智能化2米波段测向信标台设计与制作－调制与功放部分
本文提出了一种通过将输入信号通过基极调幅，激励级，丙类功放电路，来实现发射机高效率输出较大功率的方法。通过调制波对高频载波进行调幅，可以使携带信息的调制信号传输的更远。通过激励级实现前后级的隔离和匹配，使得信号能高效的传输。最后使用带LC回路的丙类功放电路作为末级电路。此方法与传统发射机相比，结构更加简单，但是增加了系统的不稳定，为了验证并完善所提出的方案，使用可商购的器件构建发射机电路。 使用在144MHz-146MHz的高频载波，低频调制波完成基极调幅，然后通过激励级给出足够功率，最终推动功放级工作。在功放级设置LC网络与天线相连接。关键词 基极调幅，激励级，丙类功放，稳定，LC匹配网络
目 录
1 引言 1
2 发射机末端电路结构 1
2.1 发射机末端组成 1
2.2 发射机末端电路结构 2
3 发射机末端电路的基本理论 3
3.1 基极调幅电路 3
3.2 缓冲级 6
3.3 功放级 7
4 电路设计与主要参数计算 8
4.1 放大器的级联 8
4.2 振幅调制 9
4.3 并联谐振回路电感电容数值和通频带的计算 9
4.4 LC回路的插入损耗 10
4.5 三极管与电路方案的选择 11
4.6 阻抗变换 15
4.7 有效连接 16
4.8 耦合电容 17
4.9 发射距离 17
4.10 电压选择 18
5 电路仿真 19
5.1 基极调幅电路仿真 19
6 电路板的制作 20
6.1 高频板制作的注意事项 20
6.2 PCB的绘制 21
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 引言
该2米波发射机末端电路的调制方式选择基极调幅。调幅，是使得载波信号幅值随着调制信号的幅度变化而变化的调制方式。中间电路为激励级，隔离调幅电路和功放电路，并提高信号功率以推动功放级正常工作。尝试改善该频率段内使用基极调幅方式后 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
输出信号的稳定性。调制信号对正弦载波信号调制后由丙类功率放大器放大到足够功率后再经过LC匹配网络选频滤波，通过LC回路连接负载（天线）将信号发射出去。为保证信号稳定和强度，在功放级给到足够功率后输出给天线发射。为了能够提高带宽，使用三级LC匹配网络降阻输出。将前级推动级电路设计为分压式偏置共射极放大电路，推动级将为功放级提供足够的激励。丙类工作状态导通角小于其它两种工作状态，导通电流小故放大器的效率较甲、乙类的高。但是，考虑到丙类功放电流波形失真大，故不能用于低频功率放大而只适用于高频功率放大。由于调谐回路（LC并联谐振回路）具有滤波选频功能，可以滤除非线性器件三极管集电极电流中的谐波成分，回路输出仍然近似于输入的正弦波形（基波），失真小。需要做的是提高功率放大电路的效率和输出功率以及信号稳定性。
2 发射机末端电路结构
2.1 发射机末端组成
2.1.1 发射机末端组成框图
调制电路 → 推动级电路→ 丙类功率放大器→ 天线
在调制电路端，使用监控信号对中心频率是145MHz的高频载波进行调制，调制回路为基极调幅回路。输出的已调信号进入推动级电路，推动级电路设计为分压式偏置共射放大电路。功放电路为接Lc匹配网络的丙类功放，天线为50Ω标称阻值的非定向天线。
2.1.2 小功率调频发射机
下图是在制作过程中参考的小功率调频发射机：
图21 制作过程中参考的发射机电路
第一级为高频振荡级，产生后级调制需要的高频载波（正弦波）。且其频率受到调制波（音频信号）调制。第二级为缓冲级，缓冲级主要的作用是放大前面震荡级产生的调频信号，以提供功放级工作所需功率，同时还能一定程度上隔离前后级电路，从而避免变化的功放级电路影响前级的频率稳定度。第三级为功放级，功放级的目标是高效率输出大功率，以传送到天线发射。
2.2 发射机末端电路结构
图22 设计的基级调幅电路和推动级电路
图23 设计的功放电路
2米波信号发射机末端的电路，由前端产生的150MHz高频载波和单片机产生的低频键控调制信号输入到基极调幅电路中三极管的基极，基极加上负偏压0.6V，使放大器工作在欠压状态。经过调幅后的信号的基波在基极调幅电路的集电极负载处产生较大的压降输出。为确保三极管工作于放大状态，需设置合适的静态工作点。输出后的信号通过耦合电容截取直流通交流，然后通过基极回路进入到共射极放大器的晶体管功率放大，改变上下偏置电阻就能改变Ic，输入合适电压幅值信号，调整直流负载线，从而调制静态工作点，能够输出最大不失真幅度的信号。静态工作点点过低会产生截止失真，静态工作点过高则会导致饱和失真。因此选择Ic的大小为左右，此时三级管有较好的放大作用。通过设置上下偏置电阻的数值从而改变Ic，需要在调试过程中确定基极偏置电阻的数值。将激励级输出的信号输入到功放级进行功率放大以便于连接天线后发射足够远的距离。功放级工作在丙类的状态。丙类是高频功率放大。放大器的工作状态已经由甲类、乙类和丙类发展到 D 类和E 类等开关功率放大器，进一步提高了功放效率。丙类状态是指：三极管的集电极的导通电流时间，小于，从而丙类输出效率是最高的。据计算，丙类输出功率、效率是甲乙丙工作状态中最高的，理论上效率能够达到78.5%。
3 发射机末端电路的基本理论
3.1 基极调幅电路
实际使用中各种非线性器件都可产生调幅波。典型的，晶体管就是非线性器件，只要让晶体管工作在非线性状态，就能够用晶体管就能构成调幅电路。在正常情况下，只需将高频载波和低频调制信号加在谐振功放的晶体管上，利用晶体管发射结来频率变换，并选择集电极负载为LC窄带回路，选频滤波输出调幅波，从而达到调幅的目的。
图31 基级调幅电路
基极调幅电路如上图所示，图中C1和C6是耦合电容，对高频载波，调制输入信号进行隔直通交。R1，R2分别为上偏置电阻，下偏置电阻。采用分压式偏置方式是有利于工作点稳定的。上图中，输入端的C2,射极的C3均为旁路电容，R3为射极负反馈电阻，L3和C4构成并联谐振回路（集电极负载），作集电极负载。
目 录
1 引言 1
2 发射机末端电路结构 1
2.1 发射机末端组成 1
2.2 发射机末端电路结构 2
3 发射机末端电路的基本理论 3
3.1 基极调幅电路 3
3.2 缓冲级 6
3.3 功放级 7
4 电路设计与主要参数计算 8
4.1 放大器的级联 8
4.2 振幅调制 9
4.3 并联谐振回路电感电容数值和通频带的计算 9
4.4 LC回路的插入损耗 10
4.5 三极管与电路方案的选择 11
4.6 阻抗变换 15
4.7 有效连接 16
4.8 耦合电容 17
4.9 发射距离 17
4.10 电压选择 18
5 电路仿真 19
5.1 基极调幅电路仿真 19
6 电路板的制作 20
6.1 高频板制作的注意事项 20
6.2 PCB的绘制 21
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 引言
该2米波发射机末端电路的调制方式选择基极调幅。调幅，是使得载波信号幅值随着调制信号的幅度变化而变化的调制方式。中间电路为激励级，隔离调幅电路和功放电路，并提高信号功率以推动功放级正常工作。尝试改善该频率段内使用基极调幅方式后 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
输出信号的稳定性。调制信号对正弦载波信号调制后由丙类功率放大器放大到足够功率后再经过LC匹配网络选频滤波，通过LC回路连接负载（天线）将信号发射出去。为保证信号稳定和强度，在功放级给到足够功率后输出给天线发射。为了能够提高带宽，使用三级LC匹配网络降阻输出。将前级推动级电路设计为分压式偏置共射极放大电路，推动级将为功放级提供足够的激励。丙类工作状态导通角小于其它两种工作状态，导通电流小故放大器的效率较甲、乙类的高。但是，考虑到丙类功放电流波形失真大，故不能用于低频功率放大而只适用于高频功率放大。由于调谐回路（LC并联谐振回路）具有滤波选频功能，可以滤除非线性器件三极管集电极电流中的谐波成分，回路输出仍然近似于输入的正弦波形（基波），失真小。需要做的是提高功率放大电路的效率和输出功率以及信号稳定性。
2 发射机末端电路结构
2.1 发射机末端组成
2.1.1 发射机末端组成框图
调制电路 → 推动级电路→ 丙类功率放大器→ 天线
在调制电路端，使用监控信号对中心频率是145MHz的高频载波进行调制，调制回路为基极调幅回路。输出的已调信号进入推动级电路，推动级电路设计为分压式偏置共射放大电路。功放电路为接Lc匹配网络的丙类功放，天线为50Ω标称阻值的非定向天线。
2.1.2 小功率调频发射机
下图是在制作过程中参考的小功率调频发射机：
图21 制作过程中参考的发射机电路
第一级为高频振荡级，产生后级调制需要的高频载波（正弦波）。且其频率受到调制波（音频信号）调制。第二级为缓冲级，缓冲级主要的作用是放大前面震荡级产生的调频信号，以提供功放级工作所需功率，同时还能一定程度上隔离前后级电路，从而避免变化的功放级电路影响前级的频率稳定度。第三级为功放级，功放级的目标是高效率输出大功率，以传送到天线发射。
2.2 发射机末端电路结构
图22 设计的基级调幅电路和推动级电路
图23 设计的功放电路
2米波信号发射机末端的电路，由前端产生的150MHz高频载波和单片机产生的低频键控调制信号输入到基极调幅电路中三极管的基极，基极加上负偏压0.6V，使放大器工作在欠压状态。经过调幅后的信号的基波在基极调幅电路的集电极负载处产生较大的压降输出。为确保三极管工作于放大状态，需设置合适的静态工作点。输出后的信号通过耦合电容截取直流通交流，然后通过基极回路进入到共射极放大器的晶体管功率放大，改变上下偏置电阻就能改变Ic，输入合适电压幅值信号，调整直流负载线，从而调制静态工作点，能够输出最大不失真幅度的信号。静态工作点点过低会产生截止失真，静态工作点过高则会导致饱和失真。因此选择Ic的大小为左右，此时三级管有较好的放大作用。通过设置上下偏置电阻的数值从而改变Ic，需要在调试过程中确定基极偏置电阻的数值。将激励级输出的信号输入到功放级进行功率放大以便于连接天线后发射足够远的距离。功放级工作在丙类的状态。丙类是高频功率放大。放大器的工作状态已经由甲类、乙类和丙类发展到 D 类和E 类等开关功率放大器，进一步提高了功放效率。丙类状态是指：三极管的集电极的导通电流时间，小于，从而丙类输出效率是最高的。据计算，丙类输出功率、效率是甲乙丙工作状态中最高的，理论上效率能够达到78.5%。
3 发射机末端电路的基本理论
3.1 基极调幅电路
实际使用中各种非线性器件都可产生调幅波。典型的，晶体管就是非线性器件，只要让晶体管工作在非线性状态，就能够用晶体管就能构成调幅电路。在正常情况下，只需将高频载波和低频调制信号加在谐振功放的晶体管上，利用晶体管发射结来频率变换，并选择集电极负载为LC窄带回路，选频滤波输出调幅波，从而达到调幅的目的。
图31 基级调幅电路
基极调幅电路如上图所示，图中C1和C6是耦合电容，对高频载波，调制输入信号进行隔直通交。R1，R2分别为上偏置电阻，下偏置电阻。采用分压式偏置方式是有利于工作点稳定的。上图中，输入端的C2,射极的C3均为旁路电容，R3为射极负反馈电阻，L3和C4构成并联谐振回路（集电极负载），作集电极负载。
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