调频发射机设计
摘要
本文主要讨论了调频发射机的原理实现方式并设计了电路图，将调频发射机的电路分为了振荡器、缓冲隔离、功率激励、及末级功放几部分，分别讨论它们的原理及其特性。
关键词：调频发射，振荡器，高频功率放大器 Abstract
This paper discusses the FM transmitter means for realizing the principles and design of the circuit diagram, FM transmitters to the oscillator circuit is divided into a buffer isolation, power motivation, and the end-PA several parts, They discussed the principles and characteristics.
Key words ： FM transmitters, oscillators, high-frequency
power amplifier
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第一节 线性调频基本原理 ....................................................................................................... 3 第二节 调频电路组成 ................................................................................................................. 4
2.1振荡电路 ............................................................................................................................. 5
2.1.1 反馈振荡器的组成 ................................................................................................. 5 2.1.2振荡的建立与起振条件 .......................................................................................... 6 2.1.2 振荡的平衡和平衡条件 ......................................................................................... 7 2.1.3振荡平衡的稳定条件 .............................................................................................. 7 2.2变容二极管调频法 ............................................................................................................. 8
2.2.1二极管的电容效应 .................................................................................................. 8 2.2.2变容二极管 ............................................................................................................ 11 2.3 高频功率放大器 .............................................................................................................. 17
2.3.1高频小信号放大器 ................................................................................................ 17 2.3.2 高频功率放大器 ................................................................................................... 20 2.4 技术指标 .......................................................................................................................... 26 致谢 ................................................................................................................................................ 28 参考文献......................................................................................................................................... 28
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引言
频率调制又称调频（FM），它是使高频振荡信号的频率按调制信号的规律变化（瞬时频率变化的大小与调制信号成线性关系），而振幅保持恒定的一种调制方式。本文着重讨论了调频发射的实现电路的各个组成部分及实现电路，使用直接调频法对信号进行调制，末级使用高频功率放大器对信号进行放大，确保信号达到可以发射的足够的功率。
第一节 线性调频基本原理
在现代无线电系统尤其是在通信、遥测、调频广播和电视(伴音)中，调频技术应用非常广泛。下面对其原理进行基本介绍。
假设 g ( t )为归一化的调制信号，则有理想调频波的表达式：
eFM(t)?A0cos[?ct????g(?)d???0]
（1.1）
其中: ?c为载波角频率，??为最大角频偏，?0 为初始相角。设调制信号的角频率为?m，则调频波的调制指数(Modulation Index)为：????/?m。
当调制信号为 f ( t )时，调相波的表达式为：
ePM(t)?A0cos[?ct?mPf(t)??0] （1.2）
t可以看出，调相波和调频波有相似之处。如果 f ( t )满足f(t)??g(?)d?则上式即为调频波。根据调频波和调相波之间存在的关系，可将调制信号先积分后再对载波进行调相即得 FM 信号；将调制信号先微分后再对载波进行调频即得 PM 信号。
理论和实践表明，当调频信号的最大角频偏??和最大调制角频率?m都远小于载频?c时，能够产生近似理想的调频波。我们将??/?c??1和?m/?c??1称 为线性调频(严格地讲，应为准线性调频)的实现条件。根据上述条件，对于宽带调频而言，就要相应提高载波频率。
从理论上讲，调频信号的频谱为无限宽。对于宽带调频信号，由 Bessel函数可知，调频信号的绝大部分能量包含在有限的频谱中。有效带宽通常按照
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n = β+ 1(?为调制指数)计算。根据此原则，FM 信号的有效带宽为：
B?2(?f?fm) （1.3）
其中，?f???/2?为 FM 信号的最大调制频偏；fm??m/2?为调制信号的频率，对于二元 PCM 信号，fm为其码速率的 1/2，在窄带调频(NBFM)时，由于
???1，所以带宽 B 取2fm；对于窄带调相(NBPM)，由于???1，所以带宽取
2?f。以上原则通常称作卡森(Carson)准则。
另外，在调频过程中，调频信号的总功率等于未调载波的功率，所以信号
的总平均功率和峰值功率都不变。但载波和边频之间的功率分配受调频影响。适当选择调制系数β ，可以使 FM 信号的效率接近 100%。这说明，在调频过程中，频率调制使得能量从载波向边带转移。FM 信号的这种性质说明在调频时调制信号只是起到能量分配的作用，本身不提供能量，因而理论上，调制系数β 可以做到任意大。这就是 FM 信号信息传输效率高的原因。同时，在大调制指数下，FM 信号携带更多的边频信息来克服传输信道中的噪声干扰，使得 FM 信号的抗干扰能力比幅度调制(AM)强许多。FM 的缺点是占用较宽频带。
第二节 调频电路组成
调频的方式很多，总起来看，可以分为两大类：直接调频和间接调频法。 早期有使用电抗发调频，现在则主要是使用变容二极管调频法，目前已经发展为利用锁相环调频法并进而成为包含调频锁相环的数字式频率合成器。间接调频法现在在调频发射机上也有许多应用，现在使用调频方法如下图：
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间接调频
直接调频法就是将调制信号直接对载频进行调频的方法。这种方法的优点是可以在宽频带内进行调频，可以进行频偏为几兆赫的调频，因此倍频次数可以很
少。他的缺点是由于使用自激振荡器，以及变容二极管参数的限制， 频率稳定性不好，对振荡器的稳定性要求较高。
2.1振荡电路
调频电路是利用低频信号改变振荡器的频率。在讨论调频电路之前，我们先对振荡器电路做一简单分析。
振荡电路的功能是：在没有外加输入信号的情况下，电路自动将直流电源提供的能量转换为具有一定振幅、一定频率和一定波形的交变信号输出。
2.1.1 反馈振荡器的组成
反馈振荡器的原理如图.1所示，它由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路。放大器通常以某种选频网络（如振荡回路）做负载，是一个调谐放大器。反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。
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