多频道调频发射机的电路设计

1. 引言

1.1 多频道调频发射机的重要意义

随着科技的发展，社会的进步，调频发射机越来越走进人们的生活，主要用于调频无线耳机、电话无线录音转发、遥控、无线报警、监听、数据传输及校园调频广播等。

与调幅广播相比调频广播音质好噪声小，是广播通信中应用很广的调制方式，特别适合校园的立体声广播。 在模拟调频系统中，调频是用电抗调制完成 如采用含变容二极管的振荡电路，通过使调制信号变化引起变容二极管电容的变化，从而改变谐振电路的谐振频率。即使复杂电路也能自动地补偿电源波动和温度变化，但电路仍需周期地更换以防止元件的老化，难以维持本振频率的稳定性。数字技术的迅速发展，为创造全数字的高质量调频成为可能。

社会发展到今天，现代化的通讯工具在我们的生活中显得越来越重要。发射机的功能是用于调制原始信号。通常，数字解调器可在调制解调器中单独配制，也可与数字调制器一起构成发射机。由于热、大气和人为干扰及传输和电路失真的影响，已调信号对调制信号来说，通常增加了失真与附加噪声。对于模拟解调器，我们希望能够使失真和噪声最小，这样输出信号波形就会尽可能地接近原始信号了。数字解调的作用是产生或恢复出与发射机输入同样类型的数字输出，且具有尽可能少的误差和正确的信号速率。因此，模拟与数字信号解调器的性能测量方法是个同的。

1.2 多频道调频发射机现状与发展趋势

随着数字信号处理技术和集成电路技术的迅猛发展, 发射技术领域里也引入了数字技术,意在使发射机高性能化的试验蓬勃展开。现在,继从数字信号生成立体声合成信号之后,运用直接式数字频率合成器DDS(Direct Digital Synthesizer) 已能直接从数字调频器获得调频波。同时,人们正致力于研制高效功率放大器的调频发射机。在立体声调制器及调频器的数字化方面,从数字音频信号的输入到实现频率调制,为达到取样频率的变换和载波频率的稳定,采用了独立同步制(输入数字信号时不同步)。而为了简化电路,则着力开发了降低直接数字合成器工作频率的数字处理技术。采用“有限脉冲响应FIR (Finite Impulse

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Response) 滤波器”的取样频率变换电路,组成非整数比的取样频率变换电路。同时, 引入能降低DDS工作频率的“过取样”等新技术,从而使性能优异,稳定度高且价格低廉的调频器得以实现。另外,在提高调频发射机之功率放大器的效率、降低耗电费用以及发射机的小型化方面也取得了很大的进展。由于使用了宽频带、高增益的金属氧化物半导体场效应管(MOS2FET)和低能耗的循环器,与以往的功率放大器相比,部件效率提高了约15个百分点,从而使发射机的整机效率达到48%以上。

2000年初,欧洲各国正式启动地面数字电视(DVB2T)广播,各主要发射机厂家纷纷推出新一代发射机,如:美国HARRIS 公司的AtlasTM系列数字发射机、日本NEC公司的Versatile ⅡDTU231系列数字发射机、德国R2S公司的NH/ NV7000系列发射机等。随着我国的数字地面广播标准出台,在上述主流数字发射机的基础上选用适用于我国标准的编码器,即可产生适用于我国的数字发射机。因此,了解和掌握当今主流数字发射机的发展动态和相关技术就显得十分重要。新型的数字发射机与目前主流的全固态模拟发射机相比,激励器、功放模块(PA)和功放电源( PS) 等继续采用了冗余结构和模块化设计思路。然而数字发射机的整机结构更紧凑和简化,数字发射机呈现以下技术特点:

·功率放大器(PA)采用了先进的LDMOS 管放大技术； ·发射机的冷却系统采用液冷方式；

·功放模块(PA)的频率范围为宽带470MHz～860MHz,覆盖整个UHF Ⅳ/Ⅴ波段； ·频率灵活,变化方便,能构建N+1运行模式,增加系统整体的可靠性；

·结构紧凑,占地小,单机柜在占地0.8m2(不含冷却系统)左右的情况下,输出的最大平均功率可达3.4kW 左右；

·遥控接口丰富,有标准的并行I/O口,也有RS2232C或RS2485串行口, 还有选用的WEB TCP/IP网络接口等。 数字化调频发射机具有以下优点:

·在数字域进行调制，结果逼近理论值，性能优； ·调制器频响特性平坦、频偏稳定，且可编程；

·采用射频合成器，载波频率设置灵活，整机通用性提高；

主要功能电路集中于FPGA,减小了外界干扰，提高了系统性能:高低温性能

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优异:-35℃—+75℃之间，调制器工作状态无异:设备小型化、低功耗，基本无需调试。调频发射机的数字化体现在零中频调频与本振合成两方面，它具有锁相调频的优点，同时实现了直流调制[3]。数字调频发射机克服了模拟方案的主要缺点，原理简洁、电路简单、指标稳定、一致性好、性能优异，且载频、频偏可编程。 1.3 本论文所要完成的主要工作

本文的题目是多频道调频发射机的电路设计，关于设计的重点主要集是在硬件的电路设计上，因此，我要完成的主要工作是： 1．对于调频、调幅以及它们间的联系的介绍； 2．对于调频发射机中所采用的新技术的介绍；

3．完成调频发射机的结构框图，以及所用到的元器件的选用；

4．对发射机各部分的介绍，比如：调频器、功率放大器等部分的介绍； 5．完成发射机的硬件连接； 6．介绍发射机的性能指标。

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2 多频道调频发射机的组成

2.1 调频的基本知识

高频交流信号，可以用下式来表示 e?Ucos(?t??)，从式中可知，高频交流信号是由三个参数来表示的，即振幅U，角频率ω，和相位角φ。如果三个参数中任何一个，按着调制信号以一定规律而变化，这种过程就叫调制。调制前的高频信号叫载波：调制后的高频信号叫已调波[4]：这祥，我们就可以得到三种调制方式。即当ω和φ一定时，若 U 随调制信号变化，则称为调幅（AM)；当 U 和φ一定时，若ω随调制信号变化，则称为调频（FM)；当U和ω一定时，若φ随调制信号变化，则称为调相（PM）。 2.1.1调频和调幅的区别

人们对调幅比较熟悉，常用调幅的一些概念去推论调频，容易出错。其实它们有很多不同。高频信号的包络，代表着调制信号。

已调波信号愈强，检波出来的信号就愈大，这就是为什么调幅接收机离发射台愈远，接收到声音愈响的缘故。调频波的幅度是不变的，但其波形则是疏密相间，随着调制信号幅度变化而变化，幅度升高，波形变密，幅度下降，波形变疏。波形疏密变化的每秒次数等于调制信号的频率。因而，如果用调频收音机接收调频波的话[5]，不会因为离发射台近声音就响。声音的响度，决定于调频频偏。假如调制信号是一个单音余弦波U1cos?t，?为调制信号的角频率。载波为

e?U0cos(?0t??0)。调幅波可表示为：

e?U0(1?mcos?t)cos(?0t?c)1?cos(?0t??0)?mcos?(?0??)t????2?U0??1mcos?(?0??)t??0???20??