高频课程设计

调频无线话筒
1 概述
通信的主要任务就是传输消息，最早的无线通信出现在工业化时期，随着无线电通信技术迅速发展，各种无线电通信设备广泛应用于人们生产、生活等各个领域。

1.1无线话筒准用的频段
无线电波可以在空间自由传播，不受用途和地域限制，因此造成各种无线电设备的频率交叉重叠。

如果不加以规定和约束，不可避免地会产生相互干扰，影响正常的通信。

为此，世界上无线频率管理部门对无线电频率的使用范围作了统一规定，使它们之间的相互影响降到最低。

无线话筒使用频率为88MHZ-108MHZ。

1.2各频段无线电波的传播特性
自由空间电磁波的传播衰减包括距离衰减（衰减量与距离的平方成正比）、传播媒体的吸收（空气、人体和墙体等）和金属结构物的反射。

频率越高，传播媒体的吸收越大，金属物体的反射越强（即阻止电磁波传播的能力越强）。

金属物体对电磁波都有反射作用。

阻挡电磁波传播的能力与电磁波的波长和金属物体的大小有关。

电磁波的波长小于金属物体的尺寸时，会被全部反射，传播受阻。

或者说，频率越高，金属物体对电磁波的反射越强。

相反，如果电磁波的波长大于金属物体的尺寸时，部分电磁波会绕过金属障碍物继续传播（电磁波的绕射特性）。

电磁波对金属网格（或金属孔板）有穿透能力。

电磁波的波长小于金属网格孔的直径时，则会被通过。

也就是说，波长越短，通过金属网格的穿透能力越强。

非金属物体（人体、墙壁等）对电磁波的吸收作用，电磁波的频率越高，非金属物体对它的吸收越大，电磁波的传播衰减也越大。

无线电通信系统的基本组成框图：
信源输入换能器发射机无线信道接收机
噪声
图1.1 无线电通信系统框图
1.3 无线话筒
无线话筒是一个简单的发送设备，由输入换能器和发射机构成。

输入换能器将待发送的信息变换为基带信号，如果信息表现为声音，那么换能器便是将声音变换为电信号的话筒。

发射机将基带信号变换成其频带适合在信道中传播的信号，并送入信道。

这种变换称为调制。

用来对载波进行调制的基带信号称为调制信号。

发射机将已调信号放大并变换为足够强度的高频电振荡。

发射天线则将高频电振荡变换为电磁波向外辐射。

2 仿真软件简介与应用
NI Multisim软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件。

作为 Windows 下运行的个人桌面电子设计工具，NI Multisim 是一个完整的集成化设计环境。

它拥有直观的图形界面、强大的仿真能力、丰富的测试仪器、完备的分析手段、独特的射频(RF)模块、强大的MCU模块、完善的后处理、详细的报告、兼容性好的信息转换。

在这里运用Multisim仿真，对电路进行电压电流及波形分析。

以检测电路的可行性和工作效果。

3 设计原理与方案
3.1调频无线话筒构造
无线话筒的基本电路包括几个部分：低频小信号放大电路、振荡器、缓冲器、功放电路和发射天线。

构造图如下：
图3.1 无线话筒基本构框图
3.2 基本构造原理
低频小信号放大器是将信号源输入的信号进行初步不是真略微放大，没有对原始信号进行其他改变便传输给下一级电路。

调频振荡器的电路形式主要有晶体振荡器直接调频，电抗管调频、变容二极管调频。

晶体振荡器直接调频电路的优点是提高了振荡器中心频率的稳定性；电抗管调频电路与变容二极管调频电路相比，要复杂一些。

缓冲级通常采用射极跟随器电路。

在调频电路和高频放大电路中间加一个缓冲器以减少两级信号之间的相互干扰 ，增强电路的抗干扰能力。

高频放大器属于线性放大器。

根据电路所需要的电压增益和选择性，来确定电路形式。

一般电路形式有单调谐放大器和双调谐放大器。

在对放大器选择性要求不高的场合，可以选用单调谐放大器。

为提高放大器的电压增益，可以选择多级放大器级联的电路形式。

要使负载（天线）上获得令人满意的发射功率，而且整机效率较高，应选择丙类功率放大器。

末级功放的功率增益不能太高，否则电路性能不稳定，容易产生自激。

因此要根据发射机各部分的作用，适当地合理分配功率增益。

要使负载（天线）上获得令人满意的发射功率，
低频小信号放大电路
振 荡 器 缓 冲 器
功放电路
而且整机效率较高，应选择丙类高频功率放大器。

3.3 方案分析与确定
3.3.1 方案一
电路由两个三极管和电阻、电感、电容组成。

此电路可以产生高频载波并进行调制发射。

其中的LC谐振回路具有选频作用，两个三极管的集电极与基极互相交叉连接，整体组成高频振荡器。

信号通过电容耦合到VT1集电极(也就是VT2基极)，对高频振荡信号进行频率调制，调制后的调频信号又通过电容耦合至天线辐射出去。

发射频率取决于LC谐振回路谐振频率。

电路图如下：
图3.2 方案一电路图
此方案电路比较简单，在电路搭接的过程中发现他的抗干扰能力差，特别是有人靠近的时候，漂频现象比较严重。

3.3.2方案二
电路有两个部分：高频振荡器和高频放大器。

以T1为主的左边电路构成了高频振荡器。

振荡器的振荡频率受L、C4、C5、T1的结电容影响。

加至T1管基极的音频信号电压，会使c-b结电容随它变化，从而实现调频。

C4可改变中心频率的选择(88~108MHz)。

T1集电极输出调频信号，通过C7耦合到T2管的基极，经过T2管功率放大后从天线辐射出去。

T2管构成的高频放大器，隔离了天线对高频振荡器的影响，有缓冲作用，可以使前面的高频振荡器产生的振荡频率更加稳定。

电路图如下：
图3.3 方案二电路图
3.3.3方案三
电路有严格的四个组成部分：低频小信号放大电路、高频振荡器、缓冲器、高频功率放大器。

电路构成较复杂。

但是可以做到音频信号的放大，并适当减小失真和干扰使得输出稳定。

电路中含有4个三极管、电阻、电容和电感。

原理图如下：
图3.4 方案三原理图
此方案的设计思路较为全面，在满足无线话筒的基本要求的同时，可以改善效果，使信号输出稳定，失真小，所以最后选定方案三进行进一步加工。

4 电路设计与仿真
根据上面选定的方案三，电路分为了小信号放大、振荡器、缓冲器和放大器。

根据这个思路对电路进行设计。

4.1 单元电路设计
4.1.1 低频小信号放大电路
由射极放大电路构成低频小信号放大电路对输入的音频信号进行低倍放大后通过C4电容耦合输入给下一级三极管的基极。

设计电路图如图所示：
图4.1 低频小信号放大电路
4.1.2 高频振荡器
该部分电路可以起到调频作用。

主要靠晶体三极管、电容、电感调节。

电容三点式振荡器的等效电感会随着调制信号的变化而变化，根据公式f=1/[2∏*(LC)-1/2],当电感变化时，载波频率也会随之变化。

于是构成了调频器。

可以取得较大频偏，但是电路的稳定
度不是很高。

电路图如下：
图4.2 振荡调频电路图
4.1.3 高频功放电路
为了是负载天线上获得较大的输出功率，一般选择丙类功率放大器。

为了提高放大器的电源增益，可以选择多级放大器级联形式。

但是最后一级放大电路的功率增益不能太高，否则电路不稳定，会产生自激。

图中的L和C组成选频电路。

最后由电容输出高频信号。

电路图如下所示：
图4.3 高频功放电路
图中右上方的电容和电感起到缓冲作用，防止天线输出对整个放大电路有影响。

4.2 仿真
4.2.1 电路整体电路仿真图
仿真图如下：
图4.4 整体电路图
由于在Multisim仿真软件中没有找到麦克风，于是用信号发生器代替，表示信号的输入。

晶体三极管9018、9013也没有找到，于是用性能类似的BC548代替。

4.2.2 仿真分析
小信号放大电路分析：电路第一级为低频小信号放大器，将双踪示波器的channelA 直接接信号源，channelB接第一级三极管的集电极输出，此时在Multisim中得到的仿真波形如图：
图4.5 小信号放大波形
从上图中，可知输入在50mv左右，输出在1V左右，电路对信号源进行了放大，信号频率不变。

但是电路跑了相当长时间以后发现，两个电压值是不停有变化的，并不是一直维持在一个状态，对于这一点，小组成员尚未找到合理解释。

高频功放电路的电路效果是将信号频率增大的同时功率增大。

下图是在Multisim中仿真得到的波形：
图4.6 高频功放波形
波形不是特别工整，出现了失真，较之前面的信号，频率很大，电压也增大了很多，
即功率放大。

天线输出的信号需要是高频信号，以减小对天线长度的要求。

5 实物制作
5.1 元件清单
表5-1 元件清单
元件规格个数
电阻（Ω）
180 1 22k 1 5.1k 1 10k 3 1k 1 4.7k 1 68k 1 3.9k 1 510 1
电容
30p 5 1000p 1 10μ 1 100μ 1
电感0.104m 2
麦克风--- 1
天线--- 1 晶体三极管9018 1
9013 1
在购买元件时，由于实际元件规格的限制，没有68k的电阻，于是我们用47k和22k 的串联得到近似68k，3.9k的电阻用3.6k的代替，180的电阻用200的替换。

没有固定电感，用的是可调电感，有待调试。

5.2 实物焊接
焊接过程中由于经验不足，排版过于拥挤，导致了焊接过程的小麻烦。

特别是电容的两个脚挨得太紧，很有可能导致短路。

实物照片如下：
图5.1 实物图
6 总结与体会
课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，在组装电路板的过程中，我学到了很多的东西，同时不仅可以复习了以前学的知识，而且学到了很多书本上么有的知识。

通过这次高频的课程设计使我懂得了理论与实践相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把学到的知识和实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考能力。

在组装的过程中遇到很多问题，这毕竟是我的第一次实际做东西的时候，很多电路图的地方都看不懂，于是我请教了同学和老师，在他们的帮助下我终于慢慢的理解了电路图，更加的懂得了以前所学知识的局限性，理解了理论与实践的不同。

在装电路板的时候，我又对电路图进一步的理解了，我体会到了设计电路的辛苦和漫长，是在一步一步的实践中摸索出来的，不仅要有牢固的理论基础，而且要在实践中探索。

通过这次的课程设计，我对这方面的学习更加的感兴趣了，在以后的学习中应注重理论和实践的相结合，这样才能有兴趣和能更好的理解所学的知识。

参考文献
[1].刘泉主编《通信电子线路》武汉：武汉理工大学出版社 2002
[2].方维，高荔主编《电路与电子学基础》北京：科学出版社 2004
[3].徐国华主编《模拟及数字电子技术实验教程》北京：北京航空航天大学出版社 2004
[4].周南生，张文敏编《晶体管电路设计》北京：科学出版社 2004
[5].李祥臣，卢留生编《模拟电子技术教程》北京：北京清华大学出版社2005
[6].康华光，陈大钦编《电子技术基础--模拟部分》武汉：华中理工大学出版社2004
[7].李永平，董欣，刘媛编《电路设计与实现》北京：国防工业出版社 2005
致谢
在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。

首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。

在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。

其次，我要感谢帮助过我的同学，同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。

最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学！。