高频无线收发射机.docx

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高频无线收发射机

北京联合大学

高频电子线路期末作业

——无线收发射机系统设计

学院：

信息学院专业：

电子信息工程

班级：

0808030302班学号：

2008080303230

姓名：

李欢成绩：

2010年　12　月　

设计无线收发射机系统

（一）、设计题目

设计无线收发射机系统

（二）、设计要求

1.给出设计原则与步骤；

2.要求该无线收发射机工作在短波段或超短波段，给出其主要性能指标，以及指标定义依据；

3.画出该无线收发射机组成框图，说明各组成部分功能和指标，及如何保证整机指标；

4.给出各功能模块输入输出信号，信号波形与频谱示意图；

5.画出该无线收发射机各组成部分的电路图，并给出各功能电路的主要电路参数。

6.写5000字左右的设计说明和系统原理说明

7.

（三）、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。

通过本次设计我们要进一步认识射频发射与接收系统，掌握调频无线电发射机的设计，学习无线电通信系统的设计与调试。

（四）、设计内容

二、调频发射机

无线电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微趋于型化，工作电压越来越低，信号覆盖的范围越来越广。

针对文献设计的多功能微型发射机的单频点的缺点，本设计主要利用模拟电子技术和通信技术，设计了工作频率可变的微型调频信号发射机。

该设备可以应用于家庭婴儿和老人的监护、远程听报告、无线话筒、设备监控等方面。

1、调频发射机及其主要技术指标：

　调频发射机的性能和指标

（1）发射频率和频率范围：

所谓发射频率是指载波频率，频率范围是指可以变动的范围。

例如调频广播频段规定为87MHz~108MHz。

（2）发射功率：

发射功率是指接上负载后实际输出的功率。

（3）输出阻抗：

对调频广播而言，一般要求输出阻抗为50欧，对电视差转而言一般要求75欧。

（4）残波辐射：

残波辐射是指杂波与输出功率之比。

（5）音频输入阻抗和电平：

音频输入端要求的阻抗和输入电平。

（6）信杂比：

信杂比是指已调波在规定频偏的情况下经理想解调后有用信号功率与载波功率之比。

（7）失真度：

失真度是指已调波在规定频偏的情况下经理想解调后单音频信号的失真度。

（8）频率响应：

频率响应是指已调波在规定频偏的情况下经理想解调后输出音频的幅频响应。

（9）效率：

效率是指输出功率与电源消耗的总功率之比。

调频发射机的基本组成框图

图１

调频发射机框图

ｚ

图2

外差式调频接收机组成框图

（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=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

（1）

（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.

（6）、电容三端式振荡电路原理图如下：

图３

、电路特点：

a、与发射极相连的同为容性元件不与发射极相连的为容性感性元件。

b、振荡波形好。

c、调节C1和C2来改变频率反馈系数变化。

、电容三端式的交流等效电路如下：

电路图4

图中反馈电压是从电容C上获得，晶体管的三个电极分别与回路电容伯三个端点相连接，故称为电容反馈三端式振荡器。

电路中集电极和基极均采取并联馈电方式，Cb，Cc均为隔直电容。

3、起振条件和振荡频率：

反馈电压与输入电压同相，满足相位起振条件，这时可调整反馈系数F=C1/C2（1/3-1/8），使之满足A0F>1就要以起振。

2、模拟发射机的组成框图

拟定整机方框图的一般原则是：

在满足技术指标的要求的前提下、力求电路简单，性能稳定可靠（单元电路级数尽可能少，以减小级间的相互感应，干扰和自激）。

小功率调频发射机的组成方框图如下：

1、LC振荡与调频电路

产生频率fo=6.5MHz的高频振荡信号,变容二极管线性调频,最大频偏△fm=20kHz,

2、缓冲隔离级电路

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，工作状态的变化会影响振荡器的频率稳定度，或者波形失真或输出电压较小，为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级，缓冲隔离级常采用射极跟随器电路。

调节射极电阻RE2,从而改变射极跟随器输入阻抗,如果忽略晶体管基极电阻rbb’的影响,则射极输出器的输入电阻Ri为

Ri=RB//（5）

输出电阻:

R0=（RE1+RE2）//ro（6）

式中ro很小,所以可将射极输出器的输出电路等效为一个恒压源,电压放大倍数Av为

Av=gmRL’/1+gmRL’（7）

一般情况下,gmRL’>>1,所以缓冲隔离级电路具有输入阻抗高、输出阻抗低、电压放大倍数近似等于1的特点。

如下图缓冲隔离级电路：

电路图5

晶体管的静态工作点应位于交流负载线的中点。

一般采取VcEQ=1/2（VCC）,ICQ=（3-10）mA

对于上述电路取VCEQ=6v，ICQ=4mA

则

RE1+RE2=VEQ/ICQ=1.5K（8

取RE1=1K、RE2=1K，电位器

RB2=VBQ/10IBQ=

RB1=RB2（Vcc-VBQ）/VBQ=7.9K（9）

由

（1）式Ri=RB＇//　　计算输入电阻

Ｒi=RB’//RL’=3.6K

输入电压:

（10）

为减小射极跟随器对前级振荡器的影响，耦合电容Ｃ1不能太大，一般取10pF、C2为0。

022uF左右，

3、功率激励级（甲类放大功率电路）

为了末级功放提供激励，如果发射功率大，且振荡级的输出功率能够满足末级功放的输入要求，则功率激励级可省略。

4、末级功放（丙类功放电路）

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，如果求整机效率较高，则应采取丙类功率放大器，若整机效率要求不高，如小于50%波形失真较小时，则可以采用甲类功率放大器。

3、调频发射机实验电路图如下

二、调频接收机

通过本课程设计与调试，巩固已学的理论知识，能建立无线电调频接收机的整机概念，了解调频接收机整机各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算调频接收机的单各元电路：

输入回路、高频放大、混频、中频放大、鉴频及低频功放级。

初步掌握调频接收机的调整及测试方法。

1、设计任务与要求

1．工作频率范围

接收机可以接受到的无线电波的频率范围称为接收机的工作频率范围或波段覆盖。

接收机的工作频率必须与发射机的工作频率相对应。

2．灵敏度

接收机接收微弱信号的能力称为灵敏度，通常用输入信号电压的大小来表示，接收的输入信号越小，灵敏度越高。

调频广播收音机的灵敏度一般为5～30uV。

3．选择性

接收机从各种信号和干扰中选出所需信号（或衰减不需要的信号）的能力称为选择性，单位用dB（分贝）表示dB数越高，选择性越好。

调频收音机的中频干扰应大于50dB。

4．频率特性

接收机的频率响应范围称为频率特性或通频带。

调频机的通频带一般为200KHz。

5．输出功率

接收机的负载输出的最大不失真（或非线性失真系数为给定值时）功率称为输出功率。

2、方案设计与论证

调频接收机的工作原理：

一般调频接收机的组成框图如图3-1所示。

其工作原理是：

天线接受到的高频信号，经输入调谐回路选频为f1，再经高频放大级放大进入混频级。

本机振荡器输出的另一高频f2亦进入混频级，则混频级的输出为含有f1、f2、（f1+f2）、（f2-f1）等频率分量的信号。

混频级的输出接调频回路选出中频信号（f2-f1），再经中频放大器放大，获得足够高增益，然后鉴频器解调出低频调制信号，由低频功放级放大。

由于天线接收到的高频信号经过混频成为固定的中频，再加以放大，因此接收机的灵敏度较高，选择性较好，性能也比较稳定。

3、调频接收机框图

一般调频接收机的组成框图如图3-1所示。

其工作原理是：

天线接受到的高频信号，经输入调谐回路选频为f1，再经高频放大级放大进入混频级。

本机振荡器输出的另一高频f2亦进入混频级，则混频级的输出为含有f1、f2、（f1+f2）、（f2-f1）等频率分量的信号。

混频级的输出接调频回路选出中频信号（f2-f1），再经中频放大器放大，获得足够高增益，然后鉴频器解调出低频调制信号，由低频功放级放大。

由于天线接收到的高频信号经过混频成为固定的中频，再加以放大，因此接收机的灵敏度较高，选择性较好，性能也比较稳定。

4、单元电路设计

（1）高频功率放大电路

图4-1高频功率放大电路

高频功率放大电路如图4-1所示,他不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此晶体管的负载为LC并联谐振回路。

其具体的工作原理如下：

从天线ANTA1接收到的高频信号经过CA1、CCA1、LA1组成的选频回路，选取信号为fs=10.7MHZ的有用信号，经晶体管QA1进行放大，由CA3、TA1初级组成的调谐回路，进一步滤除无用信号，将有用信号经变压器和CB1耦合进入ICB1（MC3361）.

图4-2二极管环形混频电路（a）原理电路

（b）等效电路

原理电路及其等效电路：

如图4-2（a）、（b）所示。

 对于图4-2（a）所示电路，通常将信号输入端口称之为R端口，本振电压输入端口称之为L端口，中频输出信号端口称之为I端口。

需要说明的是：

二极管双平衡组件用作双边带调制电路时，由于变压器的低频响应差，调制信号一般必须加到I端口，载波信号加到R端口，所需双边带信号从L端取出。

二极管环形混频器具有工作频带宽（从几十千赫到几千兆赫）、噪声系数低（约6dB）、混频失真小、动态范围大等优点。

二极管环形混频器的主要缺点是没有混频增益，端口之间的隔离度较低，其中L端口到R端口的隔离度一般小于40dB，且随着工作频率的提高而下降。

实验表明，工作频率提高一倍，隔离度下降5dB。

原理分析

  电路工作条件：

二极管伏安特性为过原点斜率等于

的直线；输入电压中，

，

，且

，此时，二极管将在

的控制下轮流工作在导通区和截止区。

  由图4-2（a）知，流过负载

的总电流

为：

当

时，二极管D3、D2导通，D1、D4截止，相应的等效电路为图4-2（c）：

列出的KVL方程为：

所以，流过各二极管的电流为：

（4.2.3）

流过负载的总电流为：

（4.2.4）

当

＜0时，二极管D1、D4导通，D3、D2截止，相的等效电路如图4-2（d）

图4-2（d）

列出的KVL方程为：

流过各二极管的电流为：

（4.2.5）

流过负载的总电流为：

（4.2.6）

在

的整个周期内，流过负载的总电流可以表示为：

（4.2.7）

利用开关函数，可以将上式表示为：

即：

（4.2.8）

由此可见，电流中包含的频率分量为：

中的有用中频分量为

（4.2.9）

电路特点：

若二极管特性一致，变压器中心抽头上、下又完全对称，则环形电路的最重要特点就是各端口之间有良好的隔离。

（3）中频放大电路

中频放大电路的任务是把变频得到的中频信号加以放大，然后送到检波器检波。

中频放大电路对超外差收音机的灵敏度、选择性和通频带等性能指标起着极其重要的作用。

下图（a）是LC单调谐中频放大电路，（b）为它的交流等效电路。

图中B1、B2为中频变压器，它们分别与C1、C2组成输入和输出选频网络，同时还起阻抗变换的作用，因此，中频变压器是中放电路的关键元件。

（a）中频放大电路

（b）中频等效电路

实际电路中常采用具有中间抽头的并联谐振回路,如图（a）所示。

（b）是它的等效电路，可以看出，它是由两个阻抗性质不同的支路组成。

由于L1、L2都绕在同一磁芯上，实际上是一个自耦变压器。

（a）

（b）

利用变压器的阻抗变换关系，可求得等效谐振电路的谐振阻抗：

ZOB0＝（N1/N1+N2）2ZAB0＝（N1/N）2ZAB0（式中N＝N1＋N2为电感线圈的总匝数）。

即具有抽头并联谐振电路的谐振阻抗ZOB0等于没有抽头的谐振阻抗ZAB0的NI2/N2倍。

由于N1/N＜1，所以ZOB0＜ZAB0，适当选择变比可取得所需求的ZOB0，从而实现阻抗匹配。

。

（4）鉴频电路

图4-3是双失谐回路鉴频器的原理图。

它是由三个调谐回路组成的调频-调幅调频变换电路和上下对称的两个振幅检波器组成。

初级回路谐振于调频信号的中心频率,其通带较宽。

次级两个回路的谐振频率分别Ｗ01、Ｗ02,并使Ｗ01、Ｗ02与Ｗc成对称失谐。

即:

Ｗ01-Ｗc=Ｗc-Ｗ02。

图4-3双失谐回路鉴频器的原理图

5、调频接收机实验电路图如下

（五）、结论与心得

高频无线收发系统在现今的通信领域尤其是无线通信领域的应用非常广泛。

通过这次对无线收发射机的设计，使我更深入地了解了设计电路的过程，也让我了解了关于无线收发射机的原理与设计理念。

对于学电子信息专业的学生，通过学习通信电子电路（高频电子电路）这门课程后，我们可以自己制作一台微型无线收发射机了。

这样即可以提高自己的动手能力，又能给我们的校园生活带来乐趣。

更重要的是，可以帮助我更好地理解所学专业理论知识，进一步激发我们对本专业的热爱与兴趣。

（六）、参考文献

张肃文高频电子线路（第四版）高等教育出版社

曾兴雯陈健高频电子线路辅导西安电子科技大学出版社

戴峻浩高频电子线路指导国防工业出版社

黄智伟无线发射与接收电路设计北京航空航天大学出版社