信息通信工程高频课程设计---无线传输系统的调试与设计

信息通信工程高频课程设计---无线传输系统的调试与设计内容摘要：

带宽和工作稳定性好等。 高频放大器的设计根据增益高、噪声低、通频带宽和稳定性好的要求，使用级联三极管放大电路可以实现增益高的要求，为了减小噪声可以在两级之间加一个较大的耦合电容，最主要的是以选频网络作为负载，一方面可以起到滤波作用，而且可以提高电路的高频特性。 为了使电路能够更稳定的工作，可以在两个集电极之间加一个大电感作为高频扼流圈，减小反馈。 根据设计要求，电路设计如下图： 图 34 超外差式接收机 超外差式接收机框图 ： 图 2 超外差式接收机工作原理： 天线接收已调制音频信号，因为长距离传输后高频信号也产生了衰减，所以要先对接收到的信号进行高频小信号放大，放大后的信号和本地载波一起输入混频器，混频后得到中频信号。 中频信号进行中频放大，放大后的中频信号输入到天线回路 变频 中频放大 检波 音频功 放 耳机 天线 高频课程设计 10 检波器中进行解调，解调后得到的信号便是我们所需要的音频信号，因为传输过程中有衰减，最后再对解调信号进行音频功放，通过耳机得到发射机发射出来的声音信号。 超外差式接收机电路设计 超外差式接收机包括高频放大、变频、中频放大、检波和功率放大五 个部分。 下面就各个模块进行阐述和设计。 高频 小信号 放大模块 此电路的作用是用来对接受信号得放大。 它拥有增益高、噪声低，通频带宽，工作稳定性好得特点。 对于此类电路，它的输入回路和负载是谐振回路，而且谐振回路中心频率很高，使得电路在高频环境下工作，由于谐振回路得出现，使得高频小信号调谐放大器不仅有放大的作用，还起着滤波选频的作用。 J6J5J4J1+ 12+ 12图 1 1 （ a ） 单调谐小信号放大 图 1 1 （ b ）双调谐小信号放大 R41 5K R54 70R 1 54 .7 KR 1 64 70C21 04C61 04C1中周内电容C51 04 C 1 11 04C 1 91 04C 1 2中周内电容C 1 51 0pC 1 31 04C 1 4中周内电容Q13 D G 6 Q23 D G 6T H 1T H 2T H 6T H 7T3T2T1T P 6T P 3C 2 31 04W31 00 KW41 00 KR 2 21 0KR 2 31 5K 高频小信号放大原理图 变频模块 变频电路是时变参量线性电路的一种典型应用。 如一个振幅较大的振荡电压υ 0（使器件跨导随此频率的电压作周期变化）与幅度较小的外来信号 υ S同时加到作为时 变参量线性电路的器件上，则输出端可取得此二信号的差频或和频，完成变频作用。 如果此器件本身既产生振荡电压又实现频率变换（变频），则称为自激式变频器或简称变频器。 如果此非线性器件本身仅实现频率变换，本振信号由另外器件产生，则称为混频器。 变频电路的作用是使接收到的高频信号变为中频信号，实现方法是加一个本地载波和接收信号一起加到混频器中，本地载波是变频电路自身产生的，它的频率等于调制是加的载波频率，通过变频后得到一个上边带频率和一个下边带频率，通过滤波器选择我们所需要的下边频带即中频信号。 电路框图如下图所示： 高频课程设计 11 图 35 三极管变频电路设计如下图所示： 图 36 检波器模块 又叫中频放大器，其作用是将变频级送来的中频信号进行放大，一般采用变压器耦合的多级放大器。 中频放大器是超外差式 超外差式接收机 的重要组成部分，直接影响着 超外差式接收机 的主要性能指标。 质量好的中频放大器应有较高的增益，足够的通频带和阻带（使通频带以外的频率全部衰减），以保证整机良好的灵敏度、选择性和频率响应特性。 检波的作用是从中频调幅信号中取出音频信号，常利用二极管来实现。 由于二极管的单向导电性，中频调幅信号通过检波二极管后将得到包含有多种 频率成份的脉动电压，然后经过滤波电路滤除不要的成份，取出音频信号和直流分量。 音频信号通过音量控制电位器送往音频放大器，而直流分量与信号强弱成正比，可将其反馈至中放级实现自动增益控制。 功率放大模块 因为信号经过前面几级电路也存在损耗，所以为了得到强音频信号，必须对解调后的信号进行功率放大。 放大可以采用甲类功放实现。 综合发射机和超外差式接收机两个部分，就可以实现中频调幅波信号的无线传输。 无线 传输系统的连 调 实验连 调就是在实验箱上把发射机的各个部分合理连接起来，发送音频信号，把接收接的各个模块合理 连接，实现信号的接收。 由于条件限制，所以本次联调只做了发射部分。 首先对使用的实验箱进行简单介绍。 实验箱包含 10个模块。 分别是： 模块 1：单元选频电路模块 高频课程设计 12 模块 2：小信号选频放大模块 模块 3：正弦波振荡及 VCO 模块，这个模块的作用是保证输出信号和输入信号一致，是输出稳定； 模块 4： AM 调制及检波模块，这个模块的作用是实现信号的标准调幅、双边带调幅、单边带调幅等各种条幅方式。 另外还可以通过这个模块可以实现同步解调； 模块 5： FM鉴频模块一 模块 6： FM鉴频模块二 模块 7：混频及变频模块，这个模块的作用是把高频 信号变为中频信号； 模块 8：高频功放模块，这个模块的作用是对已调制的高频信号进行功率放大，确保信号可以正常传输； 模块 9：波形变换模块 模块 10：综合实验模块，这个模块是实现无线传输的关键模块，音频信号由此输出，也是由此接收，所以说无论是信号的发射还是接收都要通过这一模块。 实验箱布局图 连 调过程 发射机部分使用到了发射机部分由实验箱上的模块 4， 8， 10 构成。 发射机搭建步骤是： 1. 测试示波器、信号源、信号线的好坏 2. 将模块 10 的 S1 的 2拨上，即选通音乐信号，经 U4放大从 J6 输出，调节 W2 使 J6处信号峰 峰值为 200mV 左右，连接 J6和 J5 将音频放大信号送入模拟乘法器的调制信号输入端。 同时将 1MHz（峰 峰值 500mV 左右）的载波从 J1端输入。 3. 调节 W1 使得有载波出现，调节 W2 从 J3 处观察输出波形，使调幅度适中。 4. 将 AM 调制的输出端（ J3）连到集成线性宽带功率放大器的输入端 J7，从 TH9 处可以观察到放大的波形。 5. 将已经放大的高频调制信号连到模块 10 的天线发射端 TX1,并按下开关J2，这样就将高频调制信号从天线发射出去了，观察 TH3 处波形。 6. 观察各处波形的作用是检验各部分输出的信号是否正常，这 样才能确保 高频课程设计 13 信号可以发射出去。 实验现象 步骤 1 得到音频信号，输出波形是方波，幅度是 200mV。 载波信号是正弦波，频率是 1MHz，幅值是 500mV，这两个信号输入到模拟乘法器中，便可以得到已调信号，得到的调制信号是方波包络，幅值是 284mV。 已调信号输入到集成线性放大电路进行功率放大，放大后的信号是幅值增大方波包络。 输出波输入到模块10后按下发射开关，信号就可以发射出去了。 接收机由天线回路、变频电路、中频放大电路、检波器、音频功放、耳机等六部分组成，各部分电路中元件的功能与作用前述单元电路中己讲述，参见各章。 实验箱上由模块 2， 4， 7， 10构成。 接收机调试过程如下： 1. 将模块 10 的天线接收到的高频信号（中波调幅发射机发射的信号，由另一台实验箱提供）送入模块 7的 J4，将模块 7 的 J6 连到模块 2的 J5。 2. 将模块 2 的 J6 连到模块 4的 J7，从模块 4的 J10 输出的信号连接到模块 10 的耳机输入端。 3. 慢慢调谐模块 7的双联电容调谐盘，使接收到音乐信号。 4. 观察各点波形，并记录下来。 高频课程设计 14 MC1496 介绍 在调制解调模块，使用到了一款核心的芯片 MC1496，它的作用是实现信号调制及解调，下面就这款芯片做一详细介绍： 这类器件用于输出电压是输入电压（信号）和转换电压（载波）乘积场合。 典型应用包括抑制载波调幅，同步检波， FM 检波，鉴相器。 更多的应用信息请参照ON半导体公司 AN531 的应用手册。 MC1496 的特性如下： 极佳的载波抑制性能 增益和信号处理可调 高共模抑制比 典型值为 85dB 器件内部含有 8个三极管 多种封装形式 如右图 基本操作信息 载波馈通是指输出电压 信号中未调制的载波（信号电压为 0）。 空载波由差分放大器中的电流来平衡（通过偏置电阻调节，图 5中的 R1）。 载波抑制 载波抑制是指每个边带的载波输出与信号电压的比值。 载波抑制与输入的载波等级有很大关系（如图 22 所示），低等级的载波不能够使上部开关器件完全导通，致使信号增益降低，由此减少载波抑制。 较最优载波等级较高的载波信号会引起不必要的器件与电流的载波馈通，并导致载波抑制降低。 MC1496 的最优载波输入 信号是 60mV 有效值的正弦波，频率在 500KHz 附近，在调制中推荐使用此载波信号。 载波馈通依赖于信号波 的电压等级 VS。 所以输入电压信号大的时候载波抑制可以最小化，但是在输入三极管对前必须添加线性操作部分，否则在器件的调制信号输出端会出现畸变，会与载波抑制混淆。 此时需要在输入信号幅值端加装上拉限定（参看图 20）。 最优的载波等级在图 22 中给出，此时可以。