二极管单平衡调幅器

*******************实践教学*******************兰州理工大学计算机与通信学院2014年秋季学期《嵌入式系统》课程设计报告设计题目：Linux内核移植与编译班级：通信工程12级（2）班姓名：董美玲设计质量（30分）：学号：12250217说明书质量（10分）：同组成员：狄国晋芮文淑杨丹琪张平娟指导教师：马维俊兰州理工大学课程设计报告摘要调幅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宽度、适合通过天线发射的电磁波。振幅调制就是由调制信号去控制载波的振幅，使之按调制信号的规律变化，严格地讲，是使高频振荡的振幅与调制信号呈线性关系，其他参数（频率和相位）不变。本设计的发射机包括高频部分、低频部分、电源部分三个模块。低频信号采用音频放大器对调制信号进行放大，以便对高频末级功率放大器进行调制；高频部分主要包括主振荡器、缓冲放大、末级功放三部分，主振器采用采用频率稳定度高的差分对管振荡器，并在它后面加上缓冲级，以消弱后级对主振器的影响，经过音频放大后的信号在高频部分的末级功放实现对载波信号的调幅。关键词调幅发射机兰州理工大学课程设计报告目录一、前言...........................................................1二、系统总述.......................................................12.1总体设计框图................................................12.2总体设计方案................................................2三、设计指标.......................................................23.1单元电路设计及仿真..........................................33.2调幅发射系统整机电路设计....................................33.3高频实验平台整机联调........................................3四、单元电路设计与仿真.............................................34.1串联型晶体振荡器............................................34.2二极管单平衡调制器..........................................54.3双差分对乘积型混频电路......................................64.4二倍频倍频电路..............................................64.5丙类谐振功率放大器.........................................10五、整机电路设计图................................................12六、高频实验平台整机联调...........................错误!未定义书签。七、设计总结......................................................13八、参考文献......................................................14附件一：元器件明细表..............................................15兰州理工大学课程设计报告1一、前言通信系统中的发送设备是将信息发送者送来的非电量原始信息（信源）如语音、文字和图像等转变成电信号，再把信号处理成适合于信道传输的信号形式送至信道。信源信号在通信系统中称为基带信号。基带信号是频谱在零频附近的宽带信号，这种信号一般具有从零频开始的较宽的频谱，而且在频谱的低端分布较大的能量，所以称为基带信号，这种信号不宜直接在信道中传输。如果将消息信号对频率较高的载波进行调制，就能使信号的频谱搬移到适合信道的频率范围内进行传输。例如声音基带信号的频率范围是20Hz～20kHz，这样的基带信号是不能在无线信道上传输的。即使在某些可以传输直流的有限信道上，为了提高信道的通信容量，基带信号的传输方式也很少采用。一般是用基带信号去改变某个高频正弦电压（载波）的参数，使载波的振幅、频率或相位随基带信号而变化，这一过程称为调制。在通信系统中，调制有三个主要作用：1调制的过程就是一个频谱搬移的过程，将原来不适宜传输的基带信号频谱搬移到适宜传输的某一个频段上，然后传输至信道；2调制的另一个重要作用是实现信道复用，即把多个信号分别安排在不同的频段上同时进行传输，以提高信道容量；3调制可以提高通信系统抗干扰的能力，例如将信号频率搬移，从而离开某一特定干扰频率。对不同的信道，根据经济技术等因素，可以采用不同的调制方式。以模拟信号为调制信号，对连续的正（余）弦载波进行调制，亦即载波的参数随着调制信号的作用而变化，这种调制方式称为模拟调制。而所谓振幅调制就是由调制信号去控制载波的振幅，使之按调制信号的规律变化，严格地讲，是使高频振荡的振幅与调制信号呈线性关系，其他参数（频率和相位）不变，这是使高频振荡的振幅载有消息的调制方式。调幅发射机目前正广泛应用于无线电广播系统中，本次课程设计完成了小信号调幅发射机从设计到仿真调试的完整设计工作。二、系统总述2.1总体设计框图图1调幅发射整体原理框图本振倍频器乘法器调制混频器功率放大器低频信号兰州理工大学课程设计报告2各部分的作用：本振1：产生频率为5MHz的载波信号倍频器：产生频率为15MHz的载波高频放大器：将高频信号放大到调制器所需电压低频输入：输入低频信号用于调制低频放大器：将低频信号放大到调制器所需电压幅度调制器：将低频信号调制到载波上产生调幅信号混频器和带通滤波器：将高频信号频率搬移到更高的频率功率放大器：对载频信号的功率放大到所需发射功率2.2总体设计方案根据设计要求，选用最基本的发射机结构，由主振、倍频、调制、混频及功放五部分构成。由于晶体稳定性好，Q值很高，频率稳定度也很高。因此，主振级采用晶体振荡器，满足所需的频率稳定度。利用丙类功率放大器的原理设计三倍频电路，用于产生所需频率载波。为了有效抑制载波，选用二极管双平衡调制方式完成调幅过程。为了有效地发射信号，运用混频器、带通滤波器和丙类功率放大器产生具有所需发射功率的信号。2.3整机电路工作原理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、适合通过天线发射的电磁波。调幅发射机的基本工作原理为：第一本机振荡产生一个固定频率的中频信号，它的输出送至调制器；话音放大电路将低频信号（例如语音信号）放大至足够的电压送到振幅调制电路，其输出也送至调制器；调制器输出是已经调幅的中频信号，该信号经中频放大后与第二本振信号混频；第二本振是一频率可变的信号源，选第二本振频率fo2是发射载频foc与第一本振fo1之差，混频器输出经带通或低通滤波器滤波，使输出载频foc=fo2+fo1;功率放大器将载频信号的功率放大到所需发射功率，然后经天线输出。三、设计指标完成调幅发射系统各单元电路的设计及仿真，并利用multisim开发软件完成整机电路的调试。设计任务及主要技术指标和要求如下：工作频率范围：调幅制一般适用于中、短波广播通信，其工作频率范围为300kHz~30MHz。发射功率：一般是指发射机送到天线上的功率。只有当天线的长度与发射频率的波长可比拟时，天线才能有效地把载波发射出去。兰州理工大学课程设计报告3调幅系数：调幅系数ma是调制信号控制载波电压振幅变化的系数，ma的取值范围为0~1，通常以百分数的形式表示，即0%~100%。非线性失真（包络失真）：调制器的调制特性不能跟调制电压线性变化而引起已调波的包络失真为调幅发射机的非线性失真，一般要求小于10%。线性失真：保持调制电压振幅不变，改变调制频率引起的调幅度特性变化称为线性失真，噪声电平：噪声电平是指没有调制信号时，由噪声产生的调制度与信号最大时间的调幅度比，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%。3.1单元电路设计及仿真1）设计串联型晶体振荡器电路2）二极管单平衡调幅电路3）设计双差分对乘积型混频电路4）设计二倍频倍频电路5）设计丙类谐振功率放大电路3.2调幅发射系统整机电路设计工作频率f=15MHz，发射功率P0=100mW，调幅度ma=90%，整机效率大于40%3.3高频实验平台整机联调四、单元电路设计与仿真4.1串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器电路如图2所示图2串联型晶体振荡器电路图振荡器是无线电发射的心脏部分高频振荡器的主要作用是产生频率稳定的载波,它的频率叫做载频。由于晶体稳定性好，Q值高，故频率稳定度也高。因此，主振级(高频振荡器)兰州理工大学课程设计报告4采用晶体振荡器，满足所需的频率稳定度。频率稳定度是振荡器的一项十分重要的技术指标，表示一定时间范围内或一定的温度、湿度、电源电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，振荡频率的相对变化量越小，则表明振荡频率稳定度越高。改善频率稳定度，从根本上来说就是力求减少振荡频率受温度等外界因素影响的程度，振荡回路是决定振荡频率的主要部件。因此，改善振荡频率稳定度的最重要措施是提高振荡回路在外界因素变化时保持谐振频率不变的能力。这就是通常所谓的提高振荡回路标准性。晶体振荡器实际上是压电效应振荡器,石英晶体做谐振材料可以满足温度系数小何低噪声的要求。串联型晶振利用晶体振荡器在其串联谐振条件处呈现低阻，一旦偏离串联谐振条件处，等效电阻急剧增大的特点，把它接在反馈支路中。同时，串联型晶体的振荡频率就是晶体谐振器的串联谐振频率。这种电路的特点是把石英谐振器作为串联谐振电路使用。L1、C1和C2组成的振荡回路调谐于晶体JT的FB处，在此频率上，晶体呈现很低阻抗，反馈信号很强，振荡电路在FA上细胞质振荡。对于其他频率，由于晶体的阻抗迅速增加，反馈减弱，不能产生振荡。所以，振荡频率由晶体控制，稳定性高。晶体置于由两级共发放大器组成的正反馈电路，可构成适于低频的串联晶体振荡电路。串联型晶体振荡器的输出波形如图3所示兰州理工大学课程设计报告5图3串联型晶体振荡器的仿真图4.2二极管单平衡调制器一平衡调制器有一对二极管，多个包括有一个平衡—不平衡的转换器的图形线，图形线分别包含有朝前延伸并连接于二极管的线，至少一组容性短截线设置为靠近于线并且彼此间隔λ／８的距离（λ为所用频率的波长），容性短截线可通过连接金属线与图形线连接用于调整隔离。一种平衡调制器，其特征在于它包含有：一对二极管；多根图形线，它包括有一平衡－不平衡变换器，所说的图形线包含有分别延伸并连接于所说的二极管的线；至少一组容性短截线设置靠近所说的图形线，且彼此被间隔成λ／８的距离（λ是所用频率的波长），所说的容性短截线是可通过连接金属线与所说的图形线连接，用于隔离调整。图4二极管单平衡调幅电路兰州理工大学课程设计报告6图5二极管单平衡调幅电路仿真波形4.3双差分对乘积型混频电路本课程设计的振幅调制电路为双差分乘法器调制电路，将载波和调制信号作为输入，得到的输出信号为以调波，，这种电路称为调制器。平衡调制器产生抑制载波的双边带（DSB）信号或单边带（SSB）信号，在通信系统中得到了广泛应用。乘法器电路及仿真如下：兰州理工大学课程设计报告7图9双差分乘法器混频电路图图10双差分乘法器混频电路仿真图兰州理工大学课程设计报告8本图为典型的双差分对构成的乘法器电路，其中Q1，Q2构成了一对差分放大器，载波通过Q3放大从集电极输入，调制信号通过差分对的基极放大对载波进行乘法运算，但