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电子与信息工程毕业论文:VHF射频调制电路的设计.doc

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本 科 毕 业 设 计 VHF射频调制电路的设计 所在学院 专业班级 电子与信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘要 电视发射机是 将 电视 信号按一定频率发射出去的装置 。电视发射机从黑白电视发射机进一步发展到了彩色电视发射机、立体电视发射机、数字式电视 发射机、高清晰度电视发射机等。这也印证了广播电视从模拟电视时代,正进入数字化时代。一方面,人们对广播电视产品的使用和依赖与日俱增,画面的高质量、高清晰度成了人们的追求;另一方面,数字、计算机和网络技术广泛深入地应用于广播电视领域,从而使广播电视技术能够迅速发展。新的技术给科技人员带来了机遇和挑战,下一代的电视业务将是高清晰度电视和立体电视的天下。 本设计制作一个载波频率可以调整的电视发射机信号发射电路,其图像调制信号为 0~ 6MHz,音频载波频率 6.5Mhz,输出端载波频率应 48MHz~ 88MHz,并能正确显 示本机输出的载波频率。高频功率放大器的效率不低于 30;输出端可观测到的单一频率信号的已调制波不失真;发射机在假负载为 75 欧姆时,输出功率应不小于 20mW;可以在不小于 5 米处接收到被调制视频信号。在VHF 和调制基础知识上,深入探索学习滤波器,放大器等知识的应用,结合单片机的控制系统,来实现这些功能及解决相关问题。 关键词 电视发射机信号发射;图像信号;音频载波; VHF II ABSTRACT A television transmitter is a device that transmits TV signals at a certain frequency. Television transmitters develop from black–and-white TV transmitters to color TV transmitters, stereoscopic TV transmitters, and digital TV transmitters, HDTV transmitters. A series of development of TV transmitters indicates that radiated TV is entering into digital era from analog TV era. On the one hand, people increasingly depend on radiated TV products in daily life and pursue pictures’ high-quality and high-definition. On the other hand, digital, computer and network technology are widely applied in the field of radiated TV, so that a rapid development of radiated TV has been made. New technology brings new opportunities and challenges. The next –generation of TV will be a world of HDTV and stereoscopic TV. This design intends to make a signal transmission circuit of a TV transmitter whose carrier frequency can be adjusted. The picture modulation signal is 0-6MHz, audio carrier frequency is 6.5MHz, the carrier frequency of output terminal is 48MHz-88MHz and the output of carrier frequency can be correctly read. The efficiency of high frequency amplifier is up to 30; the observed modulated wave of single frequency’s signal in the output terminal is distortionless; when the dummy load of the transmitter is 75ohm, the delivered should be up to 20mw; the modulated video signal can be received out of a range of 5 meters. Based on the knowledge of VHF and modulation, the thesis will explore the application of filter and amplifier with the control system of SCM to solve related problems. Key words TV transmitter’s signals transmit; image signal; audio carrier; VHF III 目录 中文摘要.............................................................. Ⅰ 英文摘要........................................................... .. Ⅱ 前言................................................................. V 第 1章 绪论 ............................................................ 1 1.1 电视的产生与发展 ........................................................................................... 1 1.2 电视信号波段的分类 ........................................................................................ 1 1.3 模拟电视发射机的特点 ................................................................................... 1 1.4 电视发射机的未来发展趋势 ............................................................................ 1 1.5 我国彩色电视广播标准 .................................................................................... 2 1.6 模拟电视发射机的理想输出频率特性 ............................................................ 2 1.7 电视发射机的系统组成 .................................................................................... 2 第 2章 电视发射机 的分类 ............................................... 3 2.1 模拟电视发射机发射机 .................................................................................... 3 2.2 数字与模拟电视发射机的区别 ........................................................................ 5 2.3 数字与模拟电视发射机的总结 ........................................................................ 7 第 3章 电视发射机的系统设计 ........................................... 8 3.1 设计总框架 ........................................................................................................ 8 3.2 系统组成模块方案 ............................................................................................ 8 3.2.1 共发射极放大电路 ........................................... 8 3.2.2 多级射频放大器的选择 ....................................... 9 3.2.3 混频 ...................................................... 10 3.2.4 频道滤波器 ................................................ 10 3.2.5 衰减器 .................................................... 11 3.2.6 调制 ...................................................... 11 3.2.7 设计总图 ................................................. 12 第 4章 MC145170 的工作原理及电路设计 .................................. 14 4.1 原理与特点 .......................................................................................................14 4.2 芯片 MC145170 管脚功能 ...............................................................................14 IV 4.3 电路设计步骤及参数计算 ...............................................................................17 第 5章 电视信号的基本原理 ............................................ 19 5.1 信号传输的系统途径 .......................................................................................19 5.2 射频电视信号 ...................................................................................................19 5.2.1 负极性调制 ................................................ 19 5.2.2 残留边带发射 .............................................. 19 5.2.3 伴音调频 .................................................. 20 5.3 电视频道的划分 ...............................................................................................20 5.4 射频电视信号 ...................................................................................................21 5.4.1 高频调谐器 ................................................ 21 5.4.2 中放与检波 ................................................ 21 5.4.3 伴音通道 .................................................. 21 5.4.4 同步与扫描电路 ............................................ 21 5.4.5 遥控系统 .................................................. 21 第 6章 开发工具、制作调试过程 ........................................ 23 6.1 电路设计平台 PROTEL 99SE 设计工具简介 ...................................................23 6.1.1 软件 PROTEL 99SE 介绍 ...................................... 23 6.1.2 电路板设计步骤 ............................................ 23 6.1.3 原理图的设计过程 .......................................... 23 6.2 制作调试过程 ..................................................................................................24 6.2.1 PCB 板的制作 .............................................. 24 6.2.2 元器件的焊接 ............................................. 24 6.2.3 电路调试 ................................................. 24 6.2.4 硬件的组装调试 ........................................... 24 结论 .................................................................. 25 致谢 .................................................................. 25 参 考文献 ............................................................ 26 V 前言 随着现代电子技术和无线通讯技术的飞速发展,无线电通信的应用越来越广泛,家用电器产品日益普及。射频前端作为接收机的重要组成部分,主要功能是将接收到的高频信号,转换成中频信号。射频前端电路对整个接收系统的性能有着至关重要的作用,其检测小信号的能力直接决定了接收机的灵敏度;对大信号的适应能力决定着接收机的动态范围;良好的线性度可以减少系统中的互调失真和交调失真。 电视信号的频率范围为 0~ 6MHz,当电视信号需要近距离传输时 ,可 以如声音信号一样通过馈线进行直接传输 ,此时声音信号和视频信号分别用不同的线路进行传输。如激光影碟机和电视机的连接。当电视信号需要远距离传送,或者在一条线路上传输多路电视信号时,我们需要将电视信号(包括音频和视频信号)经过调制成较高频率的信号,称为射频信号( RF),以便可以通过天线发射到空间,或者通过闭路电缆进行传输。广播电视使用的频率范围是 48.5MHz~ 958MHz 之间,每一个频道的带宽是 8MHz,图像信号和伴音信号各自有自己的载频,伴音载频比图像载频高6.5MHz。 整个的广播电视频道划分为两个频段 VHFVery High Frequency 甚高频 48.5MHz~ 223MHz UHFUltra High Frequency 特高频 223MHz~ 958MHz VHF 多数是用作电台及电视台广播,同时又是航空和航海的沟通频道。 VHF 主要是作较短途的传送,和高频 HF不同的是,电离层通常不会反射 VHF 的信号,而且甚高频常常会受环境因素 如 地形 影响其信号。 UHF 和 VHF 是电视上的不同的两个波段还有一个是 V-L 是电视的三个波段,在不同的波段有不同的电视节目,现在只有彩电才有三个波段,黑白的只有 两个,没有 V-L。 随着通信业务量的增加,频谱资源日趋紧张,为了提高系统的容量,信道间隔已由最初的100kHz 减少到 25kHz,并将进一步减少到 12.5kHz,甚至更小,由于 数字通信 具有建网灵活,容易采用数字差错控制技术和数字加密,便于集成化,并能够进入 ISDN 网,所以通信系统都在由模拟 制式 向数字制式 过渡。因此系统中必须采用数字调制技术,然而一般的数字调制技术,如 ASK、PSK 和 FSK 因传输效率低而无法满足移动通信的要求,为此,需要专门研究一些抗干扰性强、误码性能好、频谱利用率高的数字调制技术,尽可能地提高单位频谱内传输数据的比特率,以适用于移动通信窄带数据传输的要求。 在传统功率电子技术中,控制部分相当重要,按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,同时数字信号处理技术日趋完善成熟,越来越多的优点显现出来便于计算 机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰即提高抗干扰能力、方便软件包调试和遥感遥测遥调,也方便自诊断、容错等技术的植入。因此,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,但是模拟技术还是有用的,诸如印制版电路的布图、电磁兼容 ( EMC)问题以及功率因数校正 PFC等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,仍然离不开数字化技术。 将来,随着人们对电视节目质量的要求,数字技术将会大范围的运用在电视技术上。未来的世界是数字的世界,电视技术的发展方向必然是 从发射到接收到显示的全数字化。 1 第 1 章 绪论 1.1 电视的产生与发展 1837 年,美国发明家缈尔 .莫尔斯就发明了世界上第一台电报机,通过线路来发送文字稿和图纸。 1843 年,英国电器工程师亚历山大 .拜恩发明了一台最原始的传真机。他把铁笔附在电磁钟摆上,通过电报线路发出一系列文字。 5 年后,英国人弗里德里克通过一个压印传输的旋转圆筒,对这个原始的传真系统进行了完善。 电视发明历史上第一次质的飞跃在 1856 年,卡塞利发明了早期的传真电报,这是一种能够传递文字和固定图像的电报机。 1880 年发明了图像发射机, 1908 年公布了第一款可用的电子摄影系统。我国在 1958 年正式研制成功广播电视,几十年来,电视技术迅速发展,黑白电视机正在从大城市消失,彩色电视机,立体电视,数字式电视,高清晰度电视正在进入千家万户。 随着人们对电视节目质量的要求,数字技术将会大范围的运用在电视技术上。未来的世界是数字的世界,电视技术的发展方向必然是从发射到接收到显示的全数字化。随着数字家电理念的提出,电视机会与家用电脑以及其他家用电器相结合,组成一个家庭的无线局域网, 使得 家电向智能化方向发展。 1.2 电视信号波段的分类 极低频 ELF Extremely Low Frequency 3-30Hz 超低频 SLF Super Low Frequency 30-300Hz 特低频 ULF Ultra Low Frequency 300-3000Hz 甚低频 VLF Very Low Frequency 3-30KHz 低 频 LF Low Frequency 30-300KHz 中 频 MF Medium Frequency 300-3MHz 高 频 HF High Frequency 3-30MHz 甚高频 VHF Very High Frequency 30-300MHz 特高频 UHF Ultra High Frequency 300-3000MHz 超高频 SHF Super High Frequency 3-30GHz 极高频 EHF Extremely High Frequency 30-300GHz 1.3 模拟电视发射机的特点 图像信号和伴音信号两者同时发射,用 VHF米波 和 UHF分米波 波段发射,图像发射采用调幅,残留边带方式。伴音发射采用调频方式,采用中频调制方式;图像中频 38MHz, 伴音中频;31.5MHz PAL-D/K 制 图像载频和伴音载频频差必须严格保持一定。图像伴音功率比通常为 101中频预校正技术,保证优越的性价比。电视发射机单通道发射机和双通道发射机。当代电视发射机采用全固态单通道方式,全固态功放采用级联功放功率增益大于 40dB,末级功放工作在 AB 类。智能化监控系统,操作简单,维护方便。 1.4 电视发射机的未来发展趋势 向全固态化、数字化、高清化、网络化发展,传输的信号更丰富。进一步提高整机效率,适应恶劣气候条件下全天候播出。向更高水平的智能化发展,实现自动化 播出。 2 1.5 我国彩色电视广播标准 彩色全电视信号特性;频率范围 0~ 6MHz 彩色副载频频率 4.43MHz 组成亮度信号,色度信号,色同步信号和同步信号。 彩色电视广播制式;逐行倒相正交平衡调幅制,即 PAL-D 制。 主要射频特性 1)标称射频带宽( I、 III、 IV、 V 波段); 8MHz 2 伴音载频和图像载频的频距; 6.5MHz± 0.001MHz 3 图像信号调制方式与极性;调幅、负极性 4)伴音调制方式;调频,最大频偏;± 50KHz 预加重时间常数; 50μs 5)图像峰值功率与伴音载频平均 功率比 10 1 1.6 模拟电视发射机的理想输出频率特性 图 1.1 理想输出频率特性 图 1-1中的 Vf 为图像载频; MH zff VA 5.6?? 伴音载频; M Hzff VS 43.4?? 彩色副 载频 1.7 电视发射机的系统组成 电视发射机系统构成由电视激励器、功放单元、无源部件(包括功率分配器,合成器,输出带通滤波器,定向耦合器)、配电及供电电源、智能化监控系统冷却系统。 3 第 2 章 电视发射机的分类 2.1模拟电视发射机发射机 发射机的发展经历了从模拟到数字的转化。模拟电视发射机是将图像视频信号和伴音音频信号调制到规定的射频载波并放大到规定发射功率的无线电发送设备。模拟电视发射机以图像、伴音放大形式来分,可分为双通道和单通道两种。 1.双通道和单通道模拟电视发射机 早先图像、伴音分开放大的发射机被称作双通道电视发射机,是指已调图像载波和已调伴音载波分别经过两个放大器输出,通过双工器合成送到天线。随着高线性、高增益功放器件的开发以及校正技术的不断进步,已调图像、伴音信号合成起来,在一个信号通道进行放大成为可 能,于是出现了现在通称为单通道的电视发射机。单通道电视发射机框图如 图 1 所示,双通道电视发射机框图如 图 2 所示。单、双通道电视发射机均为模块化设计,不同的是单通道在激励器中包含合成器和互调校正器,双通道在激励器外有双工器。互调校正器就是小信号图像和伴音合成的位置,从互调校正器以后,信号合为一路去功率放大器而双通道激励器的输出为图像和伴音射频信号,分别去往图像和伴音功率放大器,最后在双工器中进行合成。单双通道激励器的前半部分基本相同。视频处理器用来稳定及调整输入的视频信号,彩色均衡器用来补偿电视发射机的包络时延 ;伴音中频调制器采用直接调频方式,将输入的音频信号直接调制到 31.5MHz~伴音中频载波上,其电路包括音频处理和中频调制;图像中频调制器是将输入视频信号调制到 38MHz 中频载波上,并通过残留边带滤波器,滤出所需边带信号,供中频校正器使用。图像中频微分增益校正器 DG用来补偿电视发射机功放单元造成的幅度线性失真;中频微分相位校正器 DP用来补偿电视发射机功放单元产生的相位非线性失真。 图 2.1 单 通道电视发射机框图 中频微分增益校正器 中频微分相位校正器 图像处理器 彩色均衡器 中频调制器 合成器 互调校正 小功率放大 功率放大 滤波器 伴音中频调制器 4 2.单通道互调校正模块 互调 校正模块信号流程方框图如 图 3 所示。互调校正模块用于实现图像中频和伴音中频的合成以及校正整机的互调指标,同时兼顾整机的微分增益指标。互调校正电路由图像、伴音合成单元、同步扩张单元、互调校正单元以及中频 AGC 放大单元等 4 个部分组成。同步扩张后的图像中频信号与伴音中频调制器输出的伴音中频信号经过合成后,送到微分增益校正单元,经过放大,分成线性和非线性两条支路。非线性支路再分成两条校正支路,经过非线性放大后,会产生一定的失真,经过合成器合成再与线性支路信号相加后输出。经过微分增益校正单元校正后,信号幅度变化较大,需 要~ qAGC 电路来稳定合成的中频基带信号的幅度。 图 2.3 互调校正信号 流程方框图 3.双通道双工器 双工器的基本功能是将图像及伴音输出的射频信号相加并将其送到发射天线上。目前,使用的双工器多为 3dB 定向耦合器式,其基本构成为一微波无源四端网络,所用器件为同轴元器件及谐振腔体,其原理图如图 4 所示。在图 4 中 W1、 W2为 3d8 定向耦合器 Z1、 Z2 两个腔体的谐振频率为 fV 4. 43MHz 称为 4. 43 腔,目的是滤除图像频率左边 4. 43MHz 处的干扰信号也称为 fv-4. 43 图像处理器 彩色均衡器 中频调制器 中频微分相位校正器 小功率放大 伴音功率放大 图像滤波 伴音中频调制器 激励器 小功率放大 图像功率放大 双工器 电平调节 同步扩张 合成 放大 可变衰减器 可变衰减器 微分增益校正单元 合成器 图像功率放大 伴音功率放大 电平调节 线性放大 非线性放大 非线性放大 AGC放大 中频信号输出 中频微分增益校正器 图 2.2 双通道电视发射机框图
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