通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

PAGEPAGE1通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告調(diào)頻無線發(fā)射機(jī)目錄1緒論 11.1無線通信技術(shù)簡介 11.2開發(fā)環(huán)境介 12設(shè)計(jì)需求及應(yīng)用分析 13設(shè)計(jì)方案及工作原理 23.1設(shè)計(jì)需求 23.2設(shè)計(jì)方案及工作原理 23.2.1方案比較 23.2.2方案論證 23.2.3方案選擇 23.2.4設(shè)計(jì)總電路 33.2.5工作原理 34電路各模塊功能介紹及參數(shù)的確定 34.1預(yù)加重電路模塊 34.2音頻放大模塊 44.3FM調(diào)頻模塊 44.4諧振電路模塊 54.5功率放大模塊 54.6發(fā)射模塊 65電路的仿真與調(diào)試 75.1電路的仿真與調(diào)試 75.2誤差分析 116心得體會(huì) 11附錄元件清單 121緒論1.1無線通信技術(shù)簡介隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，無線通訊技術(shù)已廣泛地在通信、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)測(cè)量、遙控/遙測(cè)、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備和家用電器等領(lǐng)域中應(yīng)用。無線電路與人們熟知的雙向無線電、電視、廣播設(shè)備并無不同之處。它們中的一些需要高線性調(diào)制（TV圖像），一些需要經(jīng)過中繼站工作（雙相無線電），真正的差別在于元件的體積小得多，以及在無線電中，絕大多數(shù)情況下都能使用時(shí)分復(fù)用、擴(kuò)頻或其他能有效提高通信帶寬利用率的方法。無線通信技術(shù)以驚人的速度持續(xù)增長，幾乎每天都有新的應(yīng)用的報(bào)道。除了諸如無線電廣播和電視等傳統(tǒng)的通信應(yīng)用外，射頻（RF）和微波也正在被應(yīng)用于無繩電話、蜂窩移動(dòng)通信、局域網(wǎng)和個(gè)人通信系統(tǒng)中。無鑰匙進(jìn)門，射頻識(shí)別，在醫(yī)院或療養(yǎng)院中監(jiān)控病人，計(jì)算機(jī)的無線鼠標(biāo)和無線鍵盤，以及家用電器的無線網(wǎng)絡(luò)化，這些都是應(yīng)用射頻技術(shù)的其他一些領(lǐng)域。其中某些應(yīng)用傳統(tǒng)上采用紅外技術(shù)，然而射頻電路由于其卓越的性能正在取而代之。在可以預(yù)見的將來，射頻技術(shù)有望繼續(xù)保持當(dāng)前的增長率1.2開發(fā)環(huán)境介電子通信類常用的設(shè)計(jì)軟件：Protel99SEPCB電路板設(shè)計(jì)Matlab模塊仿真Systemview數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真Proteus――單片機(jī)及ARM仿真LabVIEW――虛擬儀器原理及仿真本設(shè)計(jì)主要依靠Multisim完成。Multisim是加拿大圖像交互技術(shù)公司（InteractiveImageTechnoligics簡稱IIT公司)推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路行為進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。Multisim可以進(jìn)行復(fù)雜模擬/數(shù)字電路的仿真、簡單的PCB板設(shè)計(jì)、簡單的單片機(jī)仿真。2設(shè)計(jì)需求及應(yīng)用分析2.1設(shè)計(jì)目的

（1）了解無線調(diào)頻話筒的構(gòu)成，并設(shè)計(jì)一小功率調(diào)頻無線發(fā)射機(jī)。

（2）理解和掌握無線調(diào)頻話筒的主要技術(shù)指標(biāo)和測(cè)試方法。

（3）根據(jù)給出的技術(shù)條件和指標(biāo)，設(shè)計(jì)無線調(diào)頻話筒。

（4）能夠獨(dú)立搭接電路、掌握調(diào)試技術(shù)。

（5）增強(qiáng)對(duì)課本理論知識(shí)的理解，并提升到實(shí)踐制作當(dāng)中，做到了學(xué)以致用。

（6）在設(shè)計(jì)中掌握multisim的操作過程，仿真電路板的流程

2.2設(shè)計(jì)意義（1）小功率無線發(fā)射機(jī)在生活中應(yīng)用廣泛:無線話筒,無線廣播,無線叫賣器,無線抱警器,無線電子門鈴等，無線技術(shù)的發(fā)展給人類帶來了極大的便利。

（2）針對(duì)目前市場上小功率發(fā)射機(jī)魚龍混雜，一般消費(fèi)者消費(fèi)又無法分別的現(xiàn)狀，這次課程設(shè)計(jì)專門要設(shè)計(jì)一款無線發(fā)射機(jī)，設(shè)計(jì)采用調(diào)頻的方法發(fā)射信號(hào)，頻率比較穩(wěn)定，發(fā)射距離比較遠(yuǎn)，可以滿足各種不同的需求，而且在設(shè)計(jì)過程中非常重視性價(jià)比，這主要是為低端消費(fèi)者考慮的。

（3）如果本次課程設(shè)計(jì)可以成功，不僅可以使我們更好地理解調(diào)頻發(fā)射機(jī)的原理，也會(huì)增加我們探索無線電的興趣。如果設(shè)計(jì)不成功或達(dá)不到要求，本次課程設(shè)計(jì)也會(huì)使我們明白實(shí)踐與理論的結(jié)合需要多加練習(xí)，從而認(rèn)識(shí)到自己的不足，在以后的學(xué)習(xí)中加強(qiáng)實(shí)踐?？傊@次課程設(shè)計(jì)會(huì)讓我們提高很多3設(shè)計(jì)方案及工作原理3.1設(shè)計(jì)需求設(shè)計(jì)一臺(tái)調(diào)頻（FM）發(fā)射機(jī)。發(fā)射頻率在88-108MHz，發(fā)射功率大于10mW。3.2設(shè)計(jì)方案及工作原理方案一：輸入信號(hào)三極管音頻放大場效應(yīng)管FM調(diào)頻場效應(yīng)管進(jìn)行功放LC諧振電路選擇頻率利用天線進(jìn)行發(fā)射圖3.1方案二：輸入信號(hào)預(yù)加重電路三極管音頻放大三極管FM調(diào)頻LC諧振電路三極管進(jìn)行功放利用天線進(jìn)行發(fā)射圖3.23.2.1方案比較從以上的二種方案可以看出，二種方案的基本思想都是:話筒輸入（即聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)）→FM調(diào)頻→利用天線發(fā)射。不同的是方案一中對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行了預(yù)加重處理，但沒進(jìn)行音頻放大，而且沒有諧振電路，其發(fā)射頻率不能隨意變換。方案二中雖然有音頻放大和諧振電路，但由于沒有預(yù)加重處理電路和功率放大電路，所以話音調(diào)制的質(zhì)量不夠高。方案二綜合了兩種方案的優(yōu)點(diǎn)，既提高了話音調(diào)制質(zhì)量，又可以改變發(fā)射頻率。3.2.2方案論證無線調(diào)頻發(fā)射機(jī)的基本原理是：將聲音或者圖形信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，進(jìn)行頻率調(diào)制，然后利用天線進(jìn)行發(fā)射。以上的二種方案均滿足無線調(diào)頻話筒的基本原理，只是實(shí)現(xiàn)各功能的單元電路方的具體方式不同而已。所以二種方案均是可行的。3.2.3方案選擇通過以上的方案比較和論證，我們可以看出，方案二除了符合無線調(diào)頻話筒的基本原理外，同時(shí)具備預(yù)加重電路，諧振電路和功放電路，能夠進(jìn)行高質(zhì)量的話音調(diào)制，發(fā)射距離達(dá)到足夠遠(yuǎn)，并且能夠改變發(fā)射頻率。所以選擇方案二。3.2.4設(shè)計(jì)總電路圖3.33.2.5工作原理圖3.3中，交流信號(hào)通過低頻放大后耦合經(jīng)過射極輸出器到Q1三極管的基極進(jìn)行音頻放大，為下面的調(diào)制做準(zhǔn)備。Fm調(diào)頻三極管采用9018和電容C5、C6、C7、L1，組成一個(gè)振蕩器，由三極管集電極的負(fù)載C6、L1、L2組成一個(gè)諧振器，通過C6正反饋電容形成三點(diǎn)式諧振振蕩器原理，諧振頻率就是調(diào)頻發(fā)射機(jī)的發(fā)射頻率，實(shí)際上是一個(gè)以諧振頻率為基準(zhǔn)的高頻振蕩器。通過調(diào)整圖中元件L1、L2的參數(shù)可以使發(fā)射頻率可以在99MHZ左右符合設(shè)計(jì)要求。發(fā)射信號(hào)通過C8耦合到高頻放大器，由高頻放大器進(jìn)行功率放大后再通過天線上再發(fā)射出去。由于高頻振蕩器和高頻放大器互相獨(dú)立使得發(fā)射頻率和發(fā)射功率都十分穩(wěn)定。C8將頻率調(diào)制好的載波信號(hào)傳遞到Q4進(jìn)行高頻放大，仔細(xì)調(diào)整參數(shù)可使輸出功率最大（進(jìn)行阻抗匹配），可使喜好發(fā)射距離最遠(yuǎn)，整個(gè)工作電流最小。4電路各模塊功能介紹及參數(shù)的確定4.1預(yù)加重電路模塊圖4-1預(yù)加重電路所謂的預(yù)加重，是指在發(fā)射機(jī)調(diào)制之前有目的地、人為地改變?cè)盘?hào)，使其高頻端得到加強(qiáng)（提升），以提高調(diào)制頻率高端的信噪比。由于人耳能分辨的聲音頻段為300～3400Hz，屬于低頻范圍，取C2=1000pF，R3=3.3kΩ1／（R2C2）=1／（3.3×103×1000×10-94.2音頻放大模塊這個(gè)模塊是對(duì)信號(hào)進(jìn)行無失真地放大，為下面的調(diào)制做準(zhǔn)備。為了使低頻信號(hào)能夠正常的進(jìn)入調(diào)制模塊來與本振進(jìn)行調(diào)制，需要將其音頻信號(hào)來進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯髞磉_(dá)到相關(guān)匹配。另一方面，調(diào)頻發(fā)射機(jī)，發(fā)出的信號(hào)又要經(jīng)過大自然的無數(shù)干擾才會(huì)得到接收，若原始信號(hào)的能量就不夠強(qiáng)烈，那么接收端的信號(hào)就無從談起了。所以只有對(duì)其原始的音頻信號(hào)進(jìn)行充分放大，達(dá)到相應(yīng)要求之后，再發(fā)射出去。接收端才能夠正常進(jìn)行解調(diào)恢復(fù)原始的音頻信號(hào)。圖4-2音頻放大模塊三極管9014為低頻放大管，其放大倍數(shù)為60～1000，所以可以利用9014對(duì)預(yù)加重后的音頻信號(hào)進(jìn)行放大。取R4=47kΩ,R3=4.7kΩ則Ico≈Ieo=[R4×6/(R3+R4)-0.5]/R6≤0.1，所以R6≥0.45Ω，取R6=51Ω，由于Vcbo最大為50V，Icbo為0.001mA～0.01mA，取Icbo=0.01mA，則R5≤（Vcbo-Vcc）/Icbo=4.4×106Ω，所以取R5=4.3kΩ。4.3FM調(diào)頻模塊圖4-43FM調(diào)制模塊三極管9018組成共基級(jí)超高頻振蕩器，基極于集電極的電壓隨輸入電壓的變化而變化，從而使基極和集電極的結(jié)電容發(fā)生變化，高頻振蕩器的頻率也發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。9018的放大倍數(shù)為29~198取放大倍數(shù)為80，則R7×0.05/80+R8×0.05+0.5=6V，取R7=6.8kΩ，則R8≥25Ω,取R8=100Ω。4.4諧振電路模塊圖4-4諧振電路模塊取發(fā)射功率為88~108MHz則88MHz≤1/(2π√LC)≤108MHz，取C=20pF，則有108nH≤L≤163nH。L可以由直徑為0.4mm的漆包線在圓珠筆芯上繞6匝，并且在3匝處抽頭。4.5功率放大模塊圖4-5功率放大模塊三極管8050為高頻功放管，其放大倍數(shù)為85~300，作用有兩個(gè)，一是增大發(fā)射功率，擴(kuò)大發(fā)射距離；二是隔離天線與振蕩器，減小天線對(duì)振蕩器震蕩頻率的影響。其中Q3為甲類功放，Q4為丙類功放。T2參數(shù)修改如下圖：圖4.6變壓器參數(shù)設(shè)計(jì)4.6發(fā)射模塊高頻功放后的信號(hào)經(jīng)C10送至天線，,C10的容量不可大于20pF，否則天線的變動(dòng)會(huì)引起頻率不穩(wěn)定圖4-7天線發(fā)射模塊5電路的仿真與調(diào)試5.1電路的仿真與調(diào)試仿真過程三極管8050、9014、9018分別用2N3904、2N23692、N5551替代,天線用R=51電阻仿真。原理圖確定下來后，接下來進(jìn)行仿真。在本次設(shè)計(jì)中我用Multisim軟件進(jìn)行仿真。下面是仿真圖：圖5.1電路仿真圖仿真圖如下在仿真時(shí)，直接在駐極體話筒處輸入一頻率為1KHz、幅度為50mV的正弦信號(hào)，其各環(huán)節(jié)的仿真圖如下各圖所示圖5.2輸入信號(hào)輸入信號(hào)頻率應(yīng)為300Hz～3400Hz，幅度不宜過大，否則在進(jìn)行音頻放大時(shí)會(huì)出現(xiàn)失真。圖5.3音頻放大信號(hào)波形圖5-4FM調(diào)頻信號(hào)波形及頻率通過改變電感L的值，觀察輸出波形，直至最佳圖5.5輸出端波形及頻率圖5.6輸出端電壓與電流5.2誤差分析本設(shè)計(jì)仿真結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求，但仍存在很多缺點(diǎn)：例如參數(shù)設(shè)計(jì)有不完美的地方，導(dǎo)致最終結(jié)果與理想情況有不小的差距，我們應(yīng)當(dāng)通過不斷調(diào)式來減小誤差，在以后的設(shè)計(jì)中要認(rèn)真選好各元件的參數(shù)，爭取誤差達(dá)到最小。另外，在計(jì)算的時(shí)候很多數(shù)據(jù)都是取的近似值，這樣也對(duì)結(jié)果產(chǎn)生了較大的影響?？赡艹霈F(xiàn)的故障分析：故障：天線發(fā)射效率低解決：天線加感線圈，用于天線長度小于1/4波長時(shí)，以提高天線的發(fā)射效率。6心得體會(huì)通過本次的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了許多東西，也認(rèn)識(shí)到了許多道理,讓我學(xué)到的東西實(shí)在不少，真的是“學(xué)無止境”。更讓我明白了什么是溫故而知新，通過自己看電路分析，看模電，發(fā)現(xiàn)在自己又學(xué)到了以前學(xué)習(xí)時(shí)沒有注意到的在方，在本專業(yè)外我們還有學(xué)不盡的東西,在電子科技的海洋里面還有許多值得我們學(xué)習(xí)、研究、探索的奧妙。由于專業(yè)基礎(chǔ)不扎實(shí)，在本次課程設(shè)計(jì)中，我遇到了很多的困難，有些問題通過問同學(xué)解決了，真心感謝他們。在此次課程設(shè)計(jì)中，我充分體會(huì)到了熟練運(yùn)用相關(guān)軟件的重要性，此次課設(shè)絕大多數(shù)工作都高度依賴計(jì)算機(jī)。對(duì)于本次課程設(shè)計(jì)來說，重于調(diào)試，之前的課程設(shè)計(jì)中，只要原理圖沒問題，幾乎不需要什么調(diào)試，而對(duì)于此次的發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)，調(diào)試的過程卻成為了課設(shè)中的重要的一環(huán)。在這次設(shè)計(jì)中我還學(xué)到了更多的電腦知識(shí)，在這次的設(shè)計(jì)中所學(xué)知識(shí)在我們以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)和工作中也將有有很大的益處。我學(xué)的專業(yè)是通信工程，這就要求我要懂得很多專業(yè)方面的的東西，其實(shí)我在此次課程設(shè)計(jì)中通過自己的努力學(xué)到了很多專業(yè)知識(shí)，我想這對(duì)我以后的工作和學(xué)習(xí)有很大的幫助。總的來說，這次課程設(shè)計(jì)學(xué)到了很多東西。尤其對(duì)調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)有了新的認(rèn)識(shí)，在在分析和解決問題方面也明顯看到自己的進(jìn)步。此次課程設(shè)計(jì)中還存在很多缺點(diǎn)和不足，懇請(qǐng)老師悉心指教，謝謝！附錄元件清單元件參數(shù)數(shù)量電容C1