简易发射机电路设计

简易发射机电路设计作者：2011 年月日目录1．引言 (2)2．方案论证 (3)2.1 方案一 (3)2.2 方案二 (3)3．各电路设计和论证 (4)3.1 调幅信号源 (4)3.1.1 方案一 (4)3.1.2 方案二 (5)3.2 振幅调制 (7)3.2.1 方案一 (7)3.2.2 方案二 (8)3.3 功率放大前置级 (9)3.3.1 方案一 (9)3.3.2 方案二 (9)3.4 高频功率放大 (9)3.4.1 方案一 (9)3.4.2 方案二 (9)4．单元电路设计 (10)4.1 调幅信号源 (10)4.2 振幅调制 (13)4.3 高效高频功率放大 (17)4.3.1 前级激励级 (17)4.3.2 高频功率放大级 (18)5. 软硬件的系统测试 (21)6.参考文献 (22)简易发射机电路摘要：简易调幅发射机，主要由调幅信号源和高频高效功率放大器组成。

采用锁相频率合成技术，将载波频率精确的锁定在15MHz，输出载波的稳定度和准确度达到1×10-5；振幅调制采用集成模拟乘法器MC1496，调制度固定为30％，输出幅度调节范围宽；高频功率放大级应用功率合成技术，采用反相推挽功率合成电路，在50Ω负载上输出功率大于60mw。

关键词：锁相幅度调制乘法器功率合成1、引言调幅发射机主要由高频振荡器、调制器、高频放大器、天线等组成。

高频振荡器是产生高频载波。

调制器是将放大后的音频信号加在高频电磁波上。

高频放大器把调制后的电磁波放大后经天线发射到空中传到各地。

它的基本原理是，将要传送的调制信号（这里我们以话音信号为例）从低频率搬移到高频，使它能通过电离层反射进行传输，在远距离接收端我们用适当的解调装置再把原信号不失真的恢复出来，就达到了传输话音低频信号的目的。

例如调幅，我们不可能直接传送话音，我们先用一个转换装置将话音信号（也就是人说的话）转换成振幅平缓变化的电压信号，这就是我们要传输的信号，叫做调制信号，然后将调制信号与一个高频率的信号在一个相乘器里相乘，再经过一个加法电路，就会得到一高频率的信号，它的包络（所谓包络就是连接周期信号每个周期内波峰的假想线）随着调制信号幅度的变化而变化，我们把这个高频信号叫做载波，把已经调制好的信号叫调幅波。

就是说，我们要传输的话音信号已经包含在了调幅波中，换句话，就是我们把调制信号从低频搬移到了高频，以便利用电离层传播。

这样我们通过发射装置将已调信号发射出去，在接收端接收信号。

发射机设计必须考虑以下几个参数谐波输出、寄生输出、宽带噪声、相位噪声，频率和相位的稳定度，信号的最大输出功率以及平均输出功率。

由中频信号IF或其谐波与本振混频产生的三阶互调干扰必须专门考虑。

其他比如所需射频载波信号的谐波、本振信号LO与与中频信号IF的馈通等多余信号都会将产生干扰。

如果发射机将噪声发射出去将会导致接收机的噪声基数提高、信噪比SNR降低，从而将会减少通信所能达到的最大距离。

因此功率放大器必须进行相应设计，以保证输出的附加带宽噪声最小化。

本设计的课题为简易发射机电路，所要达到的目标并不是很多，及其考虑的因素也不是很专业化，主要目的只是检验所学知识的系统结构与密度，培养学生的创新能力与实践能力。

经过细致调研，本设计决定主要采用锁相技术将预先得到的载波信号精确锁定在要求的15MHz。

振幅调制主要应用集成模拟乘法器，性能稳定，抗干扰能力强。

功率放大部分主要采用传输线变压器的形式，其主要特点就是工作频带宽；并利用反相功率合成技术将功率放大到接近要求的目标值，效率高，非线性失真较小。

虽然设计过程很粗略化，但是我觉得学到的东西很多，自己的能力也相应地得到了提高；毕竟由于自己的能力有所限制，设计难免有所纰漏，恳请指正！2 方案论证本次毕业设计课题为简易发射机电路。

反射机的方案很简单，大致可以分为两种。

2.1 方案一：直接变换法，是将调制和上变频和二为一，通过一个电路来实现。

2.2 方案二：两次变换法，将调制和上变频分开，先进行较低的中频上的调制，然后将已调信号上变频搬移到发射的载频上。

直接变换法和两次变换法如图1、2所示。

图1 直接变换法示意图图2 两次变换法示意图基于任务书的要求和实际的需求，决定采用方案二。

器件少，实现简单。

整个电路部分的系统框图如图3所示。

电路主要由调幅信号源模块、调制模块、高频功率放大模块构成。

采用锁相频率合成技术将压控振荡器输出的载波频率进行精确锁定，以达到设计任务要求的稳定度和准确度。

准确稳定的载波信号然后和外加的基带信号被送到模拟乘法器中进行调制。

集成芯片的应用，可以很方便地实现调制功能，而且可以达到预期的调制系数。

对调制器输出的电压进行幅度调整，以满足输出波形不失真的目的。

功放级采用广泛运用的功率合成技术和传输线变压器，调谐范围宽，功率和效率都很大，频带宽，可以说优点很多。

图3 电路系统框图锁相 振荡 电路 高频功率放大 调制器 功放 激励级 幅值调 整 功放级供电电源输出3 各电路设计和论证下面详细对本次毕业设计所考虑的方案进行初步的论证和简要的分析。

3.1 调幅信号源为了使振荡器输出尽可能的稳定、准确的频率，以达到设计任务书所要求的目标，下面浅谈一下关于频率稳定度和准确度方面的原理，以及本设计所采用的合适方案。

（1）频率准确度的定义频率准确度分为绝对频率准确度，又称频偏。

用振荡器的实际工作频率f与标称频率f c 之间的偏差Δf，即Δf=f－f c来表示。

相对频率准确度用Δf / f c 来表示。

（2）频率稳定度的定义频率稳定度通常定义为在一定时间间隔内，振荡器频率的相对偏差的最大值，用max /|cf f时间间隔表示。

这个数值越小，频率稳定度越高。

按照时间间隔长短不同，通常可分为下面三种频率稳定度。

长期频率稳定度：一般指一天以上以至几个月的时间间隔内的频率相对变化。

这种变化通常是由振荡器中元器件老化而引起的。

短期频率稳定度：一般指一天以内，以小时、分或秒计算的时间间隔内的频率相对变化。

产生这种频率不稳的因素有温度、电源电压等。

瞬时频率稳定度：一般指秒或毫秒时间间隔内的频率相对变化。

这种频率变化一般都具有随机性质并伴随着有相位的随机变化。

引起这类频率不稳定的主要因素是振荡器内部噪声。

目前，一般的短波、超短波发射机的相对频率稳定度约在10-4～10-5量级，一些军用、大型发射机及精密仪器的振荡器的相对频率稳定度可达10-6量级甚至更高。

3.1.1 方案一：采用普通的振荡电路。

一采用晶体振荡电路。

晶体谐振器是晶体振荡器中最重要的稳频元件，其性能直接决定了振荡器系统的性能好坏。

晶体谐振器可以等效为一个谐振电路来表示，如图4所示。

虽然晶振产生的频率稳定度和准确度都可以做得很高，但是一般找不到15MHz的晶振。

二采用西勒LC振荡电路产生一接近15MHz的正弦波。

西勒电路是依克拉泼电路改进的电容反馈振荡器，它与克拉泼电路的主要不同点在于它在回路电感L两端并联了一个可变电容C4，用C4改变振荡频率，电路如图5所示，但是功能不能保证准确和稳定，因此虽然两种振荡电路设计比较简单，但不可取。

LqC0CqRq（a）符号（b）等效电路图4 石英晶体谐振器图5 西勒电路及等效电路3.1.2 方案二：锁相频率合成。

它是利用锁相环路的窄带跟踪特性，在晶振提供的基准频率源作用下，产生一系列离散的频率。

锁相就是相位同步的自动控制。

完成两个信号相位同步的自动控制系统叫做锁相环路(称锁相环)。

锁相环路能使每秒振荡百万次以上的两个信号精确地、自动地相位同步。

图6 锁相环路基本框图一个最基本的锁相环路的方框图如图6所示，它包括三个部件：鉴相器(PD)、低通滤波器(LPF)、电压控制振荡器(VCO)，构成一个闭合的相位反馈控制系统。

现将三个基本部件的作用分述如下：鉴相器（PD）是进行相位比较的装置，它把压控振荡器的输出信号Vo(t)与输入信号vi(t)的相位进行比较，产生对应于两信号相位差的误差电压Vd(t)，起到相位差—电压变换作用。

低通滤波器（LPF）是个线性电路，它的作用是：滤除鉴相器输出电压Vd(t)中的高频分量和噪声，起平滑滤波的作用，以保证系统所要求的性能，增加系统的稳定性。

电路通常由电阻、电容或电感等组成，有时也包含运算放大器。

电压控制振荡器（VCO）是一个电压—频率（或称电压—相位）变换电路，其振荡瞬时角频率受控制电压的控制，使输出信号频率向输入信号频率靠拢，两个信号间的相位差减小。

锁相环路的具体工作过程如下：相位比较器把输入信号作为标准，将它的频率和相位与从VCO输出端送来的信号进行比较。

如果在它的工作范围内检测出任何相位（频率）差，就产生一个误差信号Vd(t)，这个误差信号正比于输入信号和VCO输出信号之间的相位差，通常是以交流分量调制的直流电平。

由低通滤波器滤除误差信号中的交流分量，产生信号Ve(t)去控制VCO，强制VCO朝着减小相位/频率误差的方向改变其频率，使输入基准信号和VCO输出信号之间的任何频率或相位差逐渐减小直至为0，这时我们就称环路已被锁定。

对于已经锁定的环路，若输入信号的频率或相位稍有变化，立刻会在两个输入信号的相位差上反映出来，鉴相器的输出也会随着改变并驱动VCO的频率和相位以同样的规律跟着变化。

环路的这种状态称为跟踪状态。

因此可以说锁相环是一个相位自动控制系统，其锁定状态的取得是靠相位差的作用，锁定状态的维持也仍然依靠相位差的作用。

锁相环路基本特性有（1）环路锁定后，没有频率误差。

当锁相环路锁定时，压控振荡器的输出频率严格等于输入信号频率，而只有不大的剩余相位误差。

（2）频率跟踪特性。

锁相环路锁定时，压控振荡器的输出频率能在一定的范围内跟踪输入信号频率变化。

（3）窄带滤波特性。

锁相环路通过环路滤波器的作用后具有窄带滤波特性。

当压控振荡器输出信号的频率锁定在输入信号上时，位于信号频率附近的频率分量，通过鉴相器变成低频信号而平移到零频率附近，这样环路滤波器的低通作用对输入信号而言，就相当于一个高频带通滤波器，只要把环路滤波器的带通做的比较窄，整个环路就具有很窄的带通特性。

例如，可以在几十兆赫的频率上，做到几赫的带宽，甚至更小。

锁相环路的这些特点，使它在自动频率控制中得到应用，以达到精确的频率控制，而其它的频率控制系统总是存在剩余频差。

早期的频率合成方法主要采用混频、倍频和带通滤波器等电路对晶体振荡器产生的频率进行四则运算，产生出一系列离散频率信号。

通常称这种方法为直接合成法，其优点是频率转换时间短，缺点是频率数目不能太多且电路复杂、体积大、重量重，成本高。

随后利用出现了利用锁相技术的锁相频率合成，也称间接合成法。

随着数字技术的发展，又出现了直接数字式频率合成，其特点是将频率合成器与微处理器结合在一起，特别有利于进行程序控制和实时处理。