调频发射系统整机电路设计.docx

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调频发射系统整机电路设计

一、前言  1

二、设计指标与要求  2

2.1设计题目  2

2.2设计任务  2

2.3内容和要求  2

2.4设计指标  2

三、系统综述  3

3.1基本原理  3

3.2整体原理框图及说明  5

四、单元电路设计与仿真  6

4.1变容二极管间接调频电路设计与仿真  6

4.2锁相环调频电路与仿真  7

4.3上混频电路电路与仿真  8

4.4三极管倍频器电路与仿真  9

4.5丙类谐振功率放大电路与仿真  10

五、整机设计电路图  11

六、高频实验平台整机联调  12

七、设计总结  14

八、参考文献  14

一、前言

发射机就是可以将信号按一定频率发射出去的装置。

广泛应用与电视，广播，雷达等各种民用，军用设备。

主要可分为调频发射机，调幅发射机，光发射机，哈里斯发射机等多种类型。

调频发射机作为一种简单的通信工具，它首先将音频信号和高频载波调制为调频波,使高频载波的频率随音频信号发生变化,再对所产生的高频信号进行放大,激励,功放和一系列的阻抗匹配,使信号输出到天线,发送出去的装置。

本文主要讨论了调频发射系统整机的原理实现方式并设计电路图，将调频发射机的电路分为了它由调制器、前置功放、末级功放和直流稳压电源等部分组成，分别讨论它们的原理及其特性。

通过本次的课程设计，需要我们加强对通信电子线路的理解，掌握文献资料检索，设计方案论证比较，以及设计参数计算等能力环节，进一步提高分析解决实际问题的能力，提高解决通信电子线路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与Multisim仿真，加深对基本原理的理解，增强我们的实践能力。

二、设计指标与要求

2.1设计题目

调频发射系统整机电路设计

2.2设计任务

1.单元电路的的设计与仿真

<1>设计变容二极管直接和间接调频电路

<2>设计压控振荡器调频电路

<3>设计锁相环调频电路

<4>设计上混频电路

<5>设计三级管倍频和锁相环倍频等倍频电路

<6>设计丙类谐振功率放大器

2.调频发射系统整机电路设计

3.高频实验平台整机联调

2.3内容和要求

<1>要求完成各单元设计及仿真，利用Multisim开发软件完成整机电路设计；

<2>通过实际电路方案的比较分析，参数计算，元件选取，仿真测试等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法；

<3>了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图；

<4>掌握常用仪表的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法。

2.4设计指标

<1>中心频率12MHZ

<2>频率稳定度≦0.1MHZ

<3>最大频偏>10KHZ

<4>输出功率≧30MW

<5>电源电压Vcc=12V

三、系统综述

3.1基本原理

使载波频率按照调制信号改变的调制方式叫调频。

已调波频率变化的大小由调制信号的大小决定，变化的周期由调制信号的频率决定。

已调波的振幅保持不变。

调频波的波形，就像是个被压缩得不均匀的弹簧，调频波用英文字母FM表示。

1.调频波（FM）

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：

2.FM性能指标

因为频率调制不是频谱线性搬移过程，它的电路就不能采用乘法器和线性滤波器来构成，而必须根据调频波的特点，提出具体实现的方法。

对于调频电路的性能指标，一般有以下几方面的要求：

<1>线性的调制特性。

即已调波的瞬时频率变化与调制信号成线性关系。

<2>具有较高的调制灵敏度。

即单位调制电压所产生的振荡频率偏移要大。

<3>最大频率偏移与调制信号频率无关。

<4>未调制的载波频率（即已调波的中心频率）应具有一定的频率稳定度。

<5>无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。

实现调频的方法分为直接调频和间接调频两大类

3.调频方法

<1>变容二极管直接调频

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。

变容二极管是一种电压控制的可变电抗元件，它的PN节呈现的势垒电容值会随着反偏电压的变化而变化。

变容二极管直接调频正是利用这一特性实现调频。

其原理电路如下图1所示：

图1变容二级管直接调频电路原理

<2>变容二级管间接调频

间接调频的基本原理就是不直接针对载波，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。

这样的调频方式采用频率稳定度很高的振荡器（例如石英晶体振荡器）作为载波振荡器，

然后在它的后级进行调相，得到的调频波的中心频率稳定度很高。

变容二级管间接调频电路原理图如下图2所示：

图2变容二极管间接调频电路原理

3.2整体原理框图及说明

1.整体原理框图：

图3 整体原理框图

2.说明：

功率放大器接收、放大、处理音频信号，它的作用是对输入它的各种音频信号源进行选择、放大并调整输入信号的频响和幅度等；混频电路是将信号频率由一个量值变化为另一个量值的过程，当输入一个本地振荡信号，使所用的系统的最佳频段在本地振荡的频率附近，混频可以把信号携带的信息转移到期望的频段上；倍频就是使输出信号频率等于输入信号频率整数倍的电路。

倍频器用途广泛，而发射机采用倍频电路后可使主振器振荡在较低频率，以提高频率稳定度；功率放大器用于放大信号，由于功放级往往工作于效率高的丙类工作状态，其输出波形不可避免产生了失真，为滤除谐波，输出网络应有滤波性能。

四、单元电路设计与仿真

4.1变容二极管间接调频电路设计与仿真

V1为变容二极管直接调频电路直流电源；V2为调制信号；V4为变容二极管的直流偏置电源。

Dl为变容二极管。

由图可见,该频率调制实验电路是在上部的电容反馈LC振荡器电路的基础上插入下部的变容管及其偏置电路组成的。

变容二极管D1作为回路总电容全部接

入振荡回路;R3为隔离电阻,用以减小偏置电路及外界测量仪器的内阻对变容二极管振荡谐振回路构成的频幅变换网络将调频信号变换为FM调制信号。

图4变容二极管间接调频电路设计与仿真

4.2锁相环调频电路与仿真

设置压控振荡器V2在控制电压为0时,输出频率0;控制电压为5V时,输出频率为50kHz。

这样,实际上就选定了压控振荡器的中心频率为25kHz,为此设定直流电压V3为2.5V。

调制电压V1通过电阻R5接到VCO的输入端,R5实际上是作为调制信2号源V1的内阻,这样可以保证加到VCO输入端的电压是低通滤波器的输出电压和调制电压之和,从而满足了原理图的要求。

图5锁相环调频电路与仿真

4.3上混频电路电路与仿真

上混频电路是将中频信号和本地振荡信号相混合得到射频信号的输出，本设计用三级管做混频电路将中频信号转换为射频信号。

图6上混频电路电路与仿真

4.4三极管倍频器电路与仿真已已知丙类放大器集电极电流ic是调谐于n次谐波上（n为正整数），那么输出回路对基波和其他谐波的阻抗很小，近对n次谐波的阻抗达到最大值，且呈电阻性。

于是输出谐振回路仅有ic的n次谐波分量产生的高频电压，而其他频率分量产生的电压均可忽略。

因而，在谐振阻抗Rp上可得到频率为输入信号频率n倍的输出信号功率。

图7三极管倍频器电路与仿真

4.5丙类谐振功率放大电路与仿真

丙类谐振功率放大器用来对载波信号或高频已调波信号进行功率放大，其负载是LC振荡回路，用以提高选择性，改善输出波形。

图8丙类谐振功率放大电路与仿真

五、整机设计电路图

图9整机设计电路图

六、高频实验平台整机联调

整机联调效果图第一部分：

图10调幅系统源信号图11中频放大信号

图12解调信号图13调频信号斜率鉴频

整机联调效果图第二部分：

图14调频信号相位鉴频图15脉冲计数式鉴频

图16锁相环调频图17锁相环倍频

七、设计总结

经过两周左右的时间，我们组终于完成这次FM发射的课程设计任务。

我们首先查阅了大量的书本资料，接着又上网搜集了许多有用信息，有时候为了找到一个合适的电路而苦恼，有时候又为取得一点成功而由衷的高兴。

当最终的电路方案设计出来以后，我们请教了我们的指导老师及学的比较好的同学，他们的一个小小指点就给我们很大启示和灵感，对我们的实验图提出了很多有价值的建议，在此对热心帮助我们的老师和同学表示衷心感谢。

在此次课程设计中，我充分体会到了熟练运用相关软件的重要性，不像之前的电子技术课程设计，并没有多少工作在计算机里实现的，就仅仅画出了电路图之后用元器件在面包板上搭电路就行了。

本次课设都高度依赖计算机，从仿真到绘制原理图，再到参数调节，可以说每一步都很艰难，每一步都是我们一步一个脚印结结实实踩下去的。

通过课程设计，我们增强了对通信电子线路知识的理解，学会查寻资料﹑比较方案，学会通信电路的设计﹑计算；进一步提高分析解决实际问题的能力，创造一个动脑动手﹑独立开展电路实验的机会，锻炼分析﹑解决通信电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与仿真加深对基本原理的了解，增强了实践能力。

在这次课程设计中我也发现了很多自身的问题，其中最大的问题就是在仿真调试过程中的不仔细认真从而难以仿真成功。

在此设计之后，我会继续学习这门专业技能，深入的了解和掌握更多的技能，同时我会逐步改正自己的问题，争取做一个有能力，有态度的学生。

八、参考文献

[1]侯丽敏.通信电子线路[M].北京：

清华大学出版社,2008.12

[2]冯军等.电子线路（非线性部分）[M].北京：

高等教育出版社,2010.4

[3]刘长军等.射频通信电路设计[M].北京：

科学出版社,2005.9

[4]赵淑范．通信电子线路实验与课程设计[M]．北京：

清华大学出版社，2009.1