調(diào)幅發(fā)射機課程設計要點

1、摘要用調(diào)制信號去控制載波的某個參數(shù)的過程，叫調(diào)制。用調(diào)制信號去控制高頻振蕩器的 幅度，使其幅度的變化量隨調(diào)制信號成正比的變化，這一過程叫做振幅調(diào)制。經(jīng)過幅度調(diào)制 后的高頻振蕩稱為幅度調(diào)制波（簡稱調(diào)幅波）。早期的VHF頻段的移動通信電臺大都采用調(diào)幅方式，由于信道快衰落會使模擬調(diào)幅產(chǎn)生 附加調(diào)幅而造成失真，目前已很少采用。調(diào)頻制在抗干擾和抗衰落性能方面優(yōu)于調(diào)幅制，對 移動信道有較好的適應性，現(xiàn)在世界上幾乎所有模擬蜂窩系統(tǒng)都使用頻率調(diào)制。由于高頻信 號的幅度很容易被周圍環(huán)境所影響。所以調(diào)幅信號的傳輸并不十分可靠。在傳輸?shù)倪^程中也 很容易被竊聽，不安全。所以現(xiàn)在這種技術(shù)已經(jīng)比較很少被采用，但在簡單設備

2、的通信中還 有采用。振幅調(diào)制根據(jù)頻譜結(jié)構(gòu)的不同可分為普通調(diào)幅 （AM波，抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC AM波和抑制載波的單邊帶調(diào)幅（SSB-SC AM波。本設計的調(diào)幅發(fā)射機指的是 AM調(diào)幅。調(diào)幅發(fā)射機是由本機振級、緩沖級、調(diào)制級、功率激勵與放大電路及音頻放大器等組成。 關(guān)鍵字：振蕩、倍頻、調(diào)幅、混頻、放大目錄一、前言 1二、設計指標 2三、系統(tǒng)總述 33.1設計總體思路 33.2原理框圖 33.3各部分的作用 4四、單元電路設計及仿真 54.1本地振蕩器模塊 54.2倍頻模塊 74.3調(diào)幅模塊 84.4上混頻模塊 114.5 功率放大模塊 13五、整機電路設計圖 14六、設計總結(jié) 15七

3、、參考文獻： 16一、前言無線電技術(shù)誕生以來，信息傳輸和信息處理始終是其主要任務。要將無線電信號有效地 發(fā)射出去，天線的尺寸必須和電信號的波長為同一數(shù)量級，為了有效地進行傳輸。必須將攜 帶信息的低頻電信號調(diào)制到幾十 MHz至幾百MHz以上的高頻振蕩信號上，再經(jīng)天線發(fā)送出去， 調(diào)頻是信號發(fā)射必不可少的一個環(huán)節(jié)。調(diào)頻發(fā)射機目前處于快速發(fā)展之中，在很多領(lǐng)域都有 了很廣泛的應用，可以用于演講、教學、玩具、防盜監(jiān)控等諸多領(lǐng)域。通信系統(tǒng)中的發(fā)送設備是將信息發(fā)送者送來的非電量原始信息（信源）如語音、文字和 圖像等轉(zhuǎn)變成電信號，再把信號處理成適合于信道傳輸?shù)男盘栃问剿椭列诺?。信源信號在?信系統(tǒng)中稱為基帶信號

4、。基帶信號是頻譜在零頻附近的寬帶信號，這種信號一般具有從零頻 開始的較寬的頻譜，而且在頻譜的低端分布較大的能量，所以稱為基帶信號，這種信號不宜 直接在信道中傳輸。如果將消息信號對頻率較高的載波進行調(diào)制，就能使信號的頻譜搬移到 適合信道的頻率范圍內(nèi)進行傳輸。例如聲音基帶信號的頻率范圍是20Hz20kHz,這樣的基帶信號是不能在無線信道上傳輸?shù)摹＜词乖谀承┛梢詡鬏斨绷鞯挠邢扌诺郎?，為了提高信?的通信容量，基帶信號的傳輸方式也很少采用。一般是用基帶信號去改變某個高頻正弦電壓（載波）的參數(shù)，使載波的振幅、頻率或相 位隨基帶信號而變化，這一過程稱為調(diào)制。在通信系統(tǒng)中，調(diào)制有三個主要作用：1調(diào)制的過程就

5、是一個頻譜搬移的過程，將原來不適宜傳輸?shù)幕鶐盘栴l譜搬移到適宜傳輸?shù)哪骋粋€ 頻段上，然后傳輸至信道；2調(diào)制的另一個重要作用是實現(xiàn)信道復用，即把多個信號分別安 排在不同的頻段上同時進行傳輸，以提高信道容量；3調(diào)制可以提高通信系統(tǒng)抗干擾的能力，例如將信號頻率搬移，從而離開某一特定干擾頻率。調(diào)幅發(fā)射機目前正廣泛應用于無線電廣 播系統(tǒng)中，本次課程設計完成了小信號調(diào)幅發(fā)射機從設計到仿真調(diào)試的完整設計工作。二、設計指標完成調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)各單元電路的設計及仿真，并利用multisim開發(fā)軟件完成整機電路的調(diào)試。設計任務及主要技術(shù)指標和要求如下：2.1單元電路設計及仿真1 ）設計LC電容三點式振蕩器產(chǎn)生高頻信號

6、2 ）設計三極管倍頻電路，完成信號的三倍頻3 ）設計雙差分對構(gòu)成的乘法調(diào)制器4 ）設計混頻電路5 ）設計丙類諧振功率放大電路2.2調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)整機電路設計2.3高頻實驗平臺整機聯(lián)調(diào)三、系統(tǒng)總述3.1設計總體思路無線電通信的主要特點是利用電磁波的空間的傳播來傳遞消息，例如將一個地方的語言 消息傳送到另一個地方。這個任務是由無線電發(fā)射設備、無線電接收設備和發(fā)射天線和接收 天線等來完成的。這些設備和傳播的空間，就構(gòu)成了通常所說的無線電通信系統(tǒng)。發(fā)射設備是無線電通信系統(tǒng)的重要組成部分，它是將電信號變換為適應與空間傳播特性 的信號的一種傳輸裝置。它首先要產(chǎn)生頻率較高的并且具有一定功率的振蕩。因為只有頻率

7、 較高的振蕩才能被天線有效的輻射，還需要有一定的功率才可能在空間建立一定強度的電磁 場，并傳播到較遠的地方。高頻功率的產(chǎn)生通常是利用電子管或晶體管，把直流能量轉(zhuǎn)化為 高頻能量，這是由高頻振蕩器和高頻功率放大器完成的。通常是經(jīng)過轉(zhuǎn)換設備如話筒就是最簡單的轉(zhuǎn)換設備，把消息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，這種電信號 的頻率都比較低，不適于直接從天線上輻射。因此，為了傳輸消息，就要使高頻振蕩的某一 個參數(shù)隨著上述電信號而變化，這個過程叫做調(diào)制。在無線電發(fā)送設備中，消息是“記載” 在載波上而傳送出去的。通信系統(tǒng)中的發(fā)送設備采用調(diào)幅方式則稱為調(diào)幅發(fā)射機，一般調(diào)幅發(fā)射機的組成框圖如 圖所示，工作原理是：本機振蕩產(chǎn)生一個固定頻

8、率的載波信號，載波信號經(jīng)緩沖倍頻送至振 幅調(diào)制電路；話音放大電路將低頻信號（例如語音信號）放大至足夠的電壓送到振幅調(diào)制電 路；振幅調(diào)制電路的輸出信號經(jīng)高頻功率放大器，高放級將載頻信號的功率放大到所需的發(fā) 射功率，然后經(jīng)天線輸出。3.2原理框圖低頻信號源本振電路振蕩器倍頻調(diào)幅上混頻高頻功率放大器圖3.1振幅發(fā)射系統(tǒng)的原理框圖3.3各部分的作用本地振蕩器：用來產(chǎn)生最初的高頻振蕩，通常振蕩功率是很小的，由于整個發(fā)射機的 頻率穩(wěn)定度有它決定，因此要求它具有準確而穩(wěn)定的頻率。倍頻器：將頻率較低的信號通過倍頻變換成頻率較高的信號。調(diào)幅：用來產(chǎn)生調(diào)幅波，即將調(diào)制信號調(diào)制到高頻振蕩頻率上。混頻器：是實現(xiàn)將放大

9、的信號和本振電路模塊產(chǎn)生的信號一起輸入經(jīng)過混頻電路進行 變頻，并能選出中頻信號(fi=fo+fs )；功率放大器：主要作用是在激勵信號的頻率上，產(chǎn)生足夠大的功率送到天線上去，同 時濾除不需要的頻率(高次諧波)，以免造成對其他電臺的干擾。四、單元電路設計及仿真4.1本地振蕩器模塊本振電路由電容三點式振蕩電路構(gòu)成，本地振蕩器功能：為混頻器產(chǎn)生fL,是可調(diào)的，并能跟蹤fC,以實現(xiàn)變頻功能。其電容三點式振蕩器電路圖如圖4.1所示。4.1.1 LC電容三點式振蕩器的基本工作原理LC 振蕩器實質(zhì)上是滿足振蕩條件的正反饋放大器。LC振蕩器是指振蕩回路是由LC元件 組成的。從交流等效電路可知：由LC振蕩回路引

10、出三個端子，分別接振蕩管的三個電極，而 構(gòu)成反饋式自激振蕩器，因而又稱為三點式振蕩器。如果反饋電壓取自分壓電感，則稱為電 感反饋LC振蕩器或電感三點式振蕩器；如果反饋電壓取自分壓電容，則稱為電容反饋LC振蕩器或電容三點式振蕩器。在幾種基本高頻振蕩回路中，電容反饋LC振蕩器具有較好的振蕩 波形和穩(wěn)定度，電路形式簡單，適于在較高的頻段工作，尤其是以晶體管極間分布電容構(gòu)成 反饋支路時其振蕩頻率可咼達幾百 MHz-GHz4.1.2 LC 振蕩器的起振條件、參數(shù)選擇和頻率穩(wěn)定度一個振蕩器能否起振，主要取決于兩個基本條件，即：振幅起振平衡和相位平衡條件。 參數(shù)的選擇：振蕩頻率主要由L、c2決定，f=1/2

11、 n LC，反饋系數(shù)F不宜過大或過小，一般經(jīng)驗數(shù)據(jù)F0.1-0.5頻率穩(wěn)定度表示：在一定時間或一定溫度、電壓等變化范圍內(nèi)振蕩頻率的相對變化程度。 則，其仿真如4.2、4.3所示。圖4.2電容三點式起振仿真圖圖4.3電容三點式穩(wěn)定時的仿真4.2倍頻模塊421倍頻器的工作原理倍頻器是一種將輸入信號頻率成整數(shù)倍（2倍、3倍、n倍）增加的電路。它主要用于 甚高頻無線電發(fā)射機或其它電子設備。采用倍頻器的主要原因有：（1）降低設備的主振頻率。由于振蕩器頻率愈高穩(wěn)定性愈差，一般采用頻率較低而穩(wěn)定度較高的晶體振蕩器，以后加若 干級倍頻器達到所需頻率。一般基音體頻率不咼于20MHz具有咼穩(wěn)定性的晶體頻率通常不超

12、過5 MHz所以工作頻率高，要求穩(wěn)定性又嚴格的通信設備和電子儀器就需要倍頻。 對于調(diào)相或調(diào)頻發(fā)射機，利用倍頻器可以加大相移或頻移，即可增加調(diào)制度。（3）可以提高發(fā)射機的工作頻率穩(wěn)定性。因為采用了倍頻器，輸入頻率與輸出頻率不同，從而減弱了寄生耦合。倍頻器的種類有多種，本次可設使用丙類放大器構(gòu)成的倍頻器，即所謂“丙類倍頻器”。前 面討論已經(jīng)指出，丙類放大器晶體管集電級電流脈沖中含有豐富的諧波分量。如果集電極調(diào) 諧回路諧振在二次或三次諧波頻率上，放大器就主要有二次或三次諧波電壓輸出。4.2.2 功能倍頻器實質(zhì)上就是一種輸出信號等于輸入信號頻率整數(shù)倍的電路，常用的是二倍頻和三倍頻器。在手持移動電話中倍

13、頻器的主要作用是為了提升載波信號的頻率，使之工作于對與 應的信道；同時經(jīng)倍頻處理后，調(diào)頻信號的頻偏也倍提高，即提高了調(diào)頻調(diào)制的靈敏度,這樣可降低對調(diào)制信號的放大要求。采作倍頻器的另一個好處是：可以使載波主振蕩器與高頻放大器隔離，減小高頻寄生耦合，有得于減少高頻自激現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高整機工作穩(wěn)定性。三倍頻電路如圖4.4圖4.4三極管倍頻電路采用倍頻器的主要原因有:（1）降低設備的主振頻率。由于振蕩器頻率愈高穩(wěn)定性愈差，一般采用頻率較低而穩(wěn)定度 較高的晶體振蕩器，以后加若干級倍頻器達到所需頻率。故工作頻率高，要求穩(wěn)定性又嚴格的通信設備和電子儀器就需要倍頻。(2) 對于調(diào)相或調(diào)頻發(fā)射機，利用倍頻器可以

14、加大相移或頻移，即可增加調(diào)制度。(3) 可以提高發(fā)射機的工作頻率穩(wěn)定性。則仿真結(jié)果如圖4.5所示。Osdlloscope-XSCl圖4.5三極管倍頻仿真圖4.3調(diào)幅模塊有電磁場理論知道，只有頻率較高的振蕩才能被天線有效的輻射。但是人的講話聲音 變化為相應的電信號頻率較低，不適于直接從天線上輻射。因此，為了傳遞消息，就必須將 要傳遞的消息“記載”到高頻振蕩上去，這一“記載”過程稱為調(diào)制。調(diào)制過程就是用被傳 遞的低頻信號去控制高頻振蕩信號是高頻輸出信號的參數(shù)相應于低頻信號變化而變化，從而 實現(xiàn)低頻信號搬移到高頻段，被高頻信號攜帶傳播的目的。本實驗采用集電極調(diào)幅電路，電 路圖如圖4.6所示。XSC1

15、圖4.6集電極調(diào)幅電路4.3.1調(diào)制電路的基本工作原理振幅調(diào)制就是用低頻調(diào)制信號去控制高頻載波信號的振幅，使載波的振幅隨調(diào)制信號成正比的變化。經(jīng)過振幅調(diào)制的高頻載波稱為振幅調(diào)制波（簡稱調(diào)幅波）。調(diào)幅波有普通調(diào)幅波（AM、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波（DSB和抑制載波的單邊帶調(diào)幅波（SSB三種。其常規(guī)調(diào) 制的原理框圖如圖4.7所示。山Uamcos wct圖4.7常規(guī)調(diào)制的原理框圖調(diào)幅波的表達式、波形：設調(diào)制信號為單一頻率的余弦波：u I I t = Um co 1 t載波信號為：Uct -UcmCOSWct由原理框圖得 AM 調(diào)幅波為：U AM t - U 1 t Uc t Ucm 1 ma cOS

16、t cosWct其中makaUmUcmma ：調(diào)制指數(shù)或調(diào)幅度,它表示載波振幅受調(diào)制信號控制程度,為調(diào)制電路決定的比例常數(shù)。由上述原理得出載波信號、調(diào)制信號及已調(diào)信號的波形分別如圖4.8、4.9所示T1 4 不時間通道丄799.945 usvChamdBSce: 100 mVvTngoerEdge；國匡）Q s1|eFHIIm1r圖4.9已調(diào)信號的波形4.4上混頻模塊在通信技術(shù)中，經(jīng)常需要將信號自某一頻率變化為另一個頻率，一般用的較多的是把一個已調(diào)信號的高頻信號變化為另一個較低信號的同類已調(diào)信號，完成這種頻率變化的電路稱混 頻器。在超外差接收機中的混頻器的作用是使波段工作的高頻信號，通過與本機

17、振蕩信相混,得到一個固定不變的中頻信號。混頻器常用的非線性器件有二極管、三極管、場效應管和乘 法器。本實驗中采用的是三極管混頻，其電路模型如圖4.10所示，具體電路如圖4.11所示非線性器件帶通濾波器本地振蕩器圖 4.11上混頻電路原理圖R3 5kQL2 O.lmH200mVcms 2065kH2圖4.10 混頻器的電路原理框圖441混頻的基本原理把一個已調(diào)的高頻信號比啊換成另一個較低頻率的同類已調(diào)信號，完成這種頻率變換 的電路稱為混頻器。采用混頻器后，接收機的性能將得到提高，這是由于：（1）混頻器將高頻信號頻率變換成中頻，在中頻上放大信號，放大器的增益可以作 得很高而不自激，電路工作穩(wěn)；經(jīng)中

18、頻放大后，輸入到檢波器的信號可以達到 伏特數(shù)量級，有助于提高接收機的靈敏度。（2）由于混頻后所得的中頻頻率是固定的，這樣可以使電路結(jié)構(gòu)簡化。（3）要求接收機在頻率很寬的范圍內(nèi)選擇性好， 有一定困難，而對于某一固定頻率 選擇性可以做的很好。其混頻仿真波形如圖4.12所示。圖4.12上混頻電路仿真圖4.5功率放大模塊高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它是將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換為高頻交流輸出。 高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件， 它也是一種以諧振電路做負載的放大器。 而在此電路中我們采用的是丙類調(diào)諧功率放大器，如圖 4.13所示。圖4.13丙類功率放大電路4.5.1丙類放大器的基本原理

19、由于丙類調(diào)諧功率放大器采用的是反相偏置，在靜態(tài)時，管子處于截止狀態(tài)。只有當激勵信號u b足夠大，超過反偏壓Eb及晶體管起始導通電壓U i之和時，管子才導通。管子只有在一個周期的一小部分內(nèi)導通。集電極電流是周期性的余弦脈沖。放大器輸出波形如圖4.14所示。ReverseExt. trigger 土匡T2T1TimeChannel AChannel B3.03&TTI&963,035 ttiV61 144 mV玉Q3S ns-8S1.144 mVO.COOs0 000 V0.000 VSave圖4.14丙類放大器仿真圖五、整機電路設計圖整機電路是由LC電容三點式、三倍頻、核心調(diào)幅電路、上混頻及功率

20、放大電路等模塊 組成。其中，LC電容三點式振蕩電路產(chǎn)生高頻率且相對穩(wěn)定的輸入載波信號，倍頻器電路是 將振蕩電路產(chǎn)生的載波信號進行進一步的放大，使其變化為更高頻率的信號。調(diào)幅電路是將 載波信號與低頻信號源產(chǎn)生的調(diào)制信號相乘來產(chǎn)生調(diào)幅信號?；祛l電路是實現(xiàn)將已調(diào)信號與 本振信號相乘進行變頻（其中 fi=fo+fs ）.功率放大電路是將調(diào)制信號的能量放大同時濾除 不需要的頻率（高次諧波），以免造成對其他電臺的干擾。六、設計總結(jié)在這次課程設計中，我們組的任務是調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)整機電路設計，我做的中心電路是集電極調(diào)幅電路，單元電路是功率放大器。這次通信電子線路課程設計給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，