無線調(diào)頻發(fā)射器的設(shè)計

緒論1.1通信的發(fā)展人類社會的發(fā)展可視為一部信息傳播技術(shù)的發(fā)展史。從古代的烽火到近代的旗語，都是人們尋求快速遠距離通信的手段。直到19世紀(jì)電磁學(xué)的理論與實踐已有堅實的基礎(chǔ)后，人們開始尋求用電磁能量傳送信息的方法。信息傳播促進社會進步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展；科學(xué)技術(shù)的進步又不斷地改進、更新人類信息傳播的媒體和工具，并促進信息更迅速、更廣泛的傳播。面向21世紀(jì)的無線通信，無線通信的系統(tǒng)組成、信道特性、調(diào)制與編碼、接入技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、抗衰落與抗干擾技術(shù)以及無線通信的新技術(shù)和新應(yīng)用的發(fā)展更是一日千里[1]。1.2廣播的發(fā)展現(xiàn)狀在21世紀(jì)的今天，廣播主要以調(diào)頻廣播為主。調(diào)頻廣播是繼調(diào)幅廣播(20世紀(jì)20年代開始的)之后的第二代廣播。它開始于20世紀(jì)50年代，克服了在中波廣播中存在的許多不足之處，如串臺嚴(yán)重、頻帶不夠分配，信噪比差等，從而成功實現(xiàn)了高保真度、動態(tài)范圍寬、信噪比較好、較少串臺現(xiàn)象的局面。調(diào)頻廣播由于具有優(yōu)秀的音質(zhì)和較好的抗干擾性能而成為城市廣播覆蓋的主要形式。隨著城市規(guī)模的日益擴大，調(diào)頻發(fā)射臺的功率也跟著逐級增長。由原來的100W、300W上升到1KW、3KW、甚至10KW，而發(fā)射天線的高度也由幾十米上升到百余米甚至三四百米。從而逐步形成了高塔大功率覆蓋的格局。從廣播業(yè)界的角度來看，高塔大功率覆蓋模式的主要優(yōu)點是建設(shè)方便，省時省力，見效快。但其所固有缺點以及因其帶來的負面影響是不容忽視的。其影響主要有以下幾點：因調(diào)頻廣播工作于米波段，極易因高大建筑物和其他物體反射形成多徑干擾；因高山和低谷等地形因素會產(chǎn)生收不到信號的陰影區(qū)；大區(qū)制覆蓋因頻率不能復(fù)用造成規(guī)劃困難；頻譜利用率低；不能解決長距離交通線的連續(xù)覆蓋問題。若從社會發(fā)展的角度來看，它還具有三大嚴(yán)重缺點：浪費能源，覆蓋區(qū)場強不均勻度可達60dB，大量超出需要的無效輻射，形成能源的巨大浪費；污染環(huán)境，大功率FM發(fā)射臺在天線附近周邊地區(qū)輻射場強超過環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)已是不爭的事實；對航空無線電業(yè)務(wù)造成干擾。由于國家標(biāo)準(zhǔn)和國家軍用標(biāo)準(zhǔn)及頻率規(guī)劃大多是10年前制定的，那時尋呼業(yè)和調(diào)頻廣播剛起步不久，對干擾的認識還遠遠不夠，對現(xiàn)在而言，已不再適應(yīng)當(dāng)今電磁環(huán)境的現(xiàn)狀。譬如：當(dāng)時規(guī)定的17dB的防護率早已被突破，10KM的防護間距也早已不再適用。在世界各國，頻率資源是有限的。國家已嚴(yán)格限制頻率的使用范圍。廣播頻率是政府部門頒發(fā)的，現(xiàn)在很多公司、媒體都愿意以巨資來競標(biāo)頻譜使用權(quán)。無線廣播中，單一載頻用來傳輸單一的或者單套立體聲節(jié)目。由于傳統(tǒng)的大功率的調(diào)頻廣播頻率資源的限制，使廣播技術(shù)工作者開辟了另一種廣播技術(shù)形式：小調(diào)頻同步廣播。它的特點是多布點、小功率、同頻、同相、同步廣播，使用的是現(xiàn)有的調(diào)頻技術(shù)。不過，其中存在著多點同步問題，但這些問題，在技術(shù)上是可以解決的。信號傳輸可使用微波、有線甚至衛(wèi)星方式。由于采用小功率按需布點的方法，在滿足覆蓋需要的前提下，把單臺發(fā)射機的功率大幅度降了下來，降到10W、50W、最大不超過300W，這就使得大數(shù)多問題迎刃而解。對于多徑干擾的問題，由于功率小了，大部分反射波場強下降到不至于產(chǎn)生干涉的水平，加之布點多，部分多徑干擾區(qū)可能被互相掩蓋；可以用同步補點的辦法消除陰影區(qū)；小功率輻射易于規(guī)劃，且提高頻譜利用率；可方便組成單頻網(wǎng)，滿足交通線上的無縫覆蓋，保證駕乘人員的不間斷接收；場強不均勻度僅為30dB，加上使用低高度垂直極化天線，極大地減小對空輻射和根部近場輻射，既節(jié)約能源，又滿足電磁環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，并可避免造成對航空頻段的干擾。1.3課題研究背景1.3．1國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析目前市場上大多數(shù)小功率調(diào)頻廣播發(fā)射器，大都采用模擬振蕩器。但其發(fā)射頻率固定單一，穩(wěn)定性較差，在相鄰場地使用時經(jīng)常會因頻率相近而產(chǎn)生干擾或串音，從而影響正常使用。而使用數(shù)控鎖相環(huán)技術(shù)的調(diào)頻發(fā)射集成電路BH1415F制作的小功率調(diào)頻廣播發(fā)射器，不但頻率穩(wěn)定性好，而且能在80.0MHz至109.9MHz范圍內(nèi)任意設(shè)置發(fā)射頻率，因而能有效地避免調(diào)頻臺的鄰頻干擾。若使用單片機控制的調(diào)頻發(fā)射器，還可存儲發(fā)射頻道，發(fā)射頻率可按0.1MHz精度進行調(diào)整，在學(xué)校英語聽力教學(xué)中應(yīng)用廣泛[1]。無線通信是利用大氣空間作為傳輸信道來實現(xiàn)信息傳輸?shù)囊环N通訊技術(shù)。為了避免與其他同頻率范圍內(nèi)信號源的相互干擾，控制信號在大氣空間傳送過程中的衰落，同時降低收發(fā)設(shè)備成本，日常有用的低頻信號先要調(diào)制到有一定頻段的高頻載波上，經(jīng)過功率放大后由天線發(fā)送到大氣空間，接收機的天線接收到射頻信號后對其進行放大，通過變頻解調(diào)調(diào)出需要的低頻信號[2]。要實現(xiàn)信息的傳輸，必然會用到發(fā)射機。發(fā)射機的主要功能是對基帶信號進行調(diào)制，將低頻信號調(diào)制到高頻信號上，并將信號功率放大以供天線發(fā)射出去。發(fā)射機結(jié)構(gòu)的選擇主要考慮以下因素：輸出雜散頻譜必須控制在系統(tǒng)要求的范圍內(nèi)，不能造成對相鄰信道的影響；在盡可能提高輸出功率效率的前提下，滿足系統(tǒng)線性度的要求；盡量減小片外器件的數(shù)量，以提高集成度，同時降低功耗。目前，各種通信等技術(shù)的飛速發(fā)展，無線技術(shù)也成為人們關(guān)注的焦點，無線通信系統(tǒng)一般包括收發(fā)信機、天線設(shè)備(含饋線)、輸入輸出設(shè)備(如話筒、耳機等)、供電設(shè)備(如直流穩(wěn)壓電源)等等。其中主要組成部分是收發(fā)信機，因而無線通信設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)通常指的就是無線收發(fā)信機的技術(shù)指標(biāo)。一般來說，收信機與發(fā)信機在體制上是相同的，如頻段劃分、調(diào)制解調(diào)方式等。否則便不能達到通信的目的。在某些情況下，也允許收發(fā)信機存在某些不相對應(yīng)的差異，如收信文字[3]。發(fā)射機的調(diào)制方式主要分調(diào)幅、調(diào)頻和脈沖(數(shù)字)調(diào)制等。發(fā)射機的頻率準(zhǔn)確度與頻率穩(wěn)定度也是相對于射頻載波而言的。頻率準(zhǔn)確度是指實際工作頻率對于標(biāo)稱工作頻率的準(zhǔn)確程度。頻率準(zhǔn)確度越高、建立通信就越快，以至于不尋找對方就可實現(xiàn)通信，提高通信的快速性。頻率穩(wěn)定度是指各種外界因素的影響下發(fā)射機頻率穩(wěn)定的程度。如果頻率穩(wěn)定度很高，建立通信后接收機不需要因頻率變化而進行微調(diào)，從而提高了通信的可靠性。無線通信的有效距離及通信的可靠性均與發(fā)射天線的輻射功率有密切的關(guān)系。因而發(fā)射機必須保證輸出足夠大的功率。發(fā)射機的總效率是指發(fā)射機傳送到天線饋線上的功率與整機輸入功率的比值。在大功率發(fā)射機中，提高效率可以減小電源消耗，具有較大的經(jīng)濟意義。發(fā)射機的帶外輻射統(tǒng)稱為雜散輻射，如果發(fā)射機設(shè)計不當(dāng)或使用不當(dāng)，會使雜散輻射電平過高，干擾其他通信鏈路。當(dāng)發(fā)射機使用寬帶天線且?guī)捀采w這些雜散頻率時，干擾會更嚴(yán)重。為了盡量避免發(fā)生這種干擾，有關(guān)的規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)對發(fā)射機的雜散輻射都給出了一定的限制[4]。綜上所述，本課題的理論研究和應(yīng)用研究具有重要的意義和廣泛的實際應(yīng)用前景。1.3.2選題目的的理論價值和現(xiàn)實意義在本次設(shè)計中，其目的是得到一個調(diào)頻接收機機。在超外差式調(diào)頻接收機的設(shè)計過程中，應(yīng)將其分為高頻放大、混頻、本振、中放、限幅、鑒頻、低頻放大七個部分。整個電路的設(shè)計必須注意幾個方面：選擇性好的級，應(yīng)盡可能靠近前面，因在干擾及信號都不大的地方把干擾抑制下去，效果最好；如干擾及信號很大，則由于晶體管的非線性，將產(chǎn)生嚴(yán)重的組合頻率及其他非線性失真，這時濾除雜波比較困難。為此，在高級接收機中，輸入電路常采用復(fù)雜的高選擇電路。為了使混頻和本振分別調(diào)到最佳狀態(tài)，要采用單獨的本振?？偟膩碚f，設(shè)計一部接收機時必須全面考慮，妥善處理一些相互牽制的矛盾，特別要抓住主要矛盾（穩(wěn)定性、選擇性、失真等），才能使得接收機有較好的指標(biāo)。在頻率調(diào)制技術(shù)中，調(diào)制體的振幅同樣對頻率調(diào)制起關(guān)鍵作用，調(diào)制體振幅影響著載波頻率調(diào)制后變化的深度，假如調(diào)制信號的振幅是0，就不會出現(xiàn)任何調(diào)制，因此說，就像在振幅調(diào)制中，調(diào)制體的頻率對載波體的振幅有影響一樣，在頻率調(diào)制中，載波的頻率變化同樣受調(diào)制體振幅大小變化的影響。此次的論文撰寫中我著重從理念上闡述了調(diào)頻的原理及實現(xiàn)的具體方式，因此從論文中可以系統(tǒng)而具體地了解到調(diào)頻發(fā)射機的組、原理等。對于它的現(xiàn)實意義，不言而喻，我正是根據(jù)文中所述的各項原理，成功地實現(xiàn)了調(diào)頻發(fā)射機的制作。1.3.3本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢同頻廣播可以解決大面積情況的小功率覆蓋問題，廣播頻率專業(yè)化情況下分區(qū)覆蓋，如交通頻率應(yīng)用于道路沿線的交通信息；地形、地理等原因造成的覆蓋率低，改善人口密集區(qū)域情況下的收聽，一般使用小功率同步布點。使用小功率同步布點具有的優(yōu)點是建網(wǎng)容易、建網(wǎng)費用低、投資回收快、聽眾無需更換接收機，同時一些發(fā)射點、天饋系統(tǒng)、傳輸鏈路等設(shè)施設(shè)備，將來數(shù)字化廣播實現(xiàn)時可以繼續(xù)使用，不會重復(fù)投資造成浪費；再次是易于規(guī)劃，提高頻譜利用率，消除陰影區(qū)，在改善場強不均勻度方面，使用低高度垂直極化天線，極大地減小對空輻射和根部近場輻射，節(jié)約能源，滿足電磁環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，避免對航空頻段造成干擾。缺點也是顯而易見的，一方面是本身的技術(shù)缺陷，相干區(qū)的技術(shù)處理難度大，并且這種情況不可避免，另外在管理和維護方面不集中，造成設(shè)備安全運行保障性不夠強。鑒于調(diào)頻同步廣播的諸多優(yōu)點，歐美一些國家（如法國、意大利、美國等），早在80年代晚期就開始了FM同步廣播技術(shù)的研究，已建成若干實用的幾百到兩千公里的單頻網(wǎng)（覆蓋高速公路和補點）。廣電總局科技司分別布署了杭甬高速公路，北京市城區(qū)兩個調(diào)頻同步廣播的試點，分別由浙江臺、北京臺跟眾力傳播公司、青島廣電所合作實施，并且已于2000年通過驗收。在此基礎(chǔ)上，進一步擴大覆蓋的試驗，深圳電臺自1998年起也進行了調(diào)頻同步廣播試驗，2005年已建成5個發(fā)射點的同步廣播系統(tǒng)，基本實現(xiàn)了同步廣播設(shè)定的任務(wù)目標(biāo)，由眾力公司設(shè)計實施，河南電臺3個點系統(tǒng)試驗播出，截止到2008年初，我國在建和已經(jīng)實現(xiàn)的調(diào)頻同步廣播臺站有20多家。同頻激勵和系統(tǒng)方案的主要廠家，國外的有意大利泰可諾公司DEX30數(shù)字調(diào)頻激勵器，已有10多年的產(chǎn)品經(jīng)驗；國內(nèi)的有杭州眾傳公司、北京吉兆電子有限公司，以及南京同頻公司等多家，河南省已有省經(jīng)濟臺、信息臺、許昌臺等多家省市級電臺涉足同頻廣播。調(diào)頻技術(shù)在全國有廣泛的應(yīng)用空間，無論是在電視電路還是在其它領(lǐng)域內(nèi)均有涉及，而且在重點省份，超外差接收機還需要進口。2007-2011年超外差接收板行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模有特別在的增速，2012-2016年超外差接收板行業(yè)產(chǎn)量產(chǎn)能變化趨勢中，行業(yè)人員持樂觀態(tài)度，他們并對相應(yīng)出現(xiàn)的需求量進行了分析，做出了估計，行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者對生產(chǎn)現(xiàn)狀及產(chǎn)品策略進行了細致的規(guī)劃。通過本報告，生產(chǎn)企業(yè)及投資機構(gòu)將充分了解產(chǎn)品市場、原材料供應(yīng)、銷售方式、有效客戶和潛在客戶，為研究競爭對手的市場定位，產(chǎn)品特征、產(chǎn)品定價、營銷模式、銷售網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)發(fā)展提供了決策依據(jù)。1.4設(shè)計思路任何一個地區(qū)、一個城市都需要有很多專業(yè)的服務(wù)及新聞宣傳，如交通信息咨詢、健康咨詢、股市信息咨詢等，廣播又是大眾最靈活的信息接受媒體，這需要建立很多的廣播電臺，而作為一個國家的頻率資源是嚴(yán)格控制和有限的，因此，小調(diào)頻廣播就成了未來廣播的另一種主要形式，它是廣播發(fā)展的其中一個方向，是數(shù)字音頻廣播(DAB)、網(wǎng)絡(luò)廣播的有力補充，既節(jié)約了頻譜資源，又實現(xiàn)了廣播功能。首先設(shè)計音頻放大電路，對音頻信號進行放大；然后設(shè)計高頻振蕩電路，接受來自放大級的信號；將放大級和振蕩級進行合理的組合，設(shè)計出無線調(diào)頻發(fā)射器的整體電路；粗略計算有關(guān)參數(shù)。

2proteus簡介PROTEUS軟件是英國Labcenterelectronics公司研發(fā)的EDA工具軟件。它是一個集模擬電路、數(shù)字電路、模/數(shù)混合電路以及多種微控制器系統(tǒng)為一體的系統(tǒng)設(shè)計和仿真平臺。是目前同類軟件中最先進、最完整的電子類仿真平臺之一。它真正實現(xiàn)了在計算機上完成從原理圖、電路分析與仿真、單片機代碼調(diào)試與仿真、系統(tǒng)測試與功能驗證到PCB板生成的完整的電子產(chǎn)品研發(fā)過程。已經(jīng)安裝了ProteusISIS7。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞[5]。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。軟件的桌面上就會有圖標(biāo)。雙擊該圖標(biāo)，出現(xiàn)工作界面。界面中包括：標(biāo)題欄、下拉主菜單、快捷按鈕欄、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具箱、狀態(tài)欄、選擇元器件按鈕、預(yù)覽對象方位控制按鈕、仿真操作按鈕、預(yù)覽窗口、電路原理圖編輯窗口等[6]。Proteus軟件具有其它EDA工具軟件的功能。這些功能是：原理布圖，PCB自動或人工布線，SPICE電路仿真。革命性的特點：互動的電路仿真，用戶甚至可以實時采用諸如RAM、ROM、鍵盤、馬達、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件。仿真處理器及其外圍電路，可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境[7]。在PROTEUS繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。PROTEUS是單片機課堂教學(xué)的先進助手。PROTEUS不僅可將許多單片機實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行過程形象化。前者可在相當(dāng)程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以達到的效果。它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機實驗硬件高度對應(yīng)。這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機實驗教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調(diào)試、運行結(jié)果等。課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生走向就業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)。由于PROTEUS提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計的靈活性、提供了實驗室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實踐精神、創(chuàng)造精神的平臺隨著科技的發(fā)展，“計算機仿真技術(shù)”已成為許多設(shè)計部門重要的前期設(shè)計手段。它具有設(shè)計靈活，結(jié)果、過程的統(tǒng)一的特點?？墒乖O(shè)計時間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風(fēng)險。相信在單片機開發(fā)應(yīng)用中PROTEUS也能茯得愈來愈廣泛的應(yīng)用[8]。使用Proteus軟件進行單片機系統(tǒng)仿真設(shè)計，是虛擬仿真技術(shù)和計算機多媒體技術(shù)相結(jié)合的綜合運用，有利于培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計能力及仿真軟件的操作能力；在單片機課程設(shè)計和全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽中，我們使用Proteus開發(fā)環(huán)境對學(xué)生進行培訓(xùn)，在不需要硬件投入的條件下，學(xué)生普遍反映，對單片機的學(xué)習(xí)比單純學(xué)習(xí)書本知識更容易接受，更容易提高。實踐證明，在使用Proteus進行系統(tǒng)仿真開發(fā)成功之后再進行實際制作，能極大提高單片機系統(tǒng)設(shè)計效率。因此，Proteus有較高的推廣利用價值。目前Proteus的最新版為8.0,ARMcortex處理器被增加，在7.10中已經(jīng)增加DSP系列（TMS320）。3.調(diào)頻電路3.1調(diào)頻信號調(diào)頻（FM）：用被傳送的低頻信號去控制載波信號的頻率。或載波信號的頻率隨調(diào)制信號而變。調(diào)相（PM）：用被傳送的低頻信號去控制載波信號的相位。或載波信號的頻率隨調(diào)制信號而變[9]。1、未加調(diào)制信號未調(diào)制時調(diào)頻電路輸出電壓的瞬時角頻率為常數(shù)，通常設(shè)為ωc，則瞬時相位為（3-1）所以未加調(diào)制信號調(diào)頻電路輸出電壓可表示為（3-2）加入調(diào)制信號uΩ(t)當(dāng)輸入調(diào)制信號后，調(diào)頻信號的瞬時角頻率ω（t）將在ωc的基礎(chǔ)上按照uΩ（t）照uΩ(t)的規(guī)律變化，即（3-3）式中，是由調(diào)頻電路所決定的比例常數(shù)，其單位為rad/(s.V)。Δω(t)=kfuΩ(t)是疊加在ωc上的按調(diào)制信號規(guī)律變化的瞬時角頻率，通常稱之為瞬時角頻率偏移。將式（3-3）代入，可得（3-4）式中，說明當(dāng)輸入調(diào)制信號后，不僅使瞬時角頻率變化了同時也使瞬時相位變化了，為疊加在上的附加相位變化，通常稱之為附加相位，為簡化分析，令則可得調(diào)頻信號的表示式為（3-5）當(dāng)調(diào)制信號為單頻信號時，設(shè)，則調(diào)頻信號的，何分別為（3-6）（3-7）（3-8）3.2調(diào)頻電路簡介3.2.1調(diào)頻的實現(xiàn)方法實現(xiàn)頻率調(diào)制就是使載波頻率與調(diào)制信號呈線性規(guī)律變化，實現(xiàn)這個功能的方法有很多，通?？煞譃橹苯诱{(diào)頻和間接調(diào)頻兩大類[10]。直接調(diào)頻直接調(diào)頻就是用調(diào)制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其與調(diào)制信號呈線性規(guī)律變化。被控的振蕩器是可以可產(chǎn)生正弦波的LC振蕩器和晶體振蕩器，也可以是產(chǎn)生非正弦波的張弛振蕩器，后者經(jīng)濾波器或波形變換器就可得到正弦波。在LC正弦振蕩器中，由于震蕩頻率近似等于振蕩回路的諧振頻率，因此通常獅子啊震蕩回路中接入可控電抗元件。直接調(diào)頻法的優(yōu)缺點：頻偏較大，但中心頻率不易穩(wěn)定。間接調(diào)頻間接調(diào)頻，根據(jù)調(diào)頻波與調(diào)相波之間的關(guān)系，先對調(diào)制信號進行積分，然后用他對載波進行調(diào)相，從而獲得調(diào)頻信號。間接調(diào)頻優(yōu)缺點：由于調(diào)制不再振蕩器中進行，因此易于保持種信念頻率的穩(wěn)定，但不易獲得大的頻偏[11]。3.2.2LC振蕩電路三點式振蕩器的基本工作原理三點式電容振蕩器是自激振蕩器的一種。由串聯(lián)電容與電感回路及正反饋組成。因振蕩回路兩串聯(lián)電容的三個端點與振蕩管三個管腳分別相接而得名。它的優(yōu)點是：反饋電壓取自電容C2，而電容對晶體管非線性特性產(chǎn)生的高次諧波呈現(xiàn)低阻抗，所有反饋電壓中高次諧波分量很小，因而輸出波形很好；其缺點是：反饋系數(shù)因與回路電容有關(guān)，如果用改變電容的方法來調(diào)整振蕩頻率，必將改變反饋系數(shù)，從而影響起振。由振蕩器諧振頻率計算公式：W=（LC）-0.5根據(jù)設(shè)計指標(biāo)，f=6MHz分配合適的電容和電感。電容三點式振蕩器電容三點式振蕩器又稱為考畢茲（Colpitts）振蕩器，其原理電路如圖3-2（a）所示。圖中Rb1、Rb2、Re組成分壓式偏置電路；Ce為旁路電容；Cb、Cc為隔直流電容；Lc為高頻扼流圈，其作用是為了避免高頻信號被旁路，而且為晶體管集電極構(gòu)成直流通路；L和C1、C2組成振蕩回路，作為晶體管放大器的負載阻抗。圖3-2（b）是它的交流等效電路。在這個電路中，電容C1相當(dāng)于圖3-1中的Xce，C2相當(dāng)于Xbe，而電感相當(dāng)于Xbc，故它符合三點式振蕩器的組成原則[12]。XXbeXceXbc+―+―+――+圖3-1三點式振蕩器原理電路圖3-2電容三點式振蕩器反饋系數(shù)F的表達式：（3-9）不考慮各極間電容的影響，這時諧振回路的總電容量為C1、C2的串聯(lián)，即：（3-10）振蕩頻率的近似為：（3-11）調(diào)解C1、C2改變頻率時，反饋系數(shù)也改變。由于極間電容對反饋振蕩器的回路電抗均有影響，所以對振蕩器頻率也會有影響。而極間電容受環(huán)境溫度、電源電壓等因素的影響較大，所以電容三點式振蕩器的頻率穩(wěn)定度不高。電感三點式振蕩器電感三點式振蕩器又稱哈特萊振蕩器，其原理電路如圖3-3（a）所示，圖（b）是其交流等效電路。圖（a）中，Rb1、Rb2和Re為分壓式偏置電阻；Cb和Ce分別為隔直流電容和旁路電容；L1、L2和C組成并聯(lián)諧振回路，作為集電極交流負載，其中L1相當(dāng)于圖3-12中的Xbe，L2相當(dāng)于Xce，C相當(dāng)于Xbc，諧振回路的三個端點分別與晶體管的三個電極相連，符合三點式振蕩器的組成原則。由于反饋信號由電感線圈L2取得，故稱為電感反饋三點式振蕩器。Rb1Rb1ReLVTCbCeCL1L2VTL1L2CVCCRb2(a)原理電路(b)交流等效電路圖3-3電感三點式振蕩器采用與電容三點式振蕩電路相似的方法可求得起振條件的公式為：（3-12)式中，各符號的含義仍與考畢茲振蕩器相同，只是反饋系數(shù)F的表達式有所不同。(3-13)當(dāng)線圈繞在封閉瓷芯的瓷環(huán)上時，線圈兩部分的耦合系數(shù)接近于1，反饋系數(shù)F近似等于兩線圈的匝數(shù)比，即F=N2/N1。振蕩頻率的近似為：(3-14)若考慮goe、gie的影響時，滿足相位平衡條件的振蕩頻率值為：(3-15)式中，L=L1+L2+2M。由式(3-13)可見，電感三點式振蕩器的振蕩頻率要比式(3-12)所示的頻率值稍低一些，goe、gie越大，耦合越松，偏低得越明顯[13]。4電路仿真與結(jié)果分析4.1無線調(diào)頻調(diào)制發(fā)射電路根據(jù)資料得知，調(diào)頻可以分為直接調(diào)頻和間接調(diào)頻，本次選擇直接調(diào)頻方式。直接調(diào)頻是一種用三極管直接調(diào)頻較為簡單的方法是。原理是三極管組成共基極超高頻振蕩器，基極與集電極的電壓隨基極輸入的音頻信號變化而變化，從而改變高頻振蕩的頻率，最終實現(xiàn)頻率的調(diào)制。我將電路設(shè)計為信號輸入部分、音頻放大部分和高頻振蕩調(diào)制部分，聲音信號經(jīng)過microphone轉(zhuǎn)換成電信號，并經(jīng)過放大級放大后再送至高頻振蕩級，經(jīng)過振蕩級的處理，形成所需要的FM調(diào)頻信號，并經(jīng)過天線發(fā)送出去。4.2電路設(shè)計圖4-1音頻放大電路圖音頻放大電路如圖4-1所示。信號源由microphone擔(dān)任，它拾取周圍環(huán)境聲波信號后即輸出相應(yīng)電信號，經(jīng)C1輸入到晶體管Q1，Q1擔(dān)任音頻放大器，對音頻信號進行放大。圖4-2高頻振蕩電路圖高頻振蕩電路如圖4-2所示。音頻放大電路對音頻信號進行放大后經(jīng)C2送至Q2的基極進行頻率調(diào)制。Q2組成共基極高頻振蕩器，基極與集電極的電壓隨基級輸入的音頻信號變化而變化，從而改變高頻振蕩的頻率，最終實現(xiàn)頻率的調(diào)制。圖4-3無線調(diào)頻電路圖無線調(diào)頻電路的整體電路圖如圖4-3所示。音頻放大器由射極晶體管Q1擔(dān)任，增益約20至50，將放大的訊號送往振蕩級的基極，振蕩級Q2工作于約88M\o"Hz（hertz）赫茲"Hz的頻率，此頻率由振蕩線圈（共5圈）和47pF電容器C4調(diào)整的，該頻率也決定于\o"晶體管"晶體管Q2、18pF可調(diào)電容器C5及少數(shù)偏壓元件，例如470Ω射極\o"電阻"電阻R5和22K基極\o"電阻"電阻R5。\o"把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置叫做電源"電源接通時，1nF的基極電容器C3通過22K電阻R4逐漸充電，而18pF可調(diào)電容器C5則經(jīng)振蕩線圈的470Ω電阻R5充電，使之更加之快，47pF電容C4也充電（其兩端雖僅得小的\o"電壓"電壓），線圈產(chǎn)生磁場。基極電壓漸漸上升時，晶體管導(dǎo)通，并有效地將內(nèi)阻并接在18pF可調(diào)電容器C5兩側(cè)。當(dāng)1nF電容C3充電至該極的工作電壓時，就會產(chǎn)生好幾個雜亂的周波。故此，假定在靠近工作電壓之時，基極電壓繼續(xù)上升，18pF電容C5試圖阻止射極電壓的移動，到電容器內(nèi)的能量耗盡及再不阻止射級移動時，基一射極電壓降低，晶體管截止，流人線圈的電流也停止，磁場衰潰。磁場衰潰產(chǎn)生一個相反方向的電壓，集極電壓反過來從原本的2.9V上升至超過3V，并從相反方向向47pF電容C4充電，此電壓也影響對18pF電容C5充電及470Ω射極電阻R5上的電壓降，使到晶體管進入更深的截止。18pF電容C5充電時，射極電壓下跌，并跌到某一晶體管開始導(dǎo)通，電流流入線圈，與衰潰磁場對抗。線圈上的電壓反轉(zhuǎn)，使集極電壓下降，這個變化通過18pF電容C5傳送到射極上，使晶體管進入更深的導(dǎo)通；把18pF電容C5短路，\o"交流電完成一次完整的變化所需要的時間叫做周期"周期再開始重復(fù)。故此，Q2在此形成一個振蕩，產(chǎn)生88MHz的交流信號?？偟膩碚f：本電路由信號源、音頻放大電路、高頻振蕩電路等部分組成。信號源由microphone擔(dān)任，它拾取周圍環(huán)境聲波信號后即輸出相應(yīng)電信號，經(jīng)C1輸入到晶體管Q1，Q1擔(dān)任音頻放大器，對音頻信號進行放大，放大后的音頻信號經(jīng)1uF電容C2送至Q2的基極進行頻率調(diào)制，Q2組成共基極高頻振蕩器，基極與集電極的電壓隨基級輸入的音頻信號變化而變化，改變振蕩頻率，產(chǎn)生所需的FM信號。4.3電路仿真圖4-4仿真電路圖圖4-5仿真電路圖4.4結(jié)果分析根據(jù)仿真波形圖4-4所示，黃色接入點的波形為A輸入波形，經(jīng)過Q1放大器進行放大，然后經(jīng)過振蕩器的基極進行調(diào)頻，調(diào)頻之后的波形經(jīng)過天線發(fā)射出去。藍色接入點的波形為經(jīng)過Q1放大器后輸出的波形B，但是發(fā)生了失真，可以判斷該波形發(fā)生了截止失真，Q1管工作在截止?fàn)顟B(tài)，導(dǎo)致的原因可能是元器件的參數(shù)不太正確。紅色的波形為經(jīng)過調(diào)頻后準(zhǔn)備發(fā)射的信號。但是和Q1端輸出的波形類似，經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)輸出端經(jīng)過調(diào)頻后的波形仍然有失真的問題。按照理論知識來分析，理論上黃色的波形為調(diào)制信號的波形，藍色的為Q1端輸出的波形應(yīng)該放大，紅色的波形為調(diào)頻信號波形。當(dāng)調(diào)制信號為波峰時，調(diào)頻波的波形最密，當(dāng)調(diào)制信號為波谷時，調(diào)頻波波形最疏。但是由于高頻信號對電路要求影響很大，沒有達到期望的要求。4.5設(shè)計體會通過這次設(shè)計讓我進一步鞏固了模擬電路和高頻電子線路的有關(guān)知識，使我對調(diào)頻發(fā)射機的工作原理有了進一步的了解，同時也使我對高頻技術(shù)產(chǎn)生濃厚的興趣，掌握了有關(guān)電路的設(shè)計方法、電路參數(shù)的測試方法等。同時也讓我認識到了知識和實踐的重要性。只有牢固掌握了所學(xué)的知識，才能有清晰的思路，知道每一步該怎樣走。才能順利的解決每一個問題。經(jīng)過這次設(shè)計，也讓我對前面的路有了更多的信心，因為在這個過程中，我學(xué)到了不少實用的東西，對于一些專業(yè)基礎(chǔ)課有了更深層次的掌握，并且提高了動手能力和獨立分析解決問題的能力。同時，我明白投機取巧是不行的，想把一件事情做好，就得花時間去認真做。使我發(fā)現(xiàn)其實我們所學(xué)的知識只要加以利用或者結(jié)合一些常識性東西，將會發(fā)揮巨大的威力。比如這次我所設(shè)計的調(diào)頻發(fā)射機正是廣播電臺的基礎(chǔ)。結(jié)論此次設(shè)計將應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域，并且針對當(dāng)前市場上短距離無線產(chǎn)品的不足進行了改進。測試結(jié)果表明，設(shè)計要求的各項指標(biāo)均可以基本實現(xiàn)，盡管發(fā)射的帶寬沒有到達預(yù)計的結(jié)果，要得到穩(wěn)定度高的發(fā)射頻率應(yīng)采用鎖相環(huán)技術(shù)，降低中心頻率的漂移。此外，語音信號采用調(diào)頻方式與調(diào)幅相比，有利于改善輸出音頻信號的信噪比，以保證語音業(yè)務(wù)的可靠傳輸。無線調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)應(yīng)用了大量的高頻電子線路技術(shù)，尤其是其中的高頻信號處理設(shè)計電路要有電路調(diào)試的環(huán)境，受實際調(diào)試環(huán)境的影響教大，調(diào)試具有較大難度。在電路的設(shè)計制作中，一定要遵循高頻布線規(guī)則，并且可以在焊接電路的過程中適當(dāng)接入退耦電容，有效的濾除雜波信號的干擾。通過方案論證、資料查詢及電路設(shè)計和反復(fù)調(diào)試，不斷的解決電路調(diào)試過程中的問題，最終在規(guī)定的時間內(nèi)完成了設(shè)計任務(wù)。本設(shè)計由于水平有限，電路及程序設(shè)計還有需要改進的地方，在今后的學(xué)習(xí)和研究中，將繼續(xù)改進完善。另外在調(diào)試過程中，以保證作品實現(xiàn)功能準(zhǔn)確為前提，盡量做到電路簡單、美觀，效果好，成本低，以增強其實用價值。由于該電路設(shè)計采用分