10公里遥控开关.doc

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1、 10公里遥控开关10 km remote control switch摘要 首先扼要的介绍了十一公里遥控开关的设计思路，画出了它们的原理框图，然后分别介绍了各部分的选择及原理电路图，如天线，低频放大器，混频器，高频振荡器，高频功率放大器，鉴频等，介绍了各部分的性能参数，经过方案对比，选出最优方案来使我们的设计更加完美。abstract First, a brief introduction of ten mile of the remote control switch design, draw a diagram of them, and then introduced the vario

2、us parts of the circuit principle and the choice of such an antenna, low-frequency amplifier, mixer, high-frequency oscillator, high-frequency Power amplifier, frequency and so on, introduced the various parts of the performance parameters of the program after a contrast to elect the best program to

3、 enable us to design more perfect.关键词：原理电路图 天线 低频放大器 混频器 高频振荡器 高频功率放大器 鉴频目录1 设计任务51.1 设计题目5 1.2 设计要求52 设计思路53 天线63.1天线的基本知识63.2 发射天线83.3 接收天线94发射电路14 4.1 发射原理图14 4.2 按键15 4.3 编码16 4.4 本机振荡电路18 4.5 调制204.6 高频功率放大电路204.7 发射功率与发射距离的关系245接收电路25 5.1 接收原理电路图25 5.2 选频27 5.3 高频放大器29 5.4 解调30 5.5 滤波31 5.6 低频

4、放大器32 5.7 解码33 5.8 低频功率放大器356 继电器357 小结及设想398 参考文献419 致谢词42引言在科学技术飞速发展的今天，电子科学技术已成为21世纪国际社会和世界经济发展的新的强大推动力。 无线电因其传送距离远和受障碍物影响小而得到广泛的应用，它不仅可以传送控制信号，而且可以用来传送数据，不仅用于电路的遥控，而且也可以用于监测、报警等场合，在生产、生活，安全防护中有着十分广泛的前景。 超远程无线编码遥控发射、接收模块，以其超小的体积，独特的电路结构深受用户欢迎。该系列模块具有发射功率大，接收灵敏度高，选择性好，抗干扰能力强，工作稳定，传送距离远等特点。目前被广泛用于工

5、业遥控、遥测、家居安防、数据传输等领域，是无线传送装置中必不可少的关键部件。高频率的无线电信号传输过程中有一个特点：在空旷地的传输非常远，然而在实际的工作环境中，由于房屋或者树木的遮挡，使无线电信号衰减非常严重，造成遥控不够可靠。通过提高发射功率，能有效地克服这种现象，而且这类设备工作的时间非常短暂，只要能将信号成功地发送即可，所以一般不会对无线电的环境造成严重污染。1设计任务1.1 设计题目：10公里遥控开关控制10公里以内的物体,按一下遥控开关,遥控发射天线把高频电流转换为电磁波发出,接受者接收后发出信号,遥控接收天线接收从空间传来的电滋波并转换为高频电流。1.2 设计要求 1发射电路发出

6、的信号要能达到10公里 2高频振荡的频率：300MHZ 3遥控对象：继电器2 设计思路 无线10公里远程遥控开关需要有发射和接收部分，其组成框图如下：发射部分：接收部分： 3 天线3.1天线的基本知识1)天线工作原理及作用： 天线作为无线通信不可缺少的一部分，其基本功能是辐射和接收无线电波。发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时，把电滋波转换为高频电流。2)天线的种类： 按用途可分为基地台天线（base station antenna）和移动台天线（mobile portable antennas）按工作频段可划分为超长波、长波、中波、短波、超短波和微波； 按其方向可划分为全向和定向天线；3)

7、天线的选择： 天线作为通信系统的重要组成部分，其性能的好坏直接影响通信系统的指标，用户在选择天线时必须首先注重其性能。具体说有两个方面，第一选择天线类型；第二选择天线的电气性能。选择天线类型的意义是：所选天线的方向图是否符合系统设计中电波覆盖的要求；选择天线电气性能的要求是：选择天线的频率带宽、增益、额定功率等电气指标是否符合系统设计要求。4)天线的增益： 增益是天线的主要指标之一，它是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或接收电波大小的表现。增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求，简单地说，在同等条件下，增益越高，电波传播的距离越远，一般基地台天线采用高增益天线，移动台天线采用低增益天

8、线。5)电压驻波比：天线输入阻抗和馈线的特性阻抗不一致时，产生的反射波和入射波在馈线上叠加形成的磁波，其相邻电压的最大值和最小值之比是电压驻波比，它是检验馈线传输效率的依据，电压驻波比小于1.5，在工作频点的电压驻波比小于1.2，电压驻波比过大，将缩短通信距离，而且反射功率将返回发射机功放部分，容易烧坏功放管，影响通信系统正常工作。电压驻波比 1.0 1.1 1.2 1.5 2.0 3.0反射功率% 0 0.2 0.8 4.0 11.1 25.0传输功率% 100 99.8 99.2 96 88.9 75.06)天线的方向性：天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。衡量

9、天线方向性通常使用方向图，在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线，有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。全向天线由于其无方向性，所以多用在点对多点通信的中心台。定向天线由于具有最大辐射或接收方向，因此能量集中，增益相对全向天线要高，适合于远距离点对点通信，同时由于具有方向性，抗干扰能力比较强。7)天线的工作频带宽度：天线的电参数一般都于工作频率有关，保证电参数指标容许的频率变化范围，即是天线的工作频带宽度。一般全向天线的工作带宽能达到工作频率范围的3-5%，定向天线的工作带宽能达到工作频率的5-10%。8)电缆及电缆长度的选取：移动通信系统常使用特性阻抗为50欧的同轴电缆作为馈线

10、。为了有效地把电波传输到天线接口，应尽量减小馈线的传输损耗。传输损耗取决于电缆的直径和长度，同一频率下电缆直径越大，损耗越小，电缆越长损耗越大，原则上，要求电缆的传输损耗不宜超过3分贝。下表列出常用电缆的衰减值（db/m），用户可根据自已情况，合理选择电缆型号及长度。频率型号 150MHz 400MHz 900MHzSYV-50-7 0.121 0.203 0.295CTC-50-7 0.060 0.100 0.165CTC-50-9 0.050 0.085 0.135CTC-50-12 0.040 0.060 0.105 进口10D-FB 0.040 0.070 0.1109)天线安装地点的

11、选取：由于地形和环境的影响，天线接收到的电磁波是直射波、反射波及散射波的叠加，其结果决定了接收点处的场强幅度和相位，并直接影响天线的应用效果。因此，选择天线架设位置应注意以下几个方面：1、天线的发射或接收方向应避开障碍物（楼房、铁塔、桥梁等）；2、天线架设地点应尽量远离干扰源（高压线、航线、铁塔、公路等）；3、天线应尽量架设在附近的制高点：4、应避免天线间的相互干扰，出现干扰时，天线增益下降， 如有几付天线同在一个铁塔上工作，应特别注意它们之间的左右和上下的间距，以防相互耦合影响系统性能，天线间必需保持一定的距离，一般对于VHF波段天线，立杆间平行距离不得小于5米；同一方向上的立杆前后距离不得

12、小于15米；一般不采用前后架设天线，同一立杆两层天线间距离距不应小于/2。10)天线安装高度的选取：天线距离地面或屋顶的距离不应小于一个波长，还应考虑波在传输过程中不仅有反射，还应考虑空气媒介质的不均匀性产生折射现象，应调整水平位置和高度，以保证发射和接收都能达到最好的效果。天馈系统的安装：首先将天线、馈线和配套零部件按产品说明的要求组装好，然后在天线的支撑位置，用卡具固定于塔杆的天线支架上，并使天线与塔杆的平行间距大于使用波长，减少塔杆对天线性能的影响。在天线端口处，将馈电线用连接器（或称电缆头）与天线接好，弯一个直径约五十倍于馈电线直径的圆环固定于天线支架上，避免连接器部位直接受力而断线或

13、损坏。3.2 发射天线采用双层十字天线的发射单元: 这是比较实用的一款发射单元，实测服务半径比单层的发射单元大了一倍以上，有效覆盖半径不小于视距公里，公里半径内信号很强，适合较大的村庄使用。 采用单层十字天线的发射单元制作很简单，只要两个功率倍增模块的输出正常，分别连接两个折合振子就是了，至于馈至两个折合振子的信号相位，并不十分重要，顶多不过造成场形不规整，并无大碍。但是双层的十字天线则非如此简单，馈至同一走向的上下两个折合振子的信号相位必须相同，否则天线的场图主瓣不在水平方向，将会上仰或下俯，能量射向天上或射向地下都会造成极大的浪费，而水平方向的信号强度则会下降，这将是造成制作失败的最主要的

14、原因之一。在波长较大的频段，只要保证信号传输的途径相同，便可保证到达馈电点的信号相位相同。在频率较高时，波长较小，电缆的长度误差，电缆质量的均匀度，模块和各器件的分布参数等等，都会影响信号的传输速度，造成信号到达两个折合振子馈电点时的相位不同。根据我们生产中的经验，在频段，只要严格保证向两个折合振子馈电的通道完全一致，尤其是电缆的长度一致便没有问题。在频段，单靠控制传输电缆的机械长度保证一致已经作用不大了，需要调整电缆的长度来保证相位的一致性。在生产中我们摸索了一套测试、调整的方法，简单有效，将在“采用四层十字天线的发射单元”章节详细介绍，因为在频段要保证馈至四个点的信号相位完全相同是很有一些

15、难度的，所以制作中成败的关键是测试和调整，随便接上去很难获取好的使用效果，但是也有碰巧相位一致的，这就是在论坛上电子制作爱好者们交流系列发射单元制作经验时反映不一的主要原因，有的做出来效果很好，有的做出来效果不好。通常，频率越高，单靠电缆长度来保证相位的效果越差。在频道以上，业余条件下制作的难度会随着频率的升高而更大,其安装图如下。 3.3 接收天线 八木天线又叫引向天线。它有几根金属棒组成，其中一根是辐射器，辐射器后面一根较长的为反射器，前面数根较短的是引向器。辐射器通常用折迭式半波振子。天线最大辐射方向与引向器的指向相同。八木天线的优点是结构简单、轻便坚固、馈电方便；缺点频带窄、抗干扰性差

16、。在超短波通信和雷达中应用。八木天线是一款应用十分广泛的经典定向天线，全称八木/宇田天线，英文名为YAGI，由上世纪二十年代日本电机工程学教授八木秀次，在与他的学生宇田新太郎研究短波束时发明的。 相对于基本的半波对称振子或折合振子天线，八木天线增益高、方向性强、抗干扰、作用距离远，并且构造简单、材料易得、价格低廉、挡风面小、轻巧牢固、架设方便。通常八木天线由一个激励振子（也称主振子）、一个反射振子（又称反射器）和若干个引向振子（又称引向器）组成。相比之下反射器最长，位于紧邻主振子的一侧，引向器都较短，并悉数位于主振子的另一侧，全部振子加起来的数目即为天线的单元数，譬如一副五单元的八木天线就包括

17、一个主振子、一个反射器和三个引向器，结构如图1所示。主振子直接与馈电系统相连，属于有源振子，反射器和引向器都属于无源振子，所有振子均处于同一个平面内，并按照一定间距平行固定在一根横贯各振子中心的金属横梁上。 原理简述： FM接收八木天线定向工作的原理，可依据电磁学理论进行详尽的数学推导，但是比较繁琐复杂，普通读者也不易理解，这里只做定性的简单分析：我们知道，与天线电气指标密切相关的是波长，长度略长于/4整数倍的导线呈电感性，长度略短于/4整数倍的导线呈电容性。由于主振子L采用长约/2的半波对称振子或半波折合振子，在中心频点工作时处于谐振状态，阻抗呈现为纯电阻，而反射器A比主振子略长，呈现感性，

18、假设两者间距a为/4，接收信号时从天线前方某点过来的电磁波将先到达主振子，并产生感应电动势1和感应电流I1，再经/4的距离后电磁波方到达反射器，产生感应电动势2和感应电流I2，因空间上相差/4的路程，故2比1滞后90，又因反射器呈感性I2比2滞后90，所以I2比1滞后180，反射器感应电流I2产生辐射到达主振子形成的磁场H2又比I2滞后90，根据电磁感应定律H2在主振子上产生的感应电动势1比H2滞后90，也就是1比1滞后360，即反射器在主振子产生的感应电动势1与电磁信号源直接产生的感应电动势1是同相的，天线输出电压为两者之和。天线几何尺寸的考虑： 对于设计制作一副接收天线，我们总希望它能够有

19、较高的效率和增益，足够的带宽，以及较强的信号选择和抗干扰能力，同时与馈线阻抗尽量匹配，竭力降低驻波比和减小信号损耗。然而天线的各项几何参数对其电气性能都有影响，并且往往彼此矛盾、相互牵制，设计调整时不能顾此失彼，要结合实际的用途综合考虑，分清主次，必要时还得牺牲一些次要的性能指标。 由于八木天线的增益与轴向长度(从反射器到最末引向器的距离)、单元数目、振子长度及间距密切相关，轴向越长，单元数实际也就是引向器越多，方向越尖锐，增益越高，作用距离越远，但超过四个引向器后，改善效果就不太明显了，而体积、重量、制作成本则大幅增加，对材料强度要求也更严格，同时导致工作频带更窄。一般情况下采用612单元就

20、足够了，天线增益可达1015dB，对于高增益的要求，可采用天线阵的办法加以解决。引向器的长度通常为(0.410.46)，单元数愈多，引向器的最佳长度也就愈短，如果要求工作频段较宽，引向器的长度也应取得短些。引向器的间距一般取(0.150.4)，大于0.4后天线增益将迅速下降，但第一引向器B和主振子的间距应略小于其它间距，例如取b0.1时，增益将会有所提高。 一般来说，反射器A的长度及与主振子的间距对天线增益影响不大，而对前后辐射比和输入阻抗却有较大的影响，反射器长度通常为(0.50.55)，与主振子的间距为(0.150.23)。反射器较长或间距较小可有效地抑制后向辐射，但输入阻抗较低，难于和馈

21、线良好匹配，因而要采取折衷措施。对某些前后辐射比要求较高的使用场合，可以在与天线平面垂直方向上上下安装两个反射器，或者干脆采用反射网的形式。有时为了着重改善天线带宽的低频端特性，还会在主振子的后面不同距离处排列两个长度不等的反射器，其中较短的要离主振子近些。若想改善天线的高频端特性，可适当调短引向器的长度。多元八木天线中引向器的长度和间距可以相等也可不等，从而分成均匀结构和不均匀结构两种形式，不均匀结构的引向器，离主振子越远长度越短，间隔越大，使得工作频带向高频端方向拓展，调整起来相对灵活机动。天线增益越高，带宽也会越窄，有时为展宽频带，还可采用两个激励振子，称为双激，或者直接选用复合式引向天

22、线。考虑到八木天线的各项电气指标在频带低端比较稳定，而高端变化较快，所以最初设计时频率通常要稍高于中心频率。另外振子所用金属管材越粗，其特性阻抗越低，天线带宽也就越大，振子直径通常为(1/1001/150)，当然实际选择时还要考虑天线的整体机械特性。振子的粗细还会影响振子的实用最佳长度，这是因为电波在金属中行进的速度与真空中不尽相同，实际制作长度都要在理论值上减去一个缩短系数，而导线越粗缩短系数越大，振子长度越小，对阻抗特性也造成一定影响。输入阻抗： 输入阻抗是天线的一个重要特性指标，它主要由有源振子固有的自阻抗及与其邻近的几个无源振子间的互阻抗来决定的。远处的引向器，由于和主振子耦合较弱，互

23、阻抗可忽略不计。通常主振子有半波对称振子和半波折合振子两种形式，单独谐振状态下，输入阻抗都为纯电阻，半波对称振子的Zin=73.1，标称75，半波折合振子的Zin=292.4，标称300，是半波对称振子的四倍。而加了引向器、反射器无源振子后，由于相互之间的电磁耦合，阻抗关系变得比较复杂，输入阻抗显著降低，并且八木天线各单元间距越小阻抗也越低。为了增大输入阻抗，提高天线效率，故主振子多选用半波折合振子的形式，这样也能同时增加天线的带宽。只要适当选择折合振子的长度，两导体的直径比及其间距，并结合调整反射器及附近几个引向振子的尺寸，就可以使输入阻抗变换到等于或接近馈线特性阻抗的数值。 尤其值得一提的

24、是，虽然大多数无线电通信机天线端口及采用的同轴电缆特性阻抗都设计成50，而广播电视接收和传输同轴电缆特性阻抗为75，但是对于任一天线，人们总可以通过阻抗调试，在要求频率范围内，使天馈线良好匹配，获得满意的驻波比。所以实用中并不十分注意八木天线输入阻抗的具体数值，而主要以馈线上的驻波比为依据进行尺寸选择或试验调整。如果选用同轴电缆馈电，为保证天线的对称性及与馈线的阻抗匹配，就必须在馈线和天线接口处加入“平衡一不平衡”转换器，例如半波U型环式匹配器、变压器式匹配器等，否则高频信号在传输中衰减严重。因半波U型环式匹配器只需一段/2的同轴电缆，结构简单，应用广泛，具体接线方法如图2所示。 天线的调整：

25、 由于引向器阵列对增益、后向辐射、输入阻抗等都有影响，故实验调整是八木天线投入使用前必不可少的一个步骤。调试时注意一定要把天线架起来，离开地面高度两、三米以上，以免影响天线的阻抗和仰角。架设八木天线时，振子所在的天线平面既可以和大地平行又可以垂直，只要和发射端的天线保持相同的极化方式就行，平行则接收水平极化波，垂直则接收垂直极化波，因有足够的隔离度，还可以共杆架设两副相互垂直的引向天线，使用起来十分方便。为避免相位关系更加复杂化，降低调整难度，通常折合振子平面要与横梁垂直。因为各振子长度都约为半个波长，振子中点恰好位于电波感应信号电压的零点，所以振子的中点能用金属螺栓和铝质横梁直接固定，不必绝

26、缘，这样还能方便地泄放感应静电。若主振子采用半波对称振子，与馈线相接的地方必须和横梁保持良好绝缘，若采用半波折合振子，中点仍与横梁相通。金属横梁与端射方向上的电场极化方向垂直，因此对天线辐射场不会产生显著的影响。另外需要注意的是，由于天线一般架设在楼顶、阳台等室外环境，受风吹日晒雨淋后接口容易氧化生锈，影响信号的传输和天线的匹配，使接收效果变差，需用防水胶带提前处理，同时还应注意防雷。 4发射电路4.1发射原理电路图这是一个带地址编码的四键微型超远程遥控发射机，电路原理如图1所示当按下开关时，VT2基极为低电平，三极管VT2饱和导通，PT2262的18脚接入高电平，芯片开始工作，由17脚串行输

27、出由高低两种电平组成的低频信号，当输出为低电平时，三极管VT1截止，当输出为高电平时，三极管VT1导通，利用三极管的导通和截止的特性，从而把低频信号加载到高频信号上，从而实现了调制，输出后，经高频功率放大以及其输出匹配网络，然后从天线发射出去。 无线电发射器：它是由一个能产生等幅振荡的高频载频振荡器,和一个产生低频调制信号的低频振荡器组成。4.2按键技术参数：按钮级数SPST-NO-DB环境温度-25度+85度操作力度3N/360G安装尺寸直径：12.5机械寿命1,000,000次额定值1A 250V 2A 125V电气寿命100,000次材料PBT接触反弹1MS安装方式套管装配4.3 编码其

28、他电器遥控采用编码的目的是为了让电路的低频信号从芯片的17脚串行输出低频信号，也为了实现一对一的电路遥控，完善电路的功能，主要利用了PT2262,编码解码芯片PT2262/PT2272芯片原理简介： PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。 编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成

29、一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成PT2262特点： CMOS工艺制造，低

30、功耗 外部元器件少 RC振荡电阻 工作电压范围宽：2.6-15v 数据最多可达6位 地址码最多可达531441种 应用范围： 车辆防盗系统 家庭防盗系统 遥 控 玩 具 引 脚 图： 管脚说明：名称 管脚说 明 A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),D0-D57-8、10-13数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉 Vcc18电源正端（）Vss9电源负端（）TE14编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端； Dout17编码输出端

31、（正常时为低电平） PT2262的内部结构图4.4本机振荡电路在没有加激励的情况下，凡是能够自动产生一定波形信号的装置或电路，称为振荡或振荡电路。振荡器和放大器都是能量转换装置，它们都是把直流电源的能量转换为交流能量输出。振荡器性能比较振荡器名称振荡波形适用频率频率调节范围其他变压器反馈式一般 几千赫到几十兆赫可在较宽范围内调节频率易起振，结构简单电感三点式差 同上同上易起振，输出振幅大电容三点式好几兆赫到一百兆赫只能在小范围内调节频率经常采用改进型电容三点式振荡器石英晶体好几百千赫到一百兆赫适用于固定频率用在精密仪器设备中改进型电容三点式好几兆赫到几百兆赫克拉波电路：适用于固定频率西勒电路：

32、调节频率较宽常用在要求过高的高频振荡场合石英晶体振荡器：一般LC振荡器的频率稳定度只能达到10-3到10-4数量级，且电感三点式对高次谐波的阻抗大，故LC回路中的高次谐波反馈强，因而输出电压中的谐波成分多，输出波形差。改进型电容三点式振荡器的频率稳定度也只有10-4到10-5数量级。然后在许多场合，往往要求频率稳定度优于10-5数量级,这时就必须采用石英晶体振荡器，它是用石英谐振器作为振荡器回路元件的具有高稳定度(可达10-5到10-11数量级)的振荡器。 石英谐振器作为振荡器回路中的电感元件，它能使振荡器的频率稳定度大大提高，其原因在于：（1） 石英晶体的物理化学性能十分稳定，外界因素对其性

33、能影响很小。（2） 石英谐振器的Q值（Qq）极高，可达10的5次方，远大于一般LC回路的Q值，其稳频作用极强。（3） 石英谐振器在fqfp的相当的频率范围内，其感抗从零变到无穷大，因此它相当于特殊电感，极其陡峭的电抗特性使晶体对频率变化的自动调整灵敏度极高，稳频作用就极强，这也是它总工作在感性区、作为电感元件使用的原因。实际上，由于晶体被当作电感元件使用，则其工作频率被限制在fqfp范围内，外界因数对振荡频率的变化很小，频率稳定度就很高。（4） 石英谐振器的接入系数极小，使振荡器中振荡回路与管子之间的耦合非常弱，于是外电路中不稳定因数对回路的影响将大大减小，其频率稳定度就很高。经比较，我们选择

34、了改进型电容三点式，如图3所示，基极和集电极之间用频率为315MHZ的晶振来代替电感，使电路的频率更加稳定。4.5调 制把要传送的信号“装载”到高频振荡信号上的过程，称为调制。它可以分为三种：调幅，调频，调相。在电路的设计中，我们采用了键控方式来发射信号，采用了调幅方式来使低频信号发射出去。如上电路图图3所示，由于按下按键时，PT2262工作，从它的17脚串行输出高低两种电平的低频信号，当信号为高电平时，三极管VT1饱和导通，当信号为低电平时，三极管截止，利用了三极管的导通和截止的特性，从集电极输出一个以低频信号为包络线的调制信号，如下图所示：4.6高频功率放大电路高频功率放大器的定义： 高频

35、功率放大器用于放大高频信号并获得足够大的输出功率，常称为射频功率放大器。高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内 的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。高频功率放大器分类： 根据相对工作频带的宽度不同可分为宽带型和窄带型两大类一般工作环境： 窄带型高频功放采用具有选频功能的谐振网络作为负载，所以又称为谐振功率放大器，谐振功放工作于丙类或乙类状态下可提高效率。放大等幅信号（例如：载波信号调频信号）的谐振功放一般工作于丙类状态，而放大高频

36、调幅信号的谐振功放一般工作于乙类状态，以减小失真。高频放大器的选择： 根据调制信号采用调幅方式综合以上分析可以选择丙类谐振功率放大器。丙类谐振放大器电路：直流馈电电路直流馈电电路是指把直流电源送到晶体管各极电路，包括集电极馈电电路和基极馈电电路.馈电电路友爱包括串馈和并馈。1)集电极馈电电路串馈：是指直流电源、匹配网络和功率管三者串联的馈电方式。并馈：是指直流电源、匹配网络和功率管三者并联的馈电方式。根据分析串馈电路的谐振回路处于直流高电位可变电容的动片不能直接接地；并馈电路的谐振回路处于直流地电位，可变电容的动片可以直接接地，在电路板安装比串馈方便，但并馈电路的LC和CC1处于高频高电位，它

37、们的分布电容影响回路的调谐，所以为了保护调谐回路采用串馈。2)基极馈电电路 基极馈电电路保证三极管正向偏置，所以采用基极自偏压电路。3)匹配网络：输入和输出匹配网络在谐振功率放大器中的连接情况如下图：无论是输入匹配网络还是输出匹配网络，它们都具有传输有用信号的作用，故又称为耦合电路。对于输出匹配网络，要求它具有滤波和阻抗变换（匹配）功能，即滤除各次谐波分量，使负载上只有基波电压，将外接负载RL（或ZL）变换为谐振功放所要求的负载电R（其中R常取最佳负载ROPT），以保证放大器输出所需的功率。因此，匹配网络也称为滤波匹配网络。4)输入网络：要求它把放大器的输入阻抗变换为前级信号源所需的负载阻抗，

38、使电路能从前级信号源获得尽可能大的激励功率。5)谐振功率放大器的调谐和调整：当谐振功放的电路装配完成后，还必须对它进行调谐和调整。调谐是使匹配网络或回路谐振于输入信号频率，而调整则是使放大器的负载电阻等于所要求的数值。下面我们以图10所示的小功率发射机的末级电路为例，说明如何进行谐振功放的调谐与调整的。 （1）调谐 利用高频毫伏表测量负载回路两端的电压，当这个电压最大时回路谐振。但是，由于毫伏表输入电容的影响，用这个方法判断是否谐振是不正确的。 由于谐振时回路的纯电阻阻抗最大，而失谐时回路的阻抗迅速减小，因此根据谐振功放的负载特性，负载回路谐振时ic的直流Ic0最小。于是，调节负载回路电容CK

39、，当电表指示的ICO值最小时，回路处于谐振状态，即利用测量ICO的大小来判断回路是否谐振。 值得注意的是，当负载回路失谐时。由于ICO增大使支流电源供给的功率PV增大，而输出功率PO却减小，因此管耗PT迅速增大，这对管子的安全工作是很不利的，为了保证管子安全工作，一方面在调谐时要避免回路严重失谐，另一方面应减小PV。为此，在调谐前可采取下述措施： 小互感M1，使基极激励信号的振幅UBM减小；直流电源电压VCC降至额定值的1/21/3；3.减小互感M2，以减弱天线回路的影响，或断开天线回路。减弱天线回路的影响可提高负载回路的Q值，使谐振曲线更尖锐，以便调节CK时容易做到调谐准却，在完成负载回路调

40、谐后，在对天线回路进行调谐。调节CA，当ICO和天线电流IA（利用高热偶表测量）最大时，天线回路谐振。这是因为天线回路为串联谐振回路，谐振时IA最大，谐振电阻最小，则放大器负载电阻R减小，故ICO最大。（2）调整 当完成上述两个回路的调谐后，就可进行谐振功放的调整。先把VCC调回额定值，在调节M2，使放大器的负载电阻等于所要求的数值，或工作在预定状态。最后，在调节M1，以保证放大器输出规定的功率。 必须指出，在高频或非线性状态下的高频功放以及其他的功能部件，其设计和调整调试是困难和复杂的。随着电子技术的发展，已经出现了一些集成高频功率放大器件（也称射频功率模块），它是一个采用混合电路技术的薄膜

41、混合电路。选用合适的模块，可大大简化射频系统的设计和调整调试。射频功率模块的输出功率一般在几瓦到几十瓦之间，例如MHW系列和M57704系列。HMW系列由35级放大器组成，工作频段由（6888）MHz到（890915）MHz,输入和输出阻抗均为50欧，功率增益为（3341.4）DB，效率为（3240）%，其中的某些型号是为了便携式射频应用而设计的，可用于移动通信系统中的功率放大。M57704系列是一种厚膜混合集成电路，工作频段为（335512）MHz,输入和输出阻抗均为50欧，功率增益为18.1DB，效率为（3540）%，可用于频率调制移动通信系统。由于经调幅输出的功率P=U2/R122/47

42、*103=3mw,要使传输距离达到1KM，经查资料得输出功率约为500mw，所以需加功放将其放大约200倍，电路中我们采用C4C15，VT3，L2L7，Lb,R5,R6组成高频功率放大电路及其匹配网络，工作频率为300MHZ， 外接负载即天线的阻抗为50，基极采用自偏压电路，R5产生的负偏压经高频扼流圈Lb加到基极，C7为其滤波电容；集电极采用串馈电路，高频扼流圈L7，C9C11，R6组成电源滤波电路，此外，C4，C5，C6，L2组成T型输入匹配网络，调节C5，C4可使他们的谐振频率等于输入信号的频率（即工作频率）把放大器的输入阻抗在工作频率上变换为前级信号所要求的50匹配电阻，L3L6，C8

43、，C12C15组成三级型输出匹配网络，调节C12，使它们的谐振频率等于工作频率，并把50的外接负载在工作频率上变换为放大器所要求的负载电阻R，从而使功率放大达到最好的效果。4.7 发射功率与发射距离的关系1）P与R的关系在接收灵敏度一定的情况下，无线电发射功率P和接收半径R之间关系是功率P=R2(次方)R5(次方)，在天线增益及高度等其它条件不变时：发射功率增加一倍，传输距离增加根号2倍。因此,在发射功率不受限制的情况下,为能较好地解决延长通信距离的问题,一个办法就是采取中继跳转的方式,来实现加倍延长通信距离。也就是以增加中继装置的代价，无需将发射功率提高4倍以上，就可以实现加倍延长两点之间的

44、通信距离。甚至可用采用中继多跳，来实现更长距离的通信。在通信装置的供电受到限制的情况下，如果中继装置的成本比较低廉，而且允许有一定的通信中继时延，这种办法不失为比较好的解决办法。这种解决办法不仅突破供电的限制而实现长距离通信，而且由于从两端的终端到每一个中继装置，其发射功率的总和会远远小于不用中继的方式，其发射的电磁波对周围环境的影响可以减少许多倍。2）无线通信距离的计算 这里给出自由空间传播时的无线通信距离的计算方法：所谓自由空间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播,它是理想传播条件。电波在自由空间传播时,其能量既不会被障碍物所吸收,也不会产生反射或散射。通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。Lfs(dB)=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz)式中Lfs为传输损耗，d为传输距离，f为频率由上式可见，自由空间中电波传播损耗（亦称衰减）只与工作频率f和传播距离d有关，当f或d增大一倍时,Lfs将分别增加6dB.下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗