[调频发射机]高频课程设计报告

《高频课程设计报告》

题目：频率为

105MHz的高性能调频发射机

专业：通信技术 年级：2009级 学号：0930614022 姓名：郭燕玲

联系电话：[1**********]

指导老师： 李立礼

完成时间：2012 年 12 月 1 日

频率为105MHz的高性能调频发射机

摘 要

利用电感、电容、电阻元件，制作频率为105MHz的高性能调频发射机，实现信号失真小，发射距离大于50米，能用普通收音机接收发射的信号。经测试，系统达到发射距离大于50米，能用普通收音机接收的要求，具有信号失真小的优点。

关键词：信号失真小；发射距离大；高性能

目 录

摘 要 ........................................................... 2 一、设计题目 ..................................................... 3 二、实践目的 ..................................................... 3 三、设计要求 ..................................................... 3 四、基本原理 ..................................................... 3

4.1改变振荡回路的元件参数实现调频 ....................................... 4

4.2控制振荡器的工作状态实现调频 ......................................... 4

五、系统调试 ..................................................... 9

5.1元件清单： ........................................................... 9 5.2调试结果 ............................................................. 9 5.3调试结果分析 ......................................................... 9

六、心得体会 .................................................... 10 七、参考文献 .................................................... 11

一、设计题目

频率为105MHz的高性能调频发射机

二、实践目的

无线电发射与接收设备是高频电子线路的综合应用，是现代化通信系统、广播与电视

系统、无线安全防范系统、无线遥控和遥测系统、雷达系统、电子对抗系统、无线电制导系统等，必不可少的设备。本次设计要达到以下目的： 1. 进一步认识射频发射与接收系统； 2. 掌握调频（或调幅）无线电发射机的设计； 3. 学习无线电通信系统的设计与调试。

三、设计要求

1. 发射机采用FM、AM或者其它的调制方式；

2. 若采用FM调制方式，要求发射频率覆盖范围在８８－１０８ＭＨｚ，传输距离>20m; 3. 若采用AM调制方式，发射频率为中波波段或30MHz左右，传输距离>20m； 4. 为了加深对调制系统的认识，发射机建议采用分立元件设计；

四、基本原理

本设计图采用FM调制。

载波uc(t)=Ucmcos(wct)，调制信号uΩ(t)；通过FM调制，使得uc(t)频率变化量与调

制信号uΩ(t)的大小成正比。即已调信号的瞬时角频率

w(t)=wc+kf⋅uΩ(t)

已调信号的瞬时相位为

ϕ(t)=⎰w(t')dt'=wct+kf

t

⎰u

t

Ω

(t')dt'

实现调频的方法分为直接调频和间接调频两大类，本设计图采用直接调频： 直接调频的基本原理是利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使其反映调制信号变化规律。要用调制信号去控制载波振荡器的振荡频率，就是用调制信号去控制决定载波振荡器振荡频率的元件或电路的参数，从而使载波振荡器的瞬时频率按调制信号变化规律线性地改变，就能够实现直接调频。直接调频可用如下方法实现： 4.1改变振荡回路的元件参数实现调频

在LC振荡器中，决定振荡频率的主要元件是LC振荡回路的电感L和电容C。在RC振荡器中，决定振荡频率的主要元件是电阻和电容。因而，根据调频的特点，用调制信号去控制电感、电容或电阻的数值就能实现调频。

调频电路中常用的可控电容元件有变容二极管和电抗管电路。常用的可控电感元件是具有铁氧体磁芯的电感线圈或电抗管电路，而可控电阻元件有二极管和场效应管。 4.2控制振荡器的工作状态实现调频

在微波发射机中，常用速调管振荡器作为载波振荡器，其振荡频率受控于加在管子反射极上的反射极电压。因此，只需将调制信号加至反射极即可实现调频。

若载波是由多谐振荡器产生的方波，则可用调制信号控制积分电容的充放电电流，从而控制其振荡频率。

通常小功率发射机采用直接调频方式，并组成框图如下所示：

其中，其中高频振荡级主要是产生频率稳定、中心频率符合指标要求的正弦波信号，且其频率受到外加音频信号电压调变；缓冲级主要是对调频振荡信号进行放大，以提供末级所需的激励功率，同时还对前后级起有一定的隔离作用，为避免级功放的工作状态变化而直接影响振荡级的频率稳定度；，功放级的任务是确保高效率输出足够大的高频功率，并馈送到天线进行发射。

上述框所示小功率发射机设计的主要任务是选择各级电路形式和各级元器件参数的计算。

（1）频振荡级：

由于是固定的中心频率，可考虑采用频率稳定度较高的克拉泼振荡电路。

克拉泼（clapp）电路是电容三点式振荡器的改进型电路，下图为它的实际电路和相应的交流通路：

实用电路 交流通路

如图可知，克拉泼电路比电容三点式在回路中多一个与C1 、C2相串接的电容C3，通常C3取值较小，满足C3

可是，接入C3后，虽然反馈系数不变，但接在AB两端的电阻RL’=RL//Reo 折算到振荡管集基间的数值（设为RL’’）减小，其值变为

2'

RL''≈nLRL=(

C32

)2RL

C3+C1,2

式中，C1，2是C1 C2 和 各极间电容的总电容。因而，放大器的增益亦即环路增益将相应减小，C3越小，环路增益越小。减小C3来提高回路标准是以牺牲环路增益为代价的，如果C3取值过小，振荡器就会因不满足振幅起振条件而停振。

（2）缓冲级：

由于对该级有一定增益要求，考虑到中心频率固定，因此可采用以LC并联回路作负载的小信号谐振放大器电路。

并联谐振回路如图所示

如图，Rs RL 分别为输入信号源内阻和输出负载电阻，Rp为L中心损耗电阻，回路中总导纳为 Y（jw）=1/Re+j(wc-1/wL) 式中，Re=Rp//Rs//RL.因而电流源Is（jw）在回路上产生的电压为：

V(jw)=

Is(jw)Re

=Is(jw)

Y(jw)1+jRe(wc-1/wL)

令回路总导纳为0

，求得谐振角频率为ωo=，这个频率上，回路电压达到最大，

Vo=V(jωo)=IS(jωo)Re，且与IS(jωo)同相

V(jω)=

VoVo

==

Reoo1+jω1+j-）1+jQe（-）ωoLωoωωoω

Vo

其中，V(ω)=

ϕv(ω)=-arctanω

Qe为有载品质因数，定义为：

Qe=Re/ωoL=ωoCRe==

Qo

1+Rp/RS+Rp/RL

Qo：Rp/ωoL为回路固有品质因素，可见要增大Qe 除提高Qo外，还应采用Rs 大的电流源激励，且尽可能增大RL值。

并联谐振回路的幅频和相频特性曲线如下图：

幅频特性 相频特性

对该级管子的要求是： fr≥(3-5)fo V(BR)CEO≥2Vcc

至于谐振回路的计算，一般先根据f0算出LC的乘积值，然后选择合适的C，再求出L。C根据本课题的频率可取100pf~200pf。

（3）功放输出级：

为了获得较大的功率增益和较高的集电极效率，该级可采用共发射极电路，且工作在丙类状态，输出回路用来实现阻抗匹配并进行滤，如下图为谐振功率放大器的原理电路图：

其中Zl为外接负载，Lr Cr 为匹配网络，它们与外接负载共同组成并联谐振回路，调Cr使回路谐振在输入信号上，为实现丙类功放，基极偏置电压Vbb应该没在功率管的截至区内。

若忽略基区宽度调制效应及管子结电容的影响，则输入信号电压Vb（t）=（coswt）*Vbm，根据

vBE=VBB+vb=VBB+Vbmcosωst，集电极电流波形是一串周期重复的脉冲序列，脉冲宽度小于半个周

期，用傅里叶级数展开可得：

iC=Ico+ic1+ic2……=ICO+Ic1mcosωst+Ic2mcos2ωst

…… …

由于集电极谐振回路调谐在输入信号频率上，因而它对ic中的基波分量呈现的阻抗最大，且为纯电阻，称为谐振电阻，在高Q回路中，其值近似为：Re=总电容，ωo=ωs=1/

ωo2L2r

RL

=

CrCLLr

，式中Ct= 为回路

Cr+CLCtRL

Qe= ωo Lr/RL为回路有载品质因素，而谐振回路

上对c中的其他分量呈现的阻抗均很小，这样可以近似认为回路上仅有由基波分量产生的电压，Vc，而平均分量和各次谐波分量产生的电压均可忽略，因而可在负载上得到不失真信号功率。

利用谐振回路的选频作用，可以将失真的集电极电流脉冲变换为不失真的余弦电压，同时还可以将含有电抗分量的外接负载变换为谐振电阻Re，而且调节

i

LrCr

，还能保持回路谐振时使Re等于放

大管所需的集电极负载，实现阻抗匹配，因此在谐波功率放大器中，谐振回路起了选频和匹配的双重作用。

丙类工作时集电极效率随管子导通时间的减小而增大，但随着导通时间的减少，ic中基波分量幅度

Ic1m将相应减小，从而导致放大器的输出功率减小，为了在增大输入激励电压幅度Vbm外，还必须同

将基极偏执电压Vbb向负值方向增大。这样，加到基极上的最大反向电压（Vbb-Vbm）就将迅速增大，从而可能发生功率管发射结被反向击穿。

从结构简单，调节方便期间，本课题采用π型网络，计算元件参数时通常取Qe在10以内，π型网络及计算如下：

实现条件：Re

元件表达式： XL1=-XCO XC1=-Qe1Re

XC2=-RRR XL2=-Xc1-Le

XC2功率管应满足以下条件：PCM≥Po ICM≥icmax V(BR)CEO≥2Vcc fγ≥(3-5)fo

本设计图纸为：

五、系统调试

5.1元件清单：

5.2调试结果

1. 给电路板通电，电压为12V，不加音频信号，测试三极管的静态工作点，看是否符合理论要求；

2. 加上音频信号，用频偏移测出角频； 3. 使用收音机收听，记下频率。 5.3调试结果分析

后来发现电路板运行不稳定，输出频率与电压值经常发生跳变，原来是由于虚焊

导致，为了解决虚焊问题，电路板不加音频信号，加上12V电压并接地，同时在输出级用示波器观察，接触各个焊点，如果示波器的波形发生跳变，则表示这点很可能发生虚焊，逐一修改，解决了虚焊问题。

通过收音机测试，发射距离可以达到45米。

六、心得体会

焊接电路板要注意以下几点：

1、要先检查所有的元件是否可用，焊接三极管时应分清基极，集电极，发射极；

2、焊接时要注意防止虚焊，电容电感尽量卧式安装，焊接完成后尽量缩短高频部分的元件引线，但不用剪太短，否则不容易更改；

3、接地线时不能贪图省事，用锡一直拉一排连接各管脚的地这样不易更改线路，应仍使用导线连接，便于修改；

4、绕中周时应有规律的绕，均匀的绕，从下到上或者从上到下，切不可上面绕几圈下面绕几圈，这样在调节的时候会出错，焊接漆包线时一定要将焊接处的漆刮干净，最好用火烧，绕完后要用万用表测试其是否导通；

5、电源线和地线排放的位置不能靠太近，否则用鳄鱼夹加电时易发生短路碰电；

这次我们所设计的调频发射机虽然简单，但它却是广播电台等设备的基础，只有弄清简单电路的工作原理才能掌握更加高级的电路，寒假我准备改装一下我的无线网卡，加一个增益天线，因为看到网上很多DIY高手都自己进行改装，很羡慕他们，而我正是这个专业的，没理由不会弄，假期有的忙了！

七、参考文献

[1] 高吉祥，高频电子线路[M].，电子工业出版社，2005

[2] 张肃文，高频电子线路北京[M].北京：高等教育出版社, 2009

[3] 胡宴如, 高频电子线路实验与仿真,高等教育出版社, 2009 附录：PCB

图：