調(diào)幅發(fā)射機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、蘭州理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 摘 要 用調(diào)制信號(hào)去控制載波的某個(gè)參數(shù)的過程，叫調(diào)制。用調(diào)制信號(hào)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(hào)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(jiǎn)稱調(diào)幅波）。 早期的VHF頻段的移動(dòng)通信電臺(tái)大都采用調(diào)幅方式，由于信道快衰落會(huì)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(duì)移動(dòng)信道有較好的適應(yīng)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(hào)的幅度很容易被周圍環(huán)境所影響。所以調(diào)幅信號(hào)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

2、被采用，但在簡(jiǎn)單設(shè)備的通信中還有采用。 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(shè)計(jì)的調(diào)幅發(fā)射機(jī)指的是AM調(diào)幅。 調(diào)幅發(fā)射機(jī)是由本機(jī)振級(jí)、緩沖級(jí)、調(diào)制級(jí)、功率激勵(lì)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(shè)計(jì)指標(biāo)2三、系統(tǒng)總述33.1 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jī)電路設(shè)計(jì)圖14六、設(shè)計(jì)總結(jié)15七、

3、參考文獻(xiàn)：16II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(wù)。要將無線電信號(hào)有效地發(fā)射出去，天線的尺寸必須和電信號(hào)的波長(zhǎng)為同一數(shù)量級(jí)，為了有效地進(jìn)行傳輸。必須將攜帶信息的低頻電信號(hào)調(diào)制到幾十MHz至幾百M(fèi)Hz以上的高頻振蕩信號(hào)上，再經(jīng)天線發(fā)送出去，調(diào)頻是信號(hào)發(fā)射必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。調(diào)頻發(fā)射機(jī)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(yīng)用，可以用于演講、教學(xué)、玩具、防盜監(jiān)控等諸多領(lǐng)域。 通信系統(tǒng)中的發(fā)送設(shè)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(hào)，再把信號(hào)處理成適合于信道傳輸?shù)男盘?hào)形式送至信道。信源信號(hào)在通信系統(tǒng)中稱為基帶信號(hào)?；鶐盘?hào)是

4、頻譜在零頻附近的寬帶信號(hào)，這種信號(hào)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(hào)，這種信號(hào)不宜直接在信道中傳輸。如果將消息信號(hào)對(duì)頻率較高的載波進(jìn)行調(diào)制，就能使信號(hào)的頻譜搬移到適合信道的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸。例如聲音基帶信號(hào)的頻率范圍是20Hz20kHz，這樣的基帶信號(hào)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?，為了提高信道的通信容量，基帶信?hào)的傳輸方式也很少采用。一般是用基帶信號(hào)去改變某個(gè)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(hào)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(gè)主要作用：1調(diào)制的過程就是一個(gè)頻譜搬移的過程，

5、將原來不適宜傳輸?shù)幕鶐盘?hào)頻譜搬移到適宜傳輸?shù)哪骋粋€(gè)頻段上，然后傳輸至信道；2調(diào)制的另一個(gè)重要作用是實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用，即把多個(gè)信號(hào)分別安排在不同的頻段上同時(shí)進(jìn)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(hào)頻率搬移，從而離開某一特定干擾頻率。調(diào)幅發(fā)射機(jī)目前正廣泛應(yīng)用于無線電廣播系統(tǒng)中，本次課程設(shè)計(jì)完成了小信號(hào)調(diào)幅發(fā)射機(jī)從設(shè)計(jì)到仿真調(diào)試的完整設(shè)計(jì)工作。 二、設(shè)計(jì)指標(biāo) 完成調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)各單元電路的設(shè)計(jì)及仿真，并利用multisim開發(fā)軟件完成整機(jī)電路的調(diào)試。設(shè)計(jì)任務(wù)及主要技術(shù)指標(biāo)和要求如下：2.1單元電路設(shè)計(jì)及仿真 1）設(shè)計(jì)LC電容三點(diǎn)式振蕩器產(chǎn)生高頻信號(hào) 2）設(shè)計(jì)三極管倍頻電路

6、，完成信號(hào)的三倍頻 3）設(shè)計(jì)雙差分對(duì)構(gòu)成的乘法調(diào)制器 4）設(shè)計(jì)混頻電路 5）設(shè)計(jì)丙類諧振功率放大電路2.2調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)整機(jī)電路設(shè)計(jì)2.3高頻實(shí)驗(yàn)平臺(tái)整機(jī)聯(lián)調(diào)三、系統(tǒng)總述 3.1 設(shè)計(jì)總體思路無線電通信的主要特點(diǎn)是利用電磁波的空間的傳播來傳遞消息，例如將一個(gè)地方的語言消息傳送到另一個(gè)地方。這個(gè)任務(wù)是由無線電發(fā)射設(shè)備、無線電接收設(shè)備和發(fā)射天線和接收天線等來完成的。這些設(shè)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(shè)備是無線電通信系統(tǒng)的重要組成部分，它是將電信號(hào)變換為適應(yīng)與空間傳播特性的信號(hào)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?yàn)橹挥蓄l率較高的振蕩才能被天線有效的

7、輻射，還需要有一定的功率才可能在空間建立一定強(qiáng)度的電磁場(chǎng)，并傳播到較遠(yuǎn)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(shè)備如話筒就是最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換設(shè)備，把消息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，這種電信號(hào)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(gè)參數(shù)隨著上述電信號(hào)而變化，這個(gè)過程叫做調(diào)制。在無線電發(fā)送設(shè)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(shè)備采用調(diào)幅方式則稱為調(diào)幅發(fā)射機(jī)，一般調(diào)幅發(fā)射機(jī)的組成框圖如圖所示，工作原理是：本機(jī)振蕩產(chǎn)生一個(gè)固定頻率的載波信號(hào)，載波信號(hào)經(jīng)緩沖倍頻送至振幅

8、調(diào)制電路；話音放大電路將低頻信號(hào)（例如語音信號(hào)）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(hào)經(jīng)高頻功率放大器，高放級(jí)將載頻信號(hào)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(hào)源本振電路 上混頻 調(diào)幅 振蕩器 倍頻 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(gè)發(fā)射機(jī)的頻率穩(wěn)定度有它決定，因此要求它具有準(zhǔn)確而穩(wěn)定的頻率。 倍頻器：將頻率較低的信號(hào)通過倍頻變換成頻率較高的信號(hào)。 調(diào)幅：用來產(chǎn)生調(diào)幅波，即將調(diào)制信號(hào)調(diào)制到高頻振蕩頻率上。 混頻器：是實(shí)現(xiàn)將放大的信號(hào)和本振電路模塊產(chǎn)生的信

9、號(hào)一起輸入經(jīng)過混頻電路進(jìn)行變頻，并能選出中頻信號(hào)（fi=fo+fs）； 功率放大器：主要作用是在激勵(lì)信號(hào)的頻率上，產(chǎn)生足夠大的功率送到天線上去，同時(shí)濾除不需要的頻率（高次諧波），以免造成對(duì)其他電臺(tái)的干擾。四、單元電路設(shè)計(jì)及仿真 4.1 本地振蕩器模塊 圖4.1 電容三點(diǎn)式振蕩電路本振電路由電容三點(diǎn)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(shí)現(xiàn)變頻功能。其電容三點(diǎn)式振蕩器電路圖如圖4.1所示。4.1.1 LC電容三點(diǎn)式振蕩器的基本工作原理 LC振蕩器實(shí)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(gè)端子，分別接振蕩管的三個(gè)電極，而構(gòu)成反饋式自激振蕩器，因而又稱為三點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(jiǎn)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(shí)其振蕩頻率可高達(dá)幾百M(fèi)Hz-GHz。 4.1.2 LC振蕩器的起振條件、參數(shù)選擇和頻率穩(wěn)定度 一個(gè)振蕩器能否起振，主要取決于兩個(gè)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、決定，f=1/2，反饋系數(shù)F

11、不宜過大或過小，一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)F0.1-0.5。頻率穩(wěn)定度表示：在一定時(shí)間或一定溫度、電壓等變化范圍內(nèi)振蕩頻率的相對(duì)變化程度。則，其仿真如4.2、4.3所示。 圖4.2 電容三點(diǎn)式起振仿真圖 圖4.3電容三點(diǎn)式穩(wěn)定時(shí)的仿真4.2倍頻模塊 4.2.1倍頻器的工作原理 倍頻器是一種將輸入信號(hào)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(jī)或其它電子設(shè)備。采用倍頻器的主要原因有：(1)降低設(shè)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(jí)倍頻器達(dá)到所需頻率。一般基音體頻率不高于20MHz，具有高穩(wěn)定性的晶體頻率通常不超過5 MH

12、z。所以工作頻率高，要求穩(wěn)定性又嚴(yán)格的通信設(shè)備和電子儀器就需要倍頻。(2)對(duì)于調(diào)相或調(diào)頻發(fā)射機(jī)，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(jī)的工作頻率穩(wěn)定性。因?yàn)椴捎昧吮额l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(shè)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(jí)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(shí)質(zhì)上就是一種輸出信號(hào)等于輸入信號(hào)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(dòng)電話中倍頻器

13、的主要作用是為了提升載波信號(hào)的頻率，使之工作于對(duì)與應(yīng)的信道；同時(shí)經(jīng)倍頻處理后，調(diào)頻信號(hào)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(duì)調(diào)制信號(hào)的放大要求。采作倍頻器的另一個(gè)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(jī)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(shè)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(jí)倍頻器達(dá)到所需頻率。故工作頻率高，要求穩(wěn)定性又嚴(yán)格的通信設(shè)備和電子儀器就需要倍頻。 (2)對(duì)于調(diào)相或調(diào)頻發(fā)射機(jī)，利用倍頻器可以加

14、大相移或頻移，即可增加調(diào)制度。(3)可以提高發(fā)射機(jī)的工作頻率穩(wěn)定性。則仿真結(jié)果如圖4.5所示。 圖4.5三極管倍頻仿真圖4.3調(diào)幅模塊 有電磁場(chǎng)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(yīng)的電信號(hào)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(hào)去控制高頻振蕩信號(hào)是高頻輸出信號(hào)的參數(shù)相應(yīng)于低頻信號(hào)變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)低頻信號(hào)搬移到高頻段，被高頻信號(hào)攜帶傳播的目的。本實(shí)驗(yàn)采用集電極調(diào)幅電路，電路圖如圖4.6所示。 圖4.6集電極調(diào)幅電路4.3.1調(diào)制電路的基本工

15、作原理 振幅調(diào)制就是用低頻調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波信號(hào)的振幅，使載波的振幅隨調(diào)制信號(hào)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(jiǎn)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。 圖4.7常規(guī)調(diào)制的原理框圖 調(diào)幅波的表達(dá)式、波形：設(shè)調(diào)制信號(hào)為單一頻率的余弦波： 載波信號(hào)為：由原理框圖得AM調(diào)幅波為：， 其中 ，：調(diào)制指數(shù)或調(diào)幅度，它表示載波振幅受調(diào)制信號(hào)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(hào)、調(diào)制信號(hào)及已調(diào)信號(hào)的波形分別如圖4.8、4.9所示 圖4.8載波信號(hào)與調(diào)制信

16、號(hào)的波形 圖4.9已調(diào)信號(hào)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(hào)自某一頻率變化為另一個(gè)頻率，一般用的較多的是把一個(gè)已調(diào)信號(hào)的高頻信號(hào)變化為另一個(gè)較低信號(hào)的同類已調(diào)信號(hào)，完成這種頻率變化的電路稱混頻器。在超外差接收機(jī)中的混頻器的作用是使波段工作的高頻信號(hào)，通過與本機(jī)振蕩信相混，得到一個(gè)固定不變的中頻信號(hào)?；祛l器常用的非線性器件有二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管和乘法器。本實(shí)驗(yàn)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4.10 混頻器的電路原理框圖 圖4.11 上混頻電路原理圖4.4.1混頻的基本原理 把一個(gè)已調(diào)的高頻信號(hào)比

17、啊換成另一個(gè)較低頻率的同類已調(diào)信號(hào)，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(jī)的性能將得到提高，這是由于：（1） 混頻器將高頻信號(hào)頻率變換成中頻，在中頻上放大信號(hào)，放大器的增益可以作得很高而不自激，電路工作穩(wěn)；經(jīng)中頻放大后，輸入到檢波器的信號(hào)可以達(dá)到伏特?cái)?shù)量級(jí)，有助于提高接收機(jī)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(jiǎn)化。（3） 要求接收機(jī)在頻率很寬的范圍內(nèi)選擇性好，有一定困難，而對(duì)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

18、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(fù)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 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(shí)，管子處于截止?fàn)顟B(tài)。只有當(dāng)激勵(lì)信號(hào)足夠大，超過反偏壓及晶體管起始導(dǎo)通電壓之和時(shí)，管子才導(dǎo)通。管子只有在一個(gè)周期的一小部分內(nèi)導(dǎo)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。圖4.14 丙類放大器仿真圖五、整機(jī)電路設(shè)計(jì)圖 整機(jī)電路是由LC電容三點(diǎn)式、三倍頻、核心調(diào)幅電路、上混頻及功率放大電路等模塊組成

19、。其中，LC電容三點(diǎn)式振蕩電路產(chǎn)生高頻率且相對(duì)穩(wěn)定的輸入載波信號(hào)，倍頻器電路是將振蕩電路產(chǎn)生的載波信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的放大，使其變化為更高頻率的信號(hào)。調(diào)幅電路是將載波信號(hào)與低頻信號(hào)源產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)相乘來產(chǎn)生調(diào)幅信號(hào)?；祛l電路是實(shí)現(xiàn)將已調(diào)信號(hào)與本振信號(hào)相乘進(jìn)行變頻（其中fi=fo+fs）.功率放大電路是將調(diào)制信號(hào)的能量放大同時(shí)濾除不需要的頻率（高次諧波），以免造成對(duì)其他電臺(tái)的干擾。圖5.1 調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)整體電路圖六、設(shè)計(jì)總結(jié)在這次課程設(shè)計(jì)中，我們組的任務(wù)是調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)整機(jī)電路設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)給我很多專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能上的提升，同時(shí)又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時(shí)，設(shè)計(jì)讓我感觸很深。使我對(duì)抽象的理論有了具