用于遥测系统中数字调频发射机的设计

实习报告课程：课题：调频发射机设计专业：班级：座号：姓名：指导老师：2011年1月18日目录前言一、设计内容 (3)1.1进程安排 (3)1.2设计目的 (3)1.3设计要求 (4)二、发射机原理 (4)2.1 设计整体思路 (4)2.2 基本原理 (4)2.3 调频发射机的原理图 (8)2.4、各个元器件说明 (8)三、模块说明 (9)3.1 输入信号模块 (9)3.2 振荡模块 (9)3.3 放大和发射模块 (9)3.4 调频发射机的主要技术指标 (10)四、PCB板的制作 (10)五、电路的调试及调试结果结果 (11)5.1 电路的调试 (11)5.2 调试结果 (11)六、实验总结及心得体会 (12)元器件清单附页前言调频发射机作为一种简单的通信工具，由于它不需要中转站和地面交换机站支持，就可以进行有效的移动通信，因此深受人们的欢迎。

目前它广泛的用于生产、保安、野外工程等领域的小范围移动通信工程中。

本课题重点在于设计能给发射机电路提供稳定频率的振荡调制电路。

课题首先用两级电压并联负反馈放大电路，适当放大语音信号，以配合调制级工作；然后用石英晶体构成振荡电路为发射机提供稳定的基准频率载波，接着通过变容二极管完成语音信号对载波信号的频率调制，并通过LC并联谐振网络选出三倍频信号；最终利用两级功率放大，使已调制信号功率大大提高，经过串联滤波网络滤除高次谐波，最后通过拉杆天线发射出去。

通过后续的电路仿真和部分电路的调试，可以证明本课题的电路基本成熟，基本能完成语音信号的电压放大、频率调制和功率放大，达到发射距离的要求。

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。

通常，发射机包括三个部分：高频部分，低频部分，和电源部分。

高频部分一般包括主振荡器、缓冲放大、倍频器、中间放大、功放推动级与末级功放。

主振器的作用是产生频率稳定的载波。

调频发射机电路设计首先是音频放大模块。

音频放大模块用于放大音频信号，使其达到适合调频发射机工作的电平。

一般采用放大器电路实现，常用的放大器有运放放大器和晶体管放大器。

运放放大器具有高输入阻抗、低输出阻抗、高增益和低噪声等特点，适合用于音频放大。

晶体管放大器具有宽带特性和较高的功率放大能力，适合用于调频发射机的音频放大部分。

接下来是频率调制模块。

频率调制模块将音频信号转换为无线电信号，一般采用频率调制技术，如调频（FM）和调幅（AM）等。

其中，调频技术是调频发射机最常用的调制方式。

调频技术通过改变载波信号的频率来携带音频信号，常用的调频电路包括震荡器和相移调制器等。

震荡器产生频率稳定的载波信号，相移调制器将音频信号转换为频率变化，从而实现调频。

接着是射频功率放大模块。

射频功率放大模块将调频信号放大到足够的功率，以便能够远距离传输。

射频功率放大器一般采用晶体管放大器或功率放大管实现。

晶体管放大器具有较高的功率放大能力和宽带特性，适合用于调频发射机的射频功率放大。

功率放大管功率更大，适用于大功率调频发射机。

最后是天线驱动模块。

天线驱动模块将射频信号传输到天线上，以便进行无线传输。

天线驱动模块一般采用驱动器电路实现，其中常用的驱动器电路包括匹配网络、功率放大器和驱动放大器等。

匹配网络用于匹配射频源和天线阻抗，以提高功率传输效率。

功率放大器和驱动放大器用于将低功率的射频信号放大至足够的功率，以满足天线传输的需求。

综上所述，调频发射机的电路设计主要包括音频放大、频率调制、射频功率放大和天线驱动等多个模块。

这些模块通过相应的电路设计，协同工作实现无线信号的传输。

在实际设计中，还需要考虑电路参数的调整与匹配，以及抗干扰和抗干扰等性能的优化，以确保调频发射机的正常工作与稳定传输。

目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2FPGA简介 (1)1.3发射机简介 (2)1.3.1 模拟调制发射机 (2)1.3.2数字调制发射机 (2)1.4软件无线电简介 (3)1.5遥测发射机的特点和发展趋势 (3)第二章发射机的设计方案 (5)2.1模拟调制发射机简介 (5)2.2数字调频发射机设计 (8)第三章数字调频发射机原理设计 (9)3.1数字调频发射机的原理 (9)3.2滤波器的设计 (10)3.3直接数字频率合成器DDS的原理 (10)3.4DDS基本原理及特点 (10)3.5载波信号合成 (11)第四章数字发射机的硬件电路及VHDL的实现 (15)4.1硬件描述语言(HDL) (15)4.1.1 VHDL语言简介 (15)4.1.2 VHDL语言设计步骤 (15)4.1.3利用VHDL语言开发的优点 (16)4.1.4 MAX+PLUS软件简介 (17)4.3时钟分频控制模块 (19)4.3.1时钟分频简介 (19)4.3.2时钟分频程序 (20)4.4DDS模块 (21)4.4.1 实现DDS的两种方法 (21)4.4.2 求补模块 (24)4.4.3 FIR滤波器模块 (26)4.4.4 累加模块 (29)4.4.5 取高M位地址模块 (29)4.4.6正余弦地址译码模块、正余弦ROM模块、数据校正模块 (29)4.5PLL电路实现 (33)4.6单边带调制电路 (37)第五章总结 (40)5.1结论 (40)5.2需要进一步研究的问题 (40)参考文献 (42)致谢 (43)摘要遥测是对相隔一定距离的对象的参量进行测量、并把测得结果传送到接收地点的一种测量系统。

就遥测发射系统而言，传统的模拟调制己经很成熟，模拟发射机是利用调制信号的变化来控制变容二极管的结电容容值的变化，从而改变压控振荡器的震荡频率来实现调频;模拟调制码速率、调制频偏都受变容二极管特性的限制，模拟调制功能单一、调制方式不可重组、单个系统调制频率不可改变，无法满足频率多变的需求。

调频发射机设计要点1.频率稳定性：调频发射机的频率稳定性对于无线电通信的质量和覆盖范围有着重要影响。

设计时应考虑使用高精度的频率合成器或数字锁相环等技术，以提高频率稳定性和抗干扰性能。

2. 高效率功率放大器：调频发射机的功率放大器对信号的放大和传输效率有着重要影响。

高效率功率放大器可以提供更好的信号覆盖范围和较低的功耗。

在设计中，可以考虑使用功率级联、Doherty功率放大器等技术，以提高功率放大器的效率。

3.输出功率调控：调频发射机的输出功率需要根据不同的应用需求进行调节。

设计中应提供合适的功率调节电路和控制系统，以便根据需要实现灵活的功率调节和保证输出功率的稳定性。

4.抗干扰性能：调频发射机在传输过程中会受到各种干扰信号的影响，如杂散、多径效应等。

设计时应考虑使用合适的滤波器、射频前端等技术，以提高发射机的抗干扰性能，保证信号的质量和传输的稳定性。

5.低相位噪声：调频发射机的相位噪声会对接收信号的解调和还原造成影响。

设计时应注意降低相位噪声，使用低噪声振荡器、抑制噪声产生的环节等技术，以提高接收信号的质量。

6.信号处理功能：调频发射机一般需要具备一些信号处理功能，如音频压缩、编码、解码等。

设计时应考虑使用合适的音频处理芯片或算法，实现对信号的高质量处理和传输。

7.界面和控制系统：调频发射机需要提供合适的界面和控制系统，方便用户对设备进行控制和监测。

设计时应考虑使用友好的用户界面和标准的通信接口，以提高用户的使用便利性和设备的可管理性。

总之，调频发射机设计要考虑频率稳定性、功率放大器效率、输出功率调控、抗干扰性能、相位噪声、信号处理功能以及界面和控制系统等方面，以提供高质量的音频信号传输。

调频发射机电路设计资料一、调频发射机电路设计的基本原理：晶体振荡器常用于产生高稳定性的参考频率。

频率乘法器则可以将其乘以所需的倍数，以获得所需的射频信号频率。

滤波器用于消除锯齿波形，以及对射频信号进行滤波，以保证信号质量。

二、调频发射机电路设计的步骤：1.确定射频信号频率范围：根据应用需求，确定射频信号的频率范围。

常见的FM广播频率范围是88-108MHz。

2.设计VCO电路：根据射频信号频率范围，设计合适的VCO电路。

VCO电路一般采用压控型振荡器，通过改变其电压来改变频率输出。

可以使用压控电容二极管或压控电感等元件来实现电压对频率的控制。

3.频率乘法器设计：根据需要提高射频信号输出频率，设计合适的频率乘法器电路。

常用的频率乘法器电路包括倍频器、三重频器等。

4.射频滤波器设计：为了保证射频信号质量，需要设计合适的射频滤波器。

射频滤波器可以通过使用LC电路、微带线滤波器等来实现。

滤波器的设计需要考虑频率范围和带宽等因素。

5.功率放大器设计：为了提高输出功率，可以在射频信号输出之前添加功率放大器。

功率放大器一般采用晶体管、功率放大模块等。

放大器设计需要考虑输出功率和频率响应等因素。

6.其他辅助电路设计：在调频发射机电路中，还需要包含其他辅助电路，如音频输入电路、频率稳定电路、限幅器电路、调制电路等。

三、调频发射机电路设计的应用：在广播电台中，调频发射机电路用于将音频信号转化为对应的射频信号，并发送到天线中进行传输。

在无线电对讲机中，调频发射机电路用于将话音信号转化为无线射频信号，并发送到其他对讲机中进行通信。

在无线数传系统中，调频发射机电路用于将数字信号转化为对应的射频信号，并发送到接收端进行数据传输。

总之，调频发射机电路设计是无线通信领域的重要组成部分，它的设计需要考虑频率稳定性、信号品质、功率输出、射频滤波等因素，以满足不同应用的需求。

对于遥测发射机的调制的选择设计一个用于遥感勘测的发射机需要仔细考虑调制方案。

对于这样的一个系统，天气遥测发射机需要以384b/s (48 B)的速度发送数字数据，这些数据来自多路变送器(传感器)测量温度、压力、湿度、风速和全球定位系统(GPS)数据(协调和时间数据)的输出。

使用从402到406MHz的4MHz的分配带宽及200个20-kHz 的频道使得发射器工作在特高频带的低段。

发射机包括三个基本部分：基带、带有高频合成仪的射频级和同步回路。

本文集中分析发射机的基带回路，包括对射频级所需信号的处理和预备，例如脉冲成形、误差修正、译码、交叉存取和调制。

脉冲成形使得干扰的影响最小化，它通过一个同步/正交调制为展频处理限制一个信号的带宽：其中：d(n)为输入数据(二进制或多级数)，g(t)为脉冲波形信号，s(t)为成形信号。

各种各样的脉冲波形可以用来限制带宽，包括升余弦公式和高斯公式。

在时域范围内，升余弦公式为：其中，r为滑动系数(0 < r < 1)。

既然在使用中信噪比(SNR)非常低，当气球上升时，发射机不能稳定，一些信号衰落是不可避免的，因此，需要使用误差检测和校正措施。

卷积编码器随同回旋交错机对于低信噪比下的数字式发射机是一个相当不错的想法。

交错机通过很大范围的数据分配区间误差从来最小化区间误差。

卷积编码器依靠向源符号增加足够的冗余和连续或用小块连续地处理信息取得无误传输。

图1显示一个四态的卷积编码器，比率定义为输入位的数目与输出位数目的比。

这个系统有一个输入和两个输出，结果译码率为二分之一。

卷积编码器的状态数由延迟单元(存储器)所决定，输出不仅由输入电流决定，还与先前的输入或输出有关。

换句话说，译码器是一个有限状态的机器。

通常，对于k/n这样一个比率的卷积译码器对于一个信息输入位有k个移位寄存器，n个输出译码位由寄存器的内容和输入信息位以线性组合(异或门)所确定。

当比率是1/n时，一种出名的凿孔技术可以运用以取得更高比率的卷积译码器。

调频广播发射机的频率自动调整与遥测技术频率自动调整（AFC）技术是调频广播系统中关键的部分，它能够自动调整发射机的频率，以保持广播信号的稳定性和一致性。

同时，遥测技术在调频广播系统中扮演着重要的角色，通过传感器和监测设备，可以实时监测和控制发射机的参数，以确保广播的质量和可靠性。

本文将深入探讨调频广播发射机的频率自动调整与遥测技术的原理、应用和优势。

一、频率自动调整技术调频广播系统中，频率漂移是导致广播质量下降的一个重要问题。

频率自动调整（AFC）技术能够迅速响应并纠正这种漂移，以维持广播信号的稳定性和一致性。

AFC技术的原理基于比较输出信号频率与参考信号频率之间的差异，然后通过反馈控制来调整振荡器的频率。

在调频广播系统中，AFC技术通常需要参考信号源和相位锁定环（PLL）等主要组件。

参考信号源提供一个稳定且准确的参考频率，通常使用非常精确的原子钟或GPS信号作为参考来确保高度可靠的频率输出。

PLL系统通过将输入信号的频率与参考信号的频率进行比较，并根据误差信号来调整振荡器的频率，以使其与参考信号频率保持同步。

这种反馈控制机制使AFC技术能够持续进行频率自动校正，从而抵消频率漂移和其他干扰因素对广播信号的影响。

频率自动调整技术在调频广播中的应用非常广泛。

它可确保广播系统的频率精度和稳定性，提供一致的广播信号，避免频率偏移对接收器产生的干扰，提高广播的覆盖范围和质量。

二、遥测技术在调频广播系统中的应用1.监测发射机参数遥测技术通过传感器和监测设备实时监测发射机的关键参数。

这些参数包括发射功率、温度、电流、电压、驻波比等。

通过监测这些参数，广播操作人员可以及时发现潜在的问题，如温度过高、功率过低等，进行相应的调整和维修，保证广播系统的正常运行。

遥测系统能够远程实时监控多个发射机，提供全面的故障诊断和维修功能。

2.故障诊断和调试遥测技术还能够提供广播系统的故障诊断和调试功能。

通过对各个组件的监测和数据分析，可以快速定位和解决故障，提高维修效率和广播系统的可靠性。

高频课程设计论文题目：高频(FM)发射机的设计系别：电子信息与电气工程系专业：通信工程摘要：作为通信系统的重要组成部分，无线电技术越来越重要。

本文研制一种调频发射机，介绍了调频发射机的制作方法及其工作原理，同时给出了系统的组成框图及系统各部分功能，设计了PCB电路板，并且对所设计的发射机的功能进行了安装与调试。

本文中的发射机发射的频率可在66-109MHz频段内进行调制，并可用普通的调频收音机接收。

关键词：小功率调频发射机音频信号调制波载波目录1设计课题2实践目的3设计要求4基本原理4.1 系统方案选择4.2 整体系统描述4.3 单元电路设计4.3.1 音频放大电路4.3.2 高频振荡电路4.3.3 高频功率放大电路5系统调试5.1 PCB板的设计5.2 系统调式6结论7参考文献8附录1设计课题调频发射机设计2实践目的无线电发射与接收设备是高频电子线路的综合应用，是现代化通信系统、广播与电视系统、无线安全防范系统、无线遥控和遥测系统、雷达系统、电子对抗系统、无线电制导系统等必不可少的设备。

本次设计要求达到以下目的：1.进一步认识射频发射与接收系统；2.掌握调频无线电发射机的设计；3.学习无线电通信系统的设计与调试。

3设计要求1.发射机采用FM的调制方式；2.发射频率覆盖范围为88-108MHz，传输距离大于10m；3.为了加深对调制系统的认识，发射机采用分立元件设计；4.已调信号采用通用的AM/FM多波段收音机进行接收测试。

4 基本原理4.1 系统方案选择方案一：以晶体振荡器做成高精度高稳定度的调频发射机以晶体振荡器做成高精度高稳定度的调频电路，这完全可以达到我们的要求，但是这种方案比较复杂，能过搜索我们有另外一种方案，见方案二。

方案二：以调频方式做成三级发射机这种方案的性能是比较好的，这种发射机主要由三个模块组成，第一级是音频放大电路；第二级是高频振荡电路；第三级是高频功率放大电路。

4.2 整体系统描述本调频发射机的总体电路如下：声--电转换、音频放大、高频振荡调制和高频功率放大等。

基于零中频的新型调制体制遥测发射机设计赵宇鑫;王乐;齐建中【摘要】随着我国航天器新型号的发展,无线遥测数据量急剧增长,受频谱所限,脉冲编码调制/调频(PCM/FM)体制已无法满足未来航天运载器高码率遥测系统的带宽需求.同时考虑到超外差发射机方案结构复杂、功耗大和成本高等缺点,急需一款可以适应高码率且结构简单的产品.设计一种零中频体制新型调制方式的发射机,采用多调制指数连续相位调制(Multi-h CPM)方式,相较于PCM/FM调制方式,输出信号具有频谱主瓣窄、旁瓣低、包络恒定、频带利用率高的特点,同时正交变频方式也极大地简化了设计,可较好地适应未来航天遥测系统需求.所提出的基于零中频的新型调制体制遥测发射机性能优良、带内外无杂波干扰,满足发射机各项指标要求.【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2018(048)009【总页数】5页(P732-736)【关键词】Multi-h CPM;零中频;发射机;高码率【作者】赵宇鑫;王乐;齐建中【作者单位】北方工业大学电子信息工程学院,北京100144;北方工业大学电子信息工程学院,北京100144;北方工业大学电子信息工程学院,北京100144【正文语种】中文【中图分类】TN8320 引言遥测遥控系统是航空航天的重要分系统之一，包括遥测、遥控、外测分系统，主要实现遥测参数传送、外弹道测量、试验级落点实时预测等功能，并通过为用户提供图像及试验数据、遥控指令传送服务[1]。

其中遥测部分是所有系统的基础，完成数据信号的采集、加密、编码和传输等流程，而其中信号传输更是重中之重。

随着遥测通信技术的发展以及器件制作工艺水平的提高，遥测发射机朝着占用带宽小、传输速率高、结构简单、功能多样、可拓展性强的方向发展，强调采用最少的器件，以最简单的硬件为通用平台，实现带宽的最大化利用，并且尽可能通过软件控制实现发射机多样化的功能。

根据这一发展方向，本文设计并实现了一种正交上变频体制、CPM调制方式的发射机，采用正交上变频体制可以有效地简化结构、节省空间。

100MHz调频发射机的设计与制作介绍调频发射机是一种通过调制信息信号并将其转换为高频信号以进行无线传输的电子设备。

在本文中，我们将讨论设计和制作一种100MHz调频发射机的过程。

设计为了设计100MHz调频发射机，我们需要考虑以下几个关键因素：1. 频率调频发射机的频率是其最基本的特征。

在选择频率时，我们需要确保其符合相关法规和标准。

在本例中，我们将选择100MHz。

2. 参考信号源调制过程需要一个参考信号源。

在本例中，我们将使用晶体振荡器作为参考信号源。

3. 电压控制振荡器（VCO）电压控制振荡器（VCO）可调整信号的频率。

我们需要根据所需的频率范围和最大频率偏移来选择一个适当的VCO。

4. 相位锁环（PLL）相位锁环（PLL）用于确保在VCO频率偏差之后的输出频率正确。

在本例中，我们将使用PLL。

5. 功率放大器（PA）功率放大器（PA）用于将输出信号的功率增加到所需级别。

在本例中，我们将使用一个宽带功率放大器。

制作设计完成后，我们可以开始制作100MHz调频发射机。

下面是制作过程的一般步骤：1. 制作电路原型首先，我们需要制作100MHz调频发射机的电路原型，以验证设计的正确性。

在此过程中，我们可以测试不同组件和参数的组合，确保它们能够协同工作。

2. 确定电路布局一旦我们确定了电路原型的正确性，我们可以开发最终的电路布局。

布局需要确保组件之间的正确连接，并确保在成品中容易维护。

3. 制作电路板接下来，我们需要制作电路板。

这可以通过电路板制造商或自己制作方式完成。

我们可以使用布局图转化成Gerber文件，再将其发送至制造商进行制作。

4. 安装组件一旦电路板制作完成，我们可以开始安装组件。

这需要确保每个组件都被正确地安装和连接，以确保最终电路的正确性。

5. 调试和测试最后，我们需要对制作的100MHz调频发射机进行调试和测试。

这可以使用频谱分析仪等设备进行。

调试需要确保所有组件都按预期工作，并识别任何问题。