《高频课程设计报告》

题目：频率为105MHz的高性能调频发射机

专业：通信技术

年级：2009级

学号：0930614022

姓名：郭燕玲

联系电话：152xxxxxxxx

指导老师： 李立礼

完成时间：2012 年 12 月 1 日

频率为105MHz的高性能调频发射机

摘 要

利用电感、电容、电阻元件，制作频率为105MHz的高性能调频发射机，实现信号失真小，发射距离大于50米，能用普通收音机接收发射的信号。经测试，系统达到发射距离大于50米，能用普通收音机接收的要求，具有信号失真小的优点。

关键词：信号失真小；发射距离大；高性能

目 录

摘 要 ........................................................... 2

一、设计题目 ..................................................... 3

二、实践目的 ..................................................... 3

三、设计要求 ..................................................... 3

四、基本原理 ..................................................... 3

4.1改变振荡回路的元件参数实现调频 ....................................... 4

4.2控制振荡器的工作状态实现调频 ......................................... 4

五、系统调试 ..................................................... 9

5.1元件清单： ........................................................... 9

5.2调试结果 ............................................................. 9

5.3调试结果分析 ......................................................... 9

六、心得体会 .................................................... 10

七、参考文献 .................................................... 11

一、设计题目

频率为105MHz的高性能调频发射机

二、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（或调幅）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。

三、设计要求

1. 发射机采用FM、AM或者其它的调制方式；

2. 若采用FM调制方式，要求发射频率覆盖范围在８８－１０８ＭＨｚ，传输距离>20m;

3. 若采用AM调制方式，发射频率为中波波段或30MHz左右，传输距离>20m；

4. 为了加深对调制系统的认识，发射机建议采用分立元件设计；

四、基本原理

本设计图采用FM调制。

载波uc(t)?Ucmcos?wct?，调制信号u??t?；通过FM调制，使得uc(t)频率变化量与调

3

制信号u??t?的大小成正比。即已调信号的瞬时角频率

w?t??wc?kf?u??t?

已调信号的瞬时相位为

??t???w?t??dt??wct?kf0t?u0t?(t?)dt?

实现调频的方法分为直接调频和间接调频两大类，本设计图采用直接调频：

直接调频的基本原理是利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使其反映调制信号变化规律。要用调制信号去控制载波振荡器的振荡频率，就是用调制信号去控制决定载波振荡器振荡频率的元件或电路的参数，从而使载波振荡器的瞬时频率按调制信号变化规律线性地改变，就能够实现直接调频。直接调频可用如下方法实现：

4.1改变振荡回路的元件参数实现调频

在LC振荡器中，决定振荡频率的主要元件是LC振荡回路的电感L和电容C。在RC振荡器中，决定振荡频率的主要元件是电阻和电容。因而，根据调频的特点，用调制信号去控制电感、电容或电阻的数值就能实现调频。

调频电路中常用的可控电容元件有变容二极管和电抗管电路。常用的可控电感元件是具有铁氧体磁芯的电感线圈或电抗管电路，而可控电阻元件有二极管和场效应管。

4.2控制振荡器的工作状态实现调频

在微波发射机中，常用速调管振荡器作为载波振荡器，其振荡频率受控于加在管子反射极上的反射极电压。因此，只需将调制信号加至反射极即可实现调频。

若载波是由多谐振荡器产生的方波，则可用调制信号控制积分电容的充放电电流，从而控制其振荡频率。

通常小功率发射机采用直接调频方式，并组成框图如下所示：

其中，其中高频振荡级主要是产生频率稳定、中心频率符合指标要求的正弦波信号，且其频率受到外加音频信号电压调变；缓冲级主要是对调频振荡信号进行放大，以提供末级所需的激励功率，同时还对前后级起有一定的隔离作用，为避免级功放的工作状态变化而直接影响振荡级的频率稳定度；，功放级的任务是确保高效率输出足够大的高频功率，并馈送到天线进行发射。

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上述框所示小功率发射机设计的主要任务是选择各级电路形式和各级元器件参数的计算。

（1）频振荡级：

由于是固定的中心频率，可考虑采用频率稳定度较高的克拉泼振荡电路。

克拉泼（clapp）电路是电容三点式振荡器的改进型电路，下图为它的实际电路和相应的交流通路：

实用电路 交流通路

如图可知，克拉泼电路比电容三点式在回路中多一个与C1 、C2相串接的电容C3，通常C3取值较小，满足C3<<C1 ，C3<<C2，回路总电容取决于C3，而三极管的极间电容直接并接在C1 、C2上，不影响C3的值，结果减小了这些不稳定电容对振荡频率的影响，且C3较小，这种影响越小，回路的标准性越高，实际情况下，克拉泼电路比电容三点式的频稳度高一个量级，达10?4?10?5。

可是，接入C3后，虽然反馈系数不变，但接在AB两端的电阻RL’=RL//Reo 折算到振荡管集基间的数值（设为RL’’）减小，其值变为

2'RL''?nLRL?(C32)2RL C3?C1,2

式中，C1，2是C1 C2 和 各极间电容的总电容。因而，放大器的增益亦即环路增益将相应减小，C3越小，环路增益越小。减小C3来提高回路标准是以牺牲环路增益为代价的，如果C3取值过小，振荡器就会因不满足振幅起振条件而停振。

（2）缓冲级：

由于对该级有一定增益要求，考虑到中心频率固定，因此可采用以LC并联回路作负载的小信号谐振放大器电路。

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并联谐振回路如图所示

如图，Rs RL 分别为输入信号源内阻和输出负载电阻，Rp为L中心损耗电阻，回路中总导纳为 Y（jw）=1/Re+j(wc-1/wL) 式中，Re=Rp//Rs//RL.因而电流源Is（jw）在回路上产生的电压为：V(jw)?Is(jw)Re ?Is(jw)Y(jw)1?jRe(wc?1/wL)

令回路总导纳为0

，求得谐振角频率为?o?，这个频率上，回路电压达到最大，Vo?V(j?o)?IS(j?o)Re，且与IS(j?o)同相

V(j?)?VoVo??

Reoo1?j?1?j-）1?jQe（-）?oL?o??o?Vo

其中，V(?)??v(?)??arctan?

Qe为有载品质因数，定义为：

Qe?Re/?oL??oCRe??Qo 1?Rp/RS?Rp/RL

Qo：Rp/?oL为回路固有品质因素，可见要增大Qe 除提高Qo外，还应采用Rs 大的电流源激励，且尽可能增大RL值。

并联谐振回路的幅频和相频特性曲线如下图：

幅频特性 相频特性

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对该级管子的要求是： fr?(3?5)fo V(BR)CEO?2Vcc

至于谐振回路的计算，一般先根据f0算出LC的乘积值，然后选择合适的C，再求出L。C根据本课题的频率可取100pf~200pf。

（3）功放输出级：

为了获得较大的功率增益和较高的集电极效率，该级可采用共发射极电路，且工作在丙类状态，输出回路用来实现阻抗匹配并进行滤，如下图为谐振功率放大器的原理电路图：

其中Zl为外接负载，Lr Cr 为匹配网络，它们与外接负载共同组成并联谐振回路，调Cr使回路谐振在输入信号上，为实现丙类功放，基极偏置电压Vbb应该没在功率管的截至区内。

若忽略基区宽度调制效应及管子结电容的影响，则输入信号电压Vb（t）=（coswt）*Vbm，根据vBE?VBB?vb?VBB?Vbmcos?st，集电极电流波形是一串周期重复的脉冲序列，脉冲宽度小于半个周期，用傅里叶级数展开可得：

iC?Ico?ic1?ic2……=ICO?Ic1mcos?st?Ic2mcos2?st …… …

由于集电极谐振回路调谐在输入信号频率上，因而它对ic中的基波分量呈现的阻抗最大，且为纯电阻，称为谐振电阻，在高Q回路中，其值近似为：Re?

总电容，?o??s?1/?o2L2rRL?CrCLLr，式中Ct= 为回路

Cr?CLCtRLQe= ?o Lr/RL为回路有载品质因素，而谐振回路上对c中的其他分量呈现的阻抗均很小，这样可以近似认为回路上仅有由基波分量产生的电压，Vc，而平均分量和各次谐波分量产生的电压均可忽略，因而可在负载上得到不失真信号功率。

利用谐振回路的选频作用，可以将失真的集电极电流脉冲变换为不失真的余弦电压，同时还可以将含有电抗分量的外接负载变换为谐振电阻Re，而且调节iLrCr ，还能保持回路谐振时使Re等于放大管所需的集电极负载，实现阻抗匹配，因此在谐波功率放大器中，谐振回路起了选频和匹配的双重作用。

丙类工作时集电极效率随管子导通时间的减小而增大，但随着导通时间的减少，ic中基波分量幅度Ic1m将相应减小，从而导致放大器的输出功率减小，为了在增大输入激励电压幅度Vbm外，还必须同

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将基极偏执电压Vbb向负值方向增大。这样，加到基极上的最大反向电压（Vbb-Vbm）就将迅速增大，从而可能发生功率管发射结被反向击穿。

从结构简单，调节方便期间，本课题采用?型网络，计算元件参数时通常取Qe在10以内，?型网络及计算如下：

实现条件：Re<Rl

元件表达式： XL1??XCO XC1??Qe1Re

XC2??RRR XL2??Xc1?Le XC2功率管应满足以下条件：PCM?Po ICM?icmax

V(BR)CEO?2Vcc f??(3?5)fo

本设计图纸为：

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五、系统调试

5.1元件清单：

5.2调试结果

1. 给电路板通电，电压为12V，不加音频信号，测试三极管的静态工作点，看是否符

合理论要求；

2. 加上音频信号，用频偏移测出角频；

3. 使用收音机收听，记下频率。

5.3调试结果分析

后来发现电路板运行不稳定，输出频率与电压值经常发生跳变，原来是由于虚焊

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导致，为了解决虚焊问题，电路板不加音频信号，加上12V电压并接地，同时在输出级用示波器观察，接触各个焊点，如果示波器的波形发生跳变，则表示这点很可能发生虚焊，逐一修改，解决了虚焊问题。

通过收音机测试，发射距离可以达到45米。

六、心得体会

焊接电路板要注意以下几点：

1、要先检查所有的元件是否可用，焊接三极管时应分清基极，集电极，发射极；

2、焊接时要注意防止虚焊，电容电感尽量卧式安装，焊接完成后尽量缩短高频部分的元件引线，但不用剪太短，否则不容易更改；

3、接地线时不能贪图省事，用锡一直拉一排连接各管脚的地这样不易更改线路，应仍使用导线连接，便于修改；

4、绕中周时应有规律的绕，均匀的绕，从下到上或者从上到下，切不可上面绕几圈下面绕几圈，这样在调节的时候会出错，焊接漆包线时一定要将焊接处的漆刮干净，最好用火烧，绕完后要用万用表测试其是否导通；

5、电源线和地线排放的位置不能靠太近，否则用鳄鱼夹加电时易发生短路碰电；

这次我们所设计的调频发射机虽然简单，但它却是广播电台等设备的基础，只有弄清简单电路的工作原理才能掌握更加高级的电路，寒假我准备改装一下我的无线网卡，加一个增益天线，因为看到网上很多DIY高手都自己进行改装，很羡慕他们，而我正是这个专业的，没理由不会弄，假期有的忙了！

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七、参考文献

[1] 高吉祥，高频电子线路[M].，电子工业出版社，2005

[2] 张肃文，高频电子线路北京[M].北京：高等教育出版社, 2009

[3] 胡宴如, 高频电子线路实验与仿真,高等教育出版社, 2009 附录：PCB

图：

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第二篇：高频功率课程设计报告

高功率放大器课程设计

目录

一、方案论证. 1

1.1 选题目的. 1

1.2 项目构思. 1

1.3系统简介. 1

1.4 性能指标. 2

1.5 电路说明. 2

二、实验数据计算与结果分析. 3

2.1末级功放参数的计算. 3

2.2末级功放输出回路具体计算. 4

2.3末级功放输入回路具体计算. 5

三、调试过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

四、实验结果. 7

五、实验过程中遇到的主要问题及解决办法. 8

六、收获、体会与建议. 8

参考文献. 9

附录. 10

1、电路原理图. 10

2、PCB 图. 11

3、元器件清单. 12

一．方案论证

1. 1选题目的：

综合运用所学知识内容；进一步熟悉和掌握高频功率放大器的使用；为毕业设计打下良好的基础；掌握收集资料、消化资料和综合资料的能力。设计能够完成实际功能的高频功率放大器，认知发送器末端的实际工作。

1.2 项目构思：

放大电路所需的通频带由输入信号的频带来确定，为了不失真地放大信号，要求放大电路的通频带应大于信号的频带。如果放大电路的通频带小于信号的频带，由于信号的低频段或高频段的放大倍数下降过多，放大后的信号不能重现原来的形状，也就是输出信号产生了失真。这种失真称为放大电路的频率失真，由于它是线性的电抗元件引起的，在输出信号中并不产生新的频率成分，仅是原有各频率分量的相对大小和相位发生了变化，故这种失真是一种线性失真。

1.3 系统简介：

高频小信号放大器可分为两类：一类是以谐振回路为负载的谐振放大器；另一类是以滤波器为负载的集中选频放大器。它们的主要功能都是从接收的众多电信号中，选出有用信号并加以放大，同时对无用信号、干扰信号、噪声信号进行抑制，以提高接收信号的质量和抗干扰能力。高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。放大器的工作状态可分为甲类、乙类和丙类等。为了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙类、丙类，即晶体管工作延伸到非线性区域。但这些工作状态下的放大器的输出电流与输出电压间存在很严重的非线性失真。高频功率放大器因其信号的频率覆盖系数小，可以采用谐振回路作负载，故通常工作在丙类，通过谐振回路的选频功能，可以滤除放大器集电极电流中的谐波成分，选出基波分量从而基本消除了非线性失真。采用四级功率放大器放大，放大器和选频网络共同工作，使信号能达到最佳状态。

1.4 性能指标：

增益(放大系数)：

放大器的电压增益下降到最大值的0.707倍时,所对应的频率范围称为放大器的通频带,电压增益: Avo=Uo/Ui Avo=20lg(Uo/Ui)dB
分贝表示: Auo=20lg(Uo/Ui)dB

通频带：
    由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降。故习惯上称电压放大倍数Auo下降到谐振电压放大倍数Auo的0.707倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带BW。一般用BW0.7表示其数学表达式为BW=2Δf0.7=fo/QL或BW0.7=fH-fL
选择性：
    选择性是指放大器从含有各种不同频率的信号总和（有用的和有害的）中选出有用信号，排除有害（干扰）信号的能力。及选择性指标是针对抑制干扰而言的。一般是用谐振曲线的矩形系数Kr0.1来表示。

1.5电路说明：

本电路图为四级放大电路，各级放大间由电容耦合，滤除直流分量，使各级静态工作点独立。第一、二级晶体管集电极连接中周，为了达到负载匹配，集电极连接在中周的中点位置。第三、四级为戊类即E类功率放大，即使开关转换时间与工作周期相比较己相当长，能避免在开关器件内同时产生大的电压或电流，也就避免了在开关转换瞬间内的器件功耗，它的特点是选取适当的负载网络参数，以使它的瞬态响应最佳。

测试所需仪器设备：稳压源，扫频仪，示波器，万用表，信号发生器。

二．实验数据计算与结果分析、整理

2.1末级功放参数的计算

作为工程近似计算,可以认为集电极最小瞬时电压为饱和导通压:

,于是。

其电压利用系数为 

由公式得                                     

   

 

所以取导通角为                           

则有  

 

    

 

2.2末级功放的输出回路具体计算

取            

   则有

a) 网络Ⅰ：取Qe1=3     设Re1=150    利用∏型匹配网络公式

        

所以求得：Xc26=-28，C26=45PF；Xc27=-33，C27=69PF；XL8=22。3，L8=0.05uH。

b)    网络Ⅱ：取Qe=3，Re=60 ，RL=150， Co=100PF。利用网络匹配公式如下所示

    

所以求得：XL6=22，L6=0.05uH；Xc24=-180，C24=12PF；Xc25=-193，C25=11PF；XL7=227，L7=0.51uH。（其中C25为可变电容）

2.3末级功放的输入回路具体计算

输入回路的计算也同上面的输出回路计算方式一样，则有

a) 网络Ⅰ：取Qe1=3，Re1=150，RL=50。求得：XL5=33.5,L5=0.08uH.

b) 网络Ⅱ:取Qe2=3，Re2=60，RL=150，Co=20PF。

    求得：Xc20=94，C20=24PF；XL4=-12,XL4=0.03uH;Xc30=-193,C30=11PF。（其中C30为可调电容）。

三、调试过程

3.1检查元器件焊接无误，三极管各级之间的正确接法。

3.2检查各级直流工作点，若有不符合者，可调整相应分立元件的有关部分。

3.3利用直流稳压电源向放大电路供电，电源调至12V，注意正负接法，且正级接口不可触及接地一端，否则稳压电源会保护。

3.4用频率特性测试仪BT3对每一级放大电路进行预调试。将频率特性测试仪BT3输出端连接到功率放大器输出端，输出衰减至0db，此时其扫频输出电压在1V左右，功率放大器的输出端连至匹配负载。

                       A              B

扫频仪              功放              匹配负载

 

检波探头              电源

 

先将末二级的ZL2和Q4断开，ZL3和Q5断开来调试前三级的放大。功放级激励级的输出端通过耦合一个20P的电容接至激励级放大管Q1的基极端，测试端则接在Q1管的集电极端,分别调整各级谐振回路的可调电容，使其谐振在10MHZ的频率上。必要时可以适当调整电感或改变电容值。测到第一级中波形频率低于10MHZ，于是在耦合回路中把电容C2（100PF）改为30PF，使其电容减小，然后再根据波形变化调中周，使波形中心频率为10MHZ。第二级也是如此，将扫频仪输出端通过耦合一个20P的电容接至中间级放大管G2的基极端，BT3的检波头则接在G2管的集电极端,将电容C7改小到30PF，观察其波形变化，调至满意为止。第三级波峰分离开两个且频率太小，调节电感圈数，使其集中为一个，经加多一个10PF的电容后再观察波形调试使中心频率为10MHZ。第四、五级观察波形，慢慢调节可变电容，使其达到要求的中心频率。

3.5功率的测量

将通过式功率计的测量头A端连接到功率放大器输入端，通过式功率计的测量头B端连至匹配负载。通过式功率计置3W档。功率放大器输入端用信号发生器送入10MHZ、100MV信号，加上电压（12V），从通过式功率计的表A上读出其功率。（表B为反向功率）

 10MHZ               A              B

功放            测量头          匹配负载

1V

 

电源         通过式功率计      

 

测得输出功率为3W。

四、实验结果：

输入500mv（有效值）,4.5Mhz的正弦波信号，输出信号峰峰值和频率分别为：

分析：由测试数据可知前三级放大电路放大倍数较小，仅有十一倍左右。放大倍数达不到要求，主要是电路参数设置不合适。从选频网络的设置不合适，第一、二放大电路Q值低，使得功率放大倍数小，第三、四级的匹配网络的设置不合适，使得功率没达到最大，小放大倍数加上功率没达到最大最终导致整个放大电路的放大倍数很小。

五、实验过程中遇到的主要问题及解决办法：

调试过程中的主要问题是遇到虚焊，静态工作点的设置不合适，选频网络设置不合适。虚焊采取的解决方法是用万用表测各个点之间的电阻，对各个焊点进行逐一排查，最终查出并除去虚焊点。对电路输入和各级集电极的观测，发现放大幅度不够（即放大倍数不够，晶体管工作在欠压区）于是重新设置静态工作点。刚开始由于选频网络参数设置不对，使得选频幅度及频率均没达到要求，后面不断改变选频网络中电感、电容参数，使第一、二级放大电路选频频率相同，达到较好的选频效果。

六、收获、体会与建议：

高频功率放大器在通信电子电路中占着十分重要的地位。通过这次实验，我感觉自己收获了许多：

1通过本次设计电路，使我更深刻的认识了，高频功率放大器的工作原理。

2复习了对高频功率放大器的设计方法，并且对高频谐振功率放大器的调谐、调整和主要技术指标的测量方法有了新的认识，使我受益匪浅。

3 这次实验也锻炼了我独立思考的能力，由于参数的计算有点复杂，需要自己独立思考各个参数的意义和各个参数之间的联系，这就要我在设计过程中必须认真思考，还不能马虎，否则，算出来的可能就是错误答案。而参数不对，也将会直接影响到实验的结果。

参考文献：

高频电子线路（第四版） 张肃文 高等教育出版社        

模拟电子技术基础（第三版）童诗白 华成英 清华大学电子教研组

Protel 99 SE电路设计技术（基础.案例篇） 周丽娜 中国铁道出版社

电子电路与系统 谢沅清，赵学泉 主编 中央广播电视大学出版社

附录：

1.电路原理图

2.PCB图

3.元器件清单：