無線調(diào)幅發(fā)射機(jī)知識講解

1、咼頻電路課程設(shè)計無線調(diào)幅發(fā)射機(jī)學(xué) 號：姓 名：專業(yè)班級：指導(dǎo)老師：年月日摘要 高頻電子線路系統(tǒng)地介紹了通信系統(tǒng)，特別是無線通信系統(tǒng)中 的最基本電路及他們的功能， 給出了定性及定量分析這些電路性能的 方法。這些電路包括了發(fā)射機(jī)及接收機(jī)中的選頻放大電路、 混頻電路、 功放電路、振蕩電路、調(diào)制及解調(diào)電路、鎖相環(huán)電路、自動增益控制 電路及頻率合成電路。本課程的基本知識教學(xué)目標(biāo)與能力目標(biāo)是：通過理論和實(shí)踐教 學(xué)，使學(xué)生了解晶體管工作于高頻時的工作原理， 特性參數(shù)及微變等 效電路，掌握高頻單元電路的線路組成、基本工作原理、分析方法、 技術(shù)要求及一些典型集成電路的實(shí)際應(yīng)用， 并且具備一定的理論水平 和足夠的

2、實(shí)踐技能，以及使用先進(jìn)仿真軟件的能力，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)、 掌握電子、通訊技術(shù)的專業(yè)知識和職業(yè)技能打下基礎(chǔ)。高頻電子線路是一門理論性、 工程性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程。 學(xué)生 通過本課程的學(xué)習(xí)， 不但應(yīng)該掌握必要的基礎(chǔ)理論知識， 而且還應(yīng)在 分析問題、 解決問題和實(shí)際動手能力等方面得到鍛煉和提高。 對于這 些能力的培養(yǎng)，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)必須密切聯(lián)系、互相配合， 才會取得比較好的效果。 在本課程教學(xué)中應(yīng)從以下幾個方面來加強(qiáng)這 些能力的培養(yǎng)：1 在分析問題的方法上，由常用基本電路入手，講清基本原理，然 后適當(dāng)綜合，再應(yīng)用到實(shí)用電路的分析中去。2 注意與實(shí)踐課的配合，在理論課中講清基本原理、典型電路和

3、基本應(yīng)用電路， 在實(shí)踐課中學(xué)習(xí)有關(guān)電路的測試、 調(diào)整的原理和方法 以及器件的參數(shù)選擇等。3 增加必要的例題和實(shí)用電路的分析。 例題著重于問題的分析過程 和解題方法的介紹，對電路實(shí)例的分析則力求由淺入深。無限調(diào)幅發(fā)射機(jī)由電路原理仿真和主振蕩電路的設(shè)計與仿真， 緩沖放大電路的設(shè)計仿真，集電極調(diào)幅電路的設(shè)計與仿真。目錄摘要 1第一章 選題意義 3第二章 總體方案 42.1 無線調(diào)幅發(fā)射機(jī)工作原理 42.2 無線調(diào)幅發(fā)射機(jī)方框圖和系統(tǒng)仿真 4第三章 各部分設(shè)計與原理分析 83.1 主振蕩電路的設(shè)計與仿真 83.2 緩沖放大電路的設(shè)計與仿真 103.3 集電極調(diào)幅電路的設(shè)計與仿真 133.4 總電路圖

4、14第四章 參數(shù)選擇 15第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 17第六章 結(jié)論 18第七章 心得體會 19第八章 參考資料 20致謝 19第一章選題意義本課程設(shè)計是關(guān)于一個無線電調(diào)幅發(fā)射機(jī)電路的設(shè)計，通過本課程設(shè)計，可 以鞏固已學(xué)的高頻電子線路理論知識， 建立無線電發(fā)射機(jī)的整機(jī)概念，了解發(fā)射 機(jī)整機(jī)各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，能夠設(shè)計出符合設(shè)計目標(biāo)的電路。通過課程設(shè)計，可以培養(yǎng)設(shè)計電路的能力，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力，培養(yǎng)應(yīng)用EDA軟件仿真的能力，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，同時將激發(fā)自己學(xué)習(xí)通信的興趣， 將全 面提升自己的能力。無線電調(diào)幅發(fā)射機(jī)電路包括四個電路子模塊：高頻載波發(fā)生電路，音頻信號 放大電路，高頻功率放大電

5、路，集電極調(diào)幅電路。本課程設(shè)計的具體指標(biāo)要求如 下表1.1和表1.2所示：表1.1高頻載波發(fā)生電路設(shè)計指標(biāo)電路名稱頻率頻率穩(wěn)定度電源電壓高頻載波發(fā)生電路13.6M-4 w 109V表1.2集電極調(diào)幅電路設(shè)計指標(biāo)電路名稱調(diào)制系數(shù)輸出功率電源電壓集電極調(diào)幅電路80%> 0.25W12V音頻放大器可以采用合適的低頻放大器。各部分電路的電源電壓要求可由電源電路變換得到第二章總體方案2.1無線調(diào)幅發(fā)射機(jī)工作原理該無線電調(diào)幅發(fā)射機(jī)的主要任務(wù)是完成音頻信號 (20Hz-20KHz)對高頻載波的 調(diào)制,將其變?yōu)樵谀骋恢行念l率(13.6MHz)上具有一定帶寬、適合通過天線發(fā)射的 電磁波。發(fā)射機(jī)包括三個部分

6、：高頻部分，低頻部分和電源部分。高頻部分一般包括主振蕩器、緩沖放大、倍頻器、中間放大、功放推動級與 末級功放。主振器的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的載波。 為了提高頻率穩(wěn)定性，主振級 可以采用改進(jìn)型的電容三端振蕩器克拉潑電路，并在它后面加上緩沖級，以削弱后級對主振器的影響。低頻部分包括話筒、低頻電壓放大級、低頻功率放大級與末級低頻功率放大 級。低頻信號通過逐漸放大，在末級功放處獲得所需的功率電平， 以便對高頻末 級功率放大器進(jìn)行調(diào)制。電源部分需要采用穩(wěn)壓電源，以減少對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。2.2 無線調(diào)幅發(fā)射機(jī)方框圖和系統(tǒng)仿真無線調(diào)幅發(fā)射機(jī)的方框圖如圖2.1所示所示:圖2.1無線調(diào)幅發(fā)射機(jī)的方框圖本課程設(shè)計

7、中采用systemview軟件來進(jìn)行無線調(diào)幅發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)級仿真。首先根據(jù)系統(tǒng)的要求，建立系統(tǒng)模型；然后根據(jù)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，設(shè)置各個模塊的參數(shù)，運(yùn)行仿真?？梢詮臅r域和頻域兩個角度來分析在調(diào)幅前后，高頻載波和低頻信號的時域波形和頻域頻譜的變化。在本課程設(shè)計中，采用的是集電極調(diào)幅以實(shí)現(xiàn)普通振幅調(diào)制的系統(tǒng)級的仿真，可以解決設(shè)計的整體思路，從而為下一級的 電路仿真，做好理論上的準(zhǔn)備。我們可設(shè)載波可表示為c(t) Acos( c o)(2.2 1)式中：A為載波幅度，c為載波角頻率，°為載波初始相位(令。=0)。低頻信號可以表示為m(t)，則幅度調(diào)制信號可以表示為Sm(t) Am(t)cos( c

8、t)(2.2 2)設(shè)調(diào)制信號m(t)的頻譜為M ()，則應(yīng)用傅里葉變換可以得到sm(t) AM( c) M(c) 2(2.2 3)從上式可以看出，在波形上，幅度已調(diào)信號，它的幅度隨著基帶信號的 規(guī)律而呈正比變化；在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內(nèi) 的簡單搬移。以下是用systemview軟件得到的仿真模塊圖和仿真結(jié)果圖。 具體如下列各圖所示?！癆*S4Til Time Sink 1 Refnrsh 三 D O15ODe-30 i5ODt"31ReM Wia Sink & R&frayh - D O s«oWHHH010De15(te-6il I

9、iinie Sink 7 Refresti = 0.0150t|0 50e-K)0el6ae-d圖22 無線調(diào)幅發(fā)射機(jī)仿真模塊圖Sink 7175e-025e-650e-615Oe-075eM6 1QOe0 125e-0Time in Second'E圖2.3低頻信號時域波形圖和頻譜圖(f=2kHz )SirJc 1艸卯|F叩艸Tqp訓(xùn)叩用呼們i|刑叩卩i艸叩叩】|即'1川1叩屮呼1叩01QQ115Q e-0176-©1|111川|川|,|1“1|山|川11,|1山川山1嘰1_1 ilklik JdlUl “l(fā)lh.l花 1上.IIuIiIiJiIi.AlIIlJIi

10、Io,1a25e-650a-B5a-e dOOe-9 I25e-S -l50e-6175c STime in £電亡ends圖2.4高頻載波時域波形圖和頻譜圖(f=13.6MHz)SinL &025e-675e-6 1ODe-0 125e-0150 e-0175e-0Tim)e m. Seconds亠圖2.5已調(diào)信號時域波形圖和頻譜圖通過仿真可以得出，從上面的分析可以得到，已調(diào)信號是以中心頻率為 fo 13.6MHz,帶寬為BW 4kHz的信號。通過調(diào)制，把基帶信號搬移到了較高 的頻段上，提高了輻射效率，減小了天線尺寸，提高了信道利用率拓展了信號帶 寬，提高了信號的抗干擾能力

11、、抗衰落能力，改善了通信的性能。通過系統(tǒng)級仿真，得出了設(shè)計的可行性，下面將設(shè)計各個功能模塊電路，并 用multism給出電路的仿真結(jié)果。第三章 各部分電路設(shè)計與原理分析上面已經(jīng)說明，本課程將重點(diǎn)設(shè)計無線調(diào)幅發(fā)射機(jī)的高頻部分。高頻部分一 般包括主振蕩器、緩沖放大、倍頻器、中間放大、功放推動級與末級功放。根據(jù) 系統(tǒng)要求，選擇設(shè)計主振蕩電路、 緩沖放大電路， 高頻功率放大器和集電極調(diào)幅 電路來完成任務(wù)。下面將具體設(shè)計各個模塊電路并給出仿真結(jié)果。3.1 主振蕩電路的設(shè)計與仿真在無線電技術(shù)中，采用振蕩器來產(chǎn)生高頻電流。振蕩器可以看做將直流電能 轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娔艿膿Q能器。振蕩器是無線電調(diào)幅發(fā)射機(jī)的基本單元。

12、 本課程設(shè)計 的主振蕩器是產(chǎn)生正弦波。根據(jù)指標(biāo)要求，設(shè)計出電容反饋式三端振蕩器的改進(jìn) 電路-克拉潑電路。下面給出電路設(shè)計圖，并給出分析。丄V19 VXFC1Q1C3HF100pFL23.3uH “i-XSC1gB2N2923C4120pFC5120pFXMM1圖3.1克拉潑振蕩電路分析該電路，為電容三段式振蕩器，所以其諧振頻率可以表示為(3.1 1)f 1(2 .To)其中，L 3.3 H ,C3 100pF,C4120pF,C5 120pF,，通過帶入公式(3.1 1)，可以解得其振蕩頻率為，f 13.634MHz 。下面給出圖中虛擬示波器 的波形圖，虛擬頻率計的頻率值。圖3.2克拉潑振蕩電

13、路波形圖圖3.3克拉潑振蕩電路頻率值經(jīng)過仿真，可以觀察到，克拉潑電路輸出波形較好，失真較小，這是因?yàn)榧姌O和基極電流可以通過對諧波為低阻抗的電容支路回到發(fā)射極，所以高次諧波的反饋減弱，輸出的諧波分量減小，波形更加接近正弦波。其次，該電路的不穩(wěn) 定電容（分布電容、器件的結(jié)電容等）都是與該電路并聯(lián)的，所以適當(dāng)加大回路的 電容量，就可以減弱不穩(wěn)定因素對振蕩頻率的影響，從而提高了頻率穩(wěn)定性。具體分析該電路，C3,C4,C5和L2構(gòu)成了振蕩回路，Ci為基極耦合電容。在設(shè)計電 路，可以使C4 C3,C5 C3，并且可以C3為可變電容，使C4和C5分隔開，使反 饋系數(shù)僅取決于C4和C5的比值，而振蕩頻率基本

14、上由C3和L2決定。這樣，C3就 減弱了晶體管與振蕩回路之間的耦合， 使折合到回路的有源器件參數(shù)減小， 從而 提高了頻率穩(wěn)定性。但是C3不能太小，否則將造成起振困難。3.2緩沖放大電路的設(shè)計與仿真考慮到主振蕩回路的頻率穩(wěn)定性和波形因素，減弱后級對主振器的影響，所 以需要在它后面加入緩沖級。所謂緩沖級就是一級幾乎不需要推動功率的放大 器。通常采用射極跟隨器電路。根據(jù)要求設(shè)計出其電路如下圖3.4所示。VCC9VR1 l.OkJR42O0kQ十2 cl1UF-POLXMM14 -R53.0kC122圖3.4 緩沖放大級電路圖本電路選用共集電極放大回路，電壓增益小于 1而接近于1,輸出電壓和輸 入電壓

15、同相；輸入電阻高，而輸出電阻低。這個特性可以用來作為電路的中間級，以隔離前后級之間的相互影響。為降低輸出電阻，可以選擇電流放大倍數(shù) 較大的BJT.仿真結(jié)果如圖3.5和圖3.6所示圖3.5緩沖放大電路波形圖MeasurementPulsefavmVTrigger Level0VSensitivity! HMSJCouplingACDC圖3.6緩沖放大電路波形圖3.3集電極調(diào)幅電路的設(shè)計與仿真由于高頻振蕩電路的輸出信號通常比較小，因此在隔離級之后需要加入高頻 放大電路，它的任務(wù)是將載波信號放大后送給調(diào)制級。 由于本課程設(shè)計采用集電 極調(diào)幅電路，屬于高電平調(diào)幅，所以必須采用高頻功率放大器， 使振蕩器

16、的輸出 電壓滿足要求。高頻功率放大器，工作的相對帶寬較窄，負(fù)載網(wǎng)絡(luò)采用的是諧振 回路，諧振頻率和載波的中心頻率 f 13.634MHz相同。高電平功率放大器的原 理是利用輸入到基極的信號，來控制集電極的直流電源所供給的直流功率， 使之 轉(zhuǎn)換為交流信號功率輸出。高頻功率放大器的重要指標(biāo)是功率和效率。如果要得 到較高的功率和效率，關(guān)鍵在于減少集電極耗散。使集電極電流ic在VC最小的時 候通過，那么，集電極耗散功率自然就會降低。為了獲得高的集電極效率，放大 器的集電極電路應(yīng)該是脈沖狀。高頻功率放大器，同時提高功率和效率時，存在 矛盾，為了兼顧功率和效率，最佳導(dǎo)通角為 70。左右。對于其負(fù)載特性的不同

17、， 可以分為臨界狀態(tài)，欠壓和過壓狀態(tài)。臨界狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)是輸出功率最大，效率c 也較高，可以說是最佳的工作狀態(tài)。這種工作狀態(tài)主要用于發(fā)射機(jī)末級。 過壓狀 態(tài)的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)阻抗變化時，輸出電壓比較平穩(wěn)；在弱壓時，振幅調(diào)制就是用基 帶信號來改變高頻載波的性質(zhì)，再由天線發(fā)射出去，從而實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。調(diào)制 是一個頻譜變換過程，必須用非線性元件來實(shí)現(xiàn)。采用調(diào)制的目的主要在于提高 天線的輻射效率，縮短天線尺寸；同時，每個電臺工作于不同的載波頻率，減小 了干擾。圖3.7集電極調(diào)幅電路波形圖zope-圖3.8集電極調(diào)幅電路波形圖0002T卜300p=R6 2CO3MCVCCWJ2K13緩沖級電賠克拉找碾蕩電路C0H

18、3R71.eRfi12COO 3C10Gdo-獨(dú)1：1 pF11 V 2DkksOC彗巨期！ 2009 d 1D第四章 參數(shù)選擇由于本電路工作于高頻狀態(tài)，所以應(yīng)該選用較高特征頻率的高頻管承擔(dān)。 一般可選用高頻管的特征頻率為電路最高工作頻率的 5-10 倍；電流放大倍數(shù)在 50-100 之間。為了提高傳輸效率，輸出變壓器采用自耦合式的變壓器，效率可以達(dá)到 90%（一般繞線法為 80%）。輸出變壓器之比為 3：10；以獲得較大的推動功率。變 壓器鐵心舌寬5mm疊厚6mm輸出變壓器的次級線圈和輸出變壓器，應(yīng)采用雙線 并繞方式繞制。為了得到恒定的電壓，需要對電路中的高頻分量進(jìn)行濾波。高頻部分的耦 合電

19、容和旁路電容在 0.01-0.047uF 之間選擇。其他電阻和電容的選擇，根據(jù)分 電路中的參數(shù)選擇合適的器件。第五章實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析通過搭建電路，具體電路圖如本課程設(shè)計的附錄1所示。在multism中進(jìn)行仿真，最終可得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下，這里通過波形圖所示：圖5.1 系統(tǒng)輸出波形圖通過以上仿真，分析如下：一、最終得到了調(diào)幅波。但是波形存在失真，波 形中存在高頻分量的干擾，部分波形畸變。二、得到的調(diào)幅波的電壓較低，需要 進(jìn)一步改善電路?？偠灾?，最終的結(jié)果基本上滿足了課題要求。第六章 結(jié)論通過電路設(shè)計和仿真，該無線電調(diào)幅發(fā)射機(jī)完成了主要任務(wù)：用音頻信號 (20Hz-20KHz)對高頻載波的調(diào)制，將其變

20、為在某一中心頻率(13.6MHz)上具有一 定帶寬、適合通過天線發(fā)射的調(diào)幅波。經(jīng)過設(shè)計和仿真，可以得到如下結(jié)論：高 頻振蕩電路采用克拉潑電路是合適的，產(chǎn)生的高頻正弦波波形良好，穩(wěn)定度高； 緩沖級電路產(chǎn)生了隔離高頻振蕩電路和后級電路的作用； 集電極調(diào)幅電路完成了 調(diào)幅的任務(wù)。最終設(shè)計得到的調(diào)幅波，波形失真度小，基本上符合要求。第七章心得體會整個設(shè)計通過了軟件和理論上的驗(yàn)證。 我想這對于自己以后的學(xué)習(xí)和工作都 會有很大的幫助。在這次設(shè)計中遇到了很多實(shí)際性的問題，在實(shí)際設(shè)計中才發(fā)現(xiàn)， 書本上理論性的東西與在實(shí)際運(yùn)用中的還是有一定的出入的，所以有些問題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯誤思維。 一切問題必須要靠自己一點(diǎn) 一滴的解決，而在解決的過程當(dāng)中你會發(fā)現(xiàn)自己