调幅发射系统.docx

摘要小功率调幅发射机常用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在中短波播送通信的领域里更是得到了广泛应用。本次课程设计主要设计了调幅发射系统，设计中我们结合了MUltiSim软件来对小功率调幅发射机电路的设计与调试方法进行了验证，其中Multisim软件能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理，而且在实验室我们通过高频实验台对调幅发射与接收系统进行了调试。发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制，将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。通常，发射机包括三个局部：高频局部,低频局部，和电源局部。高频局部一般包括主振荡器、缓冲放大、倍频器、中间放大、功放推动级与末级功放。主振器的作用是产生频率稳定的载波。低频局部包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级与末级低频功率放大级。关键词：小功率调幅发射机、振荡电路、调制电路、功率放大器目录摘要I一 .前言3二 .设计指标3设计要求3性能指标3三 .系统/总述3四 .单元电路设计与仿真54. 1.主振级电路5倍频电路6调制电路8上混频模块9功率放大电路10五 .整机电路原理图12六 .高频实验平台整机联调13调幅发射机连接图136.2调幅发射与接收完整系统的联调13整机联调及其常见故障分析14整机联调实验结果14七 .设计总结15八 .参考文献：15一WS高频电子线路课程设计的任务是在学生掌握和具备电子技术根底知识与单元电路的设计能力之后，通过课程设计，使学生加强对通信电子线路的理解，掌握文献资料检索、设计方案论证比拟，以及设计参数计算等能力环节，利用multisim等相关软件进行电路设计，进一步提高分析解决实际问题的能力，提高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，让学生了解高频电子通信技术在工业生产领域的应用现状和开展趋势。为今后从事电子技术领域的工程设计打好根底。二.设计指标1 .单元电路设计及仿真1）设计三点式振荡器、晶体振荡器和差分式振荡器等高频信号发生电路2）设计二极管单、双平衡调制器设计单双）差分对构成的乘法器调制电路设计三极管基极调幅、集电极调幅等调制电路3）设计上混频电路4）设计三极管倍频和锁相环倍频等倍频电路5）设计丙类谐振功率放大电路2 .调幅发射系统整机电路设计3 .高频实验平台整机联调工作频率范围：调幅制一般适用于中，短波播送通信，调幅发射机的工作频率一般在中频0.3-3MHZ）和高频3-30MHZ）范围内。根据设计要求，设计一个小功率调幅发射机,其工作频率为7MHz,输出载波频率为0.5Wo本机输出的最大功率（Po）max=（l+ma）2XPo=4><Po=4X0.5W=2Wo设输出变压器的效率=0.8,那么末级功率放大器管最大输出功率为（Po）max=2W0.8=2.5W,取功率放大器管功率增益为Ap=13dB（20倍），那么末级的最大鼓励功率应为125IlIW,而振荡器输出功率较小，一般为几十毫瓦即可。对于小型发射机，电源电压一般为915V,所以取标准电源12V。三.系统总述无线电通信的主要特点是利用电磁波的空间的传播来传递消息、，例如将一个地方的语言消息传送到另一个地方。这个任务是由无线电发射设备、无线电接收设备和发射天线和接收天线等来完成的。这些设备和传播的空间，就构成了通常所说的无线电通信系统。发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制，将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。通常，发射机包括三个局部：高频局部，低频局部，和电源局部。高频局部一般包括主振荡器、缓冲放大、倍频器、中间放大、功放推动级与末级功放。主振器的作用是产生频率稳定的载波。低频局部包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级与末级低频功率放大级。低频信号通过逐渐放大，在末级功放处获得所需的功率电平，以便对高频末级功率放大器进行调制。因此，末级低频功率放大级也叫调制器。调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡（载频）信号上去的过程。所以末级高频功率放大级那么成为受调放大器。一般调幅发射机的组成框图如图1所示，其工作原理是：第一本机振荡产生一个固定频率的中频信号，它的输出送至调制器；话音放大电路放大来自话筒的信号，其输出也送至调制器；调制器输出是已调制中频信号，该信号经中频放大后与第二本振信号混频；第二本振是一频率可变的信号源，一般选第二本振频率f02是第一本振fl与发射载频fc之和，混频器输出经带通或低通滤波器滤波，是输出载频fc=f02-fl;功放级将载频信号的功率放大到所需发射功率。天线根据调幅发射机的工作原理，本设计调幅发射机的组成框图如图2所示:低频信号倍频调幅功率放大图2设计调幅发射机组成框图本地振荡器：用来产生最初的高频振荡，通常振荡功率是很小的，由于整个发射机的频率稳定度有它决定，因此要求它具有准确而稳定的频率。倍频器：将频率较低的信号通过倍频变换成频率较高的信号。幅度振荡器：用来产生调幅波，即将调制信号调制到高频振荡频率上。混频器：是实现将放大的信号和本振电路模块产生的信号一起输入经过混频电路进行变频，并能选出中频信号（fi=fo+fs；功率放大器：主要作用是在鼓励信号的频率上，产生足够大的功率送到天线上去，同时滤除不需要的频率（高次谐波，以免造成对其他电台的干扰。晶体振荡器电路如图3所示:振荡器是无线电发射的心脏局部高频振荡器的主要作用是产生频率稳定的载波,它的频率叫做载频。由于晶体稳定性好，Q值高，故频率稳定度也高。因此，主振级（高频振荡器）采用晶体振荡器，满足所需的频率稳定度。频率稳定度是振荡器的一项十分重要的技术指标，表示一定时间范围内或一定的温度、湿度、电源电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，振荡频率的相对变化量越小，那么说明振荡频率稳定度越高。改善频率稳定度，从根本上来说就是力求减少振荡频率受温度等外界因素影响的程度，振荡回路是决定振荡频率的主要部件。因此，改善振荡频率稳定度的最重要措施是提高振荡回路在外界因素变化时保持谐振频率不变的能力。这就是通常所谓的提高振荡回路标准性。晶体振荡器实际上是压电效应振荡器,石英晶体做谐振材料可以满足温度系数小何低噪声的要求。本设计采用的是并联型晶体振荡电路（皮尔斯振荡电路），其中Rl和R2构成分压式偏置电路，Ll为高频扼流圈，Cl为旁路电容，C5为耦合电容，晶体在振荡器中起的是高Q电感的作用。晶体振荡器输出波形如图4所示：倍频器有晶体管倍频器、变容二极管倍频器、阶跃恢复二极管倍频器等。用其他非线性电阻、电感和电容也能构成倍频器，如铁氧体倍频器等。非线性电阻构成的倍频器，倍频噪声较大。这是因为非线性变换过程中产生的大量谐波使输出信号相位不稳定而引起的。倍频次数越高，倍频噪声就越大，使倍频器的应用受到限制。在要求倍频噪声较小的设备中，可采用根据锁相环原理构成的锁相环倍频器和同步倍频器。但是，这类倍频器线路比拟复杂，倍频次数一般不太高，而且还可能出现相位失锁等问题。微波振荡器的频率稳定度不太高，在几十兆赫至百兆赫的晶体振荡器后面加上一级高次倍频器，可以获得具有晶振频率稳定度的微波振荡。另外，多级倍频器级联起来，可以使倍频次数大大提高。例如，二倍频器和三倍频器级联可产生六次倍频，m级N倍频器级联，总倍频次数为Nm。不过，倍频级数增加，倍频噪声也加大，故倍频上限仍受到限制。本设计采用的是三极管倍频器，这种倍频器的电路与调谐放大器相似，但晶体管工作点通常置于伏安特性的截止区，输出回路那么调谐在输入频率的n次谐波上。由于晶体管仅在输入电压正半周的局部时间内导通，其集电极电流为一含有输入信号基频和各次谐波的脉动电流。利用调谐于f=nf1的回路的选频作用，倍频器即可输出所需频率。为使输出信号幅度足够大，这种倍频器的倍频次数较低，一般n=35。n增大输出幅度将显著减小。这种倍频器的优点具有一定功率增益。三极管倍频电路如图5所示：X8C14mnGBBlw*二®÷Z405USChanneIJChannel/-1LM4V864.388mVI12*2.405usT2110OOOsL4V64.388mV0.000V0.0VSaveEt.t11QQfTmebeseO¼三nndAOwmdBTnQger5ce:100nSMScate:10V3Sate:SVmEdge;国考08EXpos.(Pv):0Ypos.(prv):R).vYPOS.(PVv):0.8Levd:qy图6倍频电路仿真波形由电磁场理论知道，只有频率较高的振荡才能被天线有效的辐射。但是人的讲话声音变化为相应的电信号频率较低，不适于直接从天线上辐射。因此，为了传递消息，就必须将要传递的消息“记载”到高频振荡上去，这一“记载”过程称为调制。调制过程就是用被传递的低频信号去控制高频振荡信号是高频输出信号的参数相应于低频信号变化而变化，从而实现低频信号搬移到高频段，被高频信号携带传播的目的。本设计采用二极管单平衡调制器电路，电路如图7所示。振幅调制就是用低频调制信号去控制高频载波信号的振幅，使载波的振幅随调制信号成正比的变化。经过振幅调制的高频载波称为振幅调制波（简称调幅波）。调幅波有普通调幅波（AM）、抑制载波的双边带调幅波（DSB）和抑制载波的单边带调幅波（SSB）三种。本设计采用二极管单平衡调制器电路。其常规调制的原理框图如图8所示：-4-0.707Vrms、)l00kHzJo。D1-¼-1N414835.35mVrms1kHzO090707Vrms100kHzD2-H-1N4148调幅波CoSl喂载波信号为："c3=°s由原理框图得AM调幅波为:UAMC)="o(%)x"c(%)="s(l+?CoSQzL)CoSWJ,ma=ka772其中,：调制指数或调幅度，它表示载波振幅受调制信号控制程度,为调制电路决定的比例常数。二极管单平衡调制器电路仿真波形如图9所示：亍.-有心三/B迂口付IILTTJ用午吊比少t"订XUIHJ尔牙HlfE平左日匕土K里女。在所有的无线设计中，混频器和调制器都支持变频并实现通信。他们确定整个信号链的根本规格。他们的接收信号链具有最高功率，对来自发射通路中的数模转换器（DAe）的信号上进行变频，并实现数字预失真（DPD系统，从而影响整个通信系统的性能。最简单的混频器就是一个乘法器。音频混频器只增加信号。射频混频器实际上增加输入信号已产生新频率输出信号。射频调制器和解调器本质上就混频器，这些器件获取基带输入信号并输出射频调制信号（反之亦然）由于影响混频器的因素同时也会影响调制器，因此本课设主要从混频器的角度进行考虑。接收器一般采用上变频来实现高频RF信号的处理，发射器那么将低频基带信号转换成高速射频。混频器所有局部都像负载和源一样。上混频电路如图10所示：图10上混频电路平衡项器不k更容总系统功率放大器主要有甲类、甲乙类或乙类（限于推挽电路）、丙类功放，根据功放的输出功率和效率来确定选择哪一种。采用低电平调幅电路的系统，由于调制器输出信号为调幅波,其后的功率放大器必须是线性的（如甲类、甲乙类或乙类功放；而采用高电平调幅电路的系统，那么在末级直接产生到达输出功率要求的调幅波，多以丙类放大器作为此时的末级电路。高频功