小功率调频发射机研究

1、安徽理工大学毕业设计 本科毕业设计说明书小功率调频发射机研究DESIGN OF LITTLE POWER FM TRANSMITTER学院（部）： 通信工程 专业班级： 通信10-1班 学生姓名： 江传民 指导教师： 钟鸣宇 讲师 2014年 5月 20 日30小功率调频发射机摘要本设计为小功率调频发射机，其实就是一个小型电台，可以将声音加载到无线电信号上发射出去,用合适的收音机就能接收，并且可以从扬声器中放出声音。本次设计的发射机由由三部分构成：调频振荡级、缓冲隔离级、功率激励和末级功放级。其基本工作原理是通过振荡级产生稳定的5MHz信号，麦克风采集到人的音频信号，将音频信号加载到5MHz的

2、载波上，通过缓冲隔离级使末级功放和前一级的调频振荡相分开,避免末级功放对振动频率产生影响，提高频率稳定度,功率增益如果都集中在末级功放容易产生自激，故先通过功率激励级对信号的微弱电压进行放大，末级功放一般工作在丙类状态,工作效率A大于50%，信号功率大于500mW。关键词:发射机，调频，无线话筒，小功率 LOW POWER FM TRANSMITTERABSTRACTThe design for the low power FM transmitter, is in fact a small radio station, voice can be loaded into the launch

3、out radio signals, use a suitable radio can receive, and can emit sound from the speaker. The design of the transmitter by consists of three parts: FM oscillation, cushioning isolation levels, power drive and at the end of the power amplifier.Its basic working principle is through the oscillation ma

4、gnitude 5 MHZ signal stability, the microphone to the audio signal, the audio signal is loaded on the carrier to 5 MHZ, through buffer isolation level the level at the end of the power amplifier and the former separate from primary frequency modulation of the oscillation, avoid the last stage amplif

5、ier influence on the vibration frequency, to improve the frequency stability, power gain if are concentrated in the last stage amplifier is easy to produce self-excited, so the first of the weak voltage signal through the power stage of amplification, the last stage amplifier generally work in c cla

6、ss status, the efficiency eta A greater than 50%, signal power is greater than 500 mw, finally will signal the antenna to launch out.KEYWORDS: transmitter;FM, wireless microphone;low power目录摘要（中文）IABSTRACT（英文）II1 绪论11.1 FM发射机的概念11.2 FM发射机的现状21.3 设计技术指标32 总体方案设计52.1调频振荡级52.2缓冲级52.3功率激励和末级功放级52.2整机电路框

7、图63 单元电路设计73.1 功率激励和末级功放设计73.1.1末级功放级73.1.2功率激励级83.1.3末级功放电路参数计算93.1.4功率激励级电路参数计算123.2缓冲隔离级153.2.1 缓冲隔离级电路原理153.2.2静态工作点的计算153.3调频振荡级173.3.1 调频的方案分析与选择173.3.2变容二极管相关特性183.3.3变容管调相电路参数计算193.3.4三级单回路变容管调相电路203.4 天线的相关知识及设计203.4.1.天线的输入阻抗203.4.2.天线的增益213.4.3.天线的极化方式213.4.4.天线的设计方案214 整机电路模拟测试234.1 Prot

8、el和Multisim简介234.2调频振荡级电路测试234.3整机模拟24总结26参考文献27致谢28附录一 整机电路图29附录二 元器件参数表301 绪论1.1 FM发射机的概念二十世纪三十年代，短波（FM）收音机由美国发明家阿姆斯特朗发明，同年，他设计了世界上第一台发射机，建立了第一个短波广播站，FM发射机第一次开始商用。FM发射机技术由此开始快速发展。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本，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

9、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。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

10、、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

11、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。随着科技的发展，信息的容量越来越大，信息的种类也越来越繁复,在无线电通讯和广播中，语言、音乐、文字、图像等信息转换成电波信号然后传送出去是如何进行远距离通信的关键问题。这些信号频率比较低，如果采用直接发送的方式，效率低，距离近，受到的环境干扰大。因此，只有先对信号进行处理和加工，对信号进行处理和加工的过程称之为调制，基本原理都是将低频信号加载到高频载波上，通过天线发射出去，这样信号才能传送到更远的地方, 调制信号的方法有三种，调幅（AM），调频（FM），和调相（PM），而在接收端用特定的接收机把带有这种低频

12、信号的高频信号接收下来，通过解调滤波等步骤还原出原来的低频信号，达到传递信息的目的,从而完成通讯。低频小功率调频发射机是将待传送的音频信号通过一定的方式调制到高频载波信号上，放大到额定的功率，然后利用天线以电磁波的方式发射出去，覆盖一定的范围。随着器件技术的发展，调频发射机的体积越来越趋于微型化，工作电压越来越低，信号覆盖的范围越来越广。就目前接、发射技术来说，调频发射因为起得天独厚的性能优势，在接收机技术上可以有广阔的发展前景是因为发送信号的频率比较高，那么如何能够最大限度的减少干扰，如何把这种信号很好的解出来，这成了调频技术的一种考验。本文主要就是研究利用频率调制技术调制高频信号，并把它发

13、送出去。 图1-1 5W的小功率调频发射机1.2 FM发射机的现状无线电技术诞生以来，信息传输和信息处理始终是其主要任务。要将无线电信号有效地发射出去，天线的尺寸必须和电信号的波长为同一数量级，为了有效地进行传输。必须将携带信息的低频电信号调制到几十MHz至几百MHz以上的高频振荡信号上，再经天线发送出去，调频是信号发射必不可少的一个环节。调频发射机目前处于快速发展之中，在很多领域都有了很广泛的应用，可以用于演讲、教学、玩具、防盗监控等诸多领域。随着科学技术的飞速发展,FM发射机取得了许多巨大的进步.就其设备中的放大器件来说经历了全电子管到半固态电子管,再到后来的全固态。放大器件已经全部由全固

14、态晶体管放大器组成,并以其稳定、可靠、高效率、低成本等明显优点，逐步取代了电子管。调频技术在全国有广泛的应用空间，无论是在电视电路还是在其它领域内均有涉及，而且在重点省份，超外差接收机还需要进口。2007-2011年超外差接收板行业生产规模有特别在的增速，2012-2016年超外差接收板行业产量产能变化趋势中，行业人员持乐观态度，他们并对相应出现的需求量进行了分析，做出了估计，行业领导者对生产现状及产品策略进行了细致的规划。调频发射机目前最普遍的应用是在广播上，关于广播调频发射机的技术发展也十分迅速。调频广播可以解决大面积情况的小功率覆盖问题，广播频率专业化情况下分区覆盖、如交通频率应用于道路

15、沿线的交通信息；地形、地理等原因造成的覆盖率低，改善人口密集区域情况下的收听，一般使用小功率同步布点。另一个优点是建网容易、建网费用低、投资回收快、听众无需更换接收机，同时一些发射点、天馈系统、传输链路等设施设备，将来数字化广播实现时可以继续使用，不会重复投资造成浪费；再次是易于规划，提高频谱利用率，消除阴影区，在改善场强不均匀度方面，使用低高度垂直极化天线，极大地减小对空辐射和根部近场辐射，节约能源，满足电磁环境卫生标准，避免对航空频段造成干扰。缺点也是显而易见的，一方面是本身的技术缺陷，相干区的技术处理难度大，并且这种情况不可避免，另外在管理和维护方面不集中，造成设备安全运行保障性不够强。

16、鉴于调频同步广播的诸多优点，欧美一些国家（如法国、意大利、美国等），早在80年代晚期就开始了FM同步广播技术的研究，已建成若干实用的几百到两千公里的单频网（覆盖高速公路和补点）。广电总局科技司分别布署了杭甬高速公路，北京市城区两个调频同步广播的试点，分别由浙江台、北京台跟众力传播公司、青岛广电所合作实施，并且已于2000年通过验收。在此基础上，进一步扩大覆盖的试验，深圳电台自1998年起也进行了调频同步广播试验，2005年已建成5个发射点的同步广播系统，基本实现了同步广播设定的任务目标，由众力公司设计实施，河南电台3个点系统试验播出，截止到2008年初，我国在建和已经实现的调频同步广播台站有2

17、0多家。同频激励和系统方案的主要厂家，国外的有意大利泰可诺公司DEX30数字调频激励器，已有10多年的产品经验；国内的有杭州众传公司、北京吉兆电子有限公司，以及南京同频公司等多家，河南省已有省经济台、信息台、许昌台等多家省市级电台涉足同频广播。1.3 设计技术指标发射频率：小功率发射机的工作频段应控制在不需要申报的频段，频率太高对硬件要求较高，太低则会使天线过长,本次设计的频率f0=5MHz； 最大频偏：即频率的变化范围,fm10kHz；频率稳定度：最大频偏与中心频率之比,fmf05104小时；总效率：66%-67%左右(功率的效率值)；输出功率：高频功放的输出功率是指放大器的负载RL上得到的

18、最大不失真功率。也就是集电极的输出功率，即集电极效率：常将集电极的效率视为高频功放的效率，用表示，当集电极回路谐振时，的值由下式计算：功率增益：功放的输出功率Po与输入功率Pi 之比称为功率增益，用AP(单位：dB)表示AP=Po/Pi非线性失真：非线性失真系数g 应小于1%;杂音电平：杂音电平应小于65dB。2 总体方案设计由于考虑到阻抗匹配，功率控制等一系列问题，本次设计需要从后向前进行设计,方便完成阻抗的匹配计算, 本次发射机设计分为三个部分，调频振荡级，缓冲隔离级以及功率激励和末级功放级，本次设计先设计末级功放级,再设计缓冲级,最后设计调频振荡级。2.1调频振荡级本级用于产生高频稳定的

19、振荡信号，一般采用改进的LC振荡电路，LC振荡器的电路种类比较多，根据不同的反馈方式，又可分为互感反馈振荡器，电感反馈三点式振荡器，电容反馈三点式振荡器，其中互感反馈易于起振，但稳定性差，适用于低频，而三点式振荡器稳定性好，输出波形理想，振荡频率可以做得较高。选择电容反馈三点式振荡器，而电容反馈三点式振荡器又分为，克拉泼振荡器和西勒振荡器。调频发射机对频率稳定度有很高的要求，为使信号不发生失真，一般采用改进型的克拉波电路。本次设计采用的振荡电路就是使用改进型的克拉波电路。 产生稳定的正弦波后，本级还需要对信号进行调制，常见的频率调制方式有两种，分别为直接调制和间接调制，各有优劣。本设计采用的是

20、间接调频，这样易于保持中心频率的稳定度，虽然间接调频不易获得最大频偏但是在设计中采用的是三级单回路变容管调相电路，这样既可以保持中心频率又可以获得最大频偏。2.2缓冲级本级的作用是将振荡级与功放级隔离，以减小功放级对振荡级的影响。从振荡器的什么地方取输出电压也是十分重要的。一般尽可能从低阻抗点取出信号，并加入隔离缓冲级如射极输出器，以减弱外接负载对振荡器幅度、波形以及频率稳定度的影响。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，缓冲隔离级电路采用射极跟

21、随器电路。2.3功率激励和末级功放级本级也可以分为两个部分：功率激励部分和末级功放部分。当从调频振荡级输出的电压过于微弱，功率激励级将为末级功放提供激励功率，使振荡级的输出能够满足末级功放的输入要求，一般激励级工作在丙类状态，对效率要求不高。如果振荡级功率足够，功率激励级可以省去。本次设计考虑到如果功率增益都集中在末级功率放大器，会影响电路整体性能，容易产生自激振荡，因此要根据实际的情况，合理的分配功率增益。末级功放是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。如果要求整机效率较高应采用丙类功率放大器，若整机效率要求不高如A50%选用丙类功率放大器较好。使功率放大到可

22、以传递出去信息。可采用共射级放大电路，工作在丙类状态，效率大于50%。2.2整机电路框图整机的设计电路框图如图2-1所示调制信号13dB13dB0dBmW500mW25mW1.25mWmW1.25LC振荡与调频缓冲隔离功率激励末级功放图2-1 整机设计电路框图由整机电路框图可以了解小功率调频发射机的工作流程和原理，音频信号输入到LC振荡电路中，LC振荡电路产生频率稳定的正弦波，通过缓冲隔离级电压放大倍数基本不变，通过功率激励级放大13dB（20倍），再通过末级放大放大13dB（20倍），最后用过天线将信号发射出去。3 单元电路设计单元电路的设计要从后向前进行设计，根据设计要求，先设计功率激励和

23、末级功放级，再设计缓冲隔离级，最后设计调频振荡级。3.1 功率激励和末级功放设计功率激励级是为了放大微弱信号，使其满足末级功放的要求，本机设计思路是从末级功放电路设计开始，逆向设计，最后设计调频振荡级。末级功放和功率激励级的输出应该要达到一定的功率，激励级的增益不能太小，太小会使末级功放无法起振，也不能太大，太大会造成效率的低下浪费。如果功率增益都集中在末级功率放大器，会影响电路整体性能，容易产生自激振荡，因此要根据实际的情况，合理的分配功率增益。如果调频振荡器功率较大，在满足设计需求的情况下，可以去掉功率激励部分，也可以适当减少功率激励级和末级功放的功率增益。3.1.1末级功放级末级功放采用

24、丙类功率放大器,效率大于50%，丙类放大器的优点是效率很高，一般可以达到85%，但是其晶体管工作延伸到非线性区域，电流波形的失真比较明显，因此丙类功率放大器不能用于低频放大。图3-1为输入电压与集电极电流脉冲的波形关系。图3-1 输入电压与集电极电流脉冲的波形关系图3-2为丙类功法的负载特性。图3-2 丙类功法负载特性3.1.2功率激励级功率激励级一般采用高频宽带放大器，由于对效率的要求不高，宽频放大器一般工作在甲类状态，不会发生失真，效率低于50%。宽带放大器不需要调谐回路，晶体管工作在线性区域，所以波形不会产生失真，但是其效率比较低，一般只有20%左右，放大的倍数也受到限制。它通常作为发射

25、机的中间级，考虑到前级的信号电压是否足够，以提供较大的功率激励，为末级功放分担功率增益。在信号进入末级功放前，如果振荡级输出的信号功率过低，将无法使末级功放工作，这个时候需要加上一个宽带功放，工作在甲类状态，甲类状态的功率效率低于50%，但是足够将微弱的电流信号放大一定倍数。由于宽带放大器的频率范围很宽，在这个范围内信号将获得线性放大，三极管工作在线性区域，波形都不会失真。图3.3为甲类功放的负载特性。图3-3 甲类功放负载特性末级功放和功率激励级电路图如图3-4所示。T33DA1T43DG130R20360R183kR195R2122R178.2kC170.02FC180.01FC190.0

26、1FC210.01FC200.01FR2251L510uH+12vTR2TR1ui图3-4 末级功放和功率激励级电路功率激励级的功放管选用高频率的小功率三极管，这里选用3DG130（也可以选用9018）。3DG130的参数如表3-1所示。表3-1 3DG130参数表PCMICMVCEShfefTAP700mW300mA0.6V30150MHz13dB3.1.3末级功放电路参数计算（1）基本公式1)集电极基波电压的振幅Ucm （3-1）式中，Icm1为集电极基波电流的振幅；RP为集电极的负载阻抗。2)输出功率PO （3-2）3)直流功率PV （3-3）4)集电极耗散功率PT （3-4）5)集电极

27、的效率 （3-5）6)集电极电流分解系数 （3-6）7)导通角（一般取） （3-8）（2）末级功放级的计算为了获得更高的效率和最大输出功率，但也不能使输出波形产生太多的失真，使功率管工作在临界条件下，导通角，选用高频3DA1功率放大管。3DA1的参数如表3-2所示。表3-2 3DA1参数表PCMICMVCEShfefTAP1W750mA1.5V1070MHz13dB由晶体管3DA1计算其最佳匹配负载RP而输出功率P=0.5UcmIcm1=Ucm2/(2RP) 计算可得：集电极最大输出电压Ucm=10.50V由公式1）得：Icm1=95.20mA由公式6）得集电极电流最大值Icm=Icm1/1(

28、700)=95.2/0.44=216.5mA。则集电极电流直流分量Ico=Icm0(700)=216.50.25=54mA。由公式3）电源供给的直流功率Pv=VccIco650mW。由公式4）PT=Pv-P=650-500=150mW(小于PCM =1W)，可见耗散功率远小于总功率。由公式5）计算出总效率=Po/Pv=500/649.40=77.00% ，效率满足设计要求。已知本级功率增益Ap=13dB(20倍)，则输入功率Pi=P/Ap=25mW，由此得出输入功率Pi=25mW。基极余弦脉冲电流的最大值Ibm Ibm=Icm/=21.50mA已知3DA1的hfe10，故设三极管的电压系数为1

29、0基极基波电流的振幅Ibm1=Ibm1(700)=21.500.44=9.50Ma基极电流直流分量Ib0=Ibm0(700)=21.500.25=5.40mA基极输入电压的振幅Ubm=2Pi/Ibm1=5.30V丙类功放的输入阻抗（3）谐振回路及耦合回路的参数计算1) 此处要先计算出最佳的匹配负载，输出变压器线圈匝数比N5/N3可以取N5=2，N3=3。2)设谐振回路电容C20=100PF由此可计算出谐振回路电感L3)输出变压器初级线圈总匝数比N3+N4= N N为线圈总匝数本设计采用外径内径高度=10mm6mm5mm的NXO-100环形铁氧体来绕制输出耦合变压器。由电感强度和线圈匝数的关系式

30、 所示，计算得N=8，则N4=5或，则N为变压器初级线圈匝数；=100H/m为磁导率；A=25mm2为磁芯截面积；Oe取值210，本关系式中Oe取2。在这里应该明确的是，变压器的匝数的计算值只能作为参考，在实际情况下，由于分布参数的影响，与设计值可能会有很大的误差。我们通常采用磁芯位置可调节的高频变压器方便及时调整线圈匝数。（4）基极偏置电路计算将发射极电阻R21 设为已知， 取R21=20，由公示可知：基极偏执电压取标称值，取C18=0.01uF，电容C20=0.01F（用于滤波，降低波形噪声）（5）元件清单C20=100pF C18=0.01uF R21=20 L10HN3=5，N4=3，

31、N5=2 三极管为3DA1。3.1.4功率激励级电路参数计算（1）电路静态工作点的计算1)基极电压电流VBQ、IBQ2)基极偏置电阻R17、R18 (I1=510倍IBQ)设基极偏置电路的电流I1=5IBQ=50.23mA=1.20mA，则R18约为2.75 k，取标称值R18=3k。为了提高电路的调节控制，控制电路的静态工作点， R17可由两个电阻组成，电阻值为5.1k的电阻与10k的电位器。3)高频旁路电容C17=0.02uF（也可以为0.01 uF），输入耦合电容C12=0.02uF（也可以为0.01 uF），这两个电容用于滤波，用于提升波形质量，减低波形噪声。此外，还可以在直流电源VC

32、C加一个高频电源去耦合滤波网络来提升输出的波形质量，便宜且滤波效果可以满足本设计要求，一般采用LC的型低通滤波器。型低通滤波器的电容可取0.01F（0.02F也可），电感可使用电感值为47H的色码电感，也可以在输出变压器次级与负载之间加入一个LC滤波器，目的是要改善负载的输出波形。（2）交流电路的相关参数计算1)有效输出功率P1与输出电阻R1根据阻抗匹配的原理，宽带功率放大器的输出负载R1应该等于末级功放的输入阻抗。由上文已知末级功放输入阻抗|Zi|=86，那么输出负载R1就应该为86。其输出功率P1应等于下级丙类功放的输入功率，已知输入功率Pi=25mW，即P1=25mW，R1=86。2)计

33、算实际输出功率P，设变压器的效率=80%，则实际输出功率Po=P1/=31.24mW。3)计算Ucm与R1 Ucm为集电极电压振幅，R1为等效负载电阻。经过计算，功放管的静态电流ICQ =7mA，Icm= ICQ,，则Ucm=2P/ICQ=2P/Icm=9.02V， ，取标称值1.3k。4)高频变压器匝数比N1/N2取变压器次级线圈匝数N2=2，则初级线圈匝数N1=6。5)发射极直流负反馈电阻R20 这里取标称值R20=360。6)功放输入功率Pi本级功放采用3DG130晶体管，由表3-1 3DG130的参数表可知，取功率增益AP=13dB(20倍)，则输入功率7)功放输入阻抗Ri(取rbb=

34、25 =30)输入阻抗Ri=340 ，由交流负反馈的电阻设为108)本级输入电压振幅Uim（3）元件清单三极管为3DG130 参数见表3-1 ，C17=0.02F ，C12=0.02F ， R18=3K R交负=10 ，N1=6，N2=2 ,R20=360 3.2缓冲隔离级当输出的信号发生变化时,其谐振阻抗也会发生变化,如果没有缓冲隔离电路,调频振荡级的频率稳定将会受到末级功放级的影响,致使波形产生失真或使振荡级的输出电压降低。故因在调频振荡级后加入一个缓冲隔离电路，其电路特性是输入阻抗高，输出阻抗低，电压放大倍数接近于1。3.2.1 缓冲隔离级电路原理本设计采用射极跟随器，电路如图3-5所示

35、。图3-5 射极跟随器射极跟随器既可以使用在低频电路中，也同样适用于高频电路，它具有简易的电路结构，优良的隔离效果，实用简单。如图3-5中，调节射极电阻RE2，可以改变输入阻抗，从而改变隔离级的静态工作点。射极输出器的输入电阻Ri为Ri=RB/RL，式中，RL=(RE1+RE2)/RL,RB=RB1/RB2；输出电阻R0R0=(RE1+RE2)/r0，式中，r0很小，通过计算可以得出射极跟随器的放大倍数接近于1。电压放大倍数AV由公示计算，gm称之为晶体管的跨导，表征电压变化引起的电流变化，gmRL远大于1，通过计算不难发现，电压放大倍数略小于1但接近于1。3.2.2静态工作点的计算晶体管的静

36、态工作点位于交流负载线的中点，静态工作点Q表示此时电路处于直流通路的状态，没有交流电压和信号。这里取VCEQ=1/2VCC ，ICQ=310mA. 对于下图所示电路，取VCEQ=6V，ICQ=3mA,uiT23DG100R138kR1410kR151kR183kR161kC160.01PFVCCC120.02uF图3-6 射极跟随器已知电源电压Vcc=+12V，宽带放大器输入电阻RL=325，Uom=1.0V，晶体管为3DG100（也可以选取s系列的高频功放管），宽带电压器的振幅和输出电压振幅是相等的。表3-3 3DG100参数表PCMICMVCEShfefTAP100mW30mA1.5V30

37、200150MHz13dB0=60。(1)根据已知条件选取ICQ=4mA，VCEQ=0.5Vcc=6V，则(2)R15、R16：取R15=1k，R16为1k的电位器。(3)R13、R14VEQ=6.0VVBQ=VEQ+0.7=6.7VIBQ=ICQ/0=66.67uA取标称值R14=10k取标称值R13=8kW(4)输入电阻Ri如果忽略晶体管基级电阻的影响，则有（R18=325） (5)输入电压Uim (6)耦合电容C12、C16C12的值不能过大，要尽量的减少对上级电路的影响，一般为数十pF，这里取C12=20PF、C16=0.02F（7）元件清单C12=20PF C16=0.02F R13

38、=8k R14=10k R15=1k R16为1k的电位器 三级管为3DG100，参数见表3-33.3调频振荡级3.3.1 调频的方案分析与选择对于LC串联谐振电路常见的有两种调频方式，分别为直接调频和间接调频，各有优点和缺点，我们应该在满足设计要求的情况下进行选择。直接调频：可以通过控制调节电感L（或电容C）从而改变谐振频率，称为直接调频，此方法电路简单，实现性好，控制方便，计算量也少，但是其频率稳定度不高，受外界环境影响较大，且调节电感或电容都会有一定的限制，如果对频偏要求较高，直接调频对频率的调节范围还是过窄，在某些对频率稳定度要求较高的电路上应用效果较差。间接调频：间接调频比较复杂，但

39、是其频率稳定度高，可控范围大，其原理是先对信号进行积分，再进行调相，通过调相使之成线性关系，完成对频率的控制。外界环境都是比较复杂的，在实际设计中如果载频波动很大,则可能使调频信号的频谱落到接收机通带之外，产生失真，波形噪声过于严重的情况。因此对于调频电路的频率稳定度有一定的要求，并且还要满足最大频偏fm10kHz。间接调频的优点是频率稳定度较高，因为这种方式分开了调制器和振荡器，对振荡器影响减小，缺点是电路复杂，制作难度提高，造成整体电路的分布参数增加，在计算电路性能是误差会比较大。本次设计考虑对频率稳定度的要求较高,故采用间接调频，产生5MHz的正弦波，最大频偏fm10kHz。变容二极管工

40、作在线性区域。间接调频如图3-7所示： 调相器积分uucuuo图3-7间接调频设计图3.3.2变容二极管相关特性变容二极管的主要参数有三个：主振频率，频率稳定度，最大频偏。主振频率：LC振荡器的输出频率fo称为主振频率。用数字频率计测量回路的谐振频率fo，高频电压表测量谐振电压Vo，示波器监测振荡波形。频率稳定度：主振频率fo的相对稳定性用频率稳定度表示。 最大频偏指在一定的调制电压作用下所能达到的最大频率偏移值。将称为相对频偏。图3-8为变容二极管的特性曲线。图3-8变容二极管的Cj-v特性曲线设电路工作在线性调制状态，二极管工作在线性区域，则在静态工作点Q处，曲线的斜率为本次设计采用单回路

41、变容管，通过调节信号相位变化完成对频率的调节，但是单个的变容管的频率偏移不够大，故使用三个回路进行叠加，构成三级单回路变容管调相电路，优点是其电路的频率稳定性搞，但应注意其静态工作点不应太高，太高会使三极管的工作区域进入饱和区，导致输出的波形失真，太低则会使三极管处于截止区，使电路不易起振。3.3.3变容管调相电路参数计算设调制信号经积分后得 （3-9）k为积分增益。再对载波进行调相，如下图公式所示 （3-10），注意到上式中进行过积分和调相后与上述表示式完全相同。由此可见，调相是实现间接调频的关键，只要使相位偏移和频率变化成线性关系，就可以实现线性调频。本次设计采用的是变容二极管调相电路，电

42、路如图3-9所示。R1R3R4R2C1C3C4C2CjLucuvccuo图3-9 变容二极管调相电路观察图3-9中，电感L与变容二极管结电容Cj是并联的，它们一起构成了一个并联谐振回路， R3、C4 对信号先进行一次积分，而调制信号电压u经耦合电容C3加到R3、C4上，R3和C4 组成了一个积分电路。 因此加到变容二极管的调制信号为u，调制信号控制着变容二极管的电容Cj随积分后的电压的变化而变化，当相位发生改变时，既变容二极管的电压发生变化，信号的相位就随之改变，控制着谐振回路的谐振频率随调制信号积分电压的变化。选择合适的变容二极管，调整恰当的电路参数，可以使调制信号与相位变化成线性关系，就可

43、以构成一个间接调频电路。3.3.4三级单回路变容管调相电路根据回路相移的特性，其线性范围是有限的，调节范围也是很小的，因此图3-9所示的单回路变容管调相电路得到的频偏是不大的，故还要使用扩大频率偏移的方法。除了改进电路的模型之外，使用倍频的方法可以扩大频率的偏移。如图3-10所示，叠加三个变容二极管调相电路，可以满足设计要求的频偏。图3-10 实际间接调频电路图（三级单回路变容管调相电路）3.4 天线的相关知识及设计天线（英语：antenna）是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。

44、无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。3.4.1.天线的输入阻抗天线的输入阻抗就是指天线馈电端输入电压与输出电流的比值。天线与馈线相连接时， 此时馈线上没有驻波，馈线终端上没有功率反射，频率的变化对天线的输入阻抗影响较小。使馈线的特征阻抗与输入电阻最大程度的接近，同时要消除天线输入阻抗中的电抗分量，从而使天线能够正常工作，这个过程称为天线的

45、阻抗匹配。一般移动通信中的天线的输入阻抗为50左右，本次设计天线的输入阻抗为60。3.4.2.天线的增益衡量一个天线朝特定方向传输和接收信息的能力称为天线的增益。要提高天线的增益强度，需要在保持水平面上的辐射是全方向的，但是尽可能的减小垂直面向辐射的波瓣宽度。表征天线增益的参数增益有两个，dBd和dBi。dBd是用半波偶极子的天线增益为参考的出的天线增益dB值，dBi是用理想点源全向天线为参考得出的天线增益dB值，在各个方向是均匀相同的，两者的关系是dBi=dBd+2.15。两者都是相对值，只是参考的对象不同。在相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。但是天线是无源器件，天线并不增加激励。

46、3.4.3.天线的极化方式天线极化是描述天线辐射电磁波矢量空间指向的参数。电场矢量在空间的取向固定不变的电磁波叫线极化。有时以地面为参数，电场矢量方向与地面平行的叫水平极化，与地面垂直的叫垂直极化。电场矢量与传播方向构成的平面叫极化平面。垂直极化波的极化平面与地面垂直；水平极化波的极化平面则垂直于入射线、反射线和入射点地面的法线构成的入射平面。由于电波的特性，水平极化波传播时会产生极化电流，大地相当于一个大的电阻，从而消耗了电场能量，而垂直极化决定了这种方式不易产生极化电流，避免了能量的衰减。因此，在移动通信系统中，天线都采用垂直极化。3.4.4.天线的设计方案天线分为许多种类，常见的有拉杆天

47、线，偶极子天线等。拉杆天线价格低廉方便实用，但是作为发射天线时其覆盖的面积很小；偶极子天线分为全波和半波两种，信号强度大，但是价格高昂。小功率发射机使用拉杆天线即可。天线的长度一般选取为波长的1/4，这样可以达到最好的传播性能。在空气中信号的传播速度约为光速，本发射机的中心频率为5MHz，因此，由公式c=f，其中c为光速，为波长，f是频率，由此计算可得到天线的长度为15米，可见天线太长，可以使用螺旋式天线。螺旋天线的有效性不如拉杆天线，其长度也不能达到波长的1/4，但是更实用，当螺旋线圆周长为一个波长时，体积小，收取方便。4 整机电路模拟测试整机测试的顺序应该与设计相反，从前向后级调试。因为本

48、次设计的电路中调频振荡级是产生信号的出发点，故需要先单独对振荡级进行测试，缓冲隔离级和末级功放是无源电路，故不需要分别测试。本次设计使用Protel进行电路图绘制，使用Multisim进行电路模拟。Protel在电路图的绘制上有着相对快捷的操作和丰富的元器件库，而Multisim在电路的搭建和仿真上有着便捷的操作和强大的仿真能力。4.1 Protel和Multisim简介Protel是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设

49、计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层。Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的基于PC平台的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件的描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式的搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim在绘制电路图，进行电路仿真方面都有很大的优势和相对便捷的操作。我们无需掌握深奥的SPICE技术，就能很快的独立完成电路的相关操作。4.2调频振荡级电路测试我们使用Multisim软件对电路进行相关测试。首先将电源电压输入设计值

50、Vcc=12V，观察信号输出是否为稳定的正弦波，如图4-1所示。图4-1 振荡级波形输出由图4-1所示，调频振荡级输出了稳定的正弦波。可知调频振荡级的电路在一般情况下可正常工作。4.3整机模拟因为缓冲隔离级和末级功放是无源电路，故不需要分别测试，直接对整机电路进行模拟。输入电源电压Vcc=12V，使用万用表测得其输出电压为2.925V（如图4-2），根据电压和功率的公式，测出其输出功率为565mW，满足设计中最低不小于500mW的输出功率要求。图4-2 整机输出电压整机输出波形如图4-3所示：图4-3 整机输出波形总结这三个多月的毕业设计，是我大学以来的重要课题，是我将大学四年所学知识的融汇在一起的重要机会。从开始的无从入手，到一知半解，再到逐渐熟悉，我也经历了一次学习和成长的过程。在老师的指导下，我认真阅读了小功率调频发射机的相关书籍，重新温习了模拟电路，高频电路的相关知识，逐步对课题进行深入，逐步对课题进行扩展，最终成功的完成了任务。刚开始设计时困难很多，尤其是电路元器件参数设计和静态工作点的计算，我都觉得无从下手，在请教了老师和查阅了大量的资料后，我才慢慢的完成任务，这个过程很辛苦，也很愉悦。通过这次毕业设计，我发现学好课本上的只是非常重要，调频发射机的相关知识都是我们已经学过的知识，如果对知识的掌握不够牢固，就会产生困惑和 挫折。但是，仅仅是学习了课本上的知识，也是很