无线调频发射机毕业设计论文.docx
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无线调频发射机毕业设计论文
天津电子信息职业技术学院
毕业设计
课题名称无线调频发射机的研究
姓名张义凯
学号21
班级电信S10-1
专业电子信息工程技术
所在系电子技术系
指导教师吕本杰
完成日期2013-01-20
天津电子信息职业技术学院
毕业设计(论文)任务书
课题名称:
无线调频发射机的研究
完成期限:
2012年11月26日至2013年01月20日
姓名张义凯指导教师吕本杰
专业电子信息工程技术职称高级实验师
所在系电子技术系主任刘松
接受任务日期2012-11-26批准日期2013-1-20
一、原始依据(资料):
《电子技术实验指导书》吕本杰著天津电子信息职业技术学院
《高频电子电路(第二版)》张澄人民邮电出版社
《Protol99SE电路原理图设计技术》标志亮西北工业大学出版社
《模拟电子技术及应用》熊伟林机械工业出版社
二、设计(论文)内容和要求:
设计内容:
(1)根据毕业设计指导教师的要求,依据《高频电子线路》课程大纲的要求
自行设计发射机单元电路。
(2)在搭试和改进电路的基础上,绘制出原理图和印刷电路板图及整体结构图。
(3)根据图纸及设计要求,完成技术指标的设计。
(4)对计算结果和有关数据并进行分析,得出相关结论。
(5)依据《毕业设计指导书》内容要求,完成毕业设计论文报告。
(6)撰写毕业设计论文及其相关的毕业设计文件要求。
设计要求:
(1)独立完成电路设计,达到相关技术要求。
(2)撰写毕业设计论文7000-8000字以上。
三、建议查阅的技术资料:
《高频实验指导书》吕本杰天津电子信息职业技术学院
《高频电子电路(第二版)》张澄著人民邮电出版社
《模拟电子技术及应用》熊伟林机械工业出版社
天津电子信息职业技术学院页号
(1)
毕业设计(论文)进度计划表
序号
起止日期
计划完成内容
实际完成内容
检查日期
检查人签字
1
2012.11.26~
2012.12.02
查阅资料,寻找到相关内容,并初步设计电路
找到相关资料,并完成电路设计
2
2012.12.03~
2012.12.09
对电路进行设计
满足设计要求
3
2012.12.10~
2012.12.16
利用软件画出电路并制成PCB
利用软件画出电路并制成PCB图
4
2012.12.17~
2012.12.23
对电路进行理论计算,满足设计要求
完成电路设计,提出改进意见
5
2012.12.24~
2012.12.30
准备撰写论文
根据整理好的资料撰写论文
6
2012.12.31~
2013.01.06
依据《毕业设计指导书》内容要求及其参考资料完成毕业论文
完成毕业论文
7
2013.01.07~
2013.01.20
准备毕业答辩
完成毕业答辩
系毕业设计(论文)领导小组审阅意见:
系主任签字:
年月日
天津电子信息职业技术学院号
(2)
注:
1.本任务书由指导教师填写。
2.签字部分用笔填写,其余各项均要求打印。
(宋体、小4号字)
毕业设计(论文)开题报告
毕业设计(论文)题目
无线调频发射机的研究
学生姓名
张义凯
系别
电子技术
专业、班级
电信S10-1
指导教师
吕本杰
职称
高级实验师
工作单位
天津电子信息职业技术学院
实践地点
实验室
交表日期
2012.11.30
毕业设计(论文)开题报告内容要求:
①课题的意义、现状及发展趋势。
②课题的研究内容、研究方法、研究手段、研究步骤。
③课题所需的参考书目等。
注:
开题报告占毕业设计(论文)总成绩的10%。
无线电电路的分析与制作
一、课题的意义、现状及发展趋势
1.课题的意义
通过对无线电收发信电路这个课题的学习、研究和讨论,把我们在校期间所学的知识进行了巩固,再我们学到了一些在课堂上没有学到的知识和理论,真正的感受到从理论过渡到了实际的重要性。
同时可以增强我们的动手和思考能力,考验自己的耐心、细心和自信心,也深刻的体会到了团队精神的伟大,提高我们的创新意识,为以后的学习和工作做好了铺垫。
毕业设计不但是理论、技能的综合运用,也是思维方法训练的重要过程,更是完成学业所必需的。
通过大量的调查研究、理论分析、设计绘图等进一步的提高了我们的综合分析和撰写科技论文的能力。
2.课题的现状及发展趋势
当今世界,科学技术的发展日新月异。
在这空前的技术发展进程中,电子技术以其独特的渗透力和亲和力,正在迅速地改变着我们周围的一切。
近几年,凭借巨大的市场需求、较低的生产成本、丰富的人力资源,以及稳定的经济发展和优越的政策扶持等众多优势条件,无线电电路产业取得了飞速发展。
由无线电电路产业带动下的计算机、通信、消费类电子、数字化3C技术的融合发展以及计算机国际互联网的广泛应用孕育了大量的新兴产业,为我国国民经济的持续、快速发展注入了新的活力。
世界主要国家十分重视集成电路产业的发展,纷纷制定集成电路发展规划,整合国内科技资源,成立国际科技合作组织,
抢占制高点,以掌握未来信息技术的核心主动权。
天津电子信息职业技术学院页号
(1)
世界主要国家都十分重视无线电电路产业的发展,纷纷制定无线电电路发展规划,整合国内科技资源,成立国际科技合作组织,抢占制高点,以掌握未来信息技术的核心主动权。
利用电子技术来改变我们的生活与学习,改造传统的各行各业,已成为当今社会人们的共识。
二、课题的研究内容
我们的课题主要是研究无线电收发信电路,文中主要对混频电路,幅度调制与解调电路,小功率调频发射电路和调频接收电路进行了细致的研究。
我们以分组的形式来进行,在老师的正确辅导下,利用我们手中的课本、实验指导书和参考书籍,查阅相关资料,设计电路并画出电路图。
三、课题所需的参考书目
吕本杰《电子技术实验指导书》天津电子信息职业技术学院
标志亮《Protol99SE电路原理图设计技术》西北工业大学出版社
阎石《数字电子技术基础》高等教育出版社
张澄《高频电子电路(第二版)》人民邮电出版社
熊伟林《模拟电子技术及应用》机械工业出版社
指导教师审核意见:
签字:
年月日
系毕业设计(论文)领导小组审阅意见:
系主任签字:
年月日
天津电子信息职业技术学院页号
(2)
注:
本报告由学生本人填写(打印、宋体、小4号字)。
毕业设计(论文)
系别
电子技术系
专业班级
电信S10-1
姓名
张义凯
班级学号
21
毕业设计(论文)题目:
无线调频发射机的研究
毕业设计(论文)评语:
指导教师签字:
2013年1月20日
毕业设计(论文)总评成绩:
系主任签字:
年月日
天津电子信息职业技术学院教务处
摘要
无线调频发射机的基本组成包括基带信号处理电路、载波发生器、调制器、高频功率放大器和发射天线等五部分是一种通信用无线电装置的发信电路,其特征在于包括:
将输入进来的发射信号放大并输出的发射放大器;以及与发信天线相连,用来转换发信状态和接收状态的转换开关,发信状态时上述发信放大器所输出的发信信号被输出到上述天线.本设计首先根据设计的要求构建设计的总框图,充分考虑各个单元电路之间的信号传输和阻抗匹配。
理解各个要求的参数的意义,针对各参数再分别在各具体电路中加以实现,并且保证电路的正常运行。
本文叙述了发射机、编码、接收机、解调等电路的原理,利用计算机仿真完成了电路形式的选择和性能分析。
达到了理论与实际相结合的目的,提高了分析问题解决问题的能力.集成模拟乘法器是完成两个模拟量相成的电子器件,高频电子线路中的振幅调制.同步检验,混频,鉴频,鉴相等调制与调解的过程,均可视为两个信号相成或包含相成的过程.采用集成模拟的乘法器实现上述功能比采用立分器件要简单的多,而且性能优越,集成模拟乘法器常见的产品有MC1496.超高频模拟乘法器.利用宽带变压器做耦合回路的功率放大器成为宽带功率放大器。
常见的宽带变压器有用高频磁芯绕制的高频变压器和传输线变压器。
宽带功率放大器不需调谐振荡回路,可在很宽的频率范围内获得线性放大,但效率N较低,一般只有20%左右。
它通常作为发射机的中间级,以提供较大的激励功率。
关键词:
无线调频乘法器FM调制仿真
一、绪论
随着人类的文明不断进步,科学技术不断的发展,人们之间的交流越来越多,相互交换的信息也日益剧增,要传送的信息类型也是越来越多样化。
科技的进步也使得通信的技术得到了发展,特别是无线电波的使用,使我们的通信更加实时、高效。
科技的快速发展,将使人们的通信更方便快捷。
随着科技的发展和人民生活水平的提高,无线电发射机在生活中得到广泛应用,最普遍的有电台、对讲机等。
人们通过无线电发射机可以把需要传播出的信息发射出去,接收者可以通过特制的接收机接受信息,最普通的模式是:
广播电台通过无线电发射机发射出广播,收听者通过收音机即可接收到电台广播。
随着时代的发展它的作用也发生着变化,广播电台虽然现在已经不是人们获取信息的一种主要手段,但是它在很多方面依然发挥着主要的作用,它已经走进了我们的生活,在我们小集体范围内如:
学生宿舍、宾馆等场所,由于其使用方便、价格低廉、技术成熟、可进行一对多的无线广播等诸多优点,所以他依然会发挥重要作用。
不仅如此,随着人们追求生活个性化,它在家庭领域也将会带给人们很大的乐趣。
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。
它可以用于演讲、教学、玩具、防盗监控等诸多领域。
本设计主要是设计一个调频发射机。
发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制,将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过无线发射的电磁波。
课题重点在于能给发射机电路提供稳定频率的振荡调制电路
通过调频发射机电路的设计,使得建立无线电发射机的整机概念,了解发射机整机各单元电路之间的关系及相互影响,从而能正确设计、计算发射的各单元电路;包括LC振荡电路、变容二极管调频电路、射级跟随电路、高频功放电路十设计、元器件选择。
发射机是日常生活中常见的也是应用非常广泛的电子器件,研究本课题既可以了解小信号发射机电路,又可以提高对于Multisim的应用能力和运用书本知识的能力。
(本设计主要是设计一个调频发射机,不包含接收部分)
二、调频发射机
1.设计的目的和意义
通过调频发射机电路的设计,使得建立无线电发射机的整机概念,了解发射机整机各单元电路之间的关系及相互影响,从而能正确设计、计算发射的各单元电路;包括LC振荡电路、变容二极管调频电路、射级跟随电路、高频功放电路十设计、元器件选择。
发射机是日常生活中常见的也是应用非常广泛的电子器件,研究本课题既可以了解小信号发射机电路,又可以提高对于Multisim的应用能力和运用书本知识的能力。
2.目标与总体方案
利用Multisim软件仿真设计一个小功率调频发射机。
拟定整机方框图的一般原则是,在满足技术指标要求的前提下,应力求电路简单、性能稳定可靠。
单元电路级数尽可能少,以减小级间的相互感应、干扰和自激。
在实际应用中,很多都是采用调频方式,与调幅相比较,调频系统有很多的优点,调频比调幅抗干扰能力强,频带宽,功率利用率大等。
调频可以有两种实现方法,一是直接调频,就是用调制信号直接控制振荡器的频率,使其按调制信号的规律线性变化。
令一种就是间接调频,先对调制信号进行积分,再对载波进行相位调制。
两种调频电路性能上的一个重大差别是受到调频特性非线性限制的参数不同,间接调频电路提供的最大频偏较小,而直接调频可以得到比较大的频偏。
所以,通常小功率发射机采用直接调频方式,它的总体组成框图如图所示。
系统框图
其中高频振荡级主要是产生频率稳定、中心频率符合指标要求的正弦波信号,且其频率受到外加调制信号电压调变;缓冲级主要是对调频振荡信号进行放大,以提供末级所需的激励功率,同时还对前后级起有一定的隔离作用,为避免级功放的工作状态变化而直接影响振荡级的频率稳定度,功放级的任务是确保高效率输出足够大的高频功率,并馈送到天线进行发射。
上述框所示小功率发射机设计的主要任务是选择各级电路形式和各级元器件参数的计算。
1)电源电路介绍
直流稳压电源是一种将交流电转化为输出电压的直流电压装置,它需要变压、整流、滤波、稳压等部分组成。
2)振荡器电路介绍
并联型电容三点式振荡电路,当石英作为等效电感时,电路为并联型振荡器,优点是频率特别稳定,C1是一个微调电容,配合石英晶体使用以保证振荡器的振荡频率为石英晶体的标称频率(标称频率:
石英晶体的两端并联规定的配谐电容时石英晶体的谐振频率)。
主要由电容器和电感器组成的LC回路,通过电场能和磁场能的相互转换产程自由振荡。
要维持振荡还要有具有正反馈的放大电路,LC振荡器又分为变压器耦合式和三点式振荡器,很多应用石英晶体的石英晶体振荡器,还有用集成运放组成的LC振荡器。
由于器件不可能参数完全一致,因此在上电的瞬间两个三极管的状态就发生了变化,这个变化由于正反馈的作用越来越强烈,导致到达一个暂稳态。
暂稳态期间另一个三极管经电容逐步充电后导通或者截止,状态发生翻转,到达另一个暂稳态。
这样周而复始形成振荡。
3)调制器的原理介绍
mc1496模拟乘法器构成的调幅器电路图MC1496构成的振幅调制器电路如图所示其中载波信号UC经高频耦合电容C2从ux端输入,C3为高频旁路电容,使8脚接地。
调制信号UΩ经低频耦合电容C1从uy端输入,C4为低频旁路电容,使4脚接地。
调幅信号U0从12脚单端输出。
器件采用双电源供电方式,所以5脚的偏置电阻R5接地,由式可计算器件的静态偏置电流I5或I0,即脚2与3间接入负反馈电阻RE,以扩展调制信号的UΩ的线性动态范围,RE增大,线性
4)高频功率放大器介绍
高频功率放大器用于发射机的末级,作用是将高频已调波信号进行功率放大,以满足发送功率的要求,然后经过天线将其辐射到空间,保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平,并且不干扰相邻信道的通信。
高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。
按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种,窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路,故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器;宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路,因此又称为非调谐功率放大器。
高频功率放大器是一种能量转换器件,它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在“低频电子线路”课程中已知,放大器可以按照电流导通角的不同,分为甲类(导通角=360度)、乙类(导通角=180度)、甲乙类(导通角=180度~360度)。
其特点是向负载提供信号功率的放大器,通常称为功率放大器。
功率放大器工作时,信号电压和电流的幅度都比较大,因此具有许多不同于小信号放大器的特点。
三、开发软件介绍
1.Multisim介绍
Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具,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、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。
在软件环境下,验证电路的行为和设想中的是否一致。
分类:
(a)功能仿真:
在RTL层进行的仿真,其特点是不考虑构成电路的逻辑和门的时间延迟,着重考虑电路在理想环境下的行为和设计构想的一致性;(b)时序仿真:
又称为后仿真,是在电路已经映射到特定的工艺环境后,将电路的路径延迟和门延迟考虑进对电路行为的影响后,来比较电路的行为是否还能够在一定条件下满足设计构想
2.Multisim7仿真软件特点简介
Multisim7是早期的ElectronicWorbench(EWB)的升级换代的产品。
早期的EWB与Multisim7在功能上不能同日而语。
Multisim7提供了功能更强大的电子仿真设计界面,能进行射频、PSPICE、VHEDL、MCU等方面的仿真。
Multisim7提供了更为方便的电路图和文件管理功能。
更重要的是,Multisim7使电路原理图的仿真与完成PCB设计的Ultiboard10仿真软件结合起来一起构成新一代的EWB软件,使电子线路的仿真与PCB的制作更为高效。
通过将Multisim7电路仿真软件和LabVIEW测量软件相集成,需要设计制作自定义PCB的工程师能够非常方便地比较仿真数据和真实数据,规避设计上的反复,减少原型错误并缩短产品上市的时间。
熟练掌握Multisim7电路仿真软件已成为当今电子电路分析和设计人员所必需具备的基本技能之一。
Multisim是InteractiveImageTechnologies(ElectronicsWorkbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具,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、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。
为适应不同的应用场合,Multisim推出了许多版本,用户可以根据自己的需要加以选择。
NIMultisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真,能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。
凭借NIMultisim中完整的器件库,可以快速创建原理图,并利用工业标准SPICE仿真器仿真电路。
借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器,您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证,从而缩短建模循环。
与NILabVIEW和SignalExpress软件的集成,完善了具有强大技术的设计流程,从而能够比较仿真数据及实际建模测量。
通过Multisim和虚拟仪器技术,PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
Multisim可以进行复杂模拟/数字电路的仿真、简单的PCB板设计、简单的单片机仿真。
可以进行器件建模及仿真;电路的构建及仿真;系统的组成及仿真;仪表仪器原理及制造仿真。
四、设计举例
1设计题目
设计一个无线调频发射机。
2已知条件
发射机:
UCC=12V.-UEE-12V,主要器件有
UA741,3.579MHZ,MC1496,3DG100,3DG130,NXO-10磁环,负载RL=75,音频调制电压5mv,调制频率300HZ=3KHZ.
3主要技术指标
(1)工作频率范围
调幅调制一般适用于中.短波广播通信,其工作频率范围为300KHZ-30MHZ,
(2)发射功率
一般是指发射机输送到天线上的功率,只有当天线的长度与发射频率的波长λ可比拟时,天线才能有效地将载波发射出去.波长λ与频率f的关系为;λ=c/f式中,c为电磁波传播速度,c=3×108m/s.若接收机的灵敏度Sλ=2uv,则通信距离S与发射机功率PA的关系如表1—1所示。
表2—1发射功率PA与通信距离S的关系为
PA/mv
50
100
200
300
400
500
600
700
S/km
2.84
3.38
4.02
4.45
4.82
5.08
5.27
5.50
(3)调幅度
调幅度时调制信号控制载波电压振幅变化的系数,调幅度是指对信号进行幅度调制的载波的幅度。
同时被调幅的信号的包络线的幅度也等于调幅度它的取值范围为0~1,通常以百分比来表示,即范围为0%~100%。
(4)非线性失真(包括失真)
调制器的调制特性不能跟随调制电压线性变化而引起已调波的波洛失真为调幅发射机的非线性失真,一般要求小于10%。
非线性失真亦称波形失真、非线性畸变,表现为音响系统输出信号与输入信号不成线性关系,由电子元器特性:
曲线的非线性所引起,使输出信号中产生新的谐波成分,改变了原信号频谱,包括谐波失真、瞬态互调失真、互调失真等,非线性失真不仅会破坏音质,还有可能由于过量的高频谐波和直流分量烧毁音箱高音扬声器和低音扬声器。
(5)线性失真
频率失真是由电路的线性电抗元件引起的,故又称线性失真,其特征是输出信号中不产生输入信号中所没有的新的频率分保持调制电压振幅不变,改变调制频率引起的调幅幅度特性变化。
通常放大电路的输入信号是多频信号,如果放大电路对信号的不同频率分量具有不同的增益幅值或者相对相移发生变化,就使输出波形发生失真,前者称为幅度失真,后者称为相位失真,两者统称为频率失真
(6)噪声电平
噪声电平是指没有调制信号时,由噪声产生的调幅幅度与信号最大的调幅幅度比,广
播发射机的噪声电平要求小于0.1%,一般通信机的噪声电平要求小于1%
五、无线调频发射机的设计
1.拟定调幅发射机组成框图
图1点频调幅发射机原理框图
上面是点频调幅波发射机的框图1。
若改为等幅波发射机,只需去掉音频放大级即可,若输出功率要求不高,可去掉其中的激励级。
2.各级电路的作用
本振:
是正弦波自激振荡器,用来产生频率3.579MHz的高频振荡信号,由于整个发射机的频率稳定度由它决定,因此要求主振级有较高的频率稳定度,同时也有一定的振荡功率(或电压),其输出波形失真要小。
变容二极管线性调频,最大频偏,整个发射机的频率稳定度由该级决定可用晶体振荡器产生。
缓冲级:
将振荡级与功放级隔离,以减小功放级对振荡级的影响。
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。
缓冲隔离级电路常采用射极跟随器电路其作用主要是将主振级与激励级进行隔离,以减轻后面各级工作状态变化(如负载变化)对振荡频率稳定度的影响以及减小振荡波形的失真。
调制器:
是用MC1496模拟乘法器完成的调幅调制。
激励级:
为末级功放提供激励功率。
如果发射功率不大,且振荡级的输出能够满足末级功放的输入要求,功率激励级可以省去。
若输出功率要求较高时,插入激励级来放大信号功率。
功放级:
将从激励级送来的信号进行高效率功率放大以输出足够大的功率供给负载(天线),若是调幅波发射机,还应在该级实现调幅,应选用合适的调幅方式。
末级功放:
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≤50%而对波形失真要求较小时,可以采用甲类功率放大器。
但是本题要求,故选用丙类功率放大器较好由于功放级往往工作于效率高的丙类工作状态,其输出波形不可避免产生了失真,为滤除谐波,输出网络应有滤波性能。
另外,输出网络还应在负载(天线)与功放级之间实现阻抗匹配。
音频放大:
对语音信号进放大,使调制器可以完成调幅。
3.单元电路的设计
(1)本机震荡电路
并联型电容三点式震荡电路,当石英作为等效电感时,电路为并联型晶体振荡器,,其优点是频率特别稳定
C1是一个微调电容,以保证振荡器的振荡频率为石英晶体的标称频率(标称频率:
石英晶体的两端并联规定的配谐电容时,石英晶体的谐振频率)
本机震荡电路的输出是发射机的载波信号源,要求它的震荡频率十分稳定,一般使用晶振电路,其Q值可可达到数万,其频率稳定度可达到0.00001到
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