直接调频发射机系统说明书模板.doc

目 录
前言 1
一 、绪论 2
1.基本原理 2
二、频率的调制 3
2.1 调频的方法及原理 3
1）直接调频原理 3
2）晶体振荡器直接调频 3
三、基于Multisim的调频电路设计与分析 5
3.1 Multisim软件介绍 5
3.2 基于Multisim的频率的调制仿真分析 6
3.2.1 单元电路设计及分析 6
1）石英晶体振荡器直接调频 6
2）丙类谐振功率放大 7
3）倍频器 9
4）二极管单平衡混频电路 10
四、整机电路设计 12
五、设计总结 13
参考文献 14
致谢 15

前 言
着全球经济一体化发展, 世界通信行业也是日新月异, 发展迅猛之快, 更新速度之极, 给与我们巨大挑战和机遇。“通信电子线路”是学习通信基础课程, “高频电子线路”含有很强理论性和实践性。频率调制是通信电子线路关键组成部分。此部分在学习过程当中含有有一定困难。为了愈加好学习, 采取计算机辅助分析方法。本课程设计是基于Multisim调频电路设计和仿真。

一 、 绪论
1.基础原理
《高频电子线路》关键学习内容是无线电通信系统中发射和接收设备中单元电路形式及工作原理等。在无线电发射机中, 需要发射低频调制信号（如由语音信号转换而来电信号）都要经过调制才能发送传输。
所谓调制是指用低频调制信号去改变高频振荡波, 使其随低频调制信号改变规律（幅度、 频率或相位）对应改变过程。由这些经过调制后已调波携带低频信号信息到空间进行传输, 完成信号发射。从频谱角度来看, 调制是将低频调制信号频谱从低频端搬到高频端过程。
调频电路广泛利用于无线广播、 电视节目传输、 移动通信、 微波和卫星等通信系统中, 频率调制信号比调幅信号抗干扰性强。
使载波频率根据调制信号改变调制方法叫调频。已调波频率改变大小由调制信号大小决定, 改变周期由调制信号频率决定。已调波振幅保持不变。调频波波形, 就像是个被压缩得不均匀弹簧, 调频波用英文字母FM表示。
Multisim 是一个能进行电路原理设计、 对电路功效进行测试分析仿真软件。Multisim 功效更强大, 更适合于对模拟电路、 数字电路和通信电路等仿真与测试。它元器件库提供数千种电路元器件供仿真选择, 提供虚拟测试仪器仪表种类齐全, 还有较为具体电路分析功效, 仿真速度愈加快。它将试验过程中创建电路原理图、 使用到仪器、 电路测试分析后结果显示图表等全部集成到同一个电路窗口中, 含有直观、 方便、 实用和安全优点。

二、 频率调制
2.1 调频方法及原理
产生调频信号电路叫做调频器。对它有四个关键要求: (1)已调波瞬时频率与调制信号成百分比地改变。这是基础要求。(2)未调制时载波频率, 即已调波中心频率含有一定稳定度(视应用场所不一样而有不一样要求)。(3)最大频移与调制频率无关。(4)无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。产生调频信号方法很多, 归纳起来关键有两类: 第一类是用调制信号直接控制载波瞬时频率——直接调频。第二类是先将调制信号积分, 然后对载波进行调相, 结果得到调频波。即由调相变调频——间接调频。
1）直接调频原理
直接调频基础原理是用调制信号直接线性地改变载波振荡瞬时频率。所以, 通常能直接影响载波振荡瞬时频率元件或参数, 只要能够用调制信号去控制它们, 并从而使载波振荡瞬时频率按调制信号改变规律线性地改变, 都能够完成直接调频任务。
假如载波由自激振荡器产生．则振荡频率关键由谐振回路电感元件和电容元件所决定。所以, 只要能用调制信号去控制回路电感或电容, 就能达成控制振荡频率目。
变容二极管或反向偏置半导体PN结, 能够作为电压控制可变电容元件; 含有铁氧体磁芯电感线圈, 能够作为电流控制可变电感元件。方法是在磁芯上绕一个附加线圈, 当这个线圈中电流改变时, 它所产生磁场随之改变, 引发磁芯磁导率改变(当工作在磁饱和状态时), 所以使根本圈电感量改变, 于是振荡频率随之产生改变。
2）晶体振荡器直接调频
经过振荡器学习, 我们已知, 晶体振荡器有两种类型。一个是工作在石英晶体串联谐振频率上, 晶体等效为一个短路元件, 起着选频作用。另一个是工作于晶体串联与并联谐振频率之间。晶体等效为一个高品质因数电感元件, 作为振荡回路元件之一。通常是利用变容二极管控制后一个晶体振荡器振荡频率来实现调频。
变容二极管接入振荡回路有两种方法。一个是与石英晶体相串联, 另一个是与石英晶体相并联。不管哪一个接入方法, 当变容二极管结电容发生改变时, 都引发晶体等效电抗发生改变。在变容二极管与石英晶体相串联情况下, 变容管结电容改变, 关键是使晶体串联谐振频率fq发生改变, 从而引发石英晶体等效电抗大小改变．如图2.3(a)所表示。当变容二极管与石英晶体相并联时, 变容二极管结电容改变, 关键是使晶体并联谐振频率发生改变, 这也会引发晶体等效电抗大小发生改变, 如图2.3(b)所表示, 该图是电纳曲线。总而言之, 假如用调制信号控制变容二极管结电容, 因为石英晶体等效电抗(我们应用是处于fq与fp之间感抗Xq)大小也受到控制, 所以亦使振荡频率受到调制信号控制, 即取得了调频信号, 但所产生最大相对频移很小, 约只有10-4数量级。
变容二极管与晶体并联联接方法有一个较大缺点, 就是变容管参数不稳定性直接严重地影响调频信号中心频率稳定度。所以用得比较广泛还是变容管与石英晶体相串联方法。图2.4是对皮尔斯晶体振荡器进行频率调制经典电路。图中, C1、 C2与石英晶体、 变容管组成皮尔斯振荡电路; L1、 L2与L3为高频扼流圈; R1、 R2与R3是振荡管偏置电路; C3对调制信号频率短路: 当调制信号使变容管结电容改变时, 晶体振荡器振荡频率就受到调
图2.3 变容管与晶体两种联接方法及其电抗曲线

三、 基于Multisim调频电路设计与分析
3.1 Multisim软件介绍
伴随电子信息产业飞速发展,计算机技术在电子电路设计中发挥着越来越大作用.电子产品设计开发手段由传统设计方法和简单计算机辅助设计(CAD)逐步被EDA技术所替换.现在中国外常见EDA软件有EWB、 Protel、 Orcad、 Pspice系列软件。Multisim10仿真软件就是EWB系列软件中一个。
电子线路课程设计是针对电子线路课程要求, 对学生进行综合训练, 培养学生利用课程中所学到知识, 独立地处理实际问题能力[1]。传统方法是先设计电路, 然后在面包板或试验箱进行试验调整参数, 最终再制版、 安装、 调试。传统方法存在技术手段陈旧, 教、 学、 做受到条件限制, 学习效率不高等问题。
Multisim10仿真软件能够组成一个虚拟试验工作台[2], 学生在虚拟环境下完成电子技术课程设计选择元件、 创建电路、 计算与调整参数以及观察仿真结果等中心步骤。而且设计与试验能够同时进行, 能够边设计边试验, 修改调试方便; 设计和试验所用元器件及测试仪表齐全, 能够完成多种类型电路设计与试验。最终进行实物组装、 调试, 实现了电路设计优化而确保达成设计要求[3][4]。
NI Multisim 10是美国国家仪器企业（NI, National Instruments）最新推出Multisim最新版本。
现在美国NI企业EWB包含有电路仿真设计模块Multisim、 PCB设计软件Ultiboard、 布线引擎Ultiroute及通信电路分析与设计模块Commsim 4个部分, 能完成从电路仿真设计到电路版图生成全过程。Multisim、 Ultiboard、 Ultiroute及Commsim 4个部分相互独立, 能够分别使用。Multisim、 Ultiboard、 Ultiroute及Commsim 4个部分有增强专业版（Power Professional）、 专业版（Professional）、 个人版（Personal）、 教育版（Education）、 学生版（Student）和演示版（Demo）等多个版本, 各版本功效和价格有着显著差异。
3.2 基于Multisim频率调制仿真分析
3.2.1 单元电路设计及分析
1）石英晶体振荡器直接调频
图3.1是我们设计中心频率为36MHZ晶体直接调频实际电路。C6,L2谐振在36MHZ频率上, 对11MHZ可视为短路, V3与C4, C5及晶振组成电容三点式振荡器, 12MHZ晶体等效为电感, 音频电压经V1放大后, 加在变容二极管V2两端。改变其电容实现调频。R3,R4为变容二极管提供反向偏压, C3用来微调中心频率, 因为C6, L2谐振在36MHZ频率, 所以本电路在完成晶体调频同时, 兼有三倍频功效, 输出中心频率为36MHZ调频信号, 增加了频偏。仿真波形如图3.2所表示。

图3.1 晶体振荡器直接调频实际电路

图3.2晶体振荡器直接调频仿真波形

2）丙类谐振功率放大
高频功率放大器是一个能量转换器件, 它是将电源供给直流能量转换为高频交流输出。高频功率放大器是通信系统中发送装置关键组件, 它也是一个以谐振电路做负载放大器。而在此电路中我们采取是丙类调谐功率放大器, 如图3.3所表示。
因为丙类调谐功率放大器采取是反相偏置, 在静态时, 管子处于截止状态。只有当激励信号足够大, 超出反偏压及晶体管起始导通电压之和时, 管子才导通。这么, 管子只有在一个周期一小部分内导通。所以集电极电流是周期性余弦脉冲。放大器输出波形如图3.4 所表示。

图3.3功率放大电路

图3.4功率放大电路仿真波形
3）倍频器
倍频器是一个将输入信号频率成整数倍（2倍、 3倍、 n倍）增加电路。它关键用于甚高频无线电发射机或其它电子设备。
倍频器实质上就是一个输出信号等于输入信号频率整数倍电路, 常见是二倍频和三倍频器。其电路图如图3.5所表示。

图3.5倍频输出电路

采取倍频器关键原因有:
(1) 降低设备主振频率。因为振荡器频率愈高稳定性愈差, 通常采取频率较低而稳定度较高晶体振荡器, 以后加若干级倍频器达成所需频率。故工作频率高, 要求稳定性又严格通信设备和电子仪器就需要倍频。
(2)对于调相或调频发射机, 利用倍频器能够加大相移或频移, 即可增加调制度。
(3)能够提升发射机工作频率稳定性。
则仿真结果如图3.6 所表示。

图3.6倍频输出电路仿真波形

4）二极管单平衡混频电路
单平衡混频器特点: 本振功率较高, 动态范围较大, 本振隔离很好, 对RF偶次产物有抑制作用。

图3.7二极管单平衡混频电路

图3.8二极管单平衡混频电路仿真波形
四、 整机电路设计
图中音频信号可由低频信号源提供, 音频信号能够是语音, 也能够是音乐信号, 也能够是函数发生器产生低频信号。经过晶体振荡器进行直接调频, 再经过三极管进行倍频放大, 输出信号经过二极管单平衡混频器, 最终进入进入丙类谐振功率放大。

图5.1整机电路
五、 设计总结
这次课程设计为时2周, 两周时间非常短暂, 课设题目下来后我明确任务, 去图书馆查阅文件资料, 寻求相关书籍作为参考。然后熟悉软件, 进行系统分析设计, 完成相关系统步骤图及其模型。完成上述两个步骤后开始进行单元电路设计及整机调试, 然后撰写设计说明书。以后进行答辩。
此次课程设计过程当中, 我深深体会到平时学习不足以及动手能力缺乏。课设要求用Multisim软件仿真出来, 我再寻求电路图过程中碰到部分困难, 要么是电路图有问题, 要么是调不出来。调频波形应为弹簧波而我却只能跳出正弦波形。老师激励学生做实物图, 我就去尝试了一下, 发觉自己动手能力不足, 经验也不丰富, 相关电阻认识及电容读写。做实物过程, 是学习过程, 能教会很多, 也能体会到很多。
在这次课程设计中我学到了很多,我学会了独自完成一件事情所需要毅力和勇气及坚持, 当你做完以后会有一个成就感。
过程中学会与人沟通, 锻炼了自己从外界获取信息能力。知道做一件事情前所需要做多种准备工作, 才能在接下来问题中越来越轻松自如。
参考文件
[1] Multisim11 电路设计及仿真应用 清华大学出版社 7月
[2] 高频电路原理与分析。西安电子科技大学出版社。曾兴雯, 刘乃安 7月
[3] 通信电子线路 主编: 候丽敏 清华大学出版社 12月
[4] 电子线路设计、 试验、 测试 主编: 谢自美 华中理工大学出版社
[5] 高频电子线路试验平台说明书 南京润众科技有限企业

致谢
这次课程设计完成过程当中, 教会了我很多, 我也思索了部分事情。为时两周课程设计当中碰到了部分困难, 锻炼了能力。
因为我们是个人做个人内容, 所以我得独自去找部分资料, 同时也会向同学搜集部分, 当中我学会了怎样去搜集资料, 怎样与人沟通, 怎样与外界进行交流。搜集完以后我开始仿真, 但因为元器件参数问题或者电路问题以及调整不适宜都会仿真不出合理结果。我得多种情况多种分析, 我知道自己事情得自己去完成, 去独自思索, 要勇于承受孤独, 才能干成一件事情, 光靠他人是永远不会成功。
这次除了进行软件仿真之外, 在老师激励和引导下, 我尝试着去做实物, 相关硬件方面知识我知之甚少, 所以我和同学买了元器件以后就去尝试做, 即使结果没有出来应有效果, 但我感觉很值得, 因为做实物锻炼了我动手能力, 也学到了硬件方面部分知识。
这次课程设计过程中我们得到了老师悉心指导, 同时也得到了学院大力支持, 在此一并表示衷心感谢!