调频发射机设计

电气与电子信息工程学院

《小型通信系统课程设计》课程设计报告

专业班级：2013电信专

学号：8

姓名：朱硕

指导教师：桂静宜、艾青

设计时间：2015年6月28日—2015年7月10日

设计地点：K2高频实验室

课程设计成绩评定表

指导教师签字：

年月日

目录

课程设计任务书

2014～2015学年第2学期

学生姓名：朱硕专业班级：2013电信专

指导教师：桂静宜、艾青工作部门：电气学院

一、课题名称：小型通信系统课程设计

二、设计目的：通过本课程设计，使学生对通信系统的整体结构及配置有全面的了解。训练学生的动手实践能力，培养学生具体问题的能力。让学生通过本课程设计，熟悉基本通信系统单元的设计方法和工作原理，尤其是调频和解调原理。对学生进行基本技能训练，例如组成系统、调试、查阅资料、绘图、编写说明书等；使学生理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。

三、设计内容

利用通信原理和高频电子线路的相关知识，来完成对输入的语音信号的调频，然后通过解调利用耳机接收该语音信号。

四、设计要求

1、发射机功率P A≥100mW,负载电阻RL=75Ω

2、开阔地传播距离S＞100m

3、发射机工作频率f c=88MHz～108MHz

4、调频信号幅度ULm=1V时，最大频偏Δfm=20kHz

5、接收机工作频率f c’=88MHz～108MHz

6、输出平均功率Po=0.25W（负载电阻R8Ω）

7、接收灵敏度γ=10μV

五、设计进度表

六、设计报告

课程设计报告的基本内容至少包括封面、正文、附录三部分。课程设计报告要求统一格式，字体工整规范。

1、封面

封面包括“《小型通信系统课程设计》课程设计报告”、班级、、学号以及完成日期等。

2、正文

正文是实践设计报告的主体，具体由以下几部分组成：

（1）课程设计题目；

（2）课程设计任务与要求；

（3）设计过程（包括方案论证、设计原理、创新点以及采用的新技术等）；

（4）硬件系统框图与说明；

（5）软件PCB的制作流程与说明；

（6）课程设计总结（包括自己的收获与体会；遇到的问题和解决的方法；技术实现技巧和创新点；作品存在的问题和改进设想等）；

3．附录

附录1：电路原理图

附录2：生成PCB图

附录3：使用元器件一览表（序号、名称、型号、规格、数量、备注）

附录4：参考文献

七、考核方式与成绩评定办法

备注：成绩等级：优（90分～100分）、良（80分～89分）、中（70分～79分）、及格（60分～69分）、60分以下为不及格。

八、参考书目

1、张肃文.《高频电子线路》：高等教育出版社，2000.

2、南利平.《通信原理》：清华大学出版社，2002.

第二部分调频发射器的设计与制作

一、设计任务与要求

1.1设计任务

利用通信原理和高频电子线路的相关知识，来完成对输入的语音信号的调频，然后通过解调利用耳机接收该语音信号。

1.2实际要求

制作接收频率在88-108MHz的简易调频麦克风发射器，要求：

1）发射机功率P A≥100mW,负载电阻RL=75Ω

2）开阔地传播距离S＞100m

3）发射机工作频率f c=88MHz～108MHz

4）调频信号幅度ULm=1V时，最大频偏Δfm=20kHz

5）接收机工作频率f c’=88MHz～108MHz

6）输出平均功率Po=0.25W（负载电阻R8Ω）

7）接收灵敏度γ=10μV

二、方案设计与论证

2.1 方案一：

采用集成元件来设计制作调频发射机，由于集成芯片内已集成调频等电路便于设计制作的调试，但是设计制作成本较高。

2.2 方案二：

采用分离元件来设计制作调频发射机，这样可以更好的掌握调频设计的原理等，而且设计成本低。

2.3 综合本组情况，本组采用方案二即采用分离元件来设计制作调频发射机。

三、设计原理

3.1 调频原理：

频率调制又称调频（FM），它是使高频振荡信号的频率按调制信号的规律变化（瞬时频率变化的大小与调制信号成线性关系），而振幅保持恒定的一种调制方式。本文着重讨论了调频发射的实现电路的各个组成部分及实现电路，使用直接调频法对信号进行调制，末级使用高频功率放大器对信号进行放大，确保信号达到可以发射的足够的功率。

3.1.1线性调频基本原理

在现代无线电系统尤其是在通信、遥测、调频广播和电视(伴音)中，调频技

术应用非常广泛。下面对其原理进行基本介绍。

假设 g ( t )为归一化的调制信号，则有理想调频波的表达式：

00()cos[()]FM c e t A t g d ωωττθ=+∆⎰+ （1.1）

其中: c ω为载波角频率，ω∆为最大角频偏，0θ 为初始相角。设调制信号的角频率为m ω，则调频波的调制指数(Modulation Index)为：/m βωω=∆。

当调制信号为 f ( t )时，调相波的表达式为：

00()cos[()]PM c P e t A t m f t ωθ=++ （1.2）

可以看出，调相波和调频波有相似之处。如果 f ( t )满足()()t

f t

g d ττ=⎰则上式即为调频波。根据调频波和调相波之间存在的关系，可将调制信号先积分后再对载波进行调相即得 FM 信号；将调制信号先微分后再对载波进行调频即得 PM 信号。

理论和实践表明，当调频信号的最大角频偏ω∆和最大调制角频率m ω都远小于载频c ω时，能够产生近似理想的调频波。我们将/1c ωω∆<<和/1m c ωω<<称 为线性调频(严格地讲，应为准线性调频)的实现条件。根据上述条件，对于宽带调频而言，就要相应提高载波频率。

从理论上讲，调频信号的频谱为无限宽。对于宽带调频信号，由 Bessel 函数可知，调频信号的绝大部分能量包含在有限的频谱中。有效带宽通常按照 n = β+ 1(β为调制指数)计算。根据此原则，FM 信号的有效带宽为：

2()m B f f =∆+ （1.3）

其中，/2f ωπ∆=∆为 FM 信号的最大调制频偏；/2m m f ωπ=为调制信号的频率，对于二元 PCM 信号，m f 为其码速率的 1/2，在窄带调频(NBFM)时，由于1β<<，所以带宽 B 取2m f ；对于窄带调相(NBPM)，由于1β>>，所以带宽取2f ∆。以上原则通常称作卡森(Carson)准则。

另外，在调频过程中，调频信号的总功率等于未调载波的功率，所以信号 的总平均功率和峰值功率都不变。但载波和边频之间的功率分配受调频影响。适