調頻通信系統測試與設計綜合課程設計報告(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 3 電容耦合雙調諧回路相位鑒頻器實際電路原理圖如圖34所示。圖34 分立元件相位鑒頻電原理圖J1為相位鑒頻器調制波的輸入端，C1提供合適的容性負載；BG1和BG2接成共集—共基電路，以提高輸入阻抗和展寬頻帶，R1和R2提供公用偏置電壓，C3用以改善輸出波形。BG2集電極負載以及之后的電路在原理分析中都已闡明，這里不再重復。 測試項目與方法 相位鑒頻器的調整掃頻輸出探頭接TP1，掃頻輸出衰減30db，Y輸入用開路探頭接TP3，Y衰減10（20db），Y增幅最大，使用內頻標觀察和調整10MHz鑒頻S曲線，可調器件為L4061，T4011，C5，C8，C9五個元件。其主要作用為：T401C8 調中心10MHz至X軸線。 L406C5 調上下波形對稱。 C9 調中心10MHz附近的的線性。 鑒頻特性的測試 使載波發生器模塊輸出載波CW，頻率10MHz，接入輸入端TP1，用直流電壓表測量輸出端TP3對地電壓（若不為零，可略微調T4011和C8，使其為零），~11MHz范圍內，測得相應的直流輸出電壓，并填入表31中。 相位鑒頻器的解調功能測量 使高頻信號發生器輸出FM調頻信號， VPP，頻率為10MHz，頻偏最大，并接入電路輸入端J1，在輸出端TP3測量解調信號的波形、頻率和幅度（允許略微調節T4011）。 測試結果及分析 1．鑒頻特性的測試表31f(MHz)1011V0(mV)02．相位鑒頻器的解調功能測量 使高頻信號發生器輸出FM調頻信號， VPP，頻率為10MHz，頻偏最大，并接入電路輸入端J1，在輸出端TP3測量解調信號：波形： 正弦 波 頻率：1 KHz 幅度： VPP（允許略微調節T4011）。繪制fVO曲線，并按最小誤差畫出鑒頻特性的直線（用虛線表示）。圖35 fVO曲線圖4 乘積型相位鑒頻實驗（FMDEM2） 電路工作原理 相位鑒頻的原理1．鑒頻原理 鑒頻是調頻的逆過程，廣泛采用的鑒頻電路是相位鑒頻器。鑒頻原理是：先將調頻波經過一個線性移相網絡變換成調頻調相波，然后再與原調頻波一起加到一個相位檢波器進行鑒頻。因此，實現鑒頻的核心部件是相位檢波器。 相位檢波又分為疊加型相位檢波和乘積型相位檢波，利用模擬乘法器的相乘原理可實現乘積型相位檢波，其基本原理是：在乘法器的一個輸入端輸入調頻波，設其表達式為式中， 為調頻系數， 或 ，其中 為調制信號產生的頻偏。另一輸入端輸入經線性移相網絡移相后的調頻調相波，設其表達式為 式中，為移相網絡的移相角，這時乘法器的輸出式中，第一項為高頻分量，可以被濾波器濾掉。第二項是所需要的頻率分量，只要線性移相網絡的相頻特性在調頻波的頻率變化范圍內是線性的，當時。因此鑒頻器的輸出電壓的變化規律與調頻波瞬時頻率的變化規律相同，從而實現了相位鑒頻。所以相位鑒頻器的線性鑒頻范圍受到移相網絡相頻特性的線性范圍的限制。2．鑒頻特性相位鑒頻器的輸出電壓與調頻波瞬時頻率f的關系稱為鑒頻特性，其特性曲線（或稱S曲線）如圖41所示。鑒頻器的主要性能指標是鑒頻靈敏度Sd和線性鑒頻范圍。Sd定義為鑒頻器輸入調頻波單位頻率變化所引起的輸出電壓的變化量，通常用鑒頻特性曲線在中心頻率f0處的斜率來表示，即。定義為鑒頻器不失真解調調頻波所允許的最大頻率線性變化范圍，可在鑒頻特性曲線上求出。圖41 相位鑒頻特性 MC1496乘積型相位鑒頻器用MC1496構成的乘積型相位鑒頻器實驗電路如圖42所示。圖42 乘積型相位鑒頻器實驗電原理圖 其中C2與并聯諧振CT601共同組成線性移相網絡，將調頻波的瞬時頻率的變化轉變成瞬時相位的變化。分析表明，該網絡的傳輸函數的相頻特性的表達式為 當時，上式可近似表示為或式中，為回路的諧振頻率，與調頻波的中心頻率相等；為回路的品質因數；為瞬時頻率偏移。相移與頻偏的特性曲線如圖43所示。由圖可見，當時，相位等于 ，在范圍內，相位隨頻偏呈線性變化，從而實現線性移相。MC1496的作用是將調頻波與調頻調相波相乘，其輸出端接集成運放構成的差分放大器，將雙端輸出變成單端輸出，再經R0C0濾波網絡輸出。圖42所示鑒頻電路的鑒頻操作過程如下：首先測量鑒頻器的靜態工作點，再調諧并聯諧振回路，使其諧振頻率；再從端輸入，=40mV的載波（不接相移網絡，），調節平衡電位器RP使載波抑制最佳（VO=0）；然后接入移相網絡，輸入調頻波，其中心頻率，=40mV。調制信號的頻率，最大頻偏=75kHz調節諧振回路電容C2及電阻R1（改變回路品質因數）使輸出端獲得的低頻調制信號的波形失真最小，幅度最大。圖43 移相網絡的相頻特性 測試項目與方法 靜態工作點的測量（見實驗二）。 鑒頻特性曲線（S曲線）的測量方法 測量鑒頻特性曲線的常用方法有逐點描述法和掃頻測量法。 逐點描述法的操作是：用高頻信號發生器作為鑒頻器的輸入（見圖42），頻率，幅度=150mV；鑒頻器的輸出端接數字萬用表（置于“直流電壓”檔），測量輸出電壓值（調諧并聯諧振回路，使其諧振）；改變高頻信號發生器的輸出頻率（維持幅度不變），記下對應的輸出電壓值，并填入表41中；最后根據表中測量值描繪。掃頻測量法的操作是：將掃頻儀的輸出信號作為鑒頻器的輸入，掃頻儀的開路探頭電纜接到鑒頻器的輸出端，先調節BT3G的中心頻率使（調諧并聯諧振回路）；然后調節BT3G的“頻率偏移”、“輸出衰減”和“Y軸增益”等旋鈕，使掃頻儀上直接顯示出鑒頻特性曲線，利用“頻標”可繪出S曲線。調節諧振回路電容C4及電感T601，平衡電位器RW1可改變S曲線的斜率和對稱性。 測試結果及分析1．靜態工作點的測量引腳 ⑧ ⑩ ① ④ ⑥ ② ③ ⑤ ⑦ 電壓/V 0 2．鑒頻特性曲線（S曲線）的測量方法表41f(MHz)10..3V0(mV)7607407006606205505304804404003605 高頻大系統綜合實驗（發送部分） 實驗基本原理本實驗系統組成原理框圖如圖51所示。圖51是10MHz調頻、調幅無線電發射電臺聯機試驗示意圖。信號流程如圖52所示。圖51 10MHz調頻、調幅無線電發射電臺聯機試驗示意圖圖52 10MHz調頻、調幅無線電發射機方框圖如上圖所示，調頻是利用變容二極管直接調頻的，調幅是利用集成乘法器間接調幅的。注意不能同時開啟兩個10MHz載波發生電路，否則會產生同頻干涉。本單元實驗要完成的是對整個發送系統的聯網，以對整個發送系統有一個完整的認識。 測試項目本實驗系統提供的是一個簡單的原理性電路，同樣需要說明的是控制各級信號的頻率，輸出電平和調制度是至關重要的，本實驗系統的最終效果是與接收系統的聯試來體現的。實驗聯調步驟采用由后及前的逐級調試方法。1．高頻功率放大與發射單元的調整高頻功率放大與發射單元的調整與第五單元的實驗步驟一基本相同，在觀察聯調效果方面所不同的是用整個接收系統來驗證發射效果（用發射天線無線發送，用接收天線無線接收，調頻、調幅功率發送都需要驗證。）2．變容二極管調頻器單元的調整變容二極管調頻器單元的調整與與第四單元的實驗步驟一基本相同，即首先不送音頻調制波。調整L402使載波頻率為10MHz(精度為104f)然后送入音頻信號，適當控制音頻輸入幅度。即控制調頻調制度。聯結本單元的J2和功率發送單元的J1，從而完成調頻信號發送與接收的大系統聯試。3．幅度調制單元的調整幅度調制單元的調整與第三單元的實驗步驟一基本相同，聯結本單元的J3和功率發送單元的J1，從而完成調幅信號發送與接收的大系統聯試。 測試結果及分析1．高頻功率放大與發射單元的調整圖53 TP3輸出波形圖54 TP5輸出波形2．變容二極管調頻器單元的調整圖55 TP5輸出波形圖56 調整L402,輸出波形3．幅度調制單元的調整圖57 幅度調制輸出6 高頻大系統綜合實驗（接收部分） 實驗基本原理圖61是10MHz調頻、調幅二次變頻無線接收機聯機試驗示意圖。這是一個標準的超外差接收機，信號流程如圖62所示。圖61 10MHz調頻調幅二次變頻無線接收機聯機試驗示意圖圖62 二次變頻超外差無線接收機方框圖接收天線接收來自無線電發射臺的10MHz調頻或調幅制波，經過一次變頻后，、調幅波（一中頻），再經過二次變頻后，形成455KHz的調頻、調幅波（二中頻），對二中頻信號進行鑒頻或檢波，就能得到與無線電臺完全一致的音頻調制信號。本單元實驗要完成的是對整個接收系統的聯調，以對接收系統有一個完整的認識。 測試項目實驗聯調步驟采用由后及前的逐級調試方法。1．晶體二極管檢波單元的調整短接K1 23，K2 12，K3 23，K4 12，使檢波單元處于正常工作狀態。在TP1（J1）注入455K調幅波，調整T1104和RW1使幅度最大，在TP1104處用示波器觀察1K正弦波。（T1104至最大后要退出一些，以防自激）。2．二次變頻與鑒頻單元的調整聯結本單元的J3和檢波單元的J1，混頻單元的J3和本單元的J1。鑒頻與檢波由K1切換，鑒頻時需調整L1001，使幅度最大。3．集成乘法器混頻單元的調整聯接本振單元的J1和本單元的J1，本振處于晶振狀態，在本單元的TP2(或J2)處注入10MHz調頻或調幅波，調整L803使調幅波輸出最大，觀察1K正弦波的測試點位置與前相同。4．晶體三極管混頻單元的調整用晶體三極管混頻單元代替集成乘法器混頻單元，調整L903使調幅波輸出最大。5．接收與小信號調諧放大單元的調整聯結本單元的J2和集成混頻單元的J2，在本單元的J1處用接收天線無線接收10MHz頻或調幅波，調整L601和C2使調幅波輸出最大，觀察1K正弦波的測試點位置與前相同。注意事項：1．注意各實驗步驟對信號頻率、幅度、調制度的要求。2．當輸出波形有失真時，可減小調制度和微調信號源信號頻率，頻率調整不大于104f。 測試結果及分析1．晶體二極管檢波單元的調整圖63 455K調幅波圖64 TP1104觀察1K正弦波2．二次變頻與鑒頻單元的調整圖65 圖66 J2處正弦波3．集成乘法器混頻單元的調整圖67 晶振輸出波形圖68 一次變頻輸出圖69 二次變頻輸出圖610 J2處正弦波結果分析：，測試結果均與預期相符合。4．晶體三極管混頻單元的調整波形如圖610結果分析：由于晶體三極管混頻與集成乘法器混頻單元所起作用一樣，所以在相同測量點波形一致。7 LC與晶體振蕩（本振）實驗（OSC） 電路工作原理三點式振蕩器基本電路結構如圖71所示。三點式振蕩器包括電感三點式振蕩器（哈脫萊振蕩器）和電容三點式振蕩器（考畢茲振蕩器）。圖71 三點式振蕩器 起振條件1）相位平衡條件：Xce和Xbe必需為同性質的電 抗，Xcb必需為異性質的電抗，如圖71所示，且它們之間滿足下列關系：2）、幅度起振條件： 式中：qm——晶體管的跨導，FU——反饋系數，AU——放大器的增益，qie——晶體管的輸入電導，qoe——晶體管的輸出電導，q39。L——晶體管的等效負載電導。 電容三點式振蕩器1） 電容反饋三點式電路——考畢茲振蕩器，電路組成及交流等效電路如圖72所示。（a） 考畢茲振蕩器 （b） 交流等效電路圖72 考畢茲振蕩器圖72是基本的三點式電路，其缺點是晶體管的輸入電容Ci和輸出電容Co對頻率穩定度的影響較大，且頻率不可調。2） 串聯改進型電容反饋三點式電路——克拉潑振蕩器 電路如圖73所示，其特點是在L支路中串入一個可調的小電容C3，并加大C1和C2的容量，振蕩頻率主要由C3和L決定。C1和C2主要起電容分壓反饋作用，從而大大減小了Ci和Co對頻率穩定度的影響，且使頻率可調。a） 克拉潑振蕩器 （b） 交流等效電路圖73 克拉潑振蕩器 3） 并聯改進型電容反饋三點式電路——西勒振蕩器電路如圖74所示，它是在串聯改進型的基礎上，在L1兩端并聯一個小電容C4，調節C4可改變振