【《船载中频发射机的设计与实现》15000字】

绪论1.1研究背景在二十一世纪这种科学技术、无线通信都飞速发展的时代，船舶上的无线电通信技术越来越成熟，与此同时，其自动化控制与智能领域也是越发的娴熟。无线电通信技术的迅速发展和广泛应用，可以说是为在海上破浪而行的海员们配上了一套千里眼与顺风耳。GMDSS可以有效地协助海难搜救工作，当船舶发生遇险事件时，它可以帮助遇险船舶迅速且有效地发出遇险信号，可以帮助搜救人员迅速展开搜救工作。这是应用全球领先的通信技术，特点是以岸基为主，陆上搜救主管部门和周围海域船只一起展开营救活动。该系统不仅可以提供海难发生后搜救工作的通信需求，还可以提供应急警报和广播导航预警，天气预警，天气预报等海上安全信息（MSI）功能[1]。GMDSS是一个基于计算机技术等的通信系统。如果船舶海行时遭险，能够及时高效给世界各国的搜救机构和任何海域航行的船舶发送遇险信息，同时还能自动发送遇险信息，它是一种全球一体化的搜救通信网络系统，具有半自动报警功能。越来越趋于自动化，智能化[2]。中频通信是无线电通信发展初期使用的频段之一，在二十世纪初期，马可尼就是使用800kHz的中频信号进行了第一次横越大西洋的无线电传输试验。所有参加了第一次世界大战的大国都利用了中频波段进行无线电军事通信。在马尼克使用中频信号进行了第一次横越大西洋的无线电传输后20年左右，我国将500～1500kHz的中频频段划分为国内无线广播使用，正是在这次频率划分后，中频波段在无线电广播领域开始了迅猛地发展，一举成为世界上收听率很高和覆盖面非常广的音频广播业务。在此之后中频波段在立体声广播方向相较于以前也有了很好的发展。在这之后不足十年，美国便成功地建立的世界上第一座可以发射出四条辐射状定位线的A-N中频波段的无线电导航台。在按照定位线航行的飞机上装有可以接收到连续的信号音的接收机，而这个导航台的作用就在于飞机非离正常航道时，这是会在正常航线两侧获取摩斯密码A或B，从二十世纪七十年代末开始，中频技术在高精度无线电定位系统方向的发展也是异军突起。将新的通信技术与电子计算机技术等相互结合是该系痛的发展方向，也是该系统的优势。经过各种技术的相互结合，该系统的作用距离、定位精度以及自动化程度都得到了明显的提升[3]。在十九世纪初期，发生过一件至今令人难以忘怀的大事件。有一艘名为“TITANIC”的豪华游轮号称，在当时那个年代号称“世界上最大的游轮”。不幸的是，这艘海上巨无霸在其第一次出航的时候便在大西洋撞到了冰山并最终沉于海底。由于当时的无线电通信技术的落后以及规则的不完善，导致无法快速地向外界寻求援助，错过了救援的最佳时机，从而产生了严重的后果，最终导致近1500人遇难的悲剧。此次事件可以说是轰动了全世界，同时也警示了人们。于是便诞生了世界上第一个SOLAS公约[4]。该公约是在1915年由IM0即国际海事组织于制定，并且于1979年4月在汉堡通过了SAR公约(InternationalConventiononMaritimeSearchandRescue)于1985年6月22日开始生效。之所以制定了这些公约，是为了当发生海难时能够对遇险船舶和人员开展迅速且有效的救援行动，并且在事发海域的沿岸国家应负有一定的搜救责任[5]。因此为了在大自然灾难面前，各个有关的沿海国家能够即时展开搜寻与救援活动，各有关国家在研究制订本国海事搜救措施体制时还要充分考虑到各个地区和国家之间的合作，以便于构建一套全球化的海事救助机制。因此，为SAR公约的全面推进，构建并完善一套全球性的遇险和安全体系是十分必要的。也就是在这一大背景下，中频无线传感器的发射机不仅仅被广泛地应用于陆地上的所有各行业，其对在海上飞行的所有船只也都具备着一种极为重要的功能，换句话说，中频发射机不仅仅被广泛应用于陆地上的各行各业，其对于在海上航行的船舶也有着极为重要的作用[6]。1.2国内外现状1.2.1国内研究现状江苏广播电视总局中频发射站与法国泰雷兹于2004年9月9日至15日，南京江东门联合开展中波数字广播领域的DRM实验活动，选择法国研制的配设拉杆式桅杆天线装置的中频发射机设备，其工作频率是1053kHz。而无线电广播在我国的中频波段技术中占据了很大的位置，并且大、中、小功率间的相互结合是我国目前的中频广播技术政策[7]。而且我国还实现了地波覆盖同步广播，目的是为了解决频率分配不足的问题，形成一个单频网络（SingleFrequencyNetworks）。由于其对应的中频接收机价格便宜，因此我国的广播技术主要基于中频波段并且被用户广泛使用。近些年来，虽然中频广播大功率发射站越来越多，功率越来越大，但是广播效果却并没有得到改善[8]。而在民用船舶通信应用领域中，近年来，我国的大中型民用船舶逐步安装了从国外进口和国内生产的中频无线电台，用于岸上与船舶之间的紧急和救生通信[9]。1.2.2国外研究现状国际电信联盟对频率的范围给出了明确的定义：低频的频率范围是30〜300kHz，中频的频率范围是300〜3000kHz。其实在早期应用无线电技术的时候，除了常见的广播以外，在国外无线电通信已经应用于船舶通信中。就目前来说，中高频接收机已经应用到了绝大多数的外国船只。中频无线电波通信与高频通信相比，中频无线电波传播更稳定，但是信号传播的距离不能太远，而我们为了尽可能地提高信号的传播距离，就必须尽可能地提高信号的发射功率，然而要想提高信号的发射功率，就会导致天线结构很大，这是一个连锁的反应。因此中频无线电通信技术一般用于岸对船通信。当然它也可以用作岸上与大中型船舶以及中短距离大型船舶之间的紧急通信，这主要取决于信号所能够传输的空间长度。参考在2005年4月末由WDBO组织公布的报告可以得知，这是存在共计11个的频率参数全天候进行数字DRM信息的广播活动，其中5个是中频。外国海军经常将中波用于潜艇，并将紧急通信用于船舶。除了用作通信程序外，中频始终是船舶和飞机的导航频率。当海上的大型舰艇，特别是航空母舰，将以战斗机为主要战斗力时，中频便起到了极其重要的作用[10]。2中频无线电波通信技术2.1无线电波的形成以及中频波段的划分2.1.1无线电波的形成无线电波客观地存在于大自然的每一个角落中，这是以电磁波方式存在交变电磁场向前波动的现象，即为无线电波传输进程。由于电荷附近有着电场，在电荷依据方向恒定状态下进行运动时会出现电流参数，进而又会相应地产生磁场。如果电流大小和方向随时间变化，那么它将在周围空间中产生交变的电磁场。当此交变电磁场达到一定的功率和频率时，它便可以辐射到附近的空间，于是便形成了电磁波。这就是我们所称之为的无线电波。本质上，无线电波由随时间变化的电场和随时间变化的磁场组成。即，电场会随时间改变而让周围环境产生磁场，而后者又会在其附近的空间激发出相应的电场，就这样，二者相互交替、相互激发、周而复始便形成了可以从一个空间传播到另外一个空间的电磁波。这种传播方式不依赖于任何介质，换句话说，在真空环境条件下，电磁波依然可以传播，这是不同于声波传输现象，因此构建无线通信的技术基础[11]。在无线电通信过程中，这是需要通信发送设备产生相关数据信息，并且具备相应功率的高频交变电磁信号，然后使用内置天线对外生成电磁波。该包含信息的电磁信号发送到接收端后，由接收设备进行接收和处理，以恢复发送端发送的有用信息，从而依靠无线电波实现信息的无线传输[12]。2.1.2中频波段的划分无线电波具有非常宽的频率范围，根据不同频率范围的特性可以分为多个频段，也称之为波段。因此，无线电波既可以根据频率的高低来划分，同时也可以按照波长来划分。无线电波在理想条件下的传播速度等于光速，即传播速度ν=3×108m/s，无线电台在一个周期T周的传输长度称之为其波长参数，用λ表示，单位为m；其频率用f来示，单位为Hz，这是和T先互成倒数关系λ=ν∙T=上面也有提到，我们通常将频段在300kHz~3000kHz的无线电波称之为中频（MF），也成为中波，即波长在1000~100m之间。根据国际电信联盟（ITU）《国际无线电规则》的频率划分，将526.5~1606.5kHz这一范围频段以此进行广播；在广播频段以上会应用在以军事用途为代表的很多独特通信领域，在广播频段以下会应用在以传播无线通信等为代表的很多独特通信领域[13]。2.2中频无线电波的传播途径及其特点中波重点涵盖天波传说形式与地波传输模式，可以结合相关传输信号自身具备的一些特征。能够沿地表展开绕射传输，也是会借助于电离层展开反射传输。在白天时，由于高电子碰撞后产生D层中波剧烈吸收情况，因此无法产生反射传输效果。而在夜间电离层中的中波反射系数差量逼近1。所以，白天可以在附近区域能够接收地波传输的相关信号，同时会产生较为稳定的场强参数，而在夜晚能够选择天波与地波组合的传输模式，其中天波有着很长的传输距离参数[1]4。2.2.1地波传播及其特点其中，地波传播是指无线电波沿着地球表面以绕射的形式传播，其特点是可以绕过弯曲的地球表面或者障碍物，从发射端到达接收端。但是由于地球曲率的存在，发射点T与接收点之间存在障碍物的等效高度h，如果发射点与接收点之间的距离越远，则障碍物的等效高度h就越高，如图2.2，以至于要求产生绕射电波的波长就越长，因此中波的传播距离大概在几百公里。hTR图2.1地波传播及其特点当我们采用地波进行无线电通信时，其可靠的传输距离取决于无线电波的频率和地表特性（地表特性主要是指导电率，导电率越大，则无线电波在地面传输的损耗越小）。因此我们可以得出，海水表面对无线电波的吸收损耗较小（海水的导电率要高于地表）。当然，无线电波具体的传播距离还取决于实际发射功率，天线的尺寸等等。需要指出的是，地面的电性能参数和地形障碍物等因素随时间的变化不大，因此地波传播比较稳定可靠。2.2.2天波传播及其特点天波含义为通过发射天线将无线电波选择电离层反射方式传输到接收天线位置，其中也是包括无线电波在电离层与地面间出现多次反射现象后出现在接收端的传输情况，适合远距离通信[15]。这是由于光线照射让一些气体分子产生电离现象后出现电离层。电离层位于离地面60~300公里的区域。在该区域中，气体分子的电离程度取决于其高度。因此，电离层中电子和离子的浓度与高度有关，高度越高，电子和离子的浓度越高。气体电离程度还取决于白天，晚上和季节。换句话说，气体电离程度与时间空间都有关系。鉴于宇宙有着各类复杂化影响要素的共同作用，因此电离层没有稳定的状态，参考具体的观察信息，可以了解到能够将电离层概括为D层、E层以及F层（分解为F1层和F2层）等。在出现电波传输现象时起主要作用的电离层是E层和F层。D层离地面的高度为60~90km，E层的高度为100~130km，F层的高度为200~300km。在白天，中波会进入到D层后被显示吸收，因此难以产生天波传输效果，其接收终端获取的信号，几乎完全依靠地波，所以，白天只能选择地波的中波信号传输方式，而夜间会存在较为理想的天波传输效果。因此，夜间中波既可以地波形式传播又可以天波形式传播。白天地波传播达不到的地方，到晚上可通过天波传播达到，故中波发射机夜间覆盖范围较白天范围大[16]。中波传输时会产生衰落情况，其表现为接收端获取的信号没有规则的出现强度改变情况，其原因为信号有着多路径传播而造成的问题。在夜晚时，由于天波与地波一起在的区域，由于天波的波程随电离层电子和离子浓度或电离层高度的变化而时刻变化，接收点的天波信号相应也随之变化，但地波信号较稳定。因此在接收点天波和地波叠加时，合成信号场强在不断改变，当天地波同相时，合成信号场强最大;反相时，合成信号场强最小，这样接收端就出现了信号强度忽大忽小的现象，从而产生了衰落。3发射机的原理分析与电路设计3.1振荡器原理及其设计LC振荡器是选择LC振回路用于选频网络设计的反馈式装置，总电感参数L与总电容参数C会对其频率产生决定性作用，所以会出现很强的正弦波线号。主要涵盖电感三点式类型、电容三点式类型以及变压器反馈式类型等。其固有特征是电路用于选频网络。而三点式构成法则更为简单和实用。3.1.1三端振荡器基本工作原理及构成法则三端振荡器的基本结构如图3.1所示。分别在晶体管的三个极连接一个电抗器件X1、X2、X3要想让这种电路能够振荡，相位平衡条件是满足振荡的首要条件，即电路需要构成正反馈。为了分析方便，忽略元件的损耗和晶体管输人/输出阻抗的产生的作用。在LC谐振回路谐振中的纯电阻参数作为回路等效，即X1+X2+X3=0。电路的输人电压为i，输出电压为EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(·),U)O，反馈电压为EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(·),U)f。根据图3.2.1所示电路可知，输出电压O与输人电压i反相，电抗X2上的电压为反馈电压f，要构成正反馈满足相位条件则f与i需要同相，因此f与O反相。为使得EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(·),U)f与EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(·),U)O反相，则X1、X2应该是相同性质的电抗元件，即同为电容或同为电感。又因为需要构造成LC选频回路，因此X3应该和X1，X2是不同性质的电抗元件。这就是三端振荡器的构造原理。根据上述分析，三端振荡器的基本结构是在晶体管的三端间分别接入3个电抗元件。为了符合相位平衡技术标准，这是要和发射级使用同等性质的元器件，要和基极连接（be、be之间)的两个元件则应该是不同性质的元件[17]。三端振荡器的构成原则也可以简单归结为“射同基反”，值得注意的是，两极间也可以使用回路来代替相应的元件，只要该回路在工作时呈现出所需要的电抗特性就可以了。jX1jX1UoUojX3jX3UiUfUiUfjX2图3.1三端振荡器的基本结构3.1.2电容三点式振荡器这个具有反馈电压高次谐波分量很小，输出波形好，接近于正弦波的特点。原因是电容三点式振荡电路的反馈电压取C2图3.2基极偏置的滤波电容在图3.2（a）中，CB是基极偏置的滤波电容，RB1、RB2、Re为直流偏置电阻，CC是集电极耦合电容。直流电源Uf0=式中:C为电路的总电容，是C1、C2的串联，所以C=该电路为共基极放大器，从发射极和基极间输人，集电极和基极间输出。输出电压经过电容组成的反馈网路，从C2两端取得反馈电压，把它加到放大器输人端，从而构成正反馈。可看出该电路的反馈网路由C1和C2构成(忽略输人端的电容)。该反馈网路的反馈系数F≈C1C1+C2。基本放大器的放大倍数A=gmRL＇其中gm是晶体管的跨导，RL＇QUOTEQUOTEQUOTERL'是晶体管放大器集电极和基极间的等效负载电阻。所以该电路的起振条件和平衡条件可以简单归结为gmR需要说明的是，根据电路的不同起振条件和平衡条件也不同3.2振荡器的频率和幅度稳定度在振荡器中使用频率稳定度和幅度稳定度这两个核心的考评标准。需要该装置的输出数据要同时满足这两个指标的技术要求，同时也是要保证其输出信号具备频率参数与幅度参数的稳定性。而频率参数稳定性会对相关装置而言尤为重要。3.2.1频率稳定度这是指在指定时段中，鉴于各类影响要素的动态改变而产生振荡频率相较于标称频率变化的状况。设定后者参数为f0，实际频率为f∆f也称为绝对频率准确度。而频率稳定度可以表示为Δ瞬间频率稳定度主要受到频率源内部噪声现象产生的相应变化情况，不会受到长期频率稳定性与外界影响要素的作用。而长期频率稳定性主要是受到有源元器件以及电路元器件的老化特征影响。而短期频率稳定性主要是受到环境温度参数、电源电压参数以及电路参数的非稳定性变化情况影响。3.2.2影响频率稳定度的因素及提高方法影响频率稳定度的因素是多方面的。其一是振荡回路参数对频率的影响。因为振荡频率f0=12πLC接着是有源元器件参数给频率参数带来的影响。其中振荡管有源元器件处于工作时会产生电源电压参数或者环境温度的改变情况，因此也是会变化晶体管参数，由于会产生震荡频率参数的改变情况[18]。另外，当外界因素如电源电压、温度、湿度等变化时，这些参数随之而来的变化就会造成振荡器频率的品质因数给频率稳定度参数带来的影响状态[19]。增强频率稳定性的常用手段是让振荡电路有着较为理想的稳定性功能，根据上面对影响频率稳定因素的简单讨论可知，引起频率不稳定的原因来自电路本身和外界因素的变化。因此，提高振荡颊率的稳定度，可以从以下方面进行。图3.3在不同Q值情况下由相位变换引起的频率偏移（1）减小外界变化其实我们拥有减小外界变化的很多方式。从温度变化的角度来考虑，我们可以让振荡器始终处于一个恒温环境下，为此我们需要给振荡器加装一个特殊的恒温装置。另一方面，我们还要考虑到电源对振荡器的影响，为了使供给振荡器的电源尽可能地恒定，我们可以在电源与振荡器之间加上稳压装置，使供给振荡器的电源稳定可靠。然后我们还要考虑到湿度与大气压力等环境因素对振荡器的影响，通常将振荡器密封起来。除此之外，我们还需要对振荡器的外面加装屏蔽层，并在适当的位置装上橡胶垫，以尽量减少外界的电磁干扰以及机械振动对振荡器产生不良影响。（2）改善电路性能首先，我们应该令相位以及相位变化量尽可能地小，这样可使振荡管的特性频率比振荡器的工作频率高很多，并且要得到良好的振荡波形，因此这也是选用电容三点式振荡电路的原因之一。其次是回路标准性的提高，通常，我们将振荡电路处于外界各种不利环境因素条件下保持其固有谐振频率不变的能力称为回路标准性。要想提高振荡器这种抗干扰能力，就需要使电路中的电容与电感尽量的小，这一点我们只能从电容与电感的材料工艺上下手了。3.3变容二极管部分接入调频这是一类独特的二极管元件，在提供外部电压参数时出现很高的电流参数，由此带来扩散电容效应，PN结的耗尽区出现变窄情况，增加电容参数；如果施加反向电压参数时，这是会出现过度电容效应，不过此时也是造成漏电流现象，因此在实际应用当中我们总是给变容二极管提供反向电压。当加到变容二极管上的信号是直流偏置电压V0和调频信号，并且随着我们控制变容二极管两端电压的改变，其电容值的大小也会随之改变，我们把这这一过程叫做变容二极管部分接入调频。随着接入到振荡器的电容值改变，振荡器输出信号频率也会发生变化，最终完成变容二极管部分接入调频如图3.4所示，Header是一种外部信号输出连接器，它的功能是将电视机耳机等可以输出音频信号的设备接入发射机。在外部音频信号输入的部分放置了一个耦合电容C0以及电源的滤波电容C1，为了能够是变容二极管能够可调节于是便有了滑动变阻器R2分压为变容二极管提供反偏电压，为而三极管的静态工作点则是通过R4和R8来设置的。R1，R2，R3属于输入信号对应的衰减装置，能够对输入信号进行衰减处理，进而降低电容二极管元器件的电容改变值，最终可以降低振荡器产生的频率改变范畴。同时变容二极管电容CD，C3，C4，C12共同构建振荡器选频网络电容C。其中C为等效总电容。C是C4和C12串联，CD和C3串联之后再并联得到的总电容即:C=C振荡频率为：f要想增加或者减小频偏可以改变变容二极管在等效总电容中所占的比例。微调电感值可以较大的改变振荡器频率。其中变容二极管BB212的最小电容为22pf（8V），最大电容在500~620pf（0.5V），电容比率为22.5，工作频率为2MHz。通用型三极管s9018属于N型外延层小噪声、低功率晶体管元件。主要是有着低噪声特征、高动态范畴特征、高功率增益特征以及较为理想电流参数特征等，其集电极-发射极电压参数VCEO是18V;集电极-基极电压参数VCBO25V;发射极-基极电压参数VEBO是4V;集电极直流电流参数IC是60Ma;总耗散功率参数（25℃时）Ptot：200mW；直流放大系数hFE：70~190图3.4外部信号输出连接器3.4稳压电源的设计3.4.1集成线性稳压电源的原理随着IC技术的发展，集成稳压电路应运而生，种类应有尽有，用途极其广泛特别是三端集成稳压器装置，内置三个引脚，有着使用的简便性特点没有较高、外接元件数量特点、具备稳定性特点以及成本可控特点等。能够根据用途与性能进行分类，这是包括有着近似工作原理的如下两个类型。1.固定输出三端稳压装置(1)电路组成其求3个引脚分别的是输入端口、输出端口以及接地端口，相关内容见图3.5.1。调整管调整管+保护电路+保护电路采样电路启动电路误差放大基准电压采样电路启动电路误差放大基准电压UIUOUIUO恒流源恒流源-- 图3.578系列三端稳压管的电路组成调整管串接在输人端和输出端之间，通过调整自身的集电极-发射极压降使输出电压基本保持不变。调整管采用复合管结构，具有很大的电流放大系数，同时增加调整管元件的输入电阻参数。误差放大器装置的放大管也是属于复合管形式，这是选择共射形式的电路连接方法，同时选择有源负载以产生更加理想的电压增益参数。由两个分压电阻组成的采样电路将输出电压变化量的一部分送至误差放大器的输人端。基准电压源选择能带间隙式基准电压源参数，这是有着低温飘特征与低噪声特点等，其温度稳定性远远高于稳压管基准电压源，在单片式大电流集成稳压器中被广泛使用。当启动电路输人电压UI后，这是会给恒流源电路带来基极电流参数能够辅助调整管元件、误差放大电路以及基准电压电源参数等；当稳压电路处于正常运行状态后，这是会采取自动切断方式以规避对晶体管产生的负面影响。三端稳压器内部设置了完善的过流、安全区、过热三种保护电路。过流保护采用限流保护电路。安全区保护采用减流式保护电路，能够保障调压管在安全区域中使用。过热保护系统会在调压管芯片温度参数为125℃时展开相应的动作，能够通过分流操作控制温度参数。（2）符号及主要参数78/79系列属于固定三端稳压器装置中的经典代表，其中前者是正电压输出方式，后者为负电压输出方式。这是会由最后两个数字确定其对应的压电压参数值，分别包括以5V为代表的共计7个档次。其输出电流参数是以字母方式进行区分，其中L为0.1A；M为0.5A；没有字母为1.5A。需要注意的是：78/79系列的输出电压与输出电压之差（UI-UO）一般取3~7V，如果相关参数过小时难以调整管放大区域中安全使用，如果相关参数过高时会出现击穿问题。3.4.2稳压电源电路设计图3.6稳压电源电路从图3.6中可以了解到，78L06为三端稳压管元件，其中。Vin表示的是直流电平输入信号，其最高值为35V，GND为接地端口，Vout为6V的稳压管输出参量，能够产生0.1A的输出电流参量。在其输入级接大小两个滤波电容滤除高次谐波，可以有效的改善电源对振荡器的影响。3.5谐振功放的设计首先，我们先介绍一下谐振功率放大器的作用。顾名思义，谐振功率放大器是指选择谐振电路组成选题网络负载端的功力放大器。参考之前分析的内容可以了解到，谐振放大器装置对于邻近的谐振频率参数会产生较高的增益现象；而针对其他谐振频率参数，较远的信号会出现快速减少的增益情况。因此，随着功率放大器对传输进的信号进行功率的放大，还起到了选频的作用。而在发射机中，我们之所以要采用谐振功率放大器进行信号的功率放大是因为振荡器产生的信号功率很小，其传输的距离十分有限。为了使天线最终发射出去的信号覆盖范围足够大，务必要有所需的固定参数，所以需要使用发射击装置，一般是要选择有着各类工作状态的多级放大电路构成，这是有着高输出功率与高效能特征等，采用无调谐负载，如电阻，变压器等。可以依据电流导通角参数θ进行放大器装置的三个类型划分。其中甲类是在θ=180°中使用，乙类实在θ=90°中使用以及丙类是在θ<90°中使用。其中这类功率放大器主要包括甲类形式、乙类形式以及甲乙类形式等。其中甲类理想工作效能是50%，乙类理想工作效能是78.5%，甲乙类理想工作效能范围是从50%到78.5%。要想提升使用效能，这是会让高频功率放大器属于丙类使用方式。最近些年，已经出现理想效能为100%的丁类开关型功率放大器装置以及戊类开关型功率放大器装置等。3.5.1谐振功放的工作原理谐振功率放大器的基本工作原理电路如图3.1所示，图中CA为天线对地的等效电容；rA为等效辐射损耗电阻，rL为电感线圈L的损耗电阻。Ube、Uce分别为加到晶体管基极与发射极之间、集电极与发射极之间的电压，Ui为信号源电压，UBB、UCC别为加到基极与集电极的直流电压，UBB又称为偏置电压。输出回路实质上是典型的并联谐振回路，如图3.1(b)所示。假设回路有载品质因数QL≫1，利用串并联互换的关系，把rA折合到电感支路中去，并与rL串联，等效电阻re≈rA+rL，这样便可得到典型的谐振功率放大器原理电路，如图3.1(c)所示。显然，并联谐振回路的品质因数QL=3.5.2输出功率与效率鉴于输出回路调节主要是处于基波频率中，而输出电路中的高次谐波是有着失谐情况，因此相关的输出电压参数并不是很高，所以该类装置集电极输出电压波形uCE中只包含直流分量与交流分量，其交流分量与输人信号ui有着相同的波形情况，不过有着180°的相位差现象[20]。其输出交流功率参数等同于极电极极波电流分量参数处于负载P电源输人的直流功率PD等于集电极直流分量IC0与P集电极耗散功率PC等于直流功率PD与交流功率POP定义集电极效率为η式中:ξ=UcmUCC为集电极电压利用系数，ξ≤1;ｇ1(θ)=Ic1mIC0=α1(θ)α0(θ)为波形系数，ｇ1(θ)是导通角θ的函数且是单调的，其关系如图3.5所示。ｇ1(θ)越大，集电极效率ηC就越高;θ值越小，ｇ1(θ)就越大，甲类工作状态:θ=180°，ｇ1乙类工作状态:θ=90°，ｇ1丙类工作状态:θ=70°，ｇ13.5.3谐振功率放大器的特性分析1.负载特性负载特性是指当保持晶体管及UCC、UBB、Uim不变时，改变负载电阻Re，谐振功率放大器的电流IC0、Ic1m，输出电压Um，输出功率PO图3.7（a）从上面的动态特性曲线随Re变化的分析可知，Re参数由小增大，这也是由欠压状态进入到过压情况，其与关联的集电极电流参数从余弦脉冲形式转变凹陷脉冲状态，从tp3.7（a）中可以了解相关的研究内容。处于欠压状态中，余弦脉冲的高度随Re的增加而略有下降，所以从中分解出来的IC0、Ic1m变化不大，此工作区又称为恒流源区。但在过压状态，电流脉冲的凹陷程度随着Re的增加而急剧加深，使得IC0、Ic1m急剧下降。由于Ucm=Ic1mRe，在欠压状态Ic1m随Re的增加而下降缓慢，所以U图3.7（b）根据图3.7(c)所示的关系曲线，各功率、效率随Re变化曲线如图3.7(d)所示。由于PD=UCC∙IC0因此，PD的变化规律与IC0相同。又因为PO=12U图3.7（c）由负载特性可见，欠压状态Ic1m、IC0基本保持不变，PO小，PC大，ηC低;过压状态时，Ucm基本保持不变，PO、PC随Re增加而下降，ηC略有上升;临界状态时，PO最大，ηC较高;弱过压状态时，PO虽不是最大，但仍较大，且ηCR式中:UCES2.集电极调制特性若保持UBB、Uim、Re不变而只改变集电极直流电压UCC时谐振功率放大器的工作状态将会随之发生变化。由于uBEmax=UBB+Uim不变，所以当UCC由小增大时，uCEmax=UCC−Ucm也将由小增大，因而由uCEmin、uBEmax确定的瞬时工作点会沿着相关输出特性曲线，然后从原有的饱和区进入到放大区，这是会从过压工作状态进入到欠压工作环境中，波形由iCmax较小的凹陷脉冲变为iCmax较大的尖顶脉冲，如图3.7(d)所示。在欠压状态时，iC脉冲高度变化不大，所以IC0、Ic1m随UCC的变化不大，而在过压状态时，iC脉冲高度随UCC减小而下降，凹陷加深，因而IC0图3.7（e）图3.7（f）假设UCC、UBB和Re不变而只改变输人信号振幅Uim时当Uim由小增大时，管子的导通时间加长，uBEmax=UBB+Uim增大，集电极电流iC脉冲宽度和高度均增加，IC0、Ic1m和相应的Ucm增大，结果使uCEmin减小，放大器由欠压情况进入过压情况，从图3.7（g）与3.7（h）中可以了解到。如果是在过压情况中的输出电压振幅参数和输入电压振幅间大体上出现线性关联，也是可以把谐振功率放大器装置用于电压放大器元件。在过压状态图3.7（g）图3.7（h）UBB假定UCC、Uim和Re不变而只改变基极直流偏压UBB时，谐振功率放大器的工作状态变化如图3.7(i)所示。由于uBEmax=UBB+Uim，所以Uim不变增大UBB与UBB不变、增大Uim的情况是类似的，因此UBB由负到正增大时，集电极电流iC图3.7（i）图3.7（j）图3.7（k）在相关电路中的R2与R5属于放大器的偏置电阻元件，能够产生静态工作点，也是能够对相关的放大器增益进行调控。第一级谐振放大器属于甲类状态。集电极选择变压装置初级线圈电感元件与C6构成的LC选频网络体系，其谐振处于输入信号频率参数，即f=2MHz。电压装置初级线圈元件的电感参数是32uH，从中计算C=200pf。在实际应用选择100pF的电容并联一个100pF的可变电容，这样能够精确相关参数f为2MHz。两级谐振放大功能选择变压装置进行耦合操作，其功能包括选频操作阻抗匹配功能以及耦合元件应用等。在分析阻抗匹配参数时，其变压器变比参数为3:1，因此R1：R2=9:1。从而提升后级电阻对应的前级等效电阻参数，不断强化功率放大器对应的适应负载变化性能，然后产生阻抗匹配情况，接着提升集电极等效负载参数Re，由于，增加了回路的品质因数。在选择耦合元件过程中，对两级放大装置的直流参数进行隔离操作，能够让给两级放大器有着独立使用的静态工作点。3.6信号的发射信号发射属于调频发射机设备对应的末级电路，将已经调整后的信号使用天线进行发射，相关原理见图3.8：图3.8信号发射原理图已调信号通过变压器T1的次级线圈与L1，C4组成并联滤波网络选频后过天线E1发射。L=L1+L2=32uH，f=12πLC4结论本文在分析时选择船舶通信导航技术，这是以船舶为分析对象，探讨航线情况及其应用环境，进而会对船舶航行安全性带来更好的保障。重点分析各类所需的通信技术与导航技术等。本课题主要针对船舶中频系统（通讯导航）设计出船载中频发射机。全文的具体工作主要总结为以下几点：1.主要介绍了无线电通信基本原理以及中频无线电波的传播方式和传播特征。2.振荡器的设计，其中涵盖电容三点式振荡电路原理、变容二极管的部分接入与调频。还要考虑到外界环境因素可能会对振荡器产生许多干扰，要进行一些包装处理，例如加装恒温槽、屏蔽装置、减震装置等。3.稳压装置的设计，其实稳压装置也可以理解为是为了减少电源的波动会对振荡器的工作产生影