兰州理工大学二极管单平衡调幅器课程设计

*******************实践教学*******************

兰州理工大学

计算机与通信学院

2014年秋季学期

《通信电子系统》课程设计报告

设计题目：基于二极管单平衡调幅的调幅发射系统整机电路设计

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：陈其斌朱邵科王志侠杨国凤

指导教师：郑玉峰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.................................................................................................................1

2.1总体设计框图....................................................................................................1

2.2总体设计方案....................................................................................................2

三、设计指标.................................................................................................................2

3.1单元电路设计及仿真.......................................................................................3

3.2调幅发射系统整机电路设计...........................................................................3

3.3高频实验平台整机联调...................................................................................3

四、单元电路设计与仿真.............................................................................................3

4.1串联型晶体振荡器...........................................................................................3

4.2二极管单平衡调制器.......................................................................................5

4.3双差分对乘积型混频电路...............................................................................6

4.4二倍频倍频电路...............................................................................................6

4.5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。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，兰州理工大学课程设计报告

3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