一種寬帶、高線性、低相噪fm調製器的製作方法
2023-10-21 03:15:12
專利名稱：一種寬帶、高線性、低相噪fm調製器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種寬帶、高線性、低相噪FM調製器，應用於用於飛行器上S波段調頻遙測發射機，完成對調製信號的FM調製。
背景技術：
隨著太空飛行器遙測技術的發展，遙測系統對調頻遙測發射機調製碼速率，調製性能， 如調頻線性度，相位噪聲、頻率穩準度等提出較高要求，傳統的調頻遙測發射機所用FM調製器，受調製信號接口頻率響應的限制，調製碼速率最高為2Mbps，已無法滿足遙測系統對傳輸碼速率的要求，且調製器調製性能差，調試困難，難以滿足批量生產要求。
發明內容
本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供一種寬帶、高線性、低相噪 FM調製器，擴展了調製信號頻率響應帶寬，實現了寬帶調頻，調製碼速率由2Mbps擴展到 5Mbps ο本發明的技術解決方案是一種寬帶、高線性、低相噪FM調製器，包括調製輸入電路、頻率溫度補償電路、振蕩電路和放大及濾波電路；調製輸入電路包括電阻R1、電阻R2、電容Cl和電感Li，頻率溫度補償電路包括電阻R3、熱敏電阻R4、電容C2和變容二極體V2 ；振蕩電路包括變容二極體 VI、電容C3、電容C4、電容C5、電容C6、電阻R5、電感L2和振蕩三極體V3 ；放大及濾波電路包括電容C7、電容C8、電容C9、電容C10、電阻R6、電感L3和放大三極體V4 ；電阻Rl和電容Cl並聯形成RC濾波器，所述RC濾波器的一端連接輸入信號，另一端通過電阻R2接地的同時還與電感Ll的一端連接，電感Ll的另一端與電容C2的一端、變容二極體Vl的正極、電感L2的一端、電容C4的一端和振蕩三極體V3的基極連接在一起， 電容C2的另一端通過變容二極體V2接地，同時所述電容C2的另一端還通過熱敏電阻R4 接地，同時所述電容C2的另一端通過電阻R3連接VCC，變容二極體Vl的負極通過電容C3 接地，電感L2的另一端接地，電容C4的另一端通過電阻R5接地，同時電容C4的另一端還與振蕩三極體V3的發射極、電容C6的一端和電容C5的一端連接在一起，電容C5的另一端接地，振蕩三極體V3的集電極和放大三極體V4的集電極均連接VCC，電容C6的另一端與放大三極體V4的基極連接，放大三極體V4的發射極通過並聯後的電阻R6和電容C7接地，電容C8的一端連接VCC，另一端通過電感L3輸出中頻信號IF0，同時電容C8的另一端還通過電容C9接地，ClO連接在電感L3輸出中頻信號IFO的一端和地之間。本發明與現有技術相比的有益效果是(1)本發明採用基於變容二極體的三極體振蕩電路實現直接調頻，實現了 FM調製器的寬帶、高線性、低相噪中頻調製。本發明提高了 FM調製器的調製碼速率、輸出頻率穩定度、線性度及相噪等調製性能。現有調頻發射機所用FM調製器最高傳輸碼速率為2Mbps， 頻率穩準度約士IX 10_4，調頻線性度及相噪指標一般，本發明採用基於變容二極體的直接
3調頻技術實現調頻，通過優化調製信號接口，改善了接口頻率響應特性，合理選取器件工作點，並對振蕩器件和放大器件的供電進行分級濾波實現了寬帶、高線性、低相噪中頻調頻， 調製碼速率提高到5Mbps。另外，為了補償調製器在高低溫環境下頻率的漂移，採用熱敏電阻與變容二極體結合的模式進行溫度補償，有效提高了整機輸出頻率的穩定度，在_45°C +60°C高低溫環境下，本發明輸出頻率穩定度可達士3X10_5。(2)現有FM調製器的調試點包括調製度校準、頻率校準、低溫頻率穩定度調試、高溫頻率穩定度調試、選頻濾波器頻率調試等超過5處，調試難度較大，需經多次反覆調試， 難以滿足批量生產要求。本發明簡化了 FM調製器調試點，僅需對調製度及輸出頻率進行校準，調試難度大大降低，可滿足批量生產需求。
圖1為本發明FM調製器電路示意圖；圖2為本發明FM調製器PCB印製板版圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細描述本發明提供了一種寬帶、高線性、低相噪FM調製器，採用基於變容二極體的直接調頻技術實現寬帶、高線性、低相噪的中頻調製，通過對調製信號接口匹配特性及變容二極體頻率響應特性的分析及優化設計，擴展了調製信號頻率響應帶寬，實現了寬帶調頻，調製碼速率由2Mbps擴展到5Mbps ；採用三極體振蕩電路輸出已調中頻頻率，選取合適工作點， 保證了中頻信號的相位線性度，降低了已調信號帶寬；另外，通過採取有效的電源濾波措施，並對排版布局進行優化設計，對各部分電路進行隔離設計，大大提高了中頻信號輸出的相噪性能及帶內頻譜純度；採用變容二極體與熱敏電阻相結合的溫度補償方式，大大提高了調製器輸出頻率穩定度，頻率穩準度由士 1X10_4提高到士3X10_5;另外，為降低調試難度，壓縮調試點，電路設計中僅保留調製度和頻率校準兩處調試點，同時採用高精度阻容器件，提高了設備性能一致性，降低了設備調試難度，使設備具有批量生產能力。該調製器由調製信號輸入電路、頻率溫度補償電路、振蕩電路、放大電路及濾波電路組成。調製信號輸入電路接收調製接口模塊輸入的調製信號，經過分壓後送振蕩電路，作用於變容二極體，使變容二極體電容隨電壓線性變化，控制振蕩電路輸出頻率線性變化，以完成調頻；振蕩產生 70MHz調頻信號，70MHz中頻信號再經過放大和選頻濾波後輸出。頻率溫度補償電路採用變容二極體與熱敏電阻相結合方案，利用熱敏電阻高低溫阻值的變化控制變容二極體偏壓的變化，使變容二極體電容隨溫度變化，最終使調製器振蕩輸出頻率隨溫度變化，該變化趨勢與未加溫補電路變化趨勢相反，以達到溫度補償目的。在FM調製器的設計中通過優化調製信號接口，改善接口頻率響應特性，合理選取器件工作點，並對振蕩器件和放大器件的供電進行分級濾波實現了寬帶、高線性、低相噪中頻調頻，調製碼速率提高到5Mbps。另外，為了補償發射機在高低溫環境下頻率的漂移，採用熱敏電阻與變容二極體結合的模式進行溫度補償，有效提高了整機輸出頻率的穩定度，使得在_45°C +60°C高低溫環境下，本發明的FM調製器輸出頻率穩定度可達士3X 10_5。如圖1所示，FM調製器由調製信號輸入電路、頻率溫度補償電路、振蕩電路、放大電路及濾波電路組成。調製輸入電路由電阻R1、R2、電容Cl、電感Ll組成，用於調整輸入頻率響應特性，同時調整輸入信號幅度進而調整FM調製度；PCM調製信號經調製輸入電路輸入後進入頻率溫度補償電路，頻率溫度補償電路由電阻R3、熱敏電阻R4、電容C2、變容二極體V2組成，熱敏電阻阻值隨溫度變化而使變容二極體V2偏置電壓隨溫度變化，V2兩端的電容同時隨溫度變化，最終影響振蕩電路等效電容使得振蕩輸出頻率隨溫度變化，達到溫度補償作用；PCM調製信號再經頻率溫度補償電路送振蕩電路，振蕩電路由變容二極體VI、 電容C3、C4、C5、C6、電阻R5、電感L2、振蕩三極體V3組成，PCM調製信號作用於變容二極體 VI，Vl兩端電容變化使得振蕩電路中等效電容發生變化，最終使振蕩輸出頻率隨PCM信號幅值變化，完成中頻調頻；振蕩電路輸出的中頻已調信號送放大及濾波電路，放大及濾波電路由電容C7、C8、C9、C10、電阻R6、電感L3、放大三極體V4組成，完成中頻信號的放大及帶外諧波抑制後輸出。各器件連接關係為電阻Rl和電容Cl並聯形成RC濾波器，所述RC濾波器的一端連接輸入信號，另一端通過電阻R2接地的同時還與電感Ll的一端連接，電感Ll的另一端與電容C2的一端、二極體Vl的正極、電感L2的一端、電容C4的一端和三極體V3的基極連接在一起，電容C2的另一端通過二極體V2接地，同時所述電容C2的另一端還通過熱敏電阻R4接地，同時所述電容C2的另一端通過電阻R3連接VCC，二極體Vl的負極通過電容C3 接地，電感L2的另一端接地，電容C4的另一端通過電阻R5接地，同時電容C4的另一端還與三極體V3的發射極、電容C6的一端和電容C5的一端連接在一起，電容C5的另一端接地， 三極體V3的集電極和三極體V4的集電極均連接VCC，電容C6的另一端與三極體V4的基極連接，三極體V4的發射極通過並聯後的電阻R6和電容C7接地，電容C8的一端連接VCC，另一端通過電感L3連接IF0，同時電容C8的另一端還通過電容C9接地，ClO連接在IFO和地之間。各器件規格為:R15. IkQ ；R2 2. 4kΩ ；R3 :10kΩ ；R4 :5. IkQ ；R5 :1kΩ ；R6 110 Ω ；Cl :20pF ；C2 :51pF ；C3 =IOOOpF ；C4 :47pF ；C5 :18pF ；C6 :8. 2pF ；C7 =IOOOpF ；C8 3pF ；C9 :56pF ；ClO :82pF ；Ll :10uH ；L2 :86nH ；L3 :150nH ；VUV2 型號為2CB13 ；V3、V4 型號為:2SC23670圖2所示為FM調製器PCB版圖設計示例，其外型尺寸為57mmX20mm，由於信號頻率較高，為獲得較高的調製性能，PCB板材採用複合介質基片，排版時使用雙面板，頂層為信號層，底層為地層，印製板底層與安裝金屬殼體緊密接觸，以保證接地良好。所述複合介質基片型號為R04003C，介電常數3. 38，厚度為0. 81mm。本發明未公開技術屬本領域技術人員公知常識。
權利要求
1.一種寬帶、高線性、低相噪FM調製器，其特徵在於包括調製輸入電路、頻率溫度補償電路、振蕩電路和放大及濾波電路；調製輸入電路包括電阻R1、電阻R2、電容Cl和電感Li， 頻率溫度補償電路包括電阻R3、熱敏電阻R4、電容C2和變容二極體V2 ；振蕩電路包括變容二極體VI、電容C3、電容C4、電容C5、電容C6、電阻R5、電感L2和振蕩三極體V3 ；放大及濾波電路包括電容C7、電容C8、電容C9、電容C10、電阻R6、電感L3和放大三極體V4 ；電阻Rl和電容Cl並聯形成RC濾波器，所述RC濾波器的一端連接輸入信號，另一端通過電阻R2接地的同時還與電感Ll的一端連接，電感Ll的另一端與電容C2的一端、變容二極體Vl的正極、電感L2的一端、電容C4的一端和振蕩三極體V3的基極連接在一起，電容 C2的另一端通過變容二極體V2接地，同時所述電容C2的另一端還通過熱敏電阻R4接地， 同時所述電容C2的另一端通過電阻R3連接VCC，變容二極體Vl的負極通過電容C3接地， 電感L2的另一端接地，電容C4的另一端通過電阻R5接地，同時電容C4的另一端還與振蕩三極體V3的發射極、電容C6的一端和電容C5的一端連接在一起，電容C5的另一端接地， 振蕩三極體V3的集電極和放大三極體V4的集電極均連接VCC，電容C6的另一端與放大三極體V4的基極連接，放大三極體V4的發射極通過並聯後的電阻R6和電容C7接地，電容C8 的一端連接VCC，另一端通過電感L3輸出中頻信號I F0，同時電容C8的另一端還通過電容 C9接地，ClO連接在電感L3輸出中頻信號IFO的一端和地之間。
2.根據權利要求1所述的一種寬帶、高線性、低相噪FM調製器，其特徵在於所述變容二極體Vl和變容二極體V2採用型號為2CB13的變容二極體。
全文摘要
本發明提供一種寬帶、高線性、低相噪FM調製器主要用於飛行器上S波段調頻遙測發射機，完成對調製信號的FM調製，輸出中頻已調信號。本發明主要由調製輸入電路、頻率溫度補償電路、振蕩電路和放大及濾波電路組成；調製輸入電路完成接口匹配，接收調製信號，輸入至振蕩電路，通過控制振蕩電路中變容二極體電容量的變化而改變振蕩輸出頻率實現調頻，振蕩輸出的70MHz中頻信號再送放大及濾波電路完成放大和輸出；頻率溫度補償電路提高振蕩輸出頻率的溫度穩定性；本發明調製器提高了S波段調頻遙測發射機的調製碼速率，擴展調製碼率從2Mbps到5Mbps，其輸出頻率具有較高溫度穩定性，且線性度較高，中頻輸出相位噪聲小，調試簡單，可適應批量生產需要。
文檔編號H03C3/09GK102176654SQ20101062215
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月27日 優先權日2010年12月27日
發明者廖小海, 王坤良, 趙剛 申請人:北京遙測技術研究所