無線電接收與發(fā)射設(shè)備

第10 章 無線電接收與發(fā)射設(shè)備,10.1 概述 10.2 無線電接收機(jī),10.2.1 無線電接收機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo),10.2.2 CXA1019芯片構(gòu)成的多波段收音機(jī),10.2.3 CXA1238芯片構(gòu)成的多波段收音機(jī),10.2.4 數(shù)字調(diào)諧收音機(jī),10.3 調(diào)諧發(fā)射機(jī),10.3.1 調(diào)頻發(fā)射機(jī)的性能指標(biāo),10.3.2 FM調(diào)制器,10.3.3 前級功率放大器,10.3.4 末級功率放大器,10.3.5 直流穩(wěn)壓電源,內(nèi) 容 提 要,無線電接收與發(fā)射設(shè)備是高頻電子線路的綜合應(yīng)用，,是現(xiàn)代通信系統(tǒng)、廣播與電視系統(tǒng)、無線安全防范系統(tǒng)、,無線遙控和遙測系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、電子對抗系統(tǒng)、無線電,制導(dǎo)系統(tǒng)等必不可少的設(shè)備本章介紹了以CXA1019芯片和CXA1238芯片構(gòu)成的多,波段收音機(jī)的組成和電路分析同時(shí)介紹了數(shù)字調(diào)諧收音,機(jī)的基本原理和線路分析介紹了調(diào)頻發(fā)射機(jī)的主要技術(shù),指標(biāo)，電路組成和線路分析無線電接收與發(fā)射設(shè)備是高頻電子線路的綜合應(yīng)用，,是現(xiàn)代通信系統(tǒng)、廣播與電視系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、遙控遙測,系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、電子對抗系統(tǒng)、無線電制導(dǎo)系統(tǒng)等必不,可少的核心設(shè)備無線電收發(fā)系統(tǒng)按照調(diào)制方式可分為調(diào)幅（AM）收發(fā),系統(tǒng)、調(diào)頻（FM）收發(fā)系統(tǒng)、調(diào)相（PM）收發(fā)系統(tǒng)以及,它們的組合調(diào)制系統(tǒng)。

實(shí)現(xiàn)上述三種基本調(diào)制方法可采用,模擬調(diào)制，亦可采用數(shù)字調(diào)制方法本章側(cè)重介紹模擬的,調(diào)頻收發(fā)系統(tǒng)10.1 概 述,以調(diào)頻廣播為例，其接收和發(fā)射的典型框圖如圖所示調(diào)頻接收機(jī)原理圖,調(diào)頻發(fā)射機(jī)原理圖,無線電接收機(jī)經(jīng)歷了電子管、晶體管、中小規(guī)模集成,電路和大規(guī)模集成電路四個(gè)階段它們的原理框圖大同小,異這里我們以調(diào)頻廣播接收機(jī)為例進(jìn)行介紹，其原理框,圖,如圖,所示它屬于典型的超外差收音機(jī)，由接收天線、,高頻帶通濾波器、高頻放大器、本地振蕩器、混頻、陶瓷,濾波器、寬帶中頻放大器、鑒頻器（檢波器）、音頻放大,器、AFC電路和揚(yáng)聲器等組成目前已將高放、本振混,頻、中放、鑒頻、AFC、低放和功放全部集成在一塊集,10.2 無線電接收機(jī),成電路內(nèi)例如CXA1019大規(guī)模集成電路20世紀(jì)80年代就,進(jìn)入我國市場，90年代已被推廣使用后來又在CXA1019,的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，CXA1191和CXA1619就是它的改進(jìn),型因其改進(jìn)的部分很小，且靈敏度還不如CXA1019高，,所以我們還是以CXA1019為例深入介紹先介紹一下接收,機(jī)的性能指標(biāo)10.2.1 無線電接收機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo),信噪比,信噪比是指在一定的輸入信號電平下，接收機(jī)的輸出端的信號電壓與噪聲電壓之比。

靈敏度,接收機(jī)的靈敏度是指在規(guī)定的音頻輸出信雜比下，產(chǎn)生標(biāo)稱輸出功率所需要的最小輸入信號電平接收機(jī)抗干擾指標(biāo),雙信號選擇性 雙信號選擇性是指接收機(jī)在有信號存時(shí)，對臨近信道干擾信號的抑制能力它反應(yīng)了接收機(jī)的實(shí)際抗干擾性能，故又稱為有效選擇性中頻抑制 中頻抑制是指為產(chǎn)生相同的音頻輸出電壓或功率，接收機(jī)中頻頻率上的輸入信號電平與調(diào)諧頻率上信號電平之比鏡像抑制 單信號鏡像抑制是指為產(chǎn)生相同的音頻信號輸出電壓或功率，接收機(jī)鏡像頻率上的輸入信號與調(diào)頻頻率上的輸入信號之比俘獲比 俘獲比是指接收機(jī)在接收同頻信號時(shí)，抑制較弱信號選擇較強(qiáng)信號的能力調(diào)幅抑制 調(diào)幅抑制表示調(diào)頻接收機(jī)對輸入信號中調(diào)幅成分的抑制能力整機(jī)電壓諧波失真,整機(jī)電壓頻率特性是指輸出端上的負(fù)載電壓與調(diào)制頻率的關(guān)系去加重,國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為50s中頻頻率,國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)要求為10.7MHz整機(jī)電壓頻率特性,整機(jī)電壓頻率特性是指輸出端上的負(fù)載電壓與調(diào)制頻率的關(guān)系整機(jī)電壓諧波失真,整機(jī)電壓諧波失真是指用一正弦波調(diào)制的信號加到接收機(jī)上時(shí)，接收機(jī)輸出端出現(xiàn)的各次諧波分量的均方根值與總輸出電壓之比最大有用功率,整機(jī)電壓諧波失真為10時(shí)的輸出功率稱為最大有用功率頻率范圍,在保證整機(jī)性能技術(shù)指標(biāo)的前提下，接收機(jī)能接收的頻率范圍。

根據(jù)國際電工委員會(huì)（IEC）推薦的廣播波段接收頻率范圍為：,長波：150400kHz,中波：5351605kHz,短波：2.326.1MHz,米波：41223MHz,分米波：470960MHz,10.2.2 CXA1019芯片構(gòu)成的多波段收音機(jī),CXA1019,的內(nèi)部電路方框圖如圖該電路包括AM/FM收音機(jī)從無線輸入、高放、混頻、本振、中放、檢波、直至音頻功率放大器的全部功能CXA1019內(nèi)設(shè)波段轉(zhuǎn)換開關(guān)電路，所以，只需簡單控,制第15腳的高低電平就可以改變調(diào)頻或調(diào)幅兩種接收狀態(tài)電路內(nèi)還設(shè)有調(diào)幅AGC和調(diào)頻AFC功能CXA1019P(M)電路使用的電源電壓范圍也較寬，從2V,8.5V均可得到穩(wěn)定的點(diǎn)性能它的功耗很小，在3V工作的,情況下，F(xiàn)M波段的靜態(tài)電流為7mA，AM波段為3.5mA，,而輸出功率比較大，在6V電源電壓下，8負(fù)載阻抗，輸出,功率可達(dá)500mWCXA1238S是日本索尼公司在20世紀(jì)80年代后期正式,推出的集調(diào)幅、調(diào)頻、鎖相環(huán)立體聲譯碼等電路為一體的,收音機(jī)集成電路它在電路總體功能上完全替代了原來流,行的TA三片機(jī)電路，即TA7335P、TA7640P、TA7343P與索尼公司的另一塊單片集成電路CXA20029相比較，功能,基本相同，但結(jié)構(gòu)更為簡單，由四面引出48腳扁平封裝改,為30腳雙列直插封裝。

這樣在很大程度上方便了整機(jī)設(shè)計(jì),和工藝制造，外圍元件也相應(yīng)地減少了，,特別是省了成本,較高的76kHz晶體其圖,見下頁CXA1238芯片構(gòu)成的多波段收音機(jī),CXA1238S的內(nèi)部電路方框圖,主要特點(diǎn)：,耗電?。寒?dāng)電源電壓為6V時(shí)，調(diào)幅靜態(tài)電流為85mA;調(diào)頻靜態(tài)電流約為11mA電源電壓適應(yīng)范圍寬：在210V范圍內(nèi)電路均能正常工作具有調(diào)諧指示LED驅(qū)動(dòng)電路具有立體聲指示LED驅(qū)動(dòng)電路具有FM靜噪功能10.2.4 數(shù)字調(diào)諧收音機(jī),數(shù)字調(diào)諧器(DTS)的基本原理,PLL頻率合成數(shù)字調(diào)諧系統(tǒng)主要是由壓控振蕩器(VCO)，相位比較器(PLD)、低通濾波器(LPF)、可編程分頻器、標(biāo)準(zhǔn)晶體基本振蕩器、參考分頻器、中央控制器(CPU)等部分組成，基本方框圖如下PLL頻率合成數(shù)學(xué)調(diào)諧方框圖,壓控振蕩器(VCO)實(shí)際上就是收音機(jī)的本振由于基準(zhǔn),參考頻率f,r,較低（例如FM為25kHz,AM為9kHz），并且每,個(gè)波段有各種不同的信號頻率點(diǎn)，所以VCO的輸出頻率f,out,必須經(jīng)過分頻比可變的可編程分頻器進(jìn)行分頻，其分頻模數(shù),由微處理器(CPU)根據(jù)操作指令控制可編程分頻器輸出的信號頻率f,s,送到相位比較器，與晶,振分頻后得到的參考頻率f,r,進(jìn)行相位比較:當(dāng)f,s,超前f,r,時(shí)，輸,出高電平；當(dāng)f,s,滯后f,r,時(shí)輸出低電平。

輸出的誤差信號經(jīng),LPF積分平滑后，變換成直流控制電壓，改變VCO的振蕩,頻率，再通過預(yù)置分頻和可編程分頻器，使f,s,再一次與f,r,比,較經(jīng)過一段時(shí)間的頻率牽引過程，最后使得f,s,與f,r,同頻且,相位相差很小，此時(shí)環(huán)路處于鎖定狀態(tài)，相位比較器輸出,為高阻態(tài)，本振頻率f,out,十分穩(wěn)定直接分頻方式,主要用在振蕩頻率低，分頻比N較小的調(diào)幅波段，方框圖見圖可編程分頻器的分頻比為1/N本振頻率f,0,與基準(zhǔn)參考頻率f,r,的關(guān)系式為f,0,=Nf,r,1）編程分頻器,直接分頻方式,吞咽脈沖（Pulse Swallow）計(jì)數(shù)方式,調(diào)頻(FM)波段或者TV接收頻段的本振頻率高，不宜采用直接分頻方式，通常用預(yù)置和吞咽計(jì)數(shù)方式以降低主計(jì)數(shù)器的工作頻率及分頻比圖為這種可編程分頻計(jì)數(shù)器的示意圖吞咽脈沖計(jì)數(shù)方式,高頻本振信號先由預(yù)變換器進(jìn)行預(yù)分頻，預(yù)變換器有兩,種分頻模數(shù)：P和P+1它受控于吞咽計(jì)數(shù)器的分頻比切換,信號(PSG)，當(dāng)PSG為高電平時(shí)，分頻比為1/P+1，低電平,時(shí)為1/P吞咽計(jì)數(shù)器的分頻模數(shù)為M,可編程主計(jì)數(shù)器的分,頻模數(shù)為N初始狀態(tài)時(shí)，控制器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換鎖存器將分頻,模數(shù)M和N分別預(yù)置到吞咽計(jì)數(shù)器和主計(jì)數(shù)器，預(yù)置分頻器,置入高分頻模數(shù)P+1。

FM本振信號f,0,經(jīng)1/P+1預(yù)分頻后送,至吞咽計(jì)數(shù)器和主計(jì)數(shù)器同時(shí)計(jì)數(shù)當(dāng)吞咽計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到,M次時(shí)，輸出一個(gè)控制信號，使得預(yù)置分頻器控制端子PSG,轉(zhuǎn)為低電平，分頻模數(shù)隨即變?yōu)镻此時(shí)，吞咽計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，而主計(jì)數(shù)器則繼續(xù)對f,0,/P,計(jì)數(shù)假設(shè)一個(gè)計(jì)數(shù)周期為N，那么，當(dāng)主計(jì)數(shù)器計(jì)完剩,下的N-M次數(shù)時(shí)，便輸出一個(gè)脈沖信號同時(shí)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,電路把分頻模M、N重新置入吞咽計(jì)數(shù)器和主計(jì)數(shù)器，并將,PSG轉(zhuǎn)為高電平，使預(yù)置分頻器切換到P+1從而使計(jì)數(shù),系統(tǒng)又回到初始狀態(tài)，開始進(jìn)行第二個(gè)計(jì)數(shù)周期從,上圖,可以看出這種吞咽計(jì)數(shù)方式的可編程分頻器的關(guān)系式為：,吞咽計(jì)數(shù)方式的可編程分頻器,總分頻比,（2）相位比較器,相位比較器也叫鑒頻器它的作用相當(dāng)于一個(gè)乘法器參考信號,反饋信號,相位比較器輸出,實(shí)際輸出,當(dāng),則,（1）,（1）式為相位比較器的鑒頻特性，它具有正弦形式，如圖所示在捕捉帶的小范圍內(nèi)（1）式可簡化為：u,d0,K,d,(r-s),當(dāng),r,-,s,較小時(shí)，相位比較器等效于相位減法器，具有,線性這時(shí)，比較器輸出電壓的大小表示u,r,(t)和u,s,(t)兩路信,號的相位差，輸出的正負(fù) 極性代表u,r,(t)和u,s,(t)的超前或滯,后的關(guān)系。

相位比較器的鑒頻特性,（3）低通濾波器,實(shí)際應(yīng)用中，通常用有源濾波器來改善比例積分器的濾波特性，使之近似于理想狀態(tài)A為直流放大器的放大倍數(shù)，時(shí)間常數(shù)T,1,=R,1,C,T,2,=R,2,C,DTS中，低通濾波器決定鎖相環(huán)路的頻率階躍相應(yīng)對,于濾波器的時(shí)間常數(shù)的選取，應(yīng)考慮鎖相環(huán)路的捕獲時(shí)間對,整機(jī)信噪比的影響環(huán)路捕獲性能越好，鎖定時(shí)間越短，整,機(jī)的信噪比相應(yīng)變差，這二者是相互矛盾的有源低通濾波器,式中，f,0,為本振頻率；U,D,為變?nèi)荻O管上反向控制電,壓；K,d,為相位比較起的鑒相靈敏度；N為最高本振頻率與,參考頻率的比值，即 ；,n,為環(huán)路無阻尼時(shí)的自然,角頻率；為阻尼系數(shù)(一般取0.5左右)所以，濾波器的時(shí)間常數(shù)T,1,和T,2,應(yīng)兼顧這兩方面的特,性來選取，可以根據(jù)以下公式來計(jì)算,，,式中，Kv為壓控振蕩器VCO的靈敏度，可由下式?jīng)Q定,10.3 調(diào)頻發(fā)射機(jī),發(fā)射機(jī)按調(diào)制方式可分為調(diào)幅(AM)、調(diào)頻(AF)、調(diào)相,(PM)和脈沖調(diào)制四大類，他們又有模擬和數(shù)字之分這,里只討論調(diào)頻發(fā)射機(jī)現(xiàn)以調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)為例介紹它的,組成和工作原理其原理方框圖如圖所示它由調(diào)制器、,前置功放、末級功放（含保護(hù)電路）和直流穩(wěn)壓電源等部,分組成。

FM發(fā)射機(jī)原理方框圖,10.3.1 調(diào)頻發(fā)射機(jī)的性能指標(biāo),發(fā)射頻率f,0,和頻率范圍,所謂發(fā)射頻率f,0,是指載波頻率，頻率范圍是指可以變動(dòng)的范圍發(fā)射功率,發(fā)射功率是指接上負(fù)載后實(shí)際輸出的功率輸出阻抗,對調(diào)頻廣播而言，一般要求輸出阻抗為50；對電視差轉(zhuǎn)而言一般要求75殘波輻射,殘波輻射是指雜波與輸出功率之比音頻輸入阻抗和電平,音頻輸入端要求的阻抗和輸入電平信雜比,信雜比是指已調(diào)波在規(guī)定頻偏的情況下經(jīng)理想解調(diào)后有用信號功率與載波功率之比失真度,失真度是指已調(diào)波在規(guī)定頻偏的情況下經(jīng)理想解調(diào)后單音頻信號的失真度頻率響應(yīng),頻率響應(yīng)是指已調(diào)波在規(guī)定頻偏的情況下經(jīng)理想 解調(diào)后輸出音頻的幅頻響應(yīng)效率,效率是指輸出功率與電源消耗的總功率之比一般用表示10.3.2 FM調(diào)制器,1.中小規(guī)模集成塊構(gòu)成的FM調(diào)制器,由中小規(guī)模集成塊構(gòu)成的FM調(diào)制器原理方框圖,如圖,它由三分組成，即為頻 率合成器；為音頻處器；,為FM波的緩沖放大器頻率合成器的作用是產(chǎn)生一個(gè)振,蕩頻率穩(wěn)定度極高的FM波信號，它是調(diào)制器的核心部件音頻處理器的作用是將各種各樣的音頻信號經(jīng)過處理,后，變成輸出阻抗和電平基本一樣的信號，再將這些信號,加至壓控振蕩器的變?nèi)荻O管上。

射頻緩沖放大器起緩沖、放大、匹配和濾波的作用。