高频课设--调频发射机课件

1、兰州理工大学课程设计报告*实践教学*兰州理工大学计算机与通信学院2012年秋季学期通信电子线路课程设计报告题 目： 调频发射机 设计软件仿真与硬件调测 班 级： 通信工程10级（1）班 设计小组成员：姓名： 黄 健 学号：10250120 成绩： 姓名： 朱夫明 学号：10250121 成绩： 姓名： 蔡海军 学号：10250122 成绩： 姓名： 陈天荣 学号：10250123 成绩： 指导教师： 何继爱、郑玉峰、陈昊 22目 录一、前 言1二、设计指标2三、系统总述33.1 设计流程33.2 系统组成33.3 方案论证3四、单元电路设计与仿真84.1 鉴相器电路及仿真84.2 晶体振荡电路

2、及仿真94.3 锁相环电路及仿真104.4 音频放大电路及仿真114.5 电源电路及仿真124.6 振荡电路及仿真134.7 倍频电路及仿真144.8 正弦波振荡电路及仿真154.9 丙类放大器电路及仿真16五、硬件安装与调测17六、设计总结18七、参考文献19附件1：硬件实物照片20附件2：元器件清单22一、前 言调频广播经历了六十多年的发展，技术上已经比较成熟，但大多数调频发射机仍然存在发射频率固定单一的问题。由于国家对无线广播频段的划分和管理，使得不同地区有不同频段的发射权，每个单位所分配的发射频率也是不一样的。因此不同用户对发射频率的要求各不相同，但是厂商不可能生产频率各异的发射机，这

3、样明显不符合工业批量生产的要求。那么就需要使发射机按照使用者的意愿，在一定频带范围内灵活地改变发射频率。这样用户就可以根据具体情况来设定载波频率。本文中设计的数字立体声调频发射机就可以解决这一问题。为了实现精准的数字化控制并达到立体声收音效果，本设计使用了专用发射芯BH1417F。为了适应对发射机输出频率稳定度和频率准确度的严格要求，以及方便更换发射机频率的需要。为此我们设计了一种具有锁相功能的调频广播发射机，通过拨码开关控制频率锁相环，可以灵活地改变发射频率。二、设计指标本设计的任务是设计一台小功率无线立体声调频发射机，相关技术指标要求如下：（1） 发射信号类型：调频信号，20Hz20KHz

4、音频信号。（2） 采用的主要发射技术方案：立体声发射，方式自定；（3） 发射频率范围：87.7-108MHz，任选一个或多个频点；（4） 频率稳定度：10ppm；（5） 有效范围：小于100米；三、系统总述3.1 设计流程为了能够顺利完成任务，本设计按照以下流程来进行：（1）提出系统设计方案：收集资料，提出系统设计方案。（2）完成硬件电路设计：掌握调频原理，熟悉相关芯片的数据手册，参考相关电路，完成硬件电路设计。（3）电路图绘制与硬件调试：绘制原理图，并模拟整机调试。（4）组建测试系统：模拟测试本设计所要实现的功能和技术指标。3.2 系统组成它调频发射机框图如图1所示，该调频发射机是以BH14

5、17锁相环调频立体声发射模块为核心的调频发射机，具备话筒输入和线路输入多种音源的输入方式，因此信号源的选取方式是多样的，输入的信号经过BH1417集成块内部的调制、解码和鉴相后再经过内部的射频放大器放大，信号输出到射频功率放大器放大后发射，并有收音机接收信号。图3.1 系统结构框图3.3 方案论证3.3.1 立体声调频发射模块的设计方案论证与选择方案一：采用MAX2606调频发射芯片做调率发射电路方案，MAX2606采用SOT230-6微型封装，应用电路如图2-1所示，它的平均频率由L1设置，390H的电感可将中心频率设定在100MHz。调节电位器RP1则可以在88至108 MHz的FM波段选

6、择一个频道作为发射输出功率。输出功率对50的天线约为-21dB。图中的两个INPUT端接在功放机左右线路（LINE）输出端，左右声道音频信号均通过22k相加，并被电位器RP1衰减后，由脚送入MAX2606的内部振荡电路，经过调制后的射频信号从脚输出到发射天线，由于输入信号幅度高于60时将产生失真，因此使用电位器RP2将信号衰减到该电平以下。发射天线可以用一段75cm的电线充当。此时发射距离约为50米。为保证最佳接收效果，它最好与接收天线平行安装。MAX2606可工作于3至5的单电源，但最好采用稳定的电压，尤其是0.01F的退耦电容不能省略，以减少频率漂移和噪声，所以MAX2606的缺点就是有频

7、率漂移和噪声图3.2 基于MAX2606调频发射芯片的调率发射电路方案二：采用BA1404调频发射芯片做立体声调率发射电路方案，应用电路如图2-2所示，BA1404主要由前置放大器（AMP），立体声调制器（MPX），FM调制器及射频放大器组成。立体声前置级分别为两个声道的音频放大器。输入为0.5mV时,增益高达37dB,频带宽度为19KHz,如输入信号存在频率高于19 KHz 成分,则必须在输入端加一个低通滤波器,否则两个声道的分离度会下降。BA1404对于一般的调频发射已经够了,但它却有一个致命的缺点:没有锁相环电路,即PLL,容易跑频。图3.3 基于BA1404调频发射芯片的立体声调率发射

8、电路方案三：采用BH1417F调频发射芯片做调率发射电路方案，应用电路如图2-4。BH1417F是由提高信噪比（S/N）的预加重电路、防止信号过调的限幅电路、控制输入信号频率的低通滤波电路（LPF）、产生立体声复合信号的立体声调制电路、调频发射的锁相环电路（PLL）组成。BH1417F的频率特性非常出色，它能达到40dB的分离度，传送的音质可与本地调频电台比美，适合用于一些对音频指标很高的系统中。图3.4 基于BH1417F调频发射芯片的调频发射电路经过仔细的分析论证，决定采用第三种方案，因为第三种方案中BH1417F解决了上述方案的缺点，同时，BH1417F可由并行数据设置端改变发射频率，比

9、较容易实现硬件和软件结合。 3.3.2 压控振荡器的设计方案论证与选择方案一：采用分立元件构成。利用低噪声场效应J310作振荡管，用两对变容二极管作压控器件，直接接入振荡回路，电路属于电感三点式振荡器。图2-2为其简化电路图。该方法实现简单，但是调试相当困难，而且不能灵活控制输出频率。 图3.5 分立元件构成的VCO简化电路方案二：采用自带压控振荡器的集成芯片和变容二极管KV1471E，外接一个LC谐振回路构成变容二极管压控振荡器。选取适当的电感，便可改变BH1417F的输出频率。由于采用了集成芯片，电路设计简单，系统可靠性高，并且利用锁相环频率合成技术可以使输出频率稳定度进一步提高。所以本设

10、计采用方案二。3.3.3 频率合成器的设计方案论证与选择频率合成是整机的核心，为了得到高度稳定的频率输出，并且输出频率可调，可以采用锁相环频率合成技术，输出频率稳定度与晶振的稳定度相当，达到10-5，频率可以为任意值。此技术采用拨码开关来实现控制。方案一：模拟锁相环路法，通过环式的减法降频，将VCO的频率降低，与参考频率进行鉴相。优点是：可以得到任意小的频率间隔；鉴相器的工作频率不高，频率变化范围不大，比较好做，带内带外噪声和锁定时间易于处理。不需要昂贵的晶体滤波器。频率稳定度与参考晶振的频率稳定度相同。缺点是分辨率的提高要通过增加循环次数来实现，电路超小型化和集成化比较困难。方案二：数字锁相

11、环路法，如图2-3所示，通过数字逻辑电路，把压控振荡器（VCO）的频率降低到鉴相器的参考频率上，采用的是除法降频。除具有方案一的优点外，克服了方案一的缺点，还能与灵活方便的数字电路结合，做成数控可变分频，得到任意的频率，并且便于集成化，大大简化电路连线，缩短电路制作时间，降低整机体积。参考分频器晶振鉴相器环路滤波器压控振荡器可编程分频器参考频率输出频率综合考虑，本设计采用方案二。图3.6 数字锁相环频率合成原理3.3.4 功率放大电路方案选择与论证方案一：采用集成功放，放大倍数比较理想，性能好，体积小，但是价格比较高方案二：采用晶体管组建放大电路，放大倍数小，电路复杂，价格低廉。由于本设计放大

12、倍数要求不高，决定采用方案二。3.3.5 电源方案选择与论证BH1417F的正常工作电压为5V直流电压，运放和三极管则需要9V直流电压，所以需对市电进行变压、整流、滤波、稳压，为系统提供这两种直流电压。方案一：采用变压器将220V交流电变换为12V交流电，再进行全波整流、滤波，最后用三端稳压管LM7809和LM7805进行稳压，可分别得到9V和5V。方案二：采用电源模块得到12V直流电压输出，再通过三端稳压集成芯片进行稳压，得到两种输出电压。方案一简单易行，且成本低，本设计采用方案一。四、单元电路设计与仿真4.1 鉴相器电路及仿真图4.1 鉴相器电路图图4.2 鉴相器仿真图4.2 晶体振荡电路

13、及仿真图4.3 晶体振荡电路图图4.4 晶体振荡电路仿真4.3 锁相环电路及仿真图4.5 锁相环电路图图4.6 锁相环仿真图4.4 音频放大电路及仿真话筒输入信号用理想正弦波代替，其参数为Vp-p=12mV，f=1kHZ。用双踪示波器观察音频输入与音频放大输出端的波形,如下：图4.7 音频放大电路音频放大输出波形：图4.8 音频仿真下面的为话筒输入波形，灵敏度为20mV/div，上面的为音频放大输出波形，500mV/div。可见，在保证输出波形不失真的情况下，VT1起到了放大作用。4.5 电源电路及仿真图4.9 电源电路图4.10 电源电路仿真4.6 振荡电路及仿真图4.11 振荡电路Q为振荡

14、管，要有较高的特征频率，为了易于起振，要尽量大一些，可选用ZTX1049A型，也可用国产管3DG56、3DG80等150，fT500MHz。R3R4为VT2提供静态偏置，R1为反馈电阻，C1,C3,C5,C6均为CCl型高频瓷片式，L1为自制电感方法如下:用线径为O51mm漆包线在35mm的骨架上绕制成空心线圈。振荡调制部分的仿真分为两部分进行。首先，不加入调制信号，看振荡器能否振荡，且看振荡频率是否为理论计算的46MHz。然后，再加入调制信号，看能否看到调制波形。振荡输出(未加调制信号）：图4.12 振荡电路仿真4.7 倍频电路及仿真图4.13 倍频电路将已调制好的FM信号输入VT3的基集，

15、观察LC回路的波形如下：倍频输出波形：图4.14 倍频电路仿真4.8 正弦波振荡电路及仿真图4.15 正弦波电路图图4.16 正弦波仿真结果4.9 丙类放大器电路及仿真图4.17 丙类放大器电路图图4.18 丙类放大器仿真结果五、硬件安装与调测图5.1 整体电路图六、设计总结这次设计让我受益匪浅！在设计中真正体会到了理论与实践的距离。器件的选型是一个比较麻烦而又相当关键的过程。选器件的时候既要考虑其技术参数，还要考虑购买难易程度，价格高低等。特别是有的参考文献上截绍的经典电路，上面的器件可能是很多年前的型号，有可能是已经停产的器件。总的来说，从本次设计中我学到了很多专业知识，锻炼了独立思考、独

16、立设计能力。有的东西看起来很简单，实践了才知道难易。总之通过这次的毕业设计，让我深刻的体会到，理论联系实践，培养自学能力跟动手能力是很重要的，利用网络资源，查找相关的资料，把其转化为自己有用的知识，这样能更好的懂得和应用。这次的设计，由于时间较短，很多地方都还不是很完善，不过，在今后的工作中，我会更加的严格要求自己，努力做到最好。本次课程设计结束了，但是学习是一辈子的事，没有终点。书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。七、参考文献1.申功迈，钮文良.高频电子线路. 西安： 西安电子科技大学出版社，2003.2.张厥胜，郑继禹，万心平.锁相技术.西安：西安电子科技大学出版社，1994.3.电子线路设计.实验.测试 主编：谢自美 华中科技大学出版社 2002。4.通信电子线路主编：刘泉 武汉理工大学出版社 附件1：硬件