無線收發(fā)信系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書課題名稱: 一種無線收發(fā)信系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系 別 電子信息工程系 專 業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù) 畢業(yè)設(shè)計(jì)起訖時(shí)間：20指導(dǎo)教師評(píng)語 指導(dǎo)教師(簽字)： 年 月 日目 錄摘 要- 3 -Abstract- 3 -1 前 言- 2 -1.1 課題背景- 2 -1.2 本課題的意義- 3 -2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 4 -2.1 總體設(shè)計(jì)方案- 4 -2.1.1 設(shè)計(jì)思路- 4 -2.1.2 方案論證與比較- 5 -3 單元硬件電路的設(shè)計(jì)- 9 -3.1 發(fā)射部分電路的設(shè)計(jì)- 9 -3.1.2 發(fā)射部分系統(tǒng)框圖- 9 -3.1.3 輸入選頻網(wǎng)絡(luò)- 10 - FM解調(diào)電路- 11 -3.1.5 一級(jí)前置放大電

2、路- 12 -3.1.6 發(fā)射音頻調(diào)制電路- 12 -3.2 接收部分電路的設(shè)計(jì)- 13 -3.2.1 接收部分電路的設(shè)計(jì)指標(biāo)- 13 -3.2.2 接收部分電路的系統(tǒng)框圖- 13 -3.2.3 音頻電壓緩沖放大電路- 14 -3.2.4 OTL功放電路- 14 -4 制作與調(diào)試- 16 -4.1 整體電路調(diào)試- 16 -4.2 測試儀表- 16 -4.3 發(fā)射機(jī)測試- 17 -4.4 接收機(jī)波形測試- 17 -4.5 靈敏度及通信距離的測試- 18 -5 總結(jié)- 20 -參考文獻(xiàn)- 21 -致謝- 22 -附錄A 電路原理圖- 23 -附錄B 電路元器件清單- 24 -摘 要本系統(tǒng)收發(fā)電路揉

3、合了音頻調(diào)制電路、前置放大電路、OTL功率放大電路、音頻電壓緩沖放大電路、FM解調(diào)電路以及輸入選頻網(wǎng)絡(luò)電路組成。電路簡單，但它們的巧妙結(jié)合便可完成短距離的FM/FSK模式的通訊.該電路的發(fā)射頻率為38MHz左右,從而能提供所需通信信道. 經(jīng)測試，整機(jī)功能齊全，各項(xiàng)性能指標(biāo)符合系統(tǒng)要求，接收波形穩(wěn)定，無明顯失真。關(guān)鍵詞：音頻調(diào)制、OTL功率放大器、FM解調(diào)、選項(xiàng)AbstractThis system is receiving circuit integrated audio modulation scheme, preamplifier circuit, the power amplifier,

4、 OTL audio amplifier circuit, FM voltage buffer circuit and input frequency selective demodulating circuit network. Circuit is simple, but they can finish the combination of FSK FM/short communication mode. This circuit for the launch of 38MHz frequency, which can provide a communication channel. Th

5、e test, the function is well-found, various performance indicators with system requirements, the stable, no obvious receiving waveform distortion.Key words：Audio modulation、OTL power amplifier、FM demodulation、Frequency selective.1 前 言1.1 課題背景隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)通信的需求也日益迫切，對(duì)通信的要求也越來越高。理想的目標(biāo)是能在任何時(shí)候、在任何地方、與任何人都

6、能夠及時(shí)溝通和聯(lián)系、交流信息。顯然，沒有無線電的技術(shù)，這種愿望是空想的。無線電技術(shù)是通過無線電波傳播信號(hào)的技術(shù)。無線電技術(shù)的原理在于，導(dǎo)體中電流強(qiáng)弱的改變會(huì)產(chǎn)生無線電波。利用這一現(xiàn)象，通過調(diào)制可將信息加載于無線電波之上。當(dāng)電波通過空間傳播到達(dá)收信端，電波引起的電磁場變化又會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生電流。 通過解調(diào)將信息從電流變化中提取出來，就達(dá)到了信息傳遞的目的。無線通信是通信領(lǐng)域的一個(gè)非常重要的方式，麥克斯韋(James Clerk Maxwell)于1865年建立了其理論框架，而赫茲(Heinrich Rudolph Hertz)于1887年通過實(shí)踐證明了其可行性。19世紀(jì)末20世紀(jì)初時(shí)無線電話開始投

7、入實(shí)際使用，當(dāng)時(shí)主要用于航船和海岸、航船和航船之間的通信聯(lián)系。1901年馬可尼(Guglielmo Marconi)首次成功地進(jìn)行了跨大西洋的無線通信。早期的無線電發(fā)射機(jī)采用的是放電器的方式，這并不適用與話音通信。到了1906年，一些發(fā)射機(jī)使用了專門設(shè)計(jì)的高頻交流發(fā)電機(jī)，并且用于進(jìn)行話音傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)。具體方法是將一個(gè)1KW的放射機(jī)連接到傳聲器上，并且連接發(fā)射天線，當(dāng)時(shí)的傳聲器還是水冷式。常規(guī)的無線電廣播直到1920年才開始出現(xiàn)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)逐漸使用了電子管。1904年弗來明(John Ambrose Fleming)爵士發(fā)明了二極管，而1906年弗里斯特(Lee De Fo

8、rest)又發(fā)明了可以用做放大器的三極管。到了20世紀(jì)20年代末期，無線電廣播已經(jīng)變得在普通不過了，人們開始把注意力又轉(zhuǎn)移到了對(duì)電視的研發(fā)上面。美國和歐洲的一些國家在第二次世界打戰(zhàn)之前就已經(jīng)開始了這方面的工作，二戰(zhàn)結(jié)束后電視機(jī)已經(jīng)在全世界范圍開始使用了。其中無線電對(duì)講機(jī)是最早被人類使用的無線移動(dòng)通信設(shè)備。在手機(jī)非常普及的今天，為什么人們還會(huì)選擇對(duì)講機(jī)呢？存在必合理！與手機(jī)相比，對(duì)講機(jī)不受網(wǎng)絡(luò)的限制，在網(wǎng)絡(luò)不能覆蓋的地方，對(duì)講機(jī)可以讓你輕松的溝通；另外對(duì)講機(jī)提供了一對(duì)一，一對(duì)多的通話方式，一按就說，操作十分簡單，令溝通更自由，尤其在緊急調(diào)度和集體協(xié)作工作的情況下，這些特點(diǎn)是非常重要的。與手機(jī)相比

9、，對(duì)講機(jī)通話成本低。這樣的特點(diǎn)，讓對(duì)講機(jī)廣泛應(yīng)用在很多領(lǐng)域。主要應(yīng)用在公安、民航、運(yùn)輸、水利、鐵路、制造、建筑、服務(wù)等行業(yè)，用于團(tuán)體成員間的聯(lián)絡(luò)和指揮調(diào)度，以提高溝通效率和提高處理突發(fā)事件的快速反應(yīng)能力。隨著對(duì)講機(jī)進(jìn)入民用市場，人們外出旅游、購物也開始越來越多地使用對(duì)講機(jī)。尤其在網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋的地方，無線對(duì)講機(jī)成為了人們喜愛的通訊工具。1.2 本課題的意義無線收發(fā)信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中包含有通信的原理和技術(shù)，不僅是信息工程高級(jí)專業(yè)技術(shù)人員所必需掌握的，也是從事相關(guān)產(chǎn)業(yè)的普通技術(shù)人員、管理人員和營銷人員應(yīng)當(dāng)了解的，并把它應(yīng)用于信息產(chǎn)業(yè)中。 無線收發(fā)信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)具有單向性，完成的是信息的單方面?zhèn)鬏?，這是研究半

10、雙工和全雙工通信的基礎(chǔ)。一個(gè)單工無線呼叫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主站至從站間的單工語音及數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，對(duì)以后增加圖片傳輸、多媒體音樂、無線上網(wǎng)和電子商務(wù)的套餐具有重要的意義。以單工無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，人們進(jìn)行了不斷的探索和研究。在未來幾年內(nèi)通信系統(tǒng)將會(huì)有更令人驚奇的發(fā)展。光纖如今已經(jīng)成為了一種非常重要的傳輸媒介，并且仍然以迅猛的速度在發(fā)展。包括話音和視頻傳輸在內(nèi)，由模擬向數(shù)字方向的發(fā)展仍在繼續(xù)?，F(xiàn)在人們很難準(zhǔn)確地預(yù)測通信在未來的發(fā)展?fàn)顩r，以單工無線呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)為開端，蜂窩電話和傳真已經(jīng)出現(xiàn)了很多年，并且曾一度被認(rèn)為不久將會(huì)過時(shí)，但是在過去的幾年中蜂窩電話和傳真這兩種技術(shù)仍然在迅速發(fā)展。大概有關(guān)未來通信

11、技術(shù)唯一可以確定的就是：它將給人們帶來無限的驚喜。本次設(shè)計(jì)的單工式無線收發(fā)系統(tǒng)是以功放電路、音頻電壓緩沖電路、FM調(diào)解電路等電路組成，設(shè)計(jì)的電路使輸出信號(hào)頻率在27MHz49MkHz范圍內(nèi)可調(diào)。無線收發(fā)信系統(tǒng)的電路形式較多,從收發(fā)功能上可分為單工式和雙工式。單工式無線收發(fā)機(jī)，具有造價(jià)低，體積小，耗電低等優(yōu)點(diǎn)，考慮到綜合因數(shù)，因此本設(shè)計(jì)采用單工形式。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 總體設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)并制作一個(gè)單工無線收發(fā)信系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)單工語音傳輸業(yè)務(wù)，也就是制作一個(gè)無線對(duì)講機(jī)電路。這個(gè)電路由系統(tǒng)傳送一路發(fā)射頻率在20MHz40MHz之間的語音信號(hào)，通過音頻放大電路、調(diào)制電路、高頻放大、收發(fā)天線、選頻放大、混

12、頻電路、中放電路、解調(diào)電路、音頻放大電路，聲音從發(fā)射者這端傳送到接收者那端，接收者通過耳機(jī)接聽，收發(fā)者之間相距30米以上都能收聽到。當(dāng)傳送信號(hào)為300Hz3400Hz的正弦波時(shí)，去掉收、發(fā)天線，用一個(gè)功率衰減20dB左右的的衰減器連接收發(fā)端天線端子，通過示波器觀察接收機(jī)耳機(jī)兩端的接收波形，波形應(yīng)無明顯失真。2.1.1 設(shè)計(jì)思路無線收發(fā)信系統(tǒng)具有功率小、耗電量小，節(jié)約成本。體積小，攜帶方便。使用方便，在沒有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的條件下仍能使用。無線對(duì)講機(jī)應(yīng)用廣泛，它能使許多人同時(shí)聽到同一個(gè)人說話即時(shí)溝通、一呼百應(yīng)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、運(yùn)營成本低、不耗費(fèi)通話費(fèi)用、節(jié)約使用方便，同時(shí)還具有組呼通播、系統(tǒng)呼叫、機(jī)密呼叫等功

13、能。對(duì)講機(jī)可在自駕游時(shí)，讓各車友嬉笑怒罵、講故事、卡拉OK大比拼盡享團(tuán)隊(duì)自駕樂趣！在處理緊急突發(fā)事件中，在進(jìn)行調(diào)度指揮中其作用是其它通信工具所不能替代的。無線電對(duì)講機(jī)和其它無線通信工具（如手機(jī)）其市場定位各不相同，難以互相取代。無線電對(duì)講機(jī)決不是過時(shí)的產(chǎn)品。它還將長期使用下去。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，人們更關(guān)注自身的安全、工作效率和生活質(zhì)量的提高，對(duì)無線電對(duì)講機(jī)的需求也將日益增長。傳輸模擬信號(hào)，消息源為模擬的，經(jīng)過輸入轉(zhuǎn)換器得到模擬信號(hào)。發(fā)送設(shè)備包括很多部件，如調(diào)制、放大、濾波和天線等。在方框圖中只畫出了調(diào)制器，其原因一方面是為了突出調(diào)制器的重要性，另一方面其它部分可以認(rèn)為是理想線形的，對(duì)

14、信號(hào)傳輸可以看作不產(chǎn)生失真，不引入噪聲。圖2-1就是一個(gè)無線收發(fā)信系統(tǒng)電路原理框圖。 圖2-1 無線收發(fā)信系統(tǒng)電路原理框圖從圖2-1中可以看出，無線收發(fā)信系統(tǒng)的收、發(fā)狀態(tài)，是靠切換供電電源的方式，來實(shí)現(xiàn)收、發(fā)轉(zhuǎn)換的。雖然電路中含有接收和發(fā)射的電路，在同一時(shí)間內(nèi)，只能工作在一種狀態(tài)下。2.1.2 方案論證與比較1）收發(fā)電路的選擇選擇芯片所考慮的主要指標(biāo)有發(fā)射功率,接收靈敏度,收發(fā)芯片所需外圍元件的數(shù)量,芯片的成本,以及數(shù)據(jù)傳輸是否需要進(jìn)行曼徹斯特編碼。目前常用的收發(fā)芯片有NRF401系列,CRF19T,CRF26R系列.均采用FSK調(diào)制。 （1）用NRF401系列高速單片無線收發(fā)芯片。采用了低發(fā)

15、射功率和高接收靈敏度的設(shè)計(jì),可進(jìn)行低功率無線數(shù)傳,但是該芯片的外圍設(shè)備也較多；傳輸語音信號(hào)時(shí)要進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮,從而使得系統(tǒng)的時(shí)序變得較為復(fù)雜,調(diào)試等過程有難度。（2）用CRF系列接收芯片。該芯片發(fā)射頻率在27MHz,較難提高到題目要求。具有的標(biāo)準(zhǔn)化接口可直接嵌入各種設(shè)備，但是該芯片價(jià)格比較貴,用于短距離無線傳輸也不是很合理。方案一：采用可調(diào)電感構(gòu)成的選頻電路，使其頻率在30MHz-40MHz之間，調(diào)頻后進(jìn)行發(fā)射。方案二：采用專用的調(diào)頻發(fā)射芯片，如BA1404等，借助于外圍的LC振蕩回路來改變載波頻率，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。方案三：采用MC145151鎖相環(huán)集成電路，配合單管型壓控振蕩器實(shí)現(xiàn)，采用撥碼開關(guān)

16、控制MC145151的數(shù)據(jù)輸入腳，從而控制VCO輸出不同頻率的載波，調(diào)試時(shí)只需把頻率控制在30MHz40MHz之間即可。比較這三個(gè)方案，考慮經(jīng)濟(jì)因數(shù)，最后決定采用方案一。 2) 調(diào)制方式方案選擇方案一：FM方式頻帶利用率高，但可靠性差；FM方式雖然頻帶利用率不高，但可靠性好，信噪比大；FSK，ASK，PSK，QPSK中，ASK抗噪性能差，PSK頻帶利用率不如QPSK高，F(xiàn)SK頻帶利用率大，但抗噪性能好。由于題目不要求頻帶利用率，而且30MHz40MHz這個(gè)頻段內(nèi)適合于FM方式，所以我們語音傳輸選用FM，數(shù)據(jù)傳輸使用FSK方式。方案二：PLL（Phase Locked Loop）調(diào)頻方式。此方式

17、參考頻率直接來源于對(duì)晶體振蕩器的分頻。因此這種方案的頻率穩(wěn)定度高，與晶體振蕩器的穩(wěn)定度相同，可達(dá)106以上，但是這種方式的電路復(fù)雜，成本高，調(diào)試?yán)щy，而且相位噪聲較大。方案三：DDS軟件調(diào)頻方式，如圖2-2信號(hào)調(diào)制方式方案四示意圖所示。此方式是由DDS產(chǎn)生載頻，單片機(jī)語音采樣，根據(jù)采樣結(jié)果直接對(duì)DDS頻率實(shí)時(shí)控制實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。由于DDS產(chǎn)生的頻率精度高與晶體振蕩器的穩(wěn)定度相同，可達(dá)106以上，穩(wěn)定度也好，而且單片機(jī)控制可以隨意切換載波頻率，頻偏，調(diào)制度等，實(shí)現(xiàn)也簡單。圖2-2 信號(hào)調(diào)制方式方案四示意圖比較以上三種方案，方案三明顯優(yōu)于其它方案，較易實(shí)現(xiàn)，但考慮到其他的因數(shù)，因此我采用方案一。3） 關(guān)

18、于盡量增加傳輸距離的分析傳輸距離是單工無線呼叫系統(tǒng)的綜合性能指標(biāo)。根據(jù)單工無線傳輸距離公式 式2-1上式中，Pt為發(fā)射機(jī)天線端輻射的有效功率，Smin為接收機(jī)的最小檢測功率，Gt、Gr分別為發(fā)射機(jī)天線和接收機(jī)天線的增益，K值在發(fā)射頻率確定的情況下基本是一個(gè)常量。要增大傳輸距離Rmax應(yīng)從如下幾個(gè)方面考慮：（1） 在發(fā)射機(jī)接50假負(fù)載，其功率不大于20mW的情況下，盡量提高發(fā)射機(jī)天線輻射的有效功率Pt。當(dāng)f=35MHz時(shí)，=8.5657m，當(dāng)拉桿天線長1m，直徑3mm時(shí)，通過MATLAB仿真計(jì)算可得，拉桿天線的等效阻抗Zr為 式2-2由此可見，發(fā)射機(jī)輸出端阻抗與天線嚴(yán)重失配。為使天線輻射功率最大

19、，如圖2-3發(fā)射部分阻抗匹配示意圖所示必須在天線端口接一個(gè)電感L，使L與CL形成串聯(lián)諧振，抵消CL的作用。同時(shí)使發(fā)射機(jī)輸出阻抗Ri=50與RL匹配，中間必須接一個(gè)降阻網(wǎng)絡(luò)。圖2-3 發(fā)射部分阻抗匹配示意圖（2） 提高接收機(jī)靈敏度。提高接收機(jī)靈敏度（即降低接收機(jī)的Smin）與提高發(fā)射機(jī)天線輻射功率Pt對(duì)增加傳輸距離是同等重要的。故接收機(jī)采用超外差體制，并且對(duì)接收機(jī)要調(diào)準(zhǔn)，使接收機(jī)靈敏度最高。（3） 在接收機(jī)輸入端和拉桿天線之間必須加裝升阻網(wǎng)絡(luò)。一方面使天線阻抗與接收機(jī)輸入阻抗匹配，同時(shí)加裝一個(gè)電感，使之與天線等效電容形成串聯(lián)諧振，接收機(jī)高放電路采用低阻抗輸入的共基電路。如果在天線輸入端再加一級(jí)低

20、噪聲天線放大器，會(huì)提高接收機(jī)的靈敏度從而增加作用距離。（4）因本設(shè)計(jì)收發(fā)天線均采用拉桿天線或?qū)Ь€，其長度1m。為提高收發(fā)天線的增益，應(yīng)使拉桿天線的長度等于1m或略小于1m。并且要注意收發(fā)信號(hào)時(shí)，使收發(fā)天線的極化一致，且方向調(diào)在最合適的位置。（5）當(dāng)頻率為35MHz時(shí)，波長為8.6m，其傳輸特性按直線傳輸，如果中間有障礙物則會(huì)產(chǎn)生反射和折射現(xiàn)象，對(duì)傳輸距離有很大的影響。所以測試應(yīng)在空曠地方，中間不能有障礙物或屏蔽物。（6） 根據(jù)電波傳輸理論，如圖2-4電波傳輸理論示意圖所示。在距離為(2n-1)/4時(shí)，會(huì)出現(xiàn)波谷，收聽效果最差；在距離為n/2時(shí)，會(huì)出現(xiàn)波峰，收聽效果最好。其中n為自然數(shù)。 圖2-

21、4 電波傳輸理論示意圖3 單元硬件電路的設(shè)計(jì)3.1 發(fā)射部分電路的設(shè)計(jì) 發(fā)射部分系統(tǒng)要求對(duì)發(fā)射機(jī)的要求是多方面的，功率、頻率是最基本的?，F(xiàn)代通信體制對(duì)發(fā)射機(jī)的要求側(cè)重于高純度頻譜及線形度。設(shè)計(jì)無線電發(fā)射系統(tǒng)，應(yīng)考慮的技術(shù)指標(biāo)如下：(1) 信息的性質(zhì)（信息的性質(zhì)是指語言信號(hào)還是圖像信號(hào)，是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，以及基帶所占的頻帶寬度）；(2) 發(fā)射功率大小，發(fā)射機(jī)中心頻率；(3) 發(fā)射信號(hào)頻譜純度要求，雜散及諧波要求；(4) 發(fā)射機(jī)頻帶寬度，頻帶內(nèi)功率波動(dòng)；(5) 是否需要ALC（自動(dòng)電平控制）；(6) 發(fā)射機(jī)線形度要求。本次單工無線呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要考慮到發(fā)送信息的性質(zhì)，即語音通話，且規(guī)定發(fā)射

22、功率大小和發(fā)射機(jī)的中心頻率。發(fā)射機(jī)的目的是調(diào)制基帶信號(hào)，然后上變頻到載波頻率WC射頻。發(fā)射機(jī)也需要充分的功率放大，同時(shí)不能產(chǎn)生信號(hào)失真和鄰近信道干擾。為實(shí)現(xiàn)最好的設(shè)計(jì)，通常根據(jù)實(shí)際需要在各種不同的調(diào)制方案之間進(jìn)行權(quán)衡。 發(fā)射部分系統(tǒng)框圖發(fā)射部分系統(tǒng)框圖如圖3-1所示，該發(fā)射機(jī)系統(tǒng)主要由話放、FM調(diào)制器、射頻輸出等電路組成，同時(shí)為了抑制信號(hào)高頻段噪聲干擾，在調(diào)制器的輸入端采用預(yù)加重電路以提升高頻，為了滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)射頻率的要求，同時(shí)也為了擴(kuò)大頻偏，故在調(diào)頻后加上一級(jí)倍頻，在發(fā)射之前用低通濾除因采用丙類功放產(chǎn)生的豐富的高次諧波分量。 圖3-1發(fā)射部分系統(tǒng)框圖 輸入選頻網(wǎng)絡(luò)輸入選頻網(wǎng)絡(luò)就是一個(gè)由電

23、感和電容元件組成的振蕩回路，它的主要作用就是選出需要的頻率分量并且濾除不需要的分量。由天線接收頻段的信號(hào)（頻率為30MHz左右），并和高頻放大器進(jìn)行匹配，使得效果最佳。輸入選頻回路電路原理圖如圖3-2所示。圖3-2 輸入選頻網(wǎng)絡(luò)電路原理圖 FM解調(diào)電路圖3-3 FM解調(diào)電路原理圖如圖3-3 FM解調(diào)電路原理圖所示，多擲開關(guān)打到接收狀態(tài)，高頻信號(hào)經(jīng)天線接收，經(jīng)選頻回路選頻，耦合給由T1、C3、C4、C5、C6、Q1、R1、R2、R3、C2組成的FM解調(diào)電路解調(diào)出音頻信號(hào)。Q1高頻管的集電集到發(fā)射極接有C4正反饋電容，這個(gè)正反饋信號(hào)會(huì)使用電路產(chǎn)生高頻振蕩，同時(shí)，由于天線會(huì)接收到空中的電磁波，并通過

24、L加到T1，使得Q1能根據(jù)空間電磁破的變化而振蕩也發(fā)生變化，起到靈敏度極高的超再生檢波作用。 一級(jí)前置放大電路圖3-4 一級(jí)前置放大電路原理圖如圖3-4所示為一級(jí)前置放大電路原理圖，當(dāng)多擲開關(guān)打到k2-3時(shí)，喇叭接收到語音信息后經(jīng)震動(dòng)變成電信號(hào)，再經(jīng)過C8、Q2、R8、R9進(jìn)行一級(jí)前置放大。 發(fā)射音頻調(diào)制電路圖3-5 音頻調(diào)制電路原理圖從圖3-5音頻調(diào)制電路原理圖中可以看出，當(dāng)電路處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，聲音的振動(dòng)信號(hào)經(jīng)喇叭變成微弱的電信號(hào)，經(jīng)過一級(jí)前置放大，再經(jīng)過OTL功率放大器將聲音信號(hào)放大，經(jīng)過功率放大器后的音頻信號(hào)經(jīng)Q1等元件組成的發(fā)射電路的供電，使發(fā)射電路發(fā)射的高頻振蕩信號(hào)隨聲音信號(hào)的改變而

25、改變，實(shí)現(xiàn)調(diào)頻調(diào)制。3.2 接收部分電路的設(shè)計(jì) 接收部分電路的設(shè)計(jì)指標(biāo)無線接收機(jī)的功能是在強(qiáng)干擾和噪聲存在的情況下能成功解調(diào)所需要的信號(hào)。接收功率是發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離和周圍環(huán)境的函數(shù)。因此，接收機(jī)輸入端的射頻功率在各個(gè)地點(diǎn)都互不相同，可以從幾f w（飛瓦，即10-15W）到W（微瓦），這要求系統(tǒng)應(yīng)具有一個(gè)很大的動(dòng)態(tài)范圍。除了考慮大的動(dòng)態(tài)范圍和噪聲之外，接收機(jī)還需要考慮把成本降到最低和把功耗降到最小。綜合考慮權(quán)衡產(chǎn)品技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素之間的要求，成功地設(shè)計(jì)一個(gè)接收機(jī)系統(tǒng)非常具有挑戰(zhàn)性。（1）靈敏度接收機(jī)靈敏度是接收機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。靈敏度定義為：當(dāng)接收機(jī)輸出端為解調(diào)提供了充分的信噪比S

26、N時(shí)，接收機(jī)可檢測到的最低可用信號(hào)功率。它反映了根據(jù)天線終端的功率或電壓而得到明確的信噪比或者一些更容易測量的等效參數(shù)。（2）選擇性選擇性定義為：在鄰近頻率強(qiáng)干擾和信道阻塞的情況下，接收機(jī)滿意提取所需信號(hào)的能力。在多數(shù)體系結(jié)構(gòu)中，中頻信道選擇濾波器的設(shè)計(jì)決定了接收機(jī)的選擇性。接收機(jī)應(yīng)該有足夠的線形性能去處理可接收的失真信號(hào)。如果接收機(jī)在頻率選擇和線形度上是不充分的，那么就會(huì)產(chǎn)生互調(diào)分量而降低所需信號(hào)的質(zhì)量。一般來說，失真度確定了接收機(jī)可處理的輸入信號(hào)的最大功率。（3）動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍定義了接收機(jī)在檢測噪聲基值上的弱信號(hào)和處理無失真的最大信號(hào)的能力。用接收機(jī)輸入端的最大信號(hào)和最小信號(hào)的比定義接收

27、機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。 接收部分電路的系統(tǒng)框圖如圖3-6所示為接收部分系統(tǒng)框圖，該電路主要由射頻輸入、FM解調(diào)、功放電路、喇叭等電路組成。 圖3-6 接收部分系統(tǒng)框圖 音頻電壓緩沖放大電路圖3-7 音頻電壓緩沖放大電路原理圖如圖3-7音頻電壓緩沖放大電路可知， 當(dāng)多擲開關(guān)打到1上面時(shí)，電路接通，此時(shí)天線接收的信號(hào)經(jīng)選頻回路選頻再由解調(diào)電路解調(diào)出音頻信號(hào)，在通過R10、R5、R4進(jìn)入Q2進(jìn)行音頻電壓緩沖放大。 OTL功放電路雖然完成從射頻信號(hào)的接收到音頻信號(hào)解調(diào)的全過程。但是以上所有信號(hào)的傳輸和處理，都是以電壓信號(hào)的處理方式進(jìn)行的，要得到聲訊信號(hào)，還必需將信號(hào)進(jìn)行聲電轉(zhuǎn)換。前置放大器的輸出功率很小，電壓

28、幅度小、信號(hào)微弱，推動(dòng)不了揚(yáng)聲器，因此對(duì)前置放大器的輸出信號(hào)還要進(jìn)行功率放大，以得到足夠的不失真輸出功率。圖3-8是OTL功放電路原理圖。圖3-8 OTL功放電路原理圖如圖3-8 OTL功放電路中可以看出，Q3、Q4、Q5組成OTL功率放大電路。超再生檢波出來的音頻信號(hào)通過R4、C9傳輸?shù)絈2進(jìn)行前置放大，經(jīng)過前置放大后的信號(hào)就可以再經(jīng)Q3推動(dòng)、Q4、Q5功率放大去推動(dòng)SP揚(yáng)聲器發(fā)出聲音了，這就是對(duì)講機(jī)的接收過程。通過調(diào)節(jié)T1的磁芯、C1、C3、C4還可以改變接收信號(hào)的頻率，當(dāng)接收頻率剛好等于當(dāng)?shù)貜V播電臺(tái)的頻率時(shí)，還可以當(dāng)收音機(jī)用。當(dāng)需要講話時(shí)，請(qǐng)接下“收”開關(guān)，這時(shí)，SP喇叭原本是接在輸出發(fā)

29、聲的，現(xiàn)在變成了當(dāng)作話筒來拾取音頻信號(hào)了，SP的音圈隨著聲音的振動(dòng)感應(yīng)出微弱的電信號(hào)經(jīng)過Q2放大，再經(jīng)過經(jīng)Q3推動(dòng)、Q4、Q5功率放大后加到了Q1的集電集，Q1的集電極電壓會(huì)隨著聲音的變化而變化，經(jīng)過，導(dǎo)致了Q1的高頻振蕩信號(hào)幅射到空音的強(qiáng)弱也在隨聲音變化而變化，這時(shí)本機(jī)就相當(dāng)于是一個(gè)小小的無線發(fā)射臺(tái)了。4 制作與調(diào)試4.1 整體電路調(diào)試在完成電路的排板、焊接、連線之后。先用萬用表檢查電路是否會(huì)有短路、虛焊、電源地，確定后開始調(diào)試。機(jī)芯分為四大部分制作，分別是輸入放大部分、高頻發(fā)射部分、無線接收部分、耳機(jī)放大部分。高頻電路分布參數(shù)的影響很大，因此無線收發(fā)兩塊必須制作印刷板。高頻部分按大面積地線

30、設(shè)計(jì)布線，以減少地線阻抗，電阻一律采用金屬膜臥式安裝，可減少分布參數(shù)。盡管貼片電路高頻性能極好，但不適合于手工制作，故我們?nèi)杂脗鹘y(tǒng)的電路元件進(jìn)行組裝。高頻諧振回路的線圈是非標(biāo)準(zhǔn)元件，需要自制。電感量較大的采用10K型中周骨架繞制，配M4×8材料NXO-40的磁芯，繞8圈為1H，電感量與匝數(shù)的平方成正比，不同的電感量調(diào)整匝數(shù)即可實(shí)現(xiàn)。較小的電感采用空心脫胎線圈，電感量由下式計(jì)算： L=DN2/（45+102l/D）（H） 式4-1式中D為線圈直徑（cm），l為線圈長度（cm），N為線圈匝數(shù)。為了減少高頻無線電波對(duì)其它部件的干擾和其他干擾源對(duì)本系統(tǒng)的干擾，提高電磁兼容性能，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)?/p>

31、屏蔽。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)之間的連線都能感應(yīng)很強(qiáng)的無線電波，甚至影響單片機(jī)系統(tǒng)的正常工作，所以在這些連線的輸入端加接適當(dāng)?shù)母哳l旁路電容，并對(duì)線組套上抗干擾磁環(huán)，以抵抗高頻共模干擾。不僅高頻部分要屏蔽，話筒放大器的信號(hào)電壓很小，容易感應(yīng)50Hz交流聲，都需用銅皮制成屏蔽盒并良好接地。發(fā)射機(jī)、接收機(jī)系統(tǒng)分別進(jìn)行調(diào)試。發(fā)射機(jī)：從前到后逐級(jí)進(jìn)行，關(guān)鍵在于一是振蕩頻率和頻偏（調(diào)制度）的調(diào)試，二是高功放各諧振回路的調(diào)試，務(wù)必使輸出幅度調(diào)到最大（諧振）。接收機(jī)：集成電路的外圍器件幾乎無須調(diào)試，關(guān)鍵也是本振頻率點(diǎn)的確定，鑒頻曲線由外接回路確定，調(diào)整到38KHz中心頻率上。高放對(duì)靈敏度影響較大，輸入諧振回路必須根據(jù)

32、天線的分布參數(shù)而調(diào)整。兩個(gè)低頻放大器調(diào)整較為簡單，只要核定它們的增益即可。4.2 測試儀表EE3373B頻率計(jì)數(shù)器DA22-A超高頻毫伏計(jì)XJ1631函數(shù)信號(hào)發(fā)生器SX2172交流毫伏表SD4130自動(dòng)調(diào)制度測試儀SG8150超高頻信號(hào)發(fā)生器62254A數(shù)字存儲(chǔ)示波器ZN4116失真度測試儀4.3 發(fā)射機(jī)測試測試儀表連接如圖4-1所示。圖4-1 發(fā)射機(jī)測試儀表連接圖如圖4-1發(fā)射機(jī)測試儀表連接圖，為了使阻抗匹配，三個(gè)儀表應(yīng)分別接入進(jìn)行測試，毫伏計(jì)是高阻抗輸入，必須配以50歐的假負(fù)載。測得高頻輸出信號(hào)幅度為0.8 Vrms 算得負(fù)載為50歐的負(fù)載上的功率為16mW，滿足設(shè)計(jì)要求。測得發(fā)射頻率為3

33、3133±1KHz。當(dāng)調(diào)制度測試儀測得頻偏為±5KHz時(shí)，調(diào)制信號(hào)線路輸入約100mVrms ,話筒輸入約為2 mVrms 。 4.4 接收機(jī)波形測試波形測試儀表連接如圖4-2所示。圖4-2 波形測試儀表連接圖調(diào)制信號(hào)分別取300Hz、1000Hz、3400Hz正弦波，從耳機(jī)插孔測得輸出幅度，并觀察波形，結(jié)果輸出波形無明顯失真。為了檢測數(shù)據(jù)傳送的正確性，在上面測試系統(tǒng)的調(diào)制輸入端加入1000Hz的TTL方波，測得模擬輸出波形和數(shù)據(jù)整形輸出波形，如圖4-3數(shù)據(jù)接收波形。圖中可見，數(shù)據(jù)整形器有一定的延時(shí)，但是這對(duì)我們的單工通信方式?jīng)]有任何影響。(a)整形前(b)整形后圖4-3

34、數(shù)據(jù)接收波形4.5 靈敏度及通信距離的測試首先對(duì)接收機(jī)靈敏度進(jìn)行測試，測試方法如圖4-4。圖4-4 靈敏度測試靈敏度按20dB信噪比測量，信號(hào)發(fā)生器用1000Hz音頻信號(hào)內(nèi)調(diào)制到額定頻偏，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的射頻輸出電平，并用失真儀監(jiān)視接收機(jī)的輸出信號(hào)，降低射頻信號(hào)電平，使接收機(jī)輸出的信噪比降為20dB（10%失真度），此時(shí)的輸出電平為20dB信噪比靈敏度。實(shí)測靈敏度為3V。5 總結(jié)本設(shè)計(jì)制作完成了單工無線呼叫系統(tǒng)發(fā)射模塊和接收模塊的大部分要求，基本達(dá)到了課題規(guī)定的各項(xiàng)性能指標(biāo)。通過對(duì)單工無線呼叫系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。一個(gè)完整的通信系統(tǒng)，發(fā)射部分主要實(shí)現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)輸入、數(shù)

35、據(jù)編碼和信號(hào)調(diào)制的功能；接收部分的核心是完成信號(hào)的接收、解調(diào)和譯碼的設(shè)計(jì)。應(yīng)用了硬件和軟件相結(jié)合的思想，提高了系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。設(shè)計(jì)大膽嘗試采用了許多大規(guī)模集成芯片，如MC145152、MC3363等，使系統(tǒng)的復(fù)雜性大大降低，同時(shí)提高了系統(tǒng)在工作過程中的精度和速度。使整個(gè)設(shè)計(jì)過程中的邏輯組織更加嚴(yán)謹(jǐn)，也使人們能夠?qū)υ撓到y(tǒng)的理解更加深入。但考慮到多方面的因數(shù)，大膽采用了分立元件設(shè)計(jì)電路，該電路結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低、實(shí)用效果良好。單工無線呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)過程，是對(duì)通信技術(shù)研究的一種嘗試。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，無線通信技術(shù)將不斷地在更新?lián)Q代，這方面的研究還將會(huì)有更大的發(fā)展空間。本

36、次設(shè)計(jì)總結(jié)了以前這個(gè)方面研究的許多突出的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也提出了自己的一些見解和方法。在本次設(shè)計(jì)的過程中，遇到了許多難以解決的問題，設(shè)計(jì)制作曾經(jīng)因此而間斷進(jìn)行。但通過指導(dǎo)老師和同學(xué)的幫助，加上仔細(xì)分析后解決了各個(gè)疑點(diǎn)。我深刻地體會(huì)到共同協(xié)作和刻苦鉆研的重要性，提高了自己發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。在設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，又全面復(fù)習(xí)了以往所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，并更深一步的了解其中的知識(shí)在社會(huì)上是多么的有用。在原理圖的制作過程中，有進(jìn)一步熟悉了protel軟件，培養(yǎng)了我繪圖的能力。電路板的設(shè)計(jì)中，我鍛煉了自己的動(dòng)手能力，這在我獨(dú)立設(shè)計(jì)能力做了很好的培養(yǎng)，使我各方面的能力都有很大的提升。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)又給了我很大的打擊，專業(yè)知識(shí)嚴(yán)重缺乏，就連一些最基礎(chǔ)的知識(shí)都隨時(shí)間而淡忘了，從中我總結(jié)出，知識(shí)的學(xué)習(xí)并