CN102176654A

CN102176654A - 一种宽带、高线性、低相噪fm调制器

Info

Publication number: CN102176654A
Application number: CN2010106221527A
Authority: CN
Inventors: 王坤良; 赵刚; 廖小海
Original assignee: Beijing Institute of Telemetry Technology
Current assignee: Beijing Institute of Telemetry Technology
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2030-12-27
Also published as: CN102176654B

Abstract

本发明提供一种宽带、高线性、低相噪FM调制器主要用于飞行器上S波段调频遥测发射机，完成对调制信号的FM调制，输出中频已调信号。本发明主要由调制输入电路、频率温度补偿电路、振荡电路和放大及滤波电路组成；调制输入电路完成接口匹配，接收调制信号，输入至振荡电路，通过控制振荡电路中变容二极管电容量的变化而改变振荡输出频率实现调频，振荡输出的70MHz中频信号再送放大及滤波电路完成放大和输出；频率温度补偿电路提高振荡输出频率的温度稳定性；本发明调制器提高了S波段调频遥测发射机的调制码速率，扩展调制码率从2Mbps到5Mbps，其输出频率具有较高温度稳定性，且线性度较高，中频输出相位噪声小，调试简单，可适应批量生产需要。

Description

一种宽带、高线性、低相噪FM调制器

技术领域

本发明涉及一种宽带、高线性、低相噪FM调制器，应用于用于飞行器上S波段调频遥测发射机，完成对调制信号的FM调制。

背景技术

随着航天器遥测技术的发展，遥测系统对调频遥测发射机调制码速率，调制性能，如调频线性度，相位噪声、频率稳准度等提出较高要求，传统的调频遥测发射机所用FM调制器，受调制信号接口频率响应的限制，调制码速率最高为2Mbps，已无法满足遥测系统对传输码速率的要求，且调制器调制性能差，调试困难，难以满足批量生产要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种宽带、高线性、低相噪FM调制器，扩展了调制信号频率响应带宽，实现了宽带调频，调制码速率由2Mbps扩展到5Mbps。

本发明的技术解决方案是：

一种宽带、高线性、低相噪FM调制器，包括调制输入电路、频率温度补偿电路、振荡电路和放大及滤波电路；调制输入电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1和电感L1，频率温度补偿电路包括电阻R3、热敏电阻R4、电容C2和变容二极管V2；振荡电路包括变容二极管V1、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电阻R5、电感L2和振荡三极管V3；放大及滤波电路包括电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电阻R6、电感L3和放大三极管V4；

电阻R1和电容C1并联形成RC滤波器，所述RC滤波器的一端连接输入信号，另一端通过电阻R2接地的同时还与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与电容C2的一端、变容二极管V1的正极、电感L2的一端、电容C4的一端和振荡三极管V3的基极连接在一起，电容C2的另一端通过变容二极管V2接地，同时所述电容C2的另一端还通过热敏电阻R4接地，同时所述电容C2的另一端通过电阻R3连接VCC，变容二极管V1的负极通过电容C3接地，电感L2的另一端接地，电容C4的另一端通过电阻R5接地，同时电容C4的另一端还与振荡三极管V3的发射极、电容C6的一端和电容C5的一端连接在一起，电容C5的另一端接地，振荡三极管V3的集电极和放大三极管V4的集电极均连接VCC，电容C6的另一端与放大三极管V4的基极连接，放大三极管V4的发射极通过并联后的电阻R6和电容C7接地，电容C8的一端连接VCC，另一端通过电感L3输出中频信号IFO，同时电容C8的另一端还通过电容C9接地，C10连接在电感L3输出中频信号IFO的一端和地之间。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明采用基于变容二极管的三极管振荡电路实现直接调频，实现了FM调制器的宽带、高线性、低相噪中频调制。本发明提高了FM调制器的调制码速率、输出频率稳定度、线性度及相噪等调制性能。现有调频发射机所用FM调制器最高传输码速率为2Mbps，频率稳准度约±1×10^-4，调频线性度及相噪指标一般，本发明采用基于变容二极管的直接调频技术实现调频，通过优化调制信号接口，改善了接口频率响应特性，合理选取器件工作点，并对振荡器件和放大器件的供电进行分级滤波实现了宽带、高线性、低相噪中频调频，调制码速率提高到5Mbps。另外，为了补偿调制器在高低温环境下频率的漂移，采用热敏电阻与变容二极管结合的模式进行温度补偿，有效提高了整机输出频率的稳定度，在-45℃～+60℃高低温环境下，本发明输出频率稳定度可达±3×10^-5。

(2)现有FM调制器的调试点包括调制度校准、频率校准、低温频率稳定度调试、高温频率稳定度调试、选频滤波器频率调试等超过5处，调试难度较大，需经多次反复调试，难以满足批量生产要求。本发明简化了FM调制器调试点，仅需对调制度及输出频率进行校准，调试难度大大降低，可满足批量生产需求。

附图说明

图1为本发明FM调制器电路示意图；

图2为本发明FM调制器PCB印制板版图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

本发明提供了一种宽带、高线性、低相噪FM调制器，采用基于变容二极管的直接调频技术实现宽带、高线性、低相噪的中频调制，通过对调制信号接口匹配特性及变容二极管频率响应特性的分析及优化设计，扩展了调制信号频率响应带宽，实现了宽带调频，调制码速率由2Mbps扩展到5Mbps；采用三极管振荡电路输出已调中频频率，选取合适工作点，保证了中频信号的相位线性度，降低了已调信号带宽；另外，通过采取有效的电源滤波措施，并对排版布局进行优化设计，对各部分电路进行隔离设计，大大提高了中频信号输出的相噪性能及带内频谱纯度；采用变容二极管与热敏电阻相结合的温度补偿方式，大大提高了调制器输出频率稳定度，频率稳准度由±1×10^-4提高到±3×10^-5；另外，为降低调试难度，压缩调试点，电路设计中仅保留调制度和频率校准两处调试点，同时采用高精度阻容器件，提高了设备性能一致性，降低了设备调试难度，使设备具有批量生产能力。该调制器由调制信号输入电路、频率温度补偿电路、振荡电路、放大电路及滤波电路组成。调制信号输入电路接收调制接口模块输入的调制信号，经过分压后送振荡电路，作用于变容二极管，使变容二极管电容随电压线性变化，控制振荡电路输出频率线性变化，以完成调频；振荡产生70MHz调频信号，70MHz中频信号再经过放大和选频滤波后输出。频率温度补偿电路采用变容二极管与热敏电阻相结合方案，利用热敏电阻高低温阻值的变化控制变容二极管偏压的变化，使变容二极管电容随温度变化，最终使调制器振荡输出频率随温度变化，该变化趋势与未加温补电路变化趋势相反，以达到温度补偿目的。

在FM调制器的设计中通过优化调制信号接口，改善接口频率响应特性，合理选取器件工作点，并对振荡器件和放大器件的供电进行分级滤波实现了宽带、高线性、低相噪中频调频，调制码速率提高到5Mbps。另外，为了补偿发射机在高低温环境下频率的漂移，采用热敏电阻与变容二极管结合的模式进行温度补偿，有效提高了整机输出频率的稳定度，使得在-45℃～+60℃高低温环境下，本发明的FM调制器输出频率稳定度可达±3×10^-5。

如图1所示，FM调制器由调制信号输入电路、频率温度补偿电路、振荡电路、放大电路及滤波电路组成。调制输入电路由电阻R1、R2、电容C1、电感L1组成，用于调整输入频率响应特性，同时调整输入信号幅度进而调整FM调制度；PCM调制信号经调制输入电路输入后进入频率温度补偿电路，频率温度补偿电路由电阻R3、热敏电阻R4、电容C2、变容二极管V2组成，热敏电阻阻值随温度变化而使变容二极管V2偏置电压随温度变化，V2两端的电容同时随温度变化，最终影响振荡电路等效电容使得振荡输出频率随温度变化，达到温度补偿作用；PCM调制信号再经频率温度补偿电路送振荡电路，振荡电路由变容二极管V1、电容C3、C4、C5、C6、电阻R5、电感L2、振荡三极管V3组成，PCM调制信号作用于变容二极管V1，V1两端电容变化使得振荡电路中等效电容发生变化，最终使振荡输出频率随PCM信号幅值变化，完成中频调频；振荡电路输出的中频已调信号送放大及滤波电路，放大及滤波电路由电容C7、C8、C9、C10、电阻R6、电感L3、放大三极管V4组成，完成中频信号的放大及带外谐波抑制后输出。

各器件连接关系为：电阻R1和电容C1并联形成RC滤波器，所述RC滤波器的一端连接输入信号，另一端通过电阻R2接地的同时还与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与电容C2的一端、二极管V1的正极、电感L2的一端、电容C4的一端和三极管V3的基极连接在一起，电容C2的另一端通过二极管V2接地，同时所述电容C2的另一端还通过热敏电阻R4接地，同时所述电容C2的另一端通过电阻R3连接VCC，二极管V1的负极通过电容C3接地，电感L2的另一端接地，电容C4的另一端通过电阻R5接地，同时电容C4的另一端还与三极管V3的发射极、电容C6的一端和电容C5的一端连接在一起，电容C5的另一端接地，三极管V3的集电极和三极管V4的集电极均连接VCC，电容C6的另一端与三极管V4的基极连接，三极管V4的发射极通过并联后的电阻R6和电容C7接地，电容C8的一端连接VCC，另一端通过电感L3连接IFO，同时电容C8的另一端还通过电容C9接地，C10连接在IFO和地之间。

各器件规格为：R1：5.1kΩ；R2：2.4kΩ；R3：10kΩ；R4：5.1kΩ；R5：1kΩ；R6：110Ω；C1：20pF；C2：51pF；C3：1000pF；C4：47pF；C5：18pF；C6：8.2pF；C7：1000pF；C8：3pF；C9：56pF；C10：82pF；L1：10uH；L2：86nH；L3：150nH；V1、V2型号为：2CB13；V3、V4型号为：2SC2367。

图2所示为FM调制器PCB版图设计示例，其外型尺寸为57mm×20mm，由于信号频率较高，为获得较高的调制性能，PCB板材采用复合介质基片，排版时使用双面板，顶层为信号层，底层为地层，印制板底层与安装金属壳体紧密接触，以保证接地良好。所述复合介质基片型号为RO4003C，介电常数3.38，厚度为0.81mm。

本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。

Claims

1.一种宽带、高线性、低相噪FM调制器，其特征在于包括调制输入电路、频率温度补偿电路、振荡电路和放大及滤波电路；调制输入电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1和电感L1，频率温度补偿电路包括电阻R3、热敏电阻R4、电容C2和变容二极管V2；振荡电路包括变容二极管V1、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电阻R5、电感L2和振荡三极管V3；放大及滤波电路包括电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电阻R6、电感L3和放大三极管V4；

电阻R1和电容C1并联形成RC滤波器，所述RC滤波器的一端连接输入信号，另一端通过电阻R2接地的同时还与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与电容C2的一端、变容二极管V1的正极、电感L2的一端、电容C4的一端和振荡三极管V3的基极连接在一起，电容C2的另一端通过变容二极管V2接地，同时所述电容C2的另一端还通过热敏电阻R4接地，同时所述电容C2的另一端通过电阻R3连接VCC，变容二极管V1的负极通过电容C3接地，电感L2的另一端接地，电容C4的另一端通过电阻R5接地，同时电容C4的另一端还与振荡三极管V3的发射极、电容C6的一端和电容C5的一端连接在一起，电容C5的另一端接地，振荡三极管V3的集电极和放大三极管V4的集电极均连接VCC，电容C6的另一端与放大三极管V4的基极连接，放大三极管V4的发射极通过并联后的电阻R6和电容C7接地，电容C8的一端连接VCC，另一端通过电感L3输出中频信号I FO，同时电容C8的另一端还通过电容C9接地，C10连接在电感L3输出中频信号IFO的一端和地之间。

2.根据权利要求1所述的一种宽带、高线性、低相噪FM调制器，其特征在于：所述变容二极管V1和变容二极管V2采用型号为2CB13的变容二极管。