。
这里需要着重指出，天线与电路之间是否匹配，对发射机来讲十分重要。
如果天线能和发射电路进行良好的匹配，将可以最大限度地提高发射效率。
反之，如果它们之间出现匹配不良，将会使发射机效率大打折扣，电路失配时，会把大部分发射功率反射回电路，失配严重时还会造成发射管烧毁的可能性。
5元件的检测与安装焊接
焊接电阻时，要注意保持使电阻和电路板之间留有一定的间距，以保证电阻有一定的散热空间。
本机所用的电容主要是瓷片电容、涤纶电容、电解电容三种类型的电容器。
电解电容，一般容量范围是1～4700μF。
瓷片电容，一般容量范围是1pF～0.47μF。
涤纶电容，一般容量范围是100pF～0.82μF。
电容在焊接前，必须要经过测量，以保证电容没有出现短路故障，然后再使用电容表测量其容量，确认容量正确后再安装使用。
电感的测量，要使用专用交流电桥或者用专用Q值测量仪来检测，本机使用的电感器，电感量一般均在0.3～680μH（微亨）之间。
品质因素Q值在80～200之间。
电感安装时主要分为立式安装和卧式安装两种形式。
当卧式安装电感时，应注意尽量避免和邻近的电感平行布局，以免造成电感之间电磁场相互耦合产生互感效应，要尽量保持两组电感之间留有一定的空间距离，或者和相邻的电感设计成T字形布局。
这样可以有效地减少电感之间的互感效应。
二极管使用前必须进行检测，确认性能良好后才能焊接，如果是特殊二极管，如稳压管、发光管等，还应该串接相应的电阻进行加电测试。
由于二极管属于PN结器件，它的结温一般不允许超过170℃，否则将造成损坏，所以焊接时要注意尽量减少加热时间，一般不得大于10s。
三极管安装焊接时，和二极管的要求相同，安装时三极管应和电路板保持一定距离，以利三极管工作时散热。
6简易无线装置电路的调试与测量
简易无线装置电路和别的其他电路系统一样，必须通过正确调试后才能正常工作。
当无线装置电路焊接安装完毕后，也必须经过严格的电路参数调整，才能得到所要求的设计指标。
调试的目的是，要使各单元的电路工作在最佳状态下，最大限度地提高电路效能，提高整机的系统电气性能指标参数。
6.1发射机电路的调试
发射机电路的调整主要应完成以下三个任务。
（1）使晶体振荡级在无调制信号的情况下，能够长期、稳定的工作在要求的主频点
上。
当有调制信号时，根据调制信号的幅度变化，使主频
产生相应的频偏。
（2）使甲类谐振放大器具有较高的电压增益，并且能为后级提供足够的高频电压。
以保证其信号幅度足以使下一级（激励级）进入到丙类工作状态。
（3）末级功率放大器和输出匹配网络，要确保发射信号的放大，使发射机具有较强的高频辐射功率。
匹配网络主要完成功放级至天线间的阻抗变换，并负责对发射信号中的谐波分量进行滤除，保证所发信号的纯度。
6.2话筒放大电路的调试
话筒放大电路由电容驻极体话筒和两级负反馈放大器共同组成。
调整时分为两步，首先检查各级放大器的直流工作点是否正常，然后再检查交流工作状态是否正常。
交流工作状态检查的方法是，用示波器在电解电容
的正极观察，当对着话筒讲话时，示波器能观察到明显的话音波形信号，其幅度不小于1.5Vp-p值。
如果示波器的信号没有明显变化，一般可能性较大的是话筒焊接时极性接错，导致电容话筒不能正常工作。
如果放大器工作不正常，则需要检查交、直流工作点是否有设置错误。
6.3晶体调频振荡电路与高放电路的调试
晶体调频振荡器是发射机的主频信号产生电路，希望它既要有较高的频率稳定度，又能为下一级的放大器提供一定幅度的高频电压信号。
调频振荡级的调整主要可以分两步进行。
先在无调制状态下校准发射中心频率，此项可以通过频率计来测量，频率准确后，再加入调制信号调整频偏量。
首先断开音频耦合电容
，使振荡器处于无调制振荡状态，将数字频率计接至激励管
基极（为了减小对主振级的影响），观察频率是否准确地等于三倍晶体频率值。
如果不符，应该通过调整微调电容
来校准。
频率准确后，就可以用示波器和频率计同时测量，进行幅度调试。
用无感旋具调整电感
、
的匝间间距，使示波器观察到的波形幅度为最大，同时频率计读数正确无误，即可认为中心频率和谐振点已经调整准确了。
当中心频率校准完成后，就可以进行FM调制校准了。
调制信号采用音频信号发生器提供信号。
用一容量在103～473之间的电容，一端接至
基极，另一端接音频信号源输出端，信号源的地和电路板地相连。
用另一接收机（
要对应），在几米范围内试验接受，应该在接收机MC3361的9脚用示波器观察到经过解调后的音频波形，且不存在明显的波形失真现象。
测量发射机的最大频偏量时，可以采用静态测试法进行测量。
首先测量分压电阻
的对地直流电压值
然后用电位器替代
、
进行分压，调整电位器，测量
在±1V时中心频偏的频偏量，此值即可认为是发射机的最大调制频偏。
6.4激励放大级与末级功放电路的调试
激励功率放大器和末级谐振功率放大器，是发射机的主要高频功率放大电路。
同时也是发射机电路中的主要耗电部分，特别是末级谐振功率放大器，它所消耗的电流约占整机耗电的80%以上（整机电流约为450mA）。
所以末级功放管的电路工作效率、输出高频功率是它的两个重要指标。
由于激励管和功放级都处于丙类工作状态，所以在调整前，要求发射机的主振级
、高放级
均已调整完毕，并保证工作在最佳状态。
只有这样，才能为激励级提供足够强的高频载波电压，使后两级放大器工作正常。
由于激励级和功放级管子工作在开关状态，工作时集电极电流
很大，所以调整时需要格外小心，在调整时可以先将直流供电电压降低2～3V供电，待整机电路工作正常后再恢复到额定电压供电。
调整中要时刻观察末级电流的变化。
一旦电流超过800mA，应马上切断电源，停止调试，检查是否存在电路故障。
如果经过检查，电路和元件都没有发生故障，就可能是放大器的
谐振回路严重失谐造成的电流过大。
这时要仔细用无感旋具调整谐振线圈，使电流降下来。
谐振回路失谐严重时，单靠改变电感量不能解决时，应考虑改变谐振电容的容量来使回路谐振。
特别应该指出的是，发射机正常工作时，由于天线输出端带有几十伏的高频电压值，所以天线输出插座不可以直接接入数字频率计，以免烧坏仪器。
一般测量频率时，频率计可通过导线感应方式测量频率。
在发射机调试和使用中，特别注意不得在断开天线时开机发射，以免造成末级功放管过功耗而烧坏。
6.5接收与发射电路的统调及要求
当无线装置的接收/发射电路全部调整完以后还不能算完成了全部调试工作。
还有一个重要的调整环节需要完成，这就是简易无线收发装置的统调任务。
统调环节是调试中一个比较关键的环节。
统调质量的好坏，直接关系到无线收发装置的有效通信距离的远近。
在前面对接收、发射电路进行调试时，均是以高频信号发生器输出的频率值作为调试基准信号进行的调整。
但在实际工作中，接收机所接收的是对方发射机的FM高频信号。
由于高频信号源和发射机的频率之间必然存在一定范围的频差，所以必须对其进行频率统一化标准。
6.6校准的步骤
一套无线简易收发装置中的两部装置，各自分为
机和
机。
（1）首先用数字式频率计检查
机和
机的发射频率是否正确。
如果频率出现偏差，应调整晶体调频振荡器电路中的微调电容
校准频率。
由于功放管散热的因素，发射机不能长期通电工作，每次校准频率时发射机发射时间应小于2分钟。
测量发射频率时，数字频率计应采用接收感应方式进行测量。
（2）将
机处在关闭状态，
机的喇叭里应听到明显的干扰噪声，这时可以调整静噪电位器
，当
处在1/3～2/3位置时，
机的干扰噪声能够被静电路切断，使接收机的待机状态保持安静。
（3）完成上述步骤后应该进一步扩大
机和
机之间的距离，反复统调几次，以确保弱信号的接收灵敏度。
7测试结果分析
将
机处在关闭状态，
机的喇叭里听到明显的干扰噪声，再将
机置于发射状态，
机的干扰噪声马上被抑制。
关闭
机发射，
机的接收机又会恢复干扰噪声。
在此期间，接收和发射指示灯将各自显示。
如实物图7-1（见附录）。
在A机处于发射状态时，在话筒处用手指弹话筒，在B机话筒处将会听到同样的声音输出。
8总结
毕业设计可以说是对我大学四年学习成果的考核和总结，本次论文的目的是通过对本课题的设计，使自己学会对对讲机电路的设计，学会调研和查阅文献资料。
在具体设计的过程中存在着很多的不足。
对基础知识的掌握不够而且有些知识时间长而导致遗忘，所以相关电路的设计进行的不是很顺利。
但在张志荣老师的指导下，这些问题都被解决。
但自己仍然还有很多地方需要进一步的加强学习。
比如在调试电路时没有很清晰的思路，自己闷头做。
导致自己走了很多的弯路，所以要频繁与导师讨论。
有问题多问导师，不能自己闷头做，方向偏了仍不知道，多把自己的想法和思路告诉老师。
专业知识方面不知道的或者遗忘的知识要通过查阅资料或者多问导师，尽最大努力去理解。
千万不能不懂装懂。
越来越紧的状态，尤其是最后的那几天。
毕业设计越到最后阶段，越要有毅力和状态，不能前紧后松，觉得前面做了不少，后面可以放松了。
论文提交的前几天，要不厌其烦的检查论文，包括内容，格式等。
通过本次设计我学到了很多的东西，不管做什么事都要踏踏实实的来做，不能脱离实际。
尤其在我们走向社会的时候，踏踏实实做人对每个人来说都是至关重要的。
参考文献
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[4]彭介华.电子技术课程设计指导[M].高等教育出版社.
[5]魏群.怎样选用无线电电子元器件[M].人民邮电出版社,2000,12.
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[7]无线对讲机发射及接收模块设计[D].计算机论文网,2010.
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高等教育出版社,2006.
[11]阎石.数字电子技术[M].第五版.北京：
高等教育出版社,2006.
附录
3-1总体电路原理图
（a）发射/接收状态下实物图
A机（左）接收状态B机（右）发射状态
（b）发射状态下实物图
7-1通信状态下实物图
致谢
四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。
从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。
回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。
感谢各位老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。
学友情深，情同兄妹。
四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。
在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。
最后，我要特别感谢张志荣老师。
是他在我毕业的最后关头给了我巨大的帮助与鼓励,使我能够顺利完成毕业设计，在此表示衷心的感激。
张老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和都使我受益匪浅。
他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。
文献综述
早在二十世纪三十年代简易无线收发装置就得到了应用，是人类最早使用的无线电通信设备。
一般来说，无线收发装置是一种便携的双向无线电收发器，最早是因为军事用途而开发。
按国家的有关标准,无线对讲机主要工作在超短波频段的150MHz和400MHz频段，目前以超短波调
在我国，无线收发装置通信在1985年是我国主要的专用无线通信系统，如今随着公众移动通信的发展已逐步形成为一个重要的专业通信市场。
现在，人们对无线收发装置的认识达到空前的高度，简易无线收发装置在国民经济各部门和人们生活各个领域的广泛应用得到了充分体现，已成为国家安全、公安警察、交通管理、石油化工、建筑施工、机械制造、宾馆酒楼等部门重要的无线通信装备。
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