无线电发送与接收实验

一、无线电发送与接收实验
1、实验目的
a.构建调频、调幅无线传输，建立系统概念；
b.掌握系统联调的方法，培养解决实际问题的能力。
2、实验使用仪器
a.高频实验箱各种电路实验板
b.20MH双踪示波器
c.万用表
3、实验基本原理与电路
a.调频无线传输系统原理
调频系统由于高频振荡器输出的振幅不变，因而具有较强的抗干扰能力与较高的效率。所以在无线通信、广播电视、遥控遥测等方面获得广泛应用。本实验不要求发射的功率达到多大，只要能达到信号发射、接收的效果。因此，整机电路比较简单。
4、实验内容
a.调频发射系统构建。
b.调频接收系统的构建。
c.调频发射与调频接收系统的统调。
5、实验步骤
a.调频发射系统构建
(1)按框图12-1 插好所需模块并按图中红色提示字部分调整好和模块的状态，用电缆线将各模块输入输出连接好，接通各模块电源。
(2)将变容二极管调频实验电路模块辐射频率调到10.7MHZ，低频信号源频率设置为1KH z 并送入谐振放大器。
(3)用示波器测试各模块输入输出波形，并调整各模块可调元件，使输出达最佳状态。
b.调频接收系统构建
(1)按框图12-2 插好所需模块，用电缆线将各模块输入输出连接好，接通各模块电源。
(2)将电容耦合相位鉴频器实验模块中心频率调到10.7MHZ，解调后低频信号送到实验箱音频放大器，调节音量控制电位器，使其正常发音。
(3)用示波器测试各模块输入输出波形，并调整各模块可调元件，使输出达最佳状态。
6、实验报告要求
a.画出方案中各方框输入输出波形，并标明其频率。
b.记录实验数据，并作出分析和写出实验心得体会。

二、电视信号FM调制解调模块功能与使用说明
1、概述
       电视信号FM调制解调模块是本公司通用高频实验箱的配套实验模块之一，其功能是实现电视基带信号的频率调制与解调，以便在无线、光纤等介质信道中传输。由于采用了脉冲FM调制，有效信息表现在高频载波频率的变化上，而与传输后的载波幅度无关，因此，传输中由于各类幅度变化引起的噪声干扰可以方便的加以消除，实现可再生中继，大大提高了传输质量并延长了传输距离。以该核心技术设计出的工业产品早已成功应用于多个省市电视台的信号传输网路，例如演播中心到发射台站的传输干线中，并逐渐推广到各种远距离视频监控的应用场合，实践证明达到了很好的效果。
       电路模块的核心部件是NE568高频锁相环和MC13155宽带FM限幅正交鉴频器。前者用于频率调制，后者用于鉴频解调，这两种芯片都是用于卫星通信的进口集成电路。采用NE568代替简单的变容二极管调频电路，可使电路的一致性、可靠性和温度稳定性大大提高，系统整体性能明显跃升，体现了现代高质量电子元器件优异的技术性能。学生在使用“变容二极管调频电路模块”通过对低频话音信号的调频过程学习了简单而原始的基本调频原理后，再采用“电视信号FM调制解调模块”熟悉和了解现代新型器件在更高的频率范围内的实际使用技术，可以更加开阔眼界，贴近FM调制解调技术的实际应用，无疑是十分有益和必要的。
2、电路构成及工作原理
       从视频输入插座送入的频率范围为0～6.5MHz的视频基带信号，首先经过UG01缓冲隔离与视频加重。视频范围很宽，其4.43MHz的彩色副载波及其以上的高频部分在传输中受到的衰减要大于低频部分。如果不采取必要的措施，将会造成接收的信号发生频率失真，高频分量的不足表现在电视画面中可能使图像细节模糊不清，表现在色彩方面可能使颜色还原失真，严重的甚至使色彩消失。解决这一问题的常用的、简单易行的方法是在发端有意识的人为提高信号的高频分量，经传输后，再根据收端接收信号的实际情况，将高频分量恢复到正常数值。提高发端信号高频分量的过程称为“加重”，而收端将高频分量恢复到正常数值的过程称为“去加重”。
       加重处理后的视频信号经幅度调整到一定数值后，经电容CG04、电阻RG23送到FM调制芯片NE568的17脚进行频率调制。NE568的振荡中心频率F0必须与接收端相匹配，否则收端无法正确的进行鉴频。在这里，中心频率F0是由CG14和电位器WG02来确定的，该频率的微调可通过电位器WG02实现，出厂时已精确调整为36MHz。NE568的FM输出引脚是19和20脚，以差分形式输出，因此在后续电路中设置了差分输入-单端输出的高频放大器，充分利用差分信号使增益比单端输入的电路提高一倍。信号放大并经超高频三极管TG01处理后达到3V峰峰值，进入钳位电路，将等幅的FM信号钳位于0～2V之间，以便进行TTL电平到PECL电平的转换。众所周知，ECL信号的规范是专门设计用于传输高频数字信号的，为降低器件功耗其信号摆幅很小，只有0.8～1.0Vpp，常以差分形式双线传输，但最初的设计规范是以负电平形式工作的，不论数据是“1”还是“0”，其实际电平均在负电压范围内，使得电源配置和与其他电路接口都比较麻烦。PECL电平的含义是“正极性的ECL电平”，解决了上述问题，目前应用十分广泛。本模块的TTL-PECL转换是在UG04芯片中完成的，由UG04的3、4两脚输出PECL电平的差分信号，发端电阻RG09～RG12、收端电阻RG30～RG33是双方的PECL阻抗匹配网络，该信号适合与双绞线、光纤收发器等高速数据传输介质或设备接口，可以方便的进行远距离高速传输。（本模块主要侧重于体现调制与解调技术，收发双方的连接采用了电路板上的一对简短铜线连接）。
       经传输的FM信号经RG35-CG19和RG36-CG20以差分形式送入收端FM鉴频芯片MC13155的1脚与16脚，进行宽带FM限幅正交鉴频。电容Cx、电感LG03构成的回路必须精确调整，使与发端频率匹配。经鉴频解调后恢复的视频信号仍采用差分形式，经由芯片的4脚与5脚输出。由于解调的信号幅度比较小，不足以直接驱动视频监视设备，还必需通过UG06A进行差分到单端信号的转换和放大，此时的信号含有加重部分的频率成分，并混有36MHz载波与其上下边带的大量高频成分，需要通过低通网络和UG06B芯片进一步处理，实现去加重和残余载波分量的滤除，最后经阻抗匹配电阻RG53送到“视频输出”插座。
       模块设置了输入视频、视频加重V+、压控振荡器VCO输出、调频信号输出FM、钳位偏置信号、解调输入、收端载波、FM解调信号、+/F视放输出以及最终的+/A去加重后输出等诸多的测试观察孔，便于应用示波器观察分析信号路由上各个关键点的波形，全面了解FM信号调制解调的整个过程。

电视信号FM调制解调模块的完整电路原理图见下页。

3、实验方法与注意事项
a.信源幅度的调整：
      信源采用小摄像头的输出视频信号，小摄像头的输出信号幅度空载时一般为2Vpp左右。（视图像信号的内容会有一些变化）将该信号用75欧姆同轴电缆引入本模块的“视频输入”插座，经低阻输入电路匹配后，幅度降为1Vpp左右。电位器WG01用于调整调制器的输入信号幅度，产品出厂时已调至最佳位置，一般无需调整。但建议用户自行记下TPG01（V/+）测试孔处的视频信号峰峰值，以了解调制芯片所需要的实际输入信号幅度，请注意：该值一般较小，只约为小摄像头输出信号的数分之一，调整不当将使系统超载饱和，工作状态恶化，甚至无法正常工作。
b.调制后FM信号的观测：
      调制器UG02中心频率为36MHz的载波经视频调制后FM信号的输出端的19、20脚是差分形式的输出，每脚上的单端信号幅度均在200～240mVpp之间（随视图像信号内容而变，下同）。当视频图像信号未接入时，可用数字示波器直接读取到基本稳定的载波中心频率（可调整WG02进行校准）；而当视频图像信号接入后，调频信号的振荡波形由于角度调制的作用而“发虚”，非常直观。如希望观察该FM信号放大后的波形，可将示波器接于TPG03（FM调频信号）测试点，信号幅度在2～3Vpp之间。
c.FM信号送入线路传输前的钳位与电平转换过程观测：
       UG02的19、20脚的信号需经UG03A双单端变换、放大并经TG01缓冲放大方能达到足以驱动TTL/PECL电平转换器的幅度，但还必须使其底端钳位于TTL信号规定的0电平上，才能有效驱动TTL器件。将示波器设于直流档、1V/格的档位上,并在无输入信号的情况下设定0电平基线水平位置，然后将探头接于二极管DG01的负极（上端）进行观察，调整电位器WG03，将放大后的FM信号底端钳位于地电平基线上。传输线上的PECL电平信号可在TPG04（解调输入）观测孔处测试，注意其PECL数据信号的波形特点、电平范围并进行差分信号的对比。
d.FM信号的解调电路的调整：
       在TPG04（解调输入）观测孔观察到正确的PECL电平FM信号后，通过调整鉴频解调芯片近旁的微型可调电容CG25，改变谐振回路的中心频率，使收发双方匹配，方能使解调电路处于正常工作状态。如果始终无法调整到同步状态，需要重新检测发端载波的这些频率是否偏离规定值过多。正常锁定状态下，TPG05测试孔（FM解调）处可观察到解调还原出的视频信号，但尚未经过放大所以幅度很小。
e.视频放大器与视频去加重部分的观测与调整：
       视频输出TPG08测试孔处应观察到与发端原始视频信号近似的波形，其幅度通过视频放大器的增益调整电位器WG04可以进行调整。注意应使最终送到视频监视器的信号幅度与发端原始信号幅度尽量保持一致。注意：视频信号收发端的幅度都应该细心加以调整，若调整不当，过大或过小都将使图像发生失真：同步头被压缩将产生图像抖动、变形扭曲甚至完全不能成像；彩色副载波的衰减过大将使图像彩色消失，等等。
说明：
       由于本模块解调后续低通滤波电路受模块体积所限较为简单，可能信号中残留一部分未滤除干净的高频载波成分，但一般视频监视器对这样高频率的成分不敏感，故对还原后的图像影响不大。