高频电子线路论文

1.模拟调制技术概述

调制技术是把基带信号变换成传输信号的技术。它将模拟信号抽样量化后，以二进制数字信号“1”或“0”对光载波进行通断调制，并进行脉冲编码（PCM）。数字调制的优点是抗干扰能力强，中继时噪声及色散的影响不积累，因此可实现长距离传输。它的缺点是需要较宽的频带，设备也复杂。

调制方式按照调制信号的性质分为模拟调制和数字调制两类；按照载波的形式分为连续波调制和脉冲调制两类。模拟调制有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）。数字调制有振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）、移相键控（PSK）和差分移相键控(DPSK）等。脉冲调制有脉幅调制（PAM）、脉宽调制（PDM）、脉频调制（PFM）、脉位调制（PPM）、脉码调制（PCM）和增量调制（ΔM）。示出常用调制方式的已调波形。

调频(FM）：用调制信号控制载波的振荡频率，使载波的频率随着调制信号变化。已调波称为调频波。调频波的振幅保持不变，调频波的瞬时频率偏离载波频率的量与调制信号的瞬时值成比例。调频系统实现稍复杂，占用的频带远较调幅波为宽，因此必须工作在超短波波段。抗干扰性能好，传输时信号失真小，设备利用率也较高。

目前，应用最广泛的是采用变容二极管直接调频技术，即利用二极管反偏。工作时PN结呈现的势垒电容，它与回路中的电感共同构成振荡器的振荡回路，从而作为振荡频率直接调频电路。它具有工作频率高、固有损耗小和使用方便等优点。即下面以变容二极管直接调频为例介绍调频电路

2.电路组成与工作原理

变容二极管为特殊二极管的一种。当外加顺向偏压时，有大量电流产生，PN（正负极）接面的耗尽区变窄，电容变大，产生扩散电容效应；当外加反向偏压时，则会产生过渡电容效应。但因加顺向偏压时会有漏电流的产生，所以在应用上均供给反向偏压。变容二极管的结电容变化曲线如图1所示。

在变容二极管直接调频电路中，变容二极管作为压控电容接入到谐振回路中,振荡器的振荡频率由谐振回路的谐振频率决定。因此，变容二极管的结电容随加到变容二极管上的电压变化时，由变容二极管的结电容和其他回路元件决定的谐振回路的谐振频率

变容二极管的压控电容特性曲线

图1

也就随之变化，若此时谐振回路的谐振频率与加到变容二极管上的调制信号呈线性关系，就完成了调频的功能，这也是变容二极管调频的原理。

3.实际电路组成

变容二极管调频电路主要是由主振电路和变容二极管直接调频

电路构成，电路如图所示。

图2

C14100nF

C9100pF

C10330pF

C82330pF

C724pF

C330pF

C12

33pF C13

10nF

R42kΩ

R51kΩ

R6

15kΩ

R78.2kΩ

R23.9kΩR3180kΩ

R120kΩ

R88.2kΩ

R910kΩ

R101.5kΩ

C14.7uF W2

20kΩKey=A 50%CC1

100pF

Key=A

50%W1

5kΩ

Key=A

50%

L41.2uH L1

47uH Key=A 50%D1BB910

V112 V

C85pF

2

1

C1110nF

8

XFG1

XSC1

A

B

Ext Trig

+

+

_

_

+

_

Q1

2N3391

Q2

2N3391

10

12

14

5

9

6

16

18133

4

加入调制信号

图3 变容二极管直接调频电路

4. 电路调试

图3 变容二极管直接调频仿真

5. 变容二极管直接调频电路设计原理分析

图4中，直接调频电路由变容二极管(Bb910)D1，耦合电容C1、C3、C82，偏置电阻R1、R2，隔离电阻R3和电位器W1构成。

其中等效电路图如下图1.4所示。

CJ

图4 变容二极管部分接入等效图

无调制时，谐振回路的总电容为：

式中()718C CC C Ca +=，（由于C9和C10电容值远大于C7,C9和C10可串联忽略）CQ 为静态工作点是所对应的变容二极管结电容。

调频电路中，R1、R2、R3和W1调节并设置变容二极管的反偏工作点电压V Q ，，调制信号u Ω经C82和高频扼流圈L1加到二极管上。为了使V Q 和u Ω能有效的加到变容管上，而不至于被振荡回路中L4所短路，须在变容管和L4之间接入隔直流电容C3，要求它对高频接近短路，而对调制频率接近开路。C1为高频滤波电容，要求它对高频的容抗很小，近似短路，而对调制频率的容抗很大，近似开路。信号V 从端口通过C82输入，C82为隔直电容，滤除输入信号中掺杂的直流成分。电感L1为高频扼流圈，要求它对高频的感抗很大，近似开路

CJ

高频通路 直流和调制频率通路 图5 变容二极管及其控制电路接入振荡电路

路，而对直流和调制频率近似短路。对高频而言，L1相当于断路，

Q

3Q

3Q C

C C C C C a ++=∑

C3相当于短路，因而C3和二极管D1接入LC 振荡电路，并组成振荡

器中的电抗分量，等效电路如下左图所示。对直流和调制频率而言，由于C3的阻断，因而V Q 和u Ω可以有效的加到变容管上，不受振荡回路的影响，等效电路如图1.5是示。 6. 电路工作分析 6.1谐振回路总电容

Cj

C Cj

C Ca C ++

=∑33 回路总电容变化量

j

2C p C ∆=∆∑

单位调制电压所引起的最大频偏称为调制灵敏度，以Sf 表示，单位为 kHz/V ，即

Sf = △fm / VΩm

VΩm 为调制信号的幅度；△fm 为变容管的结电容变化△Cj 时引起的最大频偏。

在频偏较小时，△fm 与△C∑的关系可采用下面近似公式，即

∑

∑

∆⋅-≈∆Q o m 21C C f f

调制灵敏度

调制灵敏度Sf 可以由变容二极管Cj-v 特性曲线上VQ 处的斜率kc

计算。Sf 越大，说明调制信号的控制作用越强，产生的频偏越大。 改变CC1的值可以使变容二极管的工作点调节到最佳状态。 7. 电路元器件参数 7.1震荡回路参数LC 显然LC 如有变化，必然引起震荡频率的变化，影响LC 变化的因素有：元件的机械变形，周围温度变化的影响，适度，气压的变化，因此为了维持LC 的数值不变，首先就应选取标准性高的，不易发生机械变形的元件；其次，应尽量维持振荡器的环境温度的恒定，因为当温度变化时，不仅会使LC 的数值发生变化，而且会引起电子器件的参数变化，因此高稳定度的振荡器可以封闭在恒温箱（杜瓦瓶）内，

m

ΩQ o 2V C C f S f ∑

∑∆⋅=