【正文】 理論知識，能使學生建立無線電發(fā)射機 、接收機 的整機概念，了解發(fā)射機 、接收機 整機各單元電路之間的 關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計、計算發(fā)各個單元電路。 高頻課程設(shè)計指導(dǎo)書 2 2 課程設(shè)計的 內(nèi)容 及步驟 課程 設(shè)計 內(nèi)容 課程設(shè)計主要包括 （ 1）滿足性能指標要求的總體方案的選擇； （ 2）各部分原理電路的設(shè)計； （ 3）參數(shù)值的計算； （ 4）電路的實驗與調(diào)試以及參數(shù)的修改、調(diào)整。 但僅憑題 目所給要求，還不能進行設(shè)計，設(shè)計人員必須對題目的各項要求進行分析，整理出系統(tǒng)和具體電路所需要的更具體，更詳細的功能要求和技術(shù)性能指標要求，這些要求才是進行電子電路系統(tǒng)設(shè)計的原始依據(jù)。方案設(shè)計的內(nèi)容是選擇實現(xiàn)系統(tǒng)的方法、準備采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（如系統(tǒng)功能框圖），同時還應(yīng)考慮實現(xiàn)系統(tǒng)各部分的方法。 （ 3）實際設(shè)計 注意兩點： ① 針對事關(guān)全局的主要問題，要開動腦筋，多提方案，便于合理選擇。 第三步 單元電路設(shè)計（原理電路設(shè)計） 在選定總體方案之后，便可畫出總體電路的框圖，著手進行單元電路的設(shè)計。 （ 2）設(shè) 計各單元電路的結(jié)構(gòu)形式 在選擇單元電路的結(jié)構(gòu)形式時，最簡單的辦法是從過去學過的和所了解的電路中選擇一個合適的電路。一高頻課程設(shè)計指導(dǎo)書 3 個好的電路結(jié)構(gòu)應(yīng)該是滿足性能指標的要求，功能齊全，結(jié)構(gòu)簡單、合理，技術(shù)先進等。但設(shè)計電路時的參數(shù)計算與做習題不一樣。而電路設(shè)計時除了對電路的性能指標有要求外，通常沒有其 它任何已知參數(shù)，幾乎全部由設(shè)計者自己選擇和計算，這樣理論上滿足要求的參數(shù)值就不會是唯一的了，這需要設(shè)計者根據(jù)價格、貨源等具體情況靈活選擇。 （ 4）元器件的選擇 器件選用原則： 由于集成電路具有體積小、功耗低、工作性能好、安裝調(diào)試方便等一系列的優(yōu)點而得到了廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代電子電路的重要組成部分之一。但是也不要以為采用集成電路就一定比用分立元件好，有些特殊應(yīng)用情況 (如 高電壓、大電流輸出 )，采用分立元件往往比用集成電路更切合實際。要考慮是否易于實現(xiàn)、是否易于檢測等問題。 第四步、可靠性設(shè)計 （ 1）定出合理的設(shè)計指標。 （ 3）容錯能力。在電路設(shè)計時應(yīng)注意： （ 1）選用電磁兼容特性好的集成電路； （ 2）盡量提高系統(tǒng)集成度； （ 3）只要條件允許盡量降低系統(tǒng)工作頻率； （ 4）為系統(tǒng)提供足夠功率的電源； （ 5）電路布局、布線要合理，做到高低頻分開、功率電路與信號電路分開數(shù)字電路與模擬電路分開。 還包括測試結(jié)果記錄的格式設(shè)計，記錄格式必須明確反映系統(tǒng)所實 現(xiàn)的各項功能特性和達到的各項技術(shù)指標 （ 2）安裝調(diào)試 經(jīng)過對電子電路的理論設(shè)計之后，便可進入電路的安裝調(diào)試階段。當然這一過程也是對理論設(shè)計做出檢驗、修改，使之更加完善的過程。 高頻課程設(shè)計指導(dǎo)書 4 各單元電路調(diào)試之后逐步擴大到整體電路的聯(lián)調(diào)。 實驗調(diào)試完結(jié)之后，還應(yīng)注意最后校核與完善總體電路圖。 （ 5）性能測試與分析 整理實驗數(shù)據(jù)和測試波形，對模擬電路應(yīng)有理論設(shè)計數(shù)據(jù) 、實測數(shù)據(jù)、仿真數(shù)據(jù)和誤差分析，數(shù)字電路應(yīng)有設(shè)計邏輯流程、波形圖、時序圖或真值表，如是可編程器件應(yīng)有程序流程。 （ 7）實驗參考文獻。因而不能使用接收機、發(fā)射機集成模塊以及市售成品改裝。 圖 31 系統(tǒng)組成框圖 調(diào)頻 發(fā)射 機 設(shè)計與制作要求 （ 1） 設(shè)計與制作一個調(diào)頻發(fā)射機 , 要求載波頻 率 fS為自制接收機的中心頻率 ， 頻率穩(wěn)定度 優(yōu)于 104； （ 2） 調(diào)制信號頻率為 50Hz～ 15kHz； 在調(diào)制信號振幅為 1V 時 ， 最大頻偏為 75kHz， 發(fā)射 機負載阻抗為 50Ω； （ 3） 在發(fā)射機 輸岀功率 Po≤50mW時 ， 接收機 解調(diào) 的 50Hz～ 15kHz 信號波形無明顯失真 條 件下， 通信距離 ≥4m； （ 4） 發(fā)射機 整機 效率 ≥35 %； （ 5） 發(fā)射機與接收機能進行語言和音樂的無線通信 。中頻濾波器 通頻帶 180177。 高頻課程設(shè)計指導(dǎo)書 6 4 設(shè)計方案 調(diào)頻 發(fā)射機方案比較與選擇 方案一： 發(fā)射機采用鎖相環(huán)（ PLL）或 者直接數(shù)字式頻率合成器（ DDS）進行頻率調(diào)制，然后通過高頻功率放大器放大后輸出，將調(diào)頻信號發(fā)射。 調(diào) 制 信 號 P L L 或D D S 高 頻 功 放 圖 41 發(fā)射機方案一系統(tǒng)框圖 方案二： 發(fā)射機采用變?nèi)荻O管與壓控振蕩器直接調(diào)頻方式調(diào)制，然后輸出給高頻功率放大器，通過高頻功率放大器放大后，將調(diào)頻信號發(fā)射。 調(diào) 制 信 號 變 容 二 極管 調(diào) 頻 壓 控 振 蕩器 高 頻 功 放 圖 42 發(fā)射機方案二系統(tǒng)框圖 方案三： 發(fā)射機采用石英晶體直接調(diào)頻，通過倍頻方式獲得最大頻 偏，然后通過高頻功率放大器進行放大后，將調(diào)頻信號發(fā)射。 調(diào) 制 信 號 石 英 晶 體調(diào) 頻 倍 頻 電 路 高 頻 功 放 圖 43 發(fā)射機方案三系統(tǒng)框圖 綜上可知，方案一實現(xiàn)簡單，頻率穩(wěn)定度高，但是由于鎖相環(huán)或者 DDS 在此使用，即違反題目不允許使用大規(guī)模集成器件的要求，因為鎖相環(huán)或者 DDS 作為單功能模塊使用時只能作為信號源，而不能作為調(diào)制器。方案二則兼顧了方案一與方案三的問題，采用 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻，頻率穩(wěn)定度以及最大頻偏的問題均能較容易實現(xiàn)，而且對提升發(fā)射機效率有很好的改善。 調(diào)頻 接收機方案比較與選擇 方案一： 接收機整個電路采用三極管與檢波二極管構(gòu)建。其系統(tǒng)框圖如圖 44所示。其系統(tǒng)框圖如圖 45所示。其系統(tǒng)框圖如圖 46所示。方案二雖然使用了部分單功能芯片模塊，降低了一定的調(diào)試難度，但是由于本振采用的是鎖相環(huán)，鎖相環(huán)調(diào)試難度較大，實現(xiàn)自動搜索功能時容易出現(xiàn)失鎖的情況。因而本作品中的接收機采用方案三來實現(xiàn)。 一般可用經(jīng)驗公式來選取靜態(tài)工作點與偏置電路元件參數(shù)。 圖 51 低頻電壓放大器 偏置電阻的估算 對于小信號放大器應(yīng)工作于線性區(qū)，且在能滿足電壓 增益要求的前提下， CQI 應(yīng)盡量小一些，這樣可以減小靜態(tài)功率損耗。 為了 滿足靜態(tài)工作點的條件，要求 BEBQ UU ?? 一般選取 BEBQ UU )105( ～? ，BQR II )105( ～? ， 本設(shè)計取 VUBQ 3? ， BQR II 6? 。 集電極負載電阻的估算 KI mVrI mVrr CQbbEQbbbe 030 02626)1( // ????????? ?? 若選取 CL RR ?? ，即 CL RR ?/ ，由beCbeLu rRrRA ?? ?? / 得 KrAR beuC 2300 ???? ? （ 3）電容參數(shù)的選取 嚴格計算 1C 、 2C 、 3C 的參數(shù)較為麻煩，根據(jù)經(jīng)驗值，通常選取 FCC ?)102(21 ～?? FC ?)10050(3 ～? 。 調(diào)頻電路 的設(shè)計 實現(xiàn)調(diào)頻的方法可分為直接調(diào)頻和間接調(diào)頻兩大類。因為變?nèi)荻O管是電壓控制器件，所需調(diào)制信號的功率很小 。 集成壓控振蕩器 MC1648 外接電路減到很少，使用非常方便。輸出為正弦波的 LC 振蕩器 用變?nèi)荻O管實現(xiàn)回路調(diào)頻， 直接用控制電壓實現(xiàn)控制。其主要目的是減小高頻振蕩電壓對變?nèi)荻O管總電容的影響。對高頻振蕩電壓來說，每一個變?nèi)荻O管只有原來高頻振蕩電壓的一半，這樣就能減小高頻振蕩電壓對變?nèi)荻O管總電容的影響。 與此 同時提高了振蕩器的頻率穩(wěn)定度。 高頻課程設(shè)計指導(dǎo)書 10 圖 52 VCO 原理電路 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻的特點為最大 頻偏大，能夠達到幾 MHz，為解決調(diào)制頻偏過大的問題，因此使用變二極管部分接入的方式完成，以達到調(diào)制信號變化 1V 時對應(yīng)的頻偏為75KHz， 與此 同時提高了振蕩器的頻率穩(wěn)定度。 在要求的相對頻偏較小，而所需要的 m 也就較小，因此，這時即使 γ 不等于 2，二次諧波失真和中心頻率偏移也不大。由此可見，在相對頻偏較小的情況下，對變?nèi)荻O管 γ 值的要求并不嚴格。 R3 為隔 離電阻，一般選取比較大，可以減弱因調(diào)整 RP2對振蕩回路 Q 值的影響，本設(shè)計選取 51K。 頻率 調(diào)制電路 VCO 產(chǎn)生的振蕩頻率范圍和變?nèi)荻O管的壓容特性有關(guān)， CVD 的大小受所加偏置電壓Ur 控制，偏置電壓與容量關(guān)系曲線，如圖 54 所示。 高頻功率放大器的設(shè)計 甲類功率放大器工作在線性狀態(tài)，故信號的放大處于線性放大狀態(tài)，波形沒有失真，小信號放大效果較好，而且調(diào)試比較簡單。題目要求效率 ≥40%，采用甲類功率放大器 能達到設(shè)計的要求，所以 本設(shè)計 采用此方案 電路如圖 55 所示。由公式 20L LN? 得 線圈的結(jié)構(gòu)系數(shù) L0 010 201LL N? 結(jié)構(gòu)系數(shù) L0 與 線圈的結(jié)構(gòu)尺寸、磁芯的有效導(dǎo)磁率 i? 有關(guān)。 圖 56 環(huán)形電感 高頻課程設(shè)計指導(dǎo)書 13 6 調(diào)頻 接收機電路設(shè)計 低噪聲前置放大器 的設(shè)計 n 級級聯(lián) 網(wǎng)絡(luò) 的總噪聲系數(shù)為 2311 1 2 1 2 ( 1 )1 1 1F F F nFFP H P H P H P H P H P H nN N NNN A A A A A A?? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? 由此式可知，多級 網(wǎng)絡(luò) 總的噪聲系數(shù)主要取決于前面兩級，而和后面各級的噪聲系數(shù)幾乎沒有關(guān)系。通常，要求第一級的 NF1要小而 APH1 要大。 MAX2650 用于從直流至 900MHz， 它有一個平坦的增益響應(yīng) 。 MAX2650 的低噪聲 系 數(shù) （ 噪聲 系 數(shù) ） 和高驅(qū)動能 力 （輸入、輸出阻抗 50Ω）， 使它非常適合用于各種傳輸接收 、 緩沖應(yīng)用 。 典型的應(yīng)用 ， 唯一需要的外部元件 就 是輸入輸出隔離電容 。 但是該芯片對電源的紋波要求較高，紋波要盡可能的小，否則較大的電源紋波引入就能將衰減后的 uV 級小信號湮沒，所以在電源供電上采用了 LC 濾波。 該前置放大能將信號 放大 7 倍左右（約 17dB），噪聲影響降低，達到了小信號低噪放大的目的。 圖 61 MAX2650 低噪聲放大器 高頻課程設(shè)計指導(dǎo)書 14 輸入輸出 耦合 電容的選取 輸入輸出耦合電容 1C 、 2C 的取值 53 00 53 00 19 3 20 0( ) 27 .5Bloc kC pF pFf M H z? ? ? ? 選頻網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計 在 MAX2650 的輸出端加上 27MHz LC 諧振匹配網(wǎng)絡(luò)，將輸出阻抗 50Ω匹配到后級混頻器輸入阻抗 31KΩ，這樣輸出既可以 減小信號反射，同時也可以將噪聲被大部分濾掉，提升了系統(tǒng)的信噪比，另也提升了鏡像頻率抑制比，降低鏡頻干擾。接入系數(shù)為 334Cp CC? ? ，取 p= 解得 3 4C pF? ， 4 100C pF? 。 由 諧振頻率為 03434112 2f L C C CLCC? ?????得電感量 L 為 2 6 2 1 211 8 . 7( 2 ) ( 2 2 7 1 0 ) 4 1 0CLHfC ??? ??? ? ?? ? ? ? 雙調(diào)諧回路諧振 高頻 放大器 的設(shè)計 為了抑制混頻干擾，需要進一步提高輸入信號的選擇性。由此可知，單調(diào)諧回路是不能達到矩形系數(shù)小于等于 3的技術(shù)指標。 雙 調(diào)諧回路諧振 放大器具有在通頻帶內(nèi) 平坦 ， 通頻帶較 寬和 可調(diào)節(jié)性較 好的優(yōu)點。 雙調(diào)諧回路的矩形系數(shù)為=，在混頻器后以及 中頻放大器 輸出后 各 加一個雙調(diào)諧回路，可以有效改善電路的帶寬和矩形系數(shù)。 圖 62 雙調(diào)諧回路諧振放大器 靜態(tài)工作點選取 為了提高放大器的穩(wěn)定性，通常靜態(tài)工作點選取的比較低，本設(shè)計選取 mA? ，2 2 .5e E Q ER R U I K? ? ? ?， 77?? 。 高頻電路中的耦合電容及濾波電容一般選取體積較小的瓷片電容。 耦合諧振回路的設(shè)計 在實際應(yīng)用中，初、次級回路都調(diào)諧到同一中心頻率 0f 。 耦合回路的 耦合系數(shù) 1 1 1 2( ) ( )M M MMMMC C Ck C