调频发射机设计11

【摘要】

本文主要讨论了调频发射机的原理实现方式并设计了电路图，将调频发射机的电路分为了振荡器、缓冲隔离、功率激励、及末级功放几部分，分别讨论它们的原理及其特性。其中振荡器采用LC调频振荡器，缓冲隔离级电路常采用射极跟随器电路，功率激励级为末级功放提供激励功率，末级功放采用丙类功率放大器。

【关键词】调频发射，振荡器，高频功率放大器

【引言】

调频发射机作为一种简单的通信工具，由于它不需要中转站和地面交换机站支持，就可以进行有效的移动通信，因此深受人们的欢迎。目前它广泛的用于生产、保安、野外工程等领域的小范围移动通信工程中。本课题重点在于设计能给发射机电路提供稳定频率的振荡调制电路。课题首先用两级电压并联负反馈放大电路，适当放大语音信号，以配合调制级工作；然后用石英晶体构成振荡电路为发射机提供稳定的基准频率载波，接着通过变容二极管完成语音信号对载波信号的频率调制，并通过LC并联谐振网络选出三倍频信号；最终利用两级功率放大，使已调制信号功率大大提高，经过串联滤波网络滤除高次谐波，最后通过拉杆天线发射出去。通过后续的电路仿真和部分电路的调试，可以证明本课题的电路基本成熟，基本能完成语音信号的电压放大、频率调制和功率放大，达到发射距离的要求。发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制,将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。通常，发射机包括三个部分：高频部分，低频部分，和电源部分。高频部分一般包括主振荡器、缓冲放大、倍频器、中间放大、功放推动级与末级功放。主振器的作用是产生频率稳定的载波。为了提高频率稳定性，主振级往往采用石英晶体振荡器，并在它后面加上缓冲级，以削弱后级对主振器的影响。低频部分包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级与末级低频功率放大级。低频信号通过逐渐放大，在末级功放处获得所需的功率电平，以便对高频末级功率放大器进行调制。因此，末级低频功率放大级也叫调制器。调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频)信号上去的过程。所以末级高频功率放大级则成为受调放大器。

1设计目的

设计一个采用直接调频方式实现的工作电压为12V 、输出功率在500mW 以上、工作频率为5MHz 的无线调频发射机，可用于语音信号的无线传输、对讲机中的发射电路等。

设计的技术指标与要求: 1工作电压：Vcc =+12V ； 2(天线)负载电阻：R L =51欧； 3发射功率：Po ≥500mW ； 4工作中心频率：f 0=5MHz ； 5最大频偏：kHz f m 10=∆； 6总效率：%50≥A η；

7频率稳定度：

小时/10/4

00-≤∆f f ； 8调制灵敏度S F ≥30KH Z /V ；

2设计框图与分析

2.1总设计方框图

与调幅电路相比,调幅系统由于高频振荡输出振幅不变, 因而具有较强的抗干扰能力与效率.所以在无线通信、广播电视、遥控测量等方面有广泛的应用。

拟定整机方框图的一般原则是，在满足技术指标要求的前提下，应力求电路简单、性能稳定可靠。单元电路级数尽可能少，以减少级间的相互感应、干扰和自激。

由于本题要求的发射功率P o 不大，工作中心频率f 0也不高，因此晶体管的参量影响及电路的分布参数的影响不会很大，整机电路可以设计得简单些，各组成

变容二极管直接调频电路

调制信号

调频信号

载波信号

图2-1 变容二极管直接调频电路组成方框图

部分的作用是：

(1)LC 调频振荡器：产生频率f 0=5MHz 的高频振荡信号，变容二极管线性调频，最大频偏kHz f m 10=∆，整个发射机的频率稳定度由该级决定。

(2)缓冲隔离级：将振荡级与功放级隔离，以减小功放级对振荡级的影响。因为功放级输出信号较大，当其工作状态发生变化时（如谐振阻抗变化），会影响振荡器的频率稳定度，使波形产生失真或减小振荡器的输出电压。整机设计时，为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。缓冲隔离级电路常采用射极跟随器电路。

(3)功率激励级：为末级功放提供激励功率。如果发射功率不大，且振荡级的输出能够满足末级功放的输入要求，功率激励级可以省去。

(4)末级功放：将前级送来的信号进行功率放大，使负载（天线）上获得满足要求的发射功率。若整机效率要求不高如%50≥A η而对波形失真要求较小时，可以采用甲类功率放大器。但是本题要求%50≥A η，故选用丙类功率放大器较好。 3 设计原理图

实际的无线调频发射机电路如图3-1所示。

V43DG130

R14C12

ZL2C11

CT T2

RL 51

+12v

N1N2

V3

3DA1

R13R12

R11

C10

T1

N3N4

N5

C9

R 交负

V2

3DG100R10

R9

R8

Rw2

V1

R1

R2

R3

R4

L1

Cj R6

R7

R5

ZL1

C8

C4

C5

C1

C2

C3

C7

C6in

图3-1 无线调频发射电路

考虑到频率稳定度的因素，调频电路采用克拉泼振荡器和变容二极管直接调

频电路。电路的工作原理是：利用调制信号控制变容二极管的结电容，改变振荡器振荡回路的总电容，从而使调频振荡器输出信号的频率随调制信号的变化而变化，即实现调频。调频后的信号经过缓冲隔离、宽放和功放后通过天线发射出去。4设计性能分析

4.1发射功率

发射功率指发射机发射到天线上的功率。只有当天线的长度与发射信号的波长相比拟时，天线才能有效地把信号发射出去。波长λ与频率f的关系是

f

c/

=

λ

式中，c为电磁波传播速度，c=3*108m/s。若接收机的灵敏度V

A

=2uV，则通信距

离s与发射功率P

o

间的关系为

4

0}

{

07

.1mW

P

s=

当发射功率为大于500mW时通信距离为5.08Km以上。

4.2工作频率

发射机的工作频率应根据调制方式，在国家有关部门规定的范围内选取。对于调频发射机，工作频段一般选择在超短波范围内。

4.3总效率

发射机发射的总功率P

O 其所消耗的总功率P

T

比，称为发射机的总功率，用Aη

表示。

4.4调制灵敏度S

是单位调制信号电压所引起的最大频偏，其值越大，说明调制信号控制作用越强，产生频偏越大。

5电路参数的计算与元件选择

整机电路的实际计算顺序一般是从末级单元电路开始，向前逐级进行。而电路的组装和调试顺序一般是从前级单元电路开始向后级逐级进行。

5.1增益分配与功率放大器的设计

发射机的输出应具有一定的功率才能将信号发射出去，但是功率增益又不可能集中在末级功放，否则电路性能不稳，容易产生自激。因此要根据发射机的各