基于锁相技术的调频通信系统设计_

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1、基于锁相技术的调制解调器电路设计1、总体设计方案众所周知，利用无线电通信系统可以将信息从一个地方传送到另一个地方。一个通信系统的基本组成结构如图1所示，它主要有调制器、发射机、传输媒介、接收机及解调器组成。各功能模块功能说明请参阅有关书籍或手册。信息信息调制器解调器接收机传输媒介发射机图1通信系统组成结构框图1．1设计任务本次实验的主要任务是设计一个基于锁相技术的频率调制器和解调器。其原理方框图如图2（a）和图2（b）所示。调制信号低通滤波器LPF压控振荡器环路滤波器鉴相器分频放大晶体振荡器图2（a）锁相环频率调制器原

2、理方框图30环路滤波器鉴相器分频选频放大器带通滤波器解调输出调频波输入VO放大压控振荡器器图2（b）锁相环频率解调器原理方框图图2（a）为锁相环构成的锁相调频电路系统框图。它主要由晶体振荡器、分频器、鉴相器、环路滤波器、放大器、压控振荡器组成。锁相调频电路能够得到中心频率稳定度很高的调频信号。实现锁相调频的条件是，调制信号的频谱要处于低通滤波器通带外，并且调制指数不能太大。这样，调制信号不能通过环路低通滤波器，因而在环路内不能形成交流负反馈，调制频率对环路无影响。锁相环只对VCO平均中心频率不稳定所引起的分量（处于低通

3、滤波器通带内）起作用，使其中心频率锁定在晶振频率上。锁相调频克服了直接调频中心频率稳定度不高的缺点。这种锁相环路叫载波跟踪型PLL。图2（b）所示为锁相环构成的锁相鉴频电路系统框图。它主要由带通滤波器、选频放大器、分频器、鉴相器、环路滤波器、放大器、压控振荡器组成。当输入为调频波时如果将环路滤波器的带宽设计的足够宽，保证鉴相器的输出电压顺利通过，则VCO就能跟踪输入调频波中反映调制规律变化的瞬时频率，即VCO的输出是一个具有相同调制规律的调频波。这时，环路滤波器输出的控制电压就是所需的调频波解调电压。称为调制跟踪型锁相

4、环。301.2设计基本要求1）掌握基于锁相技术的频率调制器和解调器的工作原理，组成结构。2）采用贴片元件设计一个基于锁相技术的频率调制器和解调器。3）给定频率调制器和解调器电路原理图以及相应的印制线路板图。根据给定的工作频率等设计技术指标对锁相环路中压控振荡、选频放大、带通滤波器、限幅放大器元件参数进行分析与计算。根据调制信号的频率等设计技术指标对环路低通滤波器的元件参数进行分析与计算。3）频率调制器和解调器能实现直联通信。4）记录环路各模块输入输出波形图，已调波频谱分析图等。1.3设计技术指标1.3.1调制技术指标1

5、）：输出幅度:几百mv---2v2）载波频率：30.0MHz～60.0MHz3）频偏：△f≥10KHz4）电源电压：7.5—12V（经稳压后实际加到电路中的Vcc为5V电压）5）负载：50W6）调制信号：可以传1KHz音频信号也可以传数字信号即M3序列信号1.3.2解调技术指标1）灵敏度（12dB信纳比）：≤45dBuV2）失真度：≤10％3）信噪比（S/N）：越高越好4）接收机带宽：≤300KHz5）本振频率：根据调制器的工作频率自定6）电源工作电压：7.5—12V（经稳压后实际加到电路中的Vcc为5V电压）1.3.

6、3扩展部分（从以下任选一项）根据调频通信特点和原理，通信扩展部分在调制信号上做文章。以下列举一些常见的针对调制信号的例子。1）话音通信：根据本系统特点，可实现单工话音通信。2）数字遥控：发射端采用简单的数字键盘实现对指定接收设备的遥控，包括简单或加密的等。3）无线数字串行接口（可实现PC到PC之间的数字通信）。注：扩展部分可以利用科创3A提供的小系统板实现。能验证传输的是什么数字信号或字符信号。本实验不提供涉及扩展部分的器材或元器件。能完成扩展部分最高可加分。302．调制器各部分原理电路分析与设计原则2.1．压控振荡器

7、的分析与设计本次实验，频率调制器和解调器中采用相同的压控振荡电路。我们以调制器中的压控振荡电路为例，对其工作原理进行分。压控振荡电路如图4—1所示。图4--1压控振荡电路30图4--2压控振荡器的交流通路图4—2所示为压控振荡器的交流通路；其振荡类型为改进型电容三端式振荡器，具频率稳定度高，输出波形平稳等优点。采用两个变容二极管背对背串联的好处在于减小加在每个变容二极管上的高频电压，以利提高频率稳定度。图中L2C6并联谐振回路的角频率为ω=1/（√L2C6），谐振在基频上即ω≈ωo，回路相移为0，呈纯阻，两端电压最大。

8、对高次谐波频率具有很强的抑制能力。若忽略L2C6并联谐振回路对振荡回路的影响，则压控振荡器振荡频率主要由L1、C7、C2、C5、C3、C1、C4参数决定，其中C4为可变电容，C1C3为变容二极管静态工作点处的电容，则压控振荡器的中心频率为fo=1/(2Π√[（C3+C1+C4）+C2//C5//C7]*L)反馈系数F≈C5/C2图