第三章 无线电基础.docx

1、第三章 无线电基础 本文由_w_s贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 RF 无线电通信电路测试与设计 第三章 无线电发射机制作与测试 RF 电子信息学院 RF 无线电通信电路测试与设计 通信系统基本组成框图 信息源 发送设备 传输媒质 接收设备 终端装置 图1.1 通信系统基本组成框图 RF 基带信号 基带信号 已调信号 已调信号 电子信息学院 RF 调幅发送设备 无线电通信电路测试与设计 振荡器 高频放大器 倍频 高频功率 放大器 及调制 话筒 调制信号 放大器 RF 在无线电发射机中，由于在发射机里的振荡器所产生的高频振荡功率很小，因

2、此在它后面要经过一系列的放大缓 在无线电发射机中，由于在发射机里的振荡器所产生的高频振荡功率很小，因此在它后面要经过一系列的放大缓 冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的高频功率后，才能馈送到天线上辐射出去。这里所提到的放大级都 冲级、 中间放大级、末级功率放大级，获得足够的高频功率后 才能馈送到天线上辐射出去。 足够的高频功率 属于高频功率放大器的范畴。由此可见，高频功率放大器是发送设备的重要组成部分。 属于高频功率放大器的范畴。由此可见，高频功率放大器是发送设备的重要组成部分。 电子信息学院 RF 无线电通信电路测试与设计 具体调频波发送设备框图 天线 调制 信号 调制器 模块 缓冲

3、放大 模块 功率放大 模块 匹配 电路 载波产生 模块 信号发送出去条件: 信号发送出去条件 频率足够高 功率足够大 RF 电子信息学院 RF 无线电通信电路测试与设计 3.1放大器模块制作与测试 放大器模块制作与测试 放大器广泛应用于无线电通信电路中。 放大器广泛应用于无线电通信电路中。无线通信发射和接收机能正常的工作 很大程度上都是放大电路的功劳。在发射机中， 很大程度上都是放大电路的功劳。在发射机中，为了能将调制过的信号有效的 发射出去，必须要将信号的功率进行放大，而接收机接收到的信号都很微弱， 发射出去，必须要将信号的功率进行放大，而接收机接收到的信号都很微弱， 为了能很好的解调还必须

4、，进行调谐低噪声放大。 为了能很好的解调还必须，进行调谐低噪声放大。这一节我们将介绍发射机中 的两种放大器模块的制作，一种是缓冲放大器，另一种是谐振功率放大器。 的两种放大器模块的制作，一种是缓冲放大器，另一种是谐振功率放大器。 3.1.1缓冲放大器模块制作 缓冲放大器模块制作 RF 缓冲放大器的主要作用是为后级功放提供足够大的驱动功率,将后级功放与前级隔离 缓冲放大器的主要作用是为后级功放提供足够大的驱动功率 将后级功放与前级隔离 开来, 避免相互产生影响，兼有增加抗干扰能力。 开来 避免相互产生影响，兼有增加抗干扰能力。至于是否有放大功能取决于实际需 可以将放大缓冲合二为一。 要。可以将放

5、大缓冲合二为一。 电子信息学院 RF 无线电通信电路测试与设计 1. 三极管隔离放大器 VCC_FM + CE81 L81 C82 共集电极 放大电路 R84 E R81 1 2 LOtoPR RV81 3 R82 C81 R83 C B E Q81 3355 B C C83 Q82 3355 C84 L82 L83 N1 R85 CV81 RF VCC_FM 分压式偏置电路 电子信息学院 RF 无线电通信电路测试与设计 双栅场效应管隔离放大器 VCC g1 R521 47K s 11T L507 g2 d 1 RV501 104 2 3 Q6 D VCO_OUT L505 21T 950P

6、G2 G1 S R522 100 CV503 950P C521 104 L506 21T C522 104 3SK122 CV502 RF 电子信息学院 RF 无线电通信电路测试与设计 3.1.2谐振功率放大器模块的制作与测试 谐振功率放大器模块的制作与测试 高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件用于发射机的末级， 高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件用于发射机的末级，作用 发射机的末级 是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求， 是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线 将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，

7、将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平， 并且不干扰相邻信道的通信。 并且不干扰相邻信道的通信。 高频功率放大器的分类 窄带高频功率放大器：通常以具有选频滤波作用的谐振电路作为输出回路负载， 窄带高频功率放大器：通常以具有选频滤波作用的谐振电路作为输出回路负载， 故又称为调谐功率放大器 谐振功率放大器；为了提高效率， 调谐功率放大器或 故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；为了提高效率，谐振功率放大器常工 作于乙类或丙类状态。 作于乙类或丙类状态。 宽带高频功率放大器： 宽带高频功率放大器：宽带高频功率放大器的输出电路负载则是采用传输线 变压器或其他宽带匹配电路（非

8、谐振负载），因此又称为非调谐功率放大器。 ），因此又称为非调谐功率放大器 变压器或其他宽带匹配电路（非谐振负载），因此又称为非调谐功率放大器。 其特点是可以实现功率合成. 其特点是可以实现功率合成 RF 电子信息学院 RF 无线电通信电路测试与设计 一般来说可以将功率放大器依据工作状态不同分为三种，三种放大器的转移特性如图 所示， 一般来说可以将功率放大器依据工作状态不同分为三种，三种放大器的转移特性如图3.1.1所示， 所示 其中Q 分别是三种不同功率放大器的静态工作点， 的电压坐标为u 的门槛电压， 其中 A、QB、QC分别是三种不同功率放大器的静态工作点， QB的电压坐标为 BE的门槛电

9、压， 记作Uon。QC的电压坐标为 记作 。 的电压坐标为-UBB，晶体管的集电极电流波形也如图中所示，分别工作在全导通， ，晶体管的集电极电流波形也如图中所示，分别工作在全导通， 半导通，和小于半导通的三种情况下。分别称它们为甲类，乙类和丙类功率放大器。 半导通，和小于半导通的三种情况下。分别称它们为甲类，乙类和丙类功率放大器。 ic QA QC QB O t O t O ub t ub Ube ub 3 6 0 1 8 0 1 8 0 0 U on UBB 甲类静态有损耗：效率最低 乙类静态无损耗：效率较高 丙类静态无损耗动态时导通角大 RF 于时才有损耗：效率最高 图 2-25 Q点 不

10、 同 时 的 ic导 通 角 图3.1.1甲类、乙类和丙类放大电路转移特性比较 电子信息学院 RF 无线电通信电路测试与设计 为了提高谐振功率放大器的效率，通常都采用丙类功率放大器， 为了提高谐振功率放大器的效率，通常都采用丙类功率放大器， 因此这里只介绍丙类功放的制作。在丙类工作状态下， 因此这里只介绍丙类功放的制作。在丙类工作状态下，集电极 电流的导通时间小于半个周期， 电流的导通时间小于半个周期，集电极电流与输入信号之间存 在着严重的非线性失真，为了滤除非线性失真，其负载采用LC 在着严重的非线性失真，为了滤除非线性失真，其负载采用 谐振网络，谐振负载的作用是： 谐振网络，谐振负载的作用

11、是：从失真的集电极电流脉冲中选 出基波，滤除谐波，从而得到不失真的输出电压。 出基波，滤除谐波，从而得到不失真的输出电压。 RF 电子信息学院 RF 简单高频功率放大器 VBB基极负偏置：丙类工作状态 基极负偏置： 无线电通信电路测试与设计 VCC集电极偏置：提供集电极回路电流 集电极偏置： R1、L1、C1 谐振电路 选频、匹配 、 、 谐振电路: 选频、 对信号源频率谐振 L1 C1 R1 输入Vb： 输入 ：正弦波 输出： 输出：与输入频率相同的正弦波 VBB C2 RF VCC Vb 电子信息学院 RF 无线电通信电路测试与设计 XSC2 G A B T A B XSC1 G T 简单

12、高频功率放大器输入输出电压仿真 L1 C1 R1 V1 C2 V3 V2 RF 结论： 结论：输出电压不失真放大 电子信息学院 RF 无线电通信电路测试与设计 XSC2 G A B T 简单高频功率放大器输出电流仿真 XSC1 G A B T 0.5uH L1 C1 50pF R1 390ohm R2 1ohm V1 0.1V C2 0.01uF V3 V2 0.75V 30MHz 0Deg 12V RF 电子信息学院 RF 无线电通信电路测试与设计 1. 高频功率放大器输入输出波形分析 ub , uBE , iB , iC , uCE , uC iC + uC _ C1 R1 设输入电压ub

13、=Ubmcosct， L1 uBE =VBB + ub = VBB + Ubmcosct iB为一周期性余弦电流脉冲 (见转移特性 见转移特性) 见转移特性 VBB iB C2 VCC ub RF 电子信息学院 RF iB 无线电通信电路测试与设计 通角如何计算? U on ? VBB cos U bm 通角=时 通角 时, iB=0 , iC=0 谐振功率放大器的iB RF 可称为半流通角或截止角（意即t= 时，电流被截止）。 为方便起见，以后将简称为通角。 电子信息学院 RF 无线电通信电路测试与设计 iB为一周期性余弦电流脉冲 iC =iB ， 按傅里叶级数分解为: 可将集电极余弦电流脉

14、冲iC按傅里叶级数分解为: iC =IC0 + ic1 + ic2 + = IC0 + Ic1mcosct + Ic2mcos2ct + 由于回路对基频谐振， 对其他谐波的阻抗很小，且呈容性，因此， 由于回路对基频谐振，呈纯电阻RP，对其他谐波的阻抗很小，且呈容性，因此，只有基 频电流与基频电压才能产生输出电压， 频电流与基频电压才能产生输出电压， 因此 uc = -RPIc1mcosct = -Ucmcosct uCE =VCC + uc = VCC ? Ucmcosct 电子信息学院 RF 则 由上述分析可得谐振功率放大器的各极电压与电流波形如图所示。 由上述分析可得谐振功率放大器的各极电

15、压与电流波形如图所示。 RF 无线电通信电路测试与设计 结论： 结论：输入输出电压不失真 电流失真 RF 图3.1.4 谐振功放各极电压与电流的波形 电子信息学院 RF 无线电通信电路测试与设计 2、谐振功率放大器的功率关系 I C 0 = i Cmax 0 ( ) I c 1 m = i Cmax 1 ( ) I c n m = i Cmax n ( ) 式中 0 1 L n 的函数，称为尖顶余弦脉冲的分解系数， 是 的函数，称为尖顶余弦脉冲的分解系数， 可由傅立叶级数分解得到， 可由傅立叶级数分解得到， 可以推出 sin ? cos 0 ( ) = (1 ? cos ) ? cos sin 1 ( ) =