无线电收发信机基础

无线电发射机(Radio Transmitter)是实现信号在无线信道中有效传输的通信设备之一。它的作用是将要传输的基带信号通过调制，放大、变频等一系列处理，最终使信号通过天线以高频电磁波的形式进入到无线空间。

2.5.1 无线电发射机的基本组成

2.5.2 发射机的主要技术指标

1．输出功率

2．频率范围与频率间隔

3．频率准确度与频率稳定度

4．邻道功率

5．寄生辐射

6．调制特性

2.5.3 短波单边带发射机

2.5.4 调频发射机

2.5.1 无线电发射机的基本组成

无线电发射机的基本组成包括基带信号处理电路、载波发生器、调制器、高频功

率放大器和发射天线等五部分：如图2-19。基带信号处理电路包括了对来自于话筒

(或各种音频设备)的音频信号的各种前端处理，如音频放大、音频滤波(将频率限制在

300~3400Hz)和可能需要的语音压缩(幅度限制，防止出现过大的调制度)和预加重

(用于FM发射机中)等；调制器用于将处理过的音频信号调制到高频载波上，不同的调

制方式采用不同的调制器，在直接调频中，调制器与载波发生器合二为一；高频功率

放大器将高频已调波进行功率放大，使发射机的输出功率满足要求。发射天线是一种

将高频电信号转换成电磁波的单元，对于发射机来说，它是一种负载。

图2-19只是一个无线电发射机的基本组成部分。实际的发射机根据具体的功能和

技术指标要求还必须增加一些电路，如各种滤波器、变频器以及一些控制电路等，其

放大器也往往是多级的。

2.5.2 无线电发射机的主要技术指标

1．输出功率

发射机的输出功率对于AM波和FM波来说是指发射机的载波输出功率，即无调制时

发射机馈给测试负载的平均功率。对于载波被抑制的单边带发射机，其输出功率在无调制时为零，因此用峰包功率来衡量。峰包功率是指在等幅双音调制时，在信号包络的最大值上高频一周内的平均功率。发射机的输出功率是发射机的主要指标之一。根据输出功率的大小，发射机可以分为大功率发射机、中功率发射机和小功率发射机。发射机的功率越大，信号传播的距离就越远。但盲目地增加输出功率不仅会造成浪费，而且还会增加对其它通信系统或通信设备的干扰，不利于频率的有效利用。

2．频率范围与频率间隔

频率范围是指发射机的工作频率范围。频率间隔是指相邻两工作频率点之间的频率差,通常要求在频率范围内的任一工作频率点上发射机的其它各项电指标均能满足要求。

3．频率准确度与频率稳定度

设发射机的标称频率为fo，实际工作频率为fx，则频率准确度Af的定义为：

由于发射机内部高频振荡元件的标准性与老化等因素，不同时刻发射机的频率准确度也不同，因而在说明频率准确度时必须说明测试时间。

频率稳定度反映发射机载波频率作随机变化的波动情况。根据发射机观察时间的长短，频率稳定度可分为长期稳定度(在年、月范围内频率的变化)、短期稳定度(在日、小时内的频率变化)和瞬时频率稳定度(秒或毫秒内的频率的随机变化)。

对频率稳定度测试数据的处理，一般用均方根值表示，即在指定的时间间隔内将测得的频率准确度与其平均值的偏差取均方根值，如式(2-3)；

式中，n——测量次数；

Af——n个频率准确度测量值的平均值；

S——频率稳定度，单位Hz/s。

4．邻道功率

邻道功率是指发射机在规定的调制状态下工作时，其输出落入相邻信道内的功率，它常用邻道功率和信号载波功率之比来表示。邻道功率的大小主要取决于已调波频带的扩展和发射机的噪声。另外它还和载波的频谱纯度有关。

5．寄生辐射

发射机的寄生辐射是指有用频率以外的一切其它频率上的辐射，包括载波频率的各次谐波。发射机可能在很宽的频率范围内干扰其它接收机的正常工作，在电台密集的地区，必须严格限制各种发射机的寄生辐射。

6．调制特性

发射机的调制特性包括调制频率特性和调制线性。调制频率特性即发射机的音频响应，它是指当调制信号的输入电平恒定时，已调波振幅(对于线性调制)、频偏(对于调频)或相位

偏移(对于调相)与调制信号频率之间的关系。要求在300～3400Hz的频率范围内调制特性平坦(无加重网络时)，而在3400Hz以上，要求调制频率特性曲线迅速下降，以便使话音中无用的高音分量受到充分的抑制。调制线性是指在使用规定的调制频率(1000Hz)时，已调波的振幅、或频率、或相移随调制信号电平变化的线性度。调制线性好，可以减少所传送信号的非线性失真。线性程度常用调制非线性失真系数来表示。

2.5.3 短波单边带发射机

图2-20是一个SSB发射机的组成框图。信号在发射机中完成了两次频谱搬移过程。第一次搬移由相乘器和边带滤波器完成，边带滤波输出中频频率为500kHz的SSB信号至两级中放：第二次搬移在中放后的相乘器和调谐放大电路中进行，500kHz的单边带信号与波道晶振的输出在环形调制器中相混频，改变调谐放大器的中心频率可以选择其和频或差频。宽带放大器的通带范围是发射机的整个工作频率范围，不需调谐。信号经高频功率放大后通过天线调谐回路加到天线。必须强调，发射机中用以放大单边带信号的各级放大器都应工作在线性状态。为了防止因信号幅度过大而出现非线性失真现象，发射机还附加有自动功率控制(APC)电路。自动激励控制电路分别从第一、二宽放和功放电路中取出信号幅度信息，从而控制第一中频放大器的输入信号幅度。自动激励控制的作用类似于接收机中的自动增益控制(AGC)，当发射机的输出功率增大或减小时，通过控制中放电路的增益或衰减可以减小输出功率的变化，这能使发射机输出功率稳定；同时也可保护功放管不因信号太强而被烧坏。

2.5.4 调频发射机

调频发射机有多种组成方案，如放大倍频方案、混频方案等，一般说来，放大倍频方案杂散辐射较少且简单经济，因而获得广泛的应用。

图2-21是一个放大倍频的方案。话音加工电路包括预加重、频偏控制、放大、滤波等电路。话音信号经预加重和频偏控制电路后，送到调制去调制晶体振荡器的输出频率。由于采用了晶体振荡器，其中心频率比较稳定，但频率较低，且频偏也小，因此调制之后用于三级二倍频电路，将载波频率提高到射频频率，同时频偏也增大到原来的8倍。

晶体振荡器提供发送载波的基波振荡信号，其频率准确度及稳定度决定着发射机的频率准确度和稳定度。瞬时频偏控制电路(IDC)限制输入音频调制信号的电平，以防止调制频偏过大；调制器实现频率调制；倍频器的级数和倍频次数视设计要求的不同而不同，但每一级的倍频数一般不超过三。有的发射机需要有自动功率控制(APC)功能，因此，在放大级与功放级之间加有APC电路，它可依据预置的输出功率级别来控制功率放大器的输出功率。

图2-22是一种既有倍频又有混频的方案，混频与倍频由锁相环完成。已调频信号(载波21．4MHz)经1／384分频后变成55．73kHz，即鉴相器的比相工作频率，比相结果的误差电压经过低通滤波器滤除干扰后，去控制压控振荡器(VCO)。VCO输出的高频信号，—路从反馈支路经缓冲放大后，与来自频率合成器的载频混频后降至7.13MHz，再分频(1／128)，送到鉴相器作比相信号；另一路送入激励级去推动功率放大级。

设压控振荡器的输出频率(也就是发射机的工作频率)为fs，则有

fs=fL+7.13(MHz)

用锁相环取代倍频器的优点是可以大大降低发射机的各种杂波成份和噪声，从而改善发射机的邻道干扰和寄生辐射。