毕业论文--无线调频发射机设计(论文)3.docx

摘要Abstract绪论 11. 1课题研究背景和意义 11. 2 国内外研究现状 2第二章 无线调频发射机概述 2. 1发射机的基本概念和主要性能指标--2. 2 发射机工作原理 第三章 无线调频发射机总体方案设计----3. 1无线调频发射机的系统组成 2. 2调频无线发射机的整体方案设计—— 第三章单元调频无线发射机各单元电路设计3. 1压控振荡器电路设计 3. 2变容二极管的电路设计 3. 3调频电路的设计 3. 4高频放大电路的设计 3. 5锁相环电路的设计 3. 6单片机电路的设计 第四章 控制及显示电路原理 4. 1 单片机控制原理 4. 2可控分频电路设计 4. 3键盘及显示电路 4. 4软件部分 第五章系统测试结果与分析结论 致谢 参考文献 无线通信是利用大气空间作为传输信道来实现信息传输的一种技术为了避 免与其他同频率范围内信号源的相互干扰，控制信号在大气空间传送过程中的衰 落，同时降低收发设备成木，日常有用的低频信号先要调制到有一定频段的高频 载波上，经过功率放大后由天线发送到大气空间，接收机的天线接收到射频信号 后对其进行放大，通过下变频解调出需要的低频信号要实现信息的传输，必然会用到发射机。

发射机的主要功能是对基带信号进 行调制，上混频到射频信号，并将信号功率足够放大供天线发射出去发射机结 构的选择主要考虑以下因素：输出杂散频谱必须控制在系统要求的范围内，不能 造成对相邻信道的影响；在尽可能提高输出功率效率的前提下，满足系统线性度 的要求；尽量减小片外器件的数量，以提高集成度，同时降低功耗目前，各种通信等技术的飞速发展，无线技术也成为人们关注的焦点，无线 通信系统一般包括收发信机、天线设备（含馈线）、输入输出设备（如话筒、耳机 等）、供电设备（如直流稳压电源）等等其中主要组成部分是收发信机，因而无 线通信设备的技术指标通常指的就是无线收发信机的技术指标一般来说，收信 机与发信机在体制上是相同的，如频段划分、调制解调方式等否则便不能达到 通信的目的在某些情况下，也允许收发信机存在某些不相对应的差异，如收信 机的频率范围可以宽于发信机等发射机的调制方式主要分调幅、调频和脉冲（数字）调制等发射机的频率准 确度与频率稳定度也是相对于射频载波而言的频率准确度是指实际工作频率对 于标称工作频率的准确程度频率准确度越高、建立通信就越快，以至于不寻找 对方就可实现通信，提高通信的快速性频率稳定度是指各种外界因素的影响下 发射机频率稳定的程度。

如果频率稳定度很高，建立通信后接收机不需要因频率 变化而进行微调，从而提高了通信的可靠性无线通信的有效距离及通信的可靠 性均与发射天线的辐射功率有密切的关系因而发射机必须保证输出足够大的功 率发射机的总效率是指发射机传送到天线馈线上的功率与整机输入功率的比 值在大功率发射机中，提高效率可以减小电源消耗，具有较大的经济意义发 射机的带外辐射统称为杂散辐射，如果发射机设计不当或使用不当，会使杂散辐 射电平过高，干扰其他通信链路当发射机使用宽带天线且带宽覆盖这些杂散频 率时，干扰会更严重为了尽量避免发生这种干扰，有关的规程和标准对发射机 的杂散辐射都给出了一定的限制综上所述，木课题的理论研究和应用研究具有重要的意义和广泛的实际应用 前景1. 无线调频发射机概述发射机的种类虽多，但一般以调制方式作为分类依据，主要分为调频(FM) 发射机、调幅(AM)发射机等不同的调制方式，各有不同的功能，如宽频带的调 幅或调频，多用于广播系统，窄频带的调频用于视距的双向语咅通信由于本课 题是一套射频实验设备，只要满足视距的语咅通信就可以，因此采用的是窄频带 的调频发射机本章主要介绍发射机的基本架构，并重点介绍本课题中发射机的 方案及其特性参数等2. 1调频发射机的基本概念和主要性能指标2. 1. 1调频发射机的基本概念如图2.1所示，携带信息的低频电信号调制到一个高频信号中，再经高频功 率放大器放大后由天线发射出去。

图2.1 发射机基木原理框图2. 1. 2 主要性能指标对发射机的要求是多方面的，工作频率和发射功率是最基木的发射机的主 要指标为:工作频段、发射功率、频率稳定度、谐波抑制度、通频带宽度1) 发射机的工作频段射频通信系统的工作频率愈高，愈容易获得较宽的通频带和较大的通信容量同 时天线设备也具有更尖锐的方向性，而且体积重量减小，但是频率高于12GHz 时，雾、雨或雪的吸收显箸，传播损耗、衰减和接收设备噪声也愈高木课题主 要应用在室内传输语音信号，通频带和容量不需要太大，因此频率范围定在 880MHz 一 920MHZo同时环境对信号的衰减和吸收也可以不予考虑2) 发射功率发射功率是指发信机在未调制情况下，传递到标准输出负载上的平均功率，它和 很多因素有关例如，通话路数愈多频带愈宽，为保持同样的通信质量，必须 有更大的发射功率另外，也和站址选择、多径衰落、釆用分集接收等诸多因素 有关一般情况下，数字微波发射机输出功率有时只需几十毫瓦到几百毫瓦功率, 只有长距离情况下才需要几瓦量级考虑到木系统主要应用在室内传输语音，工 作频带为40MH乙且不需要考虑多径衰落的影响，因此选定发射功率为20dBmo(3) 频率稳定度发射机的每个工作信道都有一个标称的射频中心工作频率，用九表示。

设实际工 作频率与标称工作频率的最大偏差值为口 f,则频率稳定度的定义为：K=Af/f0无线通信对频率稳定度的要求决定于所采用的通信制式及对通话质量的要求如 果频率稳定度很高，建立通信后接收机不需要因频率变化而进行微调，从而提高 了通信的可靠性发射频率稳定度取决于木机振荡器的频率稳定度近年来由于 射频介质材料性能的提高，介质稳频振荡器日益被广泛采用目前，频率稳定度 较好者可达到2)*1 O5, o在对频率稳定度有更严格要求时，则必须采用石英晶体控制的分 频锁相或脉冲锁相振荡器(4)谐波抑制度总体设计在规定此项指标时，除了考虑射频通信系统木身的各种干扰以外，还应 考虑其对模拟通信系统和卫星通信系统的干扰因此，应当适当地配置工作频率 和采取必要的防护措施木课题的谐波抑制度大于20dBo(5)通频带宽度除了滤波器以外，发信信道的各组成部件都应具有宽频带特性通常，上变频器 和微波小信号功率放大器易于实现宽带设计，而对于大功率微波放大器要求很宽 的工作频带是不合适的，一般只要求能覆盖两个工作波段这样，总体设计时，可不考虑它们对发信信道通频带的影响2. 2 无线调频发射机基本原理2. 2. 1 锁相环直接调制发射机原理锁相环直接调制发射机的方框图如图2. 2所示。

基带信号直接通过压控振荡 器(VCO)对射频载频进行调制然后，经过射频功放和射频滤波器后馈送到 天线，由天线发射出去这种方案的发射机结构简单，但当发射频率处在较高 频率时，其关键设备高频功放比中频调制发射机的中频功放设备制作难度大晶体振荡器鉴相器环路滤 波器压控振 荡器可变分 频器图2.1锁和环直接调制式发射机这种调制方式的实现条件是:调制信号(基带信号)的频谱要处于坏路滤波器 的通带Z外，并且调制指数不能太大这样调制信号不能通过坏路滤波器，因而 在锁相环路内不能形成交流反馈，也就是调制频率对锁相环路没有影响锁相环 路就只对VCO平均中心频率不稳定所引起的分量(处于环路滤波器通带Z内)起 作用，使经过除频器后的中心频率锁定在参考频率上因此这种调制方式的输出 调频波的中心频率稳定度很高2. 2. 2 压控振荡器的工作原理压控振荡器(VCO)就是在振荡电路中采用压控元件作为频率控制器件压控 元件一般都是用变容二极管，它的电容量受到输入电压的控制输入电压变化时, 即引起振荡频率的变化因此压控振荡器事实上就是一种电压一频率的变换器⑴振荡器的工作原理振荡器是由三个基本单元所组成，有源元件、谐振电路及一个输出负载，如 图2.2.2所示。

以有源元件所构成的放大器被用来提供放大增益，谐振电路用来 选取特定频率的信号，将所需要的振荡信号输出至负载当直流电源加至振荡电 路时的瞬间，电路的输出端点将只会产生噪声，这时尽管使用的放大器是一个理 想无噪声的放大器，但由于组成谐振电路的无源元件仍具有耗能特性，故必定会 在谐振电路上产生噪声，而此噪声信号经过放大器放大后，其中部分信号会出现 在负载上，其余的经过具有滤波功能的谐振电路时都会被滤掉;而处于谐振电路 频率范围内的噪声虽有所衰减，但仍可通过谐振电路，并会重新再被放大而送到 负载端，的后便持续不断的依此工作而于输出端产生一特定信号的频率图2.22振荡器结构示意图(2)变容二极管的工作原理变容二极管(Varaetor Diode)或称为调谐二极管(Tuning Diode),主要是用 来改变振荡器的电容量以达到输岀频率可调的B的，因此它主宰着整个压控振荡 器的可调范围变容二极管是一种在pn结面上加逆向偏压吋会产生电容变化的二极管当 逆向偏压增加吋空乏区将变宽，而导致其电容量下降，但是逆向偏压降低时空乏 区将变窄，而导致其电容量上升当接在变容二极管上的是一个交流信号吋，此 吋变容二极管的电容量将会随着交流信号振幅的大小改变。

变容二极管正常工作吋，可以用一个电容串接一个电阻Rs及一个电感Ls 来等效，如图3.13所示图3.13中cj为半导体的结电容，存在于半导体的Pn 结中RS为半导体材料的本质电阻(Bulk Resistance)及接触电(Contact Resistance) 的总和，它是影响变容二极管品质的主要参数之一，一般在数欧姆以下(可由数 据手册中查得)，Ls为连接线及半导体材质的等效电感一般选择变容二极管吋，其考虑的重点约略如下：① 可调范围愈大，VCO的可调谐频宽亦会愈宽② 串联电阻RS会影响变容二极管的品质(即Q值)，因此RS越小越好③ 泄漏电流必须很小其中第二项及第三项对VCO的相位噪声的好坏有很人的影响综合上述因 素，本系统中的变容二极管选择TOSHIBA公司的1SV239从它的spice文件 中可知，它的RS只有0.44Q,泄漏电流IS也只有5.381E-16A2. 2. 3 放大器的工作原理2. 2. 3. 1 功率增益和增益平坦度对于实际的放大器，功率增益通常是指信号源和负载都是50 Q标准阻抗情 况下实测的增益实际测量时，常用插入法，即用功率计先测量信号源能给出的 功率P1,再把放大器接到信源上，用同一功率计测量放大器的输出功率P2 , 则功率增益就是：G = P2/P1此外，放大器的功率增益述有其它儿种定义方式，比如资用功率增益、转换 功率增益、单向化功率增益等。

增益平坦度是指工作频带内最大增益与最小增益的分贝数之差，多倍频程放 大器的增益平坦度一般是ldB〜3dB2. 2. 3. 2 驻波比端口驻波比的定义为：VSWR =(l+|Tr|)/(l-|Tr|)式中，Tr为端口的反射系数输入、输出驻波比变差会使放大器的增益出现 起伏通常，放大器的输入、输出驻波比要求优于121但对宽带放大器，带 内纹波与输入、输出驻波比相互矛盾，高度平坦的增益会使驻波比恶化2. 2. 3. 3 交调失真当两个不同频率的信号通过一个非线性系统时，输出一般会含有一些不属于 输入频率谐波的成分这种现象来源于两个信号的混频，叫做交调(IM)如果交 调产物落在发射机通频带内或接近工作频段，则发射机就会像发送有用信号样 发送这些杂散响应信号通常采用双音测试来检测交调信号的大小。