无线收发系统设计.doc

无线收发射机系统设计摘要：音频放大器输出的信号控制高频载波振荡器的某个参数，从而实现调制；通过幅度调制，也可简称为调幅，AM(Amplitude Modulation)，改变输出信号的幅度，来实现传送信息的目的。一般在调制端输出的高频信号的幅度变化与原始信号成一定的函数关系，在解调端进行解调并输出原始信号；通过通信的终端设备（如话筒、扬声器等），对信号进行输出。关键词：无线收发；调制；一、 设计概述小功率发射机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、 频振荡级由于是固定的中心频率，可考虑采用频率稳定度较高的克拉泼振荡电路。2、 缓冲级由于对该级有一定增益要求，考虑到中心频率固定，因此可采用以LC并联回路作负载的小信号谐振放大器电路。该级管子参数需要满足：谐振回路的计算，一般先根据计算出LC的乘积值，然后选择合适的C再求出L。C根据本课题的频率可取100pF200pF。3、 功放输出级 为了获得较大的功率增益和较高的集电极效率，该级可采用共发射极电路，且工作在丙类状态，输出回路用来实现阻抗匹配并进行滤波，从结构简单、调节方便起见，本课题可采用型网络，计算元件参数时通常取在10以内，计算公式请参阅教材第二章。功放管要满足以下条件：4、 参考电路及分析接收设备的任务主要是有选择地放大空中微弱电磁信号，并恢复有用信息。接收设备的结构通常采用超外差形式，上图中的接收机即为一次变频超外差结构。随着设备小型化和系统化，接收设备的结构出现了许多新的形式，如镜频抑制式和直接变换式或零中频式接收机结构。图中：虚线以上部分为发送设备，虚线一下部分为接受设备，天线及天线开关为收发公用设备。信道为自由空间。话筒和扬声器属于通信的终端设备，分别为信源和信宿。上下两个音频放大器分别是为放大话筒输出信号和推动扬声器工作而设置的，属于低频部件。上面的音频放大器输出的信号控制高频载波振荡器的某个参数，从而实现调制楼下面的解调器就是针对上面发射端的调制而进行的检波。已调制信号的频率若不够高，可根据需要进行倍频或上混频；若幅度不够，可根据需要进行若干级放大，经天线辐射出去。接受机一般都采用超外差的形式，在通过高频选频放大后进行下混频，取出中频后再进行中频放大和其它处理，然后进行解调。超外差接收机的主要特点就是由频率固定的中频放大器来完成对接收信号的选择和放大。当信号频率改变时，只要响应地改变本地振荡信号频率即可。发送设备主要完成调制、上变频、功率放大和滤波器等功能，起结构大同小异。根据调制和上变频是否合二为一，发送设备结构分别为直接变换结构和两次变换结构两种方式，在每种方式中也都可以采用单通道调制和双通道正交调制方式。在发送设备中，一般存在两种变换：第一种变换时将信源产生的原始信息变换成电信号，而这一信号的频谱通常靠近零频附近，属于低频信号，称为基带信号；第二种变换称为调制，是将基带信号变换成适合在信道中传输的信号形式。调制后的信号称为已调信号，相应的没有进行调制之前的基带信号也可称为调制信号。调制时还需要一个高频振荡信号，称为载波，它可由高频振荡器或频率合成器产生。载波通常为单一的正弦信号或脉冲信号。二、 无线收发射机设计原理无线接收系统电路的任务是将天线接收的高频载波信号转变为高频电流，并通过选频、放大、解调出原发送的基带信号（调制信号）。常见的接收机有直接检波式接收机、高放式接收机、来复再生接收机、超外差（调幅或调频）接收机，如图三所示，其中超外差接收机最为常用。a) 直接检波式调幅接收机框图b) 高放式接收机框图c) 来复再生式调幅接收机框图d) 超外差调幅接收机框图e) 超外差调频接收机框图幅度调制，也可简称为调幅，AM(Amplitude Modulation)，通过改变输出信号的幅度，来实现传送信息的目的。一般在调制端输出的高频信号的幅度变化与原始信号成一定的函数关系，在解调端进行解调并输出原始信号。实际上的函数关系一般是正比关系。这种调制方式的最大好处是调制和解调非常简单，只需要一个二极管和一个电容器即可，当然最大的缺点是失真比较大，同时对干扰比较敏感，相对来说是一种比较古老的技术。不过技术古老并不表示应用不广泛，目前仍然在很多领域应用，如收音机(中波广播)及航空无线电，尤其在航空无线电的领域，飞机的行进速度非常快，战斗机更快，对调频而言，多普勒效应太大了，会影响通讯，而调幅不受多普勒效应的影响，故无法被取代。同时调幅也有一些改进的技术，如单边带调制（Single Side Band, SSB，又称单旁波带）、残余边带调制(Vestigial Side Band, VSB)，以及调幅的变种如目前在移动通信广泛使用的多幅度数字调制等。考虑一个调制信号 m(t)，它可能包含所有情况。调制过后的数学式写出来如下：。或者用复数型式：作傅里叶变换：,(x) 是 单位冲击函数 在x上的单位脉冲 大写字母函数代表傅里叶变换。混频电路混频，又称变频，也是一种频谱的线性搬移过程，他是信号从某一个频率变成另一个频率。完成这种功能的电路成为混频电路混频器的工作原理：混频是频谱的线性搬移过程，完成频谱线性搬移过程关键是要获得两个输入信号的乘积，能找到这个乘积项，就可以完成所需的线性搬移功能。若输入到混频器的输入已调信号 和本振电压 分别为： 这两个信号乘积为：晶体三极管混频器输入信号 ，为一高频已调信号，时变偏置电压且有 ，输入回路对中频谐振，由此可得集电极电流 为： 经集电极谐振回路滤波后，得到中频电流 称为变频跨导。从以上的分析结果可以看出：只有时变跨导的基波分量才能产生中频（和频或差频）分量，而其他分量会产生本振谐波与信号的组合频率。有 中功率调频无线发射机有音频产生电路、调频与备、高频谐振放大、两级高频功率放大和匹配网络构成，各部分功能如下。话筒机音频信号放大：将语音信号转化为电信号，并进行放大。调频与倍频电路：为发射机提供基准频率信号源，实现音频信号对高频载波信号的频率调制，倍频后增加已调信号的频偏，打法哦发射机的辐射频率。高频谐振放大电路：将前面电路产生的调频电压信号放大,同时减少功率放大电路对调频与倍频电路的影响,增加金准频率的稳定度.两级高频功率放大电路:对已调信号进行功率放大,以满足输出功率的要求.滤波与匹配电路:滤除谐波,完成发射天线与功率发电电路的阻抗变化.发射机框图无线调频接收机有高频放大、第一混频与中放、鉴频、音频放大和静噪电路组成，其框图如图。从接收天线收到微弱的高频信号经过输入选频网络选出要接收的高频信号，通过高频放大器将信号放大，以提高接收机的灵敏度。放大信号送到第一混频电路与本机震荡所产生的46.799Mhz的本振信号混频，产生10.7Mhz第一种频信号并将其放大。接着进行第二次混频、产生455khz第二中频信号，经过限幅中放和鉴频电路，恢复调制信号.再经过音频放大,最后从扬声器还原成原来的声音信息.静噪电路是保证接收机没有接收到信号时,使噪声电压不被放大,避免了扬声器输出噪声,以保持工作环境的安静.接收框图三、 设计步骤1. 发射部分：音频产生该电路第一部分由两级史密斯特触发电路产生一调幅的音频信号,作为发射机的调试信号.该电路第二部分有晶体管T6,7构成两级音频放大器放大来自麦克风的信号.两部分电路由开关K1进行选择,送入晶体调频电路.晶体调频电路及倍频电路以T5为核心的电路实现音频信号对高频载波信号的调制并实现三倍频。该振荡器是一个标准的三点式晶体振荡电路，C18、L9组成的并联谐振回路，对12.033Mhz短路。晶体回路中传入变容二极管D1、R12、R13构成的分压电路为变容二极管提供反向电压，音频调制电压通过R8加载变容二极管两端改变变容二极管的电容量，实现调频由于采用晶体管调频，因此中心频率的准确性与稳定性较高，但频偏较小。为增加频偏，C18，L9组成的并联谐振回路调谐在晶体振荡器的三倍频上，选出调频振荡回路的三次谐波。该部分完成了电路的振荡、调频、倍频的全过程，增加了已调信号的频偏，达到发射机的辐射频率36.099MHz高频谐振放大器以T3为核心的高频谐振放大器对晶体调频电路及倍频电路产生的FM小信号进行放大，同时减少功率放大电路对振荡电路的影响，增加频率的稳定性。这是一个典型的甲类高频谐振放大电路，具有较高的电压增益。两级高频功率放大与输出滤波网络两级高频功率放大包括功放激励、末级谐振功率功率放大器。信号经过高频谐振放大级后，电压已经具有较大的幅值，所以以T2为核心的功放激励级工作在丙类状态，以提高电路的工作效率。以T1为核心的末级谐振功率放大器与输出滤波网络的主要任务是，将激励级送来的高频信号进行功率再放大，以满足辐射的功率要求，同时滤除谐波，实现天线与功率放大电路阻抗匹配，以保证有足够强的，谐波分量少的高频信号送到天线向外发射。2. 接收部分：高频选频放大器以高频双栅极场效应管T1为核心的高频谐振放大器放大有天线接收的高频信号以提高接收机的灵敏度。由于T1具有双栅极机输入，可以将信号和直流偏置分开，减少了电源噪声对放大器的影响。保证了高频放大电路的低噪声性能。第一混频电路与本振电路本地谐振电路采用晶体三倍频振荡器。振荡器的基准频率（15.599Mhz）由晶体决定，经三倍频后输出频率为46.799Mhz的第一本振频率。第一混频电路以场效应管T2为核心，双栅极输入信号与本振信号相互隔离，减少干扰。场效应管具有动态范围宽，噪声系数小、输入阻抗高等特点，是混频电路的个性能得到提高。经过三端陶瓷滤波器JZ4选出进行第一中频放大。第二混频、限幅中放、鉴频电路接收机电路采用MC3361，他产生第二本振信号，完成第二混频、限幅中放、鉴频、降噪等功能，解调出音频信号。引脚1,2与所接的JZ1等组成本二振信号。该振荡器的频率由jz决定，为10.245Mhz，10.245mhz 的信号与引脚16输入的10.7Mhz的高频信号在芯片内第二次混频。第二混频后信号由引脚3输出经过陶瓷滤波器jz2得到455khz的第二中频信号，再送至引脚5进行中放。引脚8外接一个455khz的鉴频线圈和片内校电容组成鉴频网络，鉴频器输出低频分量有片内放大器放大后从引脚9输出。音频功放电路从鉴频器得到的音频信号，必须进行功率放大，才能推动扬声器发音。本电路采用小功率、低电压的音频功率放大电路lm386.他就有静态功耗低、工作电压宽、频带宽、体积小等特点。静噪电路MC3361鉴频后的信号，从引脚9输出后经c41 r24 c44组成的2型低通滤波器后分为两路。一路经r26送至音量电位器r13，在进行音频放大;另一路径c42送至静噪调整电位器r25.噪音信号的高频分量，由引脚10送到Mc3361进行带通放大，使放大后的噪声电压具有一定的幅值由引脚12送至MC3361进行电压比较。比较结果由引脚13输出，去控制三极管T6和T5的导通、截止，开关音频电路电源。四、 主要技术性能注意事项1. 接收灵敏度灵敏度是指接收机接收微弱信号的能力。灵敏度高的接收机能够收到远地或小功率遥控发射机的微弱信号，遥控距离远。遥控接收机的灵敏度通常是指接收机的终端译码器可靠译码或终端机件（如电磁继电器、执行电动机、音响器等）正常动作时，天线上的最小感应电动势。对于便携式遥控接收机，机内多采用磁性天线来接收遥控信号，通常用输入信号的电场强度表示其接收灵敏度，单位是毫伏米（mVm）；对于用外接天线或拉杆天线来接收遥控信号的接收机，则常用输入信号电压的大小来表示其灵敏度，单位为微伏（V）或毫伏（mV），其数值越小，灵敏度越高。通常，一般的来复再生式接收机的灵敏度为lOmVm左右；超外差调幅接收机的灵敏度，在采用磁性天线的情况下一般为16mVm，若使用外接天线或拉杆式天线，其灵敏度可达l00VlmVm；超外差调频接收机的灵敏度一般为lO500Vm。2. 选择性选 择性是接收电路选择工作信号、抑制其他信号和干扰信号的能力。因为接收天线除接收有用信号外，还接收许多其他无线电信号、工业干扰信号和自然干扰信号。如 果选择性不好，就会同时收进多个相近频率的信号，出现串台现象。解调后的信号会严重失真，导致声音失真、或不能译码、或出现错误动作。 接收机的选择性主要由它的各调谐回路的性能所决定。 对于超外差接收机来说，中放对整个电路的选择性和通频带有至关重要的影响。中放的LC调谐回路或中频变压器的特性对中放的选择性起关键作用。谐振回路或中频变压器的有载品质因数（Q值）高时，选择性好，但通频带窄；Q值降低时，通频带变宽，但选择性变差。中频变压器的空载品质因数约为80120，有载品质因数Q载一般为3050。 一般说来，直接检波式接收机的选择性最差，高放式和来复再生式接收机的选择性也较差，超外差接收机的选择性最好，视中放的级数不同也有所不同。3. 工作稳定性无线接收机在使用过程中，应确保电路性能稳定，控制准确，结构设计合理、具有一定的防震性能（对于移动式或携带式机来说尤为重要）。电路性能在外界温度、湿度及供电电压变化的情况（在正常的允许范围内）下，应保证能正常工作。本 模块以超外差（调幅或调频）接收机为例，按信号流程学习各单元电路，从而掌握无线接收系统电路的基本知识与基本技术；最