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無線電發(fā)送與接收實驗
一、無線電發(fā)送與接收實驗
1、實驗?zāi)康?br />
a.構(gòu)建調(diào)頻、調(diào)幅無線傳輸，建立系統(tǒng)概念；
b.掌握系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的方法，培養(yǎng)解決實際問題的能力。
2、實驗使用儀器
a.高頻實驗箱各種電路實驗板
b.20MH雙蹤示波器
c.萬用表
3、實驗基本原理與電路
a.調(diào)頻無線傳輸系統(tǒng)原理
調(diào)頻系統(tǒng)由于高頻振蕩器輸出的振幅不變，因而具有較強的抗干擾能力與較高的效率。所以在無線通信、廣播電視、遙控遙測等方面獲得廣泛應(yīng)用。本實驗不要求發(fā)射的功率達(dá)到多大，只要能達(dá)到信號發(fā)射、接收的效果。因此，整機電路比較簡單。
4、實驗內(nèi)容
a.調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)構(gòu)建。
b.調(diào)頻接收系統(tǒng)的構(gòu)建。
c.調(diào)頻發(fā)射與調(diào)頻接收系統(tǒng)的統(tǒng)調(diào)。
5、實驗步驟
a.調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)構(gòu)建
(1)按框圖12-1 插好所需模塊并按圖中紅色提示字部分調(diào)整好和模塊的狀態(tài)，用電纜線將各模塊輸入輸出連接好，接通各模塊電源。
(2)將變?nèi)荻O管調(diào)頻實驗電路模塊輻射頻率調(diào)到10.7MHZ，低頻信號源頻率設(shè)置為1KH z 并送入諧振放大器。
(3)用示波器測試各模塊輸入輸出波形，并調(diào)整各模塊可調(diào)元件，使輸出達(dá)最佳狀態(tài)。
b.調(diào)頻接收系統(tǒng)構(gòu)建
(1)按框圖12-2 插好所需模塊，用電纜線將各模塊輸入輸出連接好，接通各模塊電源。
(2)將電容耦合相位鑒頻器實驗?zāi)K中心頻率調(diào)到10.7MHZ，解調(diào)后低頻信號送到實驗箱音頻放大器，調(diào)節(jié)音量控制電位器，使其正常發(fā)音。
(3)用示波器測試各模塊輸入輸出波形，并調(diào)整各模塊可調(diào)元件，使輸出達(dá)最佳狀態(tài)。
6、實驗報告要求
a.畫出方案中各方框輸入輸出波形，并標(biāo)明其頻率。
b.記錄實驗數(shù)據(jù)，并作出分析和寫出實驗心得體會。
二、電視信號FM調(diào)制解調(diào)模塊功能與使用說明
1、概述
電視信號FM調(diào)制解調(diào)模塊是本公司通用高頻實驗箱的配套實驗?zāi)K之一，其功能是實現(xiàn)電視基帶信號的頻率調(diào)制與解調(diào)，以便在無線、光纖等介質(zhì)信道中傳輸。由于采用了脈沖FM調(diào)制，有效信息表現(xiàn)在高頻載波頻率的變化上，而與傳輸后的載波幅度無關(guān)，因此，傳輸中由于各類幅度變化引起的噪聲干擾可以方便的加以消除，實現(xiàn)可再生中繼，大大提高了傳輸質(zhì)量并延長了傳輸距離。以該核心技術(shù)設(shè)計出的工業(yè)產(chǎn)品早已成功應(yīng)用于多個省市電視臺的信號傳輸網(wǎng)路，例如演播中心到發(fā)射臺站的傳輸干線中，并逐漸推廣到各種遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控的應(yīng)用場合，實踐證明達(dá)到了很好的效果。
電路模塊的核心部件是NE568高頻鎖相環(huán)和MC13155寬帶FM限幅正交鑒頻器。前者用于頻率調(diào)制，后者用于鑒頻解調(diào)，這兩種芯片都是用于衛(wèi)星通信的進(jìn)口集成電路。采用NE568代替簡單的變?nèi)荻O管調(diào)頻電路，可使電路的一致性、可靠性和溫度穩(wěn)定性大大提高，系統(tǒng)整體性能明顯躍升，體現(xiàn)了現(xiàn)代高質(zhì)量電子元器件優(yōu)異的技術(shù)性能。學(xué)生在使用“變?nèi)荻O管調(diào)頻電路模塊”通過對低頻話音信號的調(diào)頻過程學(xué)習(xí)了簡單而原始的基本調(diào)頻原理后，再采用“電視信號FM調(diào)制解調(diào)模塊”熟悉和了解現(xiàn)代新型器件在更高的頻率范圍內(nèi)的實際使用技術(shù)，可以更加開闊眼界，貼近FM調(diào)制解調(diào)技術(shù)的實際應(yīng)用，無疑是十分有益和必要的。
2、電路構(gòu)成及工作原理
從視頻輸入插座送入的頻率范圍為0～6.5MHz的視頻基帶信號，首先經(jīng)過UG01緩沖隔離與視頻加重。視頻范圍很寬，其4.43MHz的彩色副載波及其以上的高頻部分在傳輸中受到的衰減要大于低頻部分。如果不采取必要的措施，將會造成接收的信號發(fā)生頻率失真，高頻分量的不足表現(xiàn)在電視畫面中可能使圖像細(xì)節(jié)模糊不清，表現(xiàn)在色彩方面可能使顏色還原失真，嚴(yán)重的甚至使色彩消失。解決這一問題的常用的、簡單易行的方法是在發(fā)端有意識的人為提高信號的高頻分量，經(jīng)傳輸后，再根據(jù)收端接收信號的實際情況，將高頻分量恢復(fù)到正常數(shù)值。提高發(fā)端信號高頻分量的過程稱為“加重”，而收端將高頻分量恢復(fù)到正常數(shù)值的過程稱為“去加重”。
加重處理后的視頻信號經(jīng)幅度調(diào)整到一定數(shù)值后，經(jīng)電容CG04、電阻RG23送到FM調(diào)制芯片NE568的17腳進(jìn)行頻率調(diào)制。NE568的振蕩中心頻率F0必須與接收端相匹配，否則收端無法正確的進(jìn)行鑒頻。在這里，中心頻率F0是由CG14和電位器WG02來確定的，該頻率的微調(diào)可通過電位器WG02實現(xiàn)，出廠時已精確調(diào)整為36MHz。NE568的FM輸出引腳是19和20腳，以差分形式輸出，因此在后續(xù)電路中設(shè)置了差分輸入-單端輸出的高頻放大器，充分利用差分信號使增益比單端輸入的電路提高一倍。信號放大并經(jīng)超高頻三極管TG01處理后達(dá)到3V峰峰值，進(jìn)入鉗位電路，將等幅的FM信號鉗位于0～2V之間，以便進(jìn)行TTL電平到PECL電平的轉(zhuǎn)換。眾所周知，ECL信號的規(guī)范是專門設(shè)計用于傳輸高頻數(shù)字信號的，為降低器件功耗其信號擺幅很小，只有0.8～1.0Vpp，常以差分形式雙線傳輸，但最初的設(shè)計規(guī)范是以負(fù)電平形式工作的，不論數(shù)據(jù)是“1”還是“0”，其實際電平均在負(fù)電壓范圍內(nèi)，使得電源配置和與其他電路接口都比較麻煩。PECL電平的含義是“正極性的ECL電平”，解決了上述問題，目前應(yīng)用十分廣泛。本模塊的TTL-PECL轉(zhuǎn)換是在UG04芯片中完成的，由UG04的3、4兩腳輸出PECL電平的差分信號，發(fā)端電阻RG09～RG12、收端電阻RG30～RG33是雙方的PECL阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，該信號適合與雙絞線、光纖收發(fā)器等高速數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)或設(shè)備接口，可以方便的進(jìn)行遠(yuǎn)距離高速傳輸。（本模塊主要側(cè)重于體現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)技術(shù)，收發(fā)雙方的連接采用了電路板上的一對簡短銅線連接）。
經(jīng)傳輸?shù)腇M信號經(jīng)RG35-CG19和RG36-CG20以差分形式送入收端FM鑒頻芯片MC13155的1腳與16腳，進(jìn)行寬帶FM限幅正交鑒頻。電容Cx、電感LG03構(gòu)成的回路必須精確調(diào)整，使與發(fā)端頻率匹配。經(jīng)鑒頻解調(diào)后恢復(fù)的視頻信號仍采用差分形式，經(jīng)由芯片的4腳與5腳輸出。由于解調(diào)的信號幅度比較小，不足以直接驅(qū)動視頻監(jiān)視設(shè)備，還必需通過UG06A進(jìn)行差分到單端信號的轉(zhuǎn)換和放大，此時的信號含有加重部分的頻率成分，并混有36MHz載波與其上下邊帶的大量高頻成分，需要通過低通網(wǎng)絡(luò)和UG06B芯片進(jìn)一步處理，實現(xiàn)去加重和殘余載波分量的濾除，最后經(jīng)阻抗匹配電阻RG53送到“視頻輸出”插座。
模塊設(shè)置了輸入視頻、視頻加重V+、壓控振蕩器VCO輸出、調(diào)頻信號輸出FM、鉗位偏置信號、解調(diào)輸入、收端載波、FM解調(diào)信號、+/F視放輸出以及最終的+/A去加重后輸出等諸多的測試觀察孔，便于應(yīng)用示波器觀察分析信號路由上各個關(guān)鍵點的波形，全面了解FM信號調(diào)制解調(diào)的整個過程。
電視信號FM調(diào)制解調(diào)模塊的完整電路原理圖見下頁。
3、實驗方法與注意事項
a.信源幅度的調(diào)整：
信源采用小攝像頭的輸出視頻信號，小攝像頭的輸出信號幅度空載時一般為2Vpp左右。（視圖像信號的內(nèi)容會有一些變化）將該信號用75歐姆同軸電纜引入本模塊的“視頻輸入”插座，經(jīng)低阻輸入電路匹配后，幅度降為1Vpp左右。電位器WG01用于調(diào)整調(diào)制器的輸入信號幅度，產(chǎn)品出廠時已調(diào)至最佳位置，一般無需調(diào)整。但建議用戶自行記下TPG01（V/+）測試孔處的視頻信號峰峰值，以了解調(diào)制芯片所需要的實際輸入信號幅度，請注意：該值一般較小，只約為小攝像頭輸出信號的數(shù)分之一，調(diào)整不當(dāng)將使系統(tǒng)超載飽和，工作狀態(tài)惡化，甚至無法正常工作。
b.調(diào)制后FM信號的觀測：
調(diào)制器UG02中心頻率為36MHz的載波經(jīng)視頻調(diào)制后FM信號的輸出端的19、20腳是差分形式的輸出，每腳上的單端信號幅度均在200～240mVpp之間（隨視圖像信號內(nèi)容而變，下同）。當(dāng)視頻圖像信號未接入時，可用數(shù)字示波器直接讀取到基本穩(wěn)定的載波中心頻率（可調(diào)整WG02進(jìn)行校準(zhǔn)）；而當(dāng)視頻圖像信號接入后，調(diào)頻信號的振蕩波形由于角度調(diào)制的作用而“發(fā)虛”，非常直觀。如希望觀察該FM信號放大后的波形，可將示波器接于TPG03（FM調(diào)頻信號）測試點，信號幅度在2～3Vpp之間。
c.FM信號送入線路傳輸前的鉗位與電平轉(zhuǎn)換過程觀測：
UG02的19、20腳的信號需經(jīng)UG03A雙單端變換、放大并經(jīng)TG01緩沖放大方能達(dá)到足以驅(qū)動TTL/PECL電平轉(zhuǎn)換器的幅度，但還必須使其底端鉗位于TTL信號規(guī)定的0電平上，才能有效驅(qū)動TTL器件。將示波器設(shè)于直流檔、1V/格的檔位上,并在無輸入信號的情況下設(shè)定0電平基線水平位置，然后將探頭接于二極管DG01的負(fù)極（上端）進(jìn)行觀察，調(diào)整電位器WG03，將放大后的FM信號底端鉗位于地電平基線上。傳輸線上的PECL電平信號可在TPG04（解調(diào)輸入）觀測孔處測試，注意其PECL數(shù)據(jù)信號的波形特點、電平范圍并進(jìn)行差分信號的對比。
d.FM信號的解調(diào)電路的調(diào)整：
在TPG04（解調(diào)輸入）觀測孔觀察到正確的PECL電平FM信號后，通過調(diào)整鑒頻解調(diào)芯片近旁的微型可調(diào)電容CG25，改變諧振回路的中心頻率，使收發(fā)雙方匹配，方能使解調(diào)電路處于正常工作狀態(tài)。如果始終無法調(diào)整到同步狀態(tài)，需要重新檢測發(fā)端載波的這些頻率是否偏離規(guī)定值過多。正常鎖定狀態(tài)下，TPG05測試孔（FM解調(diào)）處可觀察到解調(diào)還原出的視頻信號，但尚未經(jīng)過放大所以幅度很小。
e.視頻放大器與視頻去加重部分的觀測與調(diào)整：
視頻輸出TPG08測試孔處應(yīng)觀察到與發(fā)端原始視頻信號近似的波形，其幅度通過視頻放大器的增益調(diào)整電位器WG04可以進(jìn)行調(diào)整。注意應(yīng)使最終送到視頻監(jiān)視器的信號幅度與發(fā)端原始信號幅度盡量保持一致。注意：視頻信號收發(fā)端的幅度都應(yīng)該細(xì)心加以調(diào)整，若調(diào)整不當(dāng)，過大或過小都將使圖像發(fā)生失真：同步頭被壓縮將產(chǎn)生圖像抖動、變形扭曲甚至完全不能成像；彩色副載波的衰減過大將使圖像彩色消失，等等。
說明：
由于本模塊解調(diào)后續(xù)低通濾波電路受模塊體積所限較為簡單，可能信號中殘留一部分未濾除干凈的高頻載波成分，但一般視頻監(jiān)視器對這樣高頻率的成分不敏感，故對還原后的圖像影響不大。
