基于通信應(yīng)用的單工無線發(fā)射接收系統(tǒng)設(shè)計論文

2無線通訊載在高頻正弦波上(稱為調(diào)制)利用天線發(fā)射成無線電波，用無線電波來載低頻電信一參數(shù)(振幅、頻率或初相位)來達到的，即使該參數(shù)按聲頻電信號的規(guī)律去變化。鍵來控制供給振蕩器的直流電源，即得到如圖2-1所示的無線電報發(fā)射機方框圖。電源接通時，振蕩器發(fā)生高頻電流i;電源斷開時，振蕩器沒有高頻電流送出。高頻電流送至發(fā)射天線，轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪?包含了所要傳送的電報信號)發(fā)射出去1。(b)發(fā)射電流波形(b)發(fā)射電流波形圖2-1無線電報發(fā)射機的基本原理圖2.2無線電的接收稱為解調(diào)(接收調(diào)幅信號時，也叫檢波。接收角度調(diào)制信號時，也叫鑒頻或鑒相)。最后再用聽筒或者揚聲器(喇叭)將檢波取出的音頻電流變?yōu)槁暷埽司吐牭搅税l(fā)射接收天線接收天線檢波器圖2-2直接放大式接收機方框圖Los是傳播損耗，單位為dBd是距離，單位是Kmf是工作頻率，單位是MHz由上式可見，自由空間中電波傳播損耗(亦稱衰減)只與工作頻率f和傳播距離d有關(guān)，當f或d增大一倍時，Los將分別增加6dB。下面舉例說明一個工作頻率為433.92MHz,發(fā)射功率為+10dBm(10mW),接2.4無線電傳輸優(yōu)點2.5調(diào)頻波頻率調(diào)制又稱調(diào)頻(FM),是使高頻振蕩信號的頻率按調(diào)制信號的規(guī)律變化，而振幅保持恒定的一種調(diào)制方式。調(diào)頻波用英文字母FM表示。調(diào)頻信號的解調(diào)稱為鑒頻或頻率檢波。設(shè)調(diào)制信號為載波信號為Uc(t)=UomcosWct調(diào)頻時，載波電壓振幅度Ucm不變，而載波瞬時間頻率則隨調(diào)制信號規(guī)律變化，即為式中w。為載波角頻率，又稱為調(diào)頻波中心頻率；△o(t)=K,U?(t)為瞬時角頻率相對于中心頻率的頻率偏移，簡稱頻偏。最大頻偏與調(diào)制信號的振幅成正比，而與調(diào)制信號的頻率無關(guān)。這是調(diào)頻波的基本特征。調(diào)頻后載波瞬時相位也會產(chǎn)生變化，其瞬時相位為調(diào)頻波的數(shù)字表示式為根據(jù)(2.6)式可畫出調(diào)頻波的波形圖，如圖2-3所示。根據(jù)(2.6)式可畫出調(diào)頻波的波形圖，如圖2-3所示。調(diào)制信號載波調(diào)頻波圖2-3調(diào)頻波的形成3系統(tǒng)設(shè)計3.1總體設(shè)計方案采用了分立元件構(gòu)成音頻無線發(fā)射電路。接收機采用第三代立體聲放收音機電路調(diào)幅(AM)調(diào)頻(FM)優(yōu)點1.傳播距離遠，覆蓋面大1.傳送音頻頻帶較寬(100Hz—5KHz)適宜于高保真3.應(yīng)用范圍廣，用于多種信息傳遞缺點1.傳送音頻頻帶窄(200Hz—2500Hz),高音缺乏2.傳播中易受干擾，噪聲大傳播衰減大，覆蓋范圍小(4)線發(fā)射接收機室內(nèi)通信距離(兩設(shè)備間的最近距離)不小于5米。3.2方案論證與比較左聲道輸入射頻輸出放大電路射頻輸出放大電路右聲道輸入圖3-3分立元件調(diào)頻電路框圖于語音和數(shù)字通訊的接收設(shè)備。但是該電路較多用于調(diào)頻廣播接收，在要求的頻段內(nèi)中放1中放1本振2中放2鑒頻低放本振1高放圖3-4MC3362調(diào)頻接收電路框圖該濾波器的作用是抑制調(diào)頻波段以外的信號的干擾。CXA1019S雖然把調(diào)頻頭電路集圖3-5CXA1019S調(diào)頻接收電路框圖節(jié)，尤其是芯片內(nèi)采用了鎖相技術(shù)，由于芯片高度的集成化，因而接收機電路外圍元件極少、中心穩(wěn)定，調(diào)諧簡單、抗干擾性強、電路穩(wěn)定，調(diào)整方便等優(yōu)點。綜上所述，本設(shè)計選擇方案3,即采用CXA1238S構(gòu)成的FM解調(diào)電路。4單元電路設(shè)計4.1音頻無線發(fā)射電路的設(shè)計本設(shè)計中的聲音調(diào)頻發(fā)射部分采用常用分立元件構(gòu)成電路。下面分別從LC電路的基本工作原理、正弦波振蕩電路的振蕩條件和考畢茲振蕩器的模型及在設(shè)計電路中的應(yīng)用方面入手對發(fā)射單元電路進行分析。4.1.1LC電路的基本工作原理(1)構(gòu)成一個LC振蕩器必須具備下列三個條件：①一套振蕩回路，包含兩個(或兩個以上)儲能元件。在這兩個元件中，當一個釋放能量時，另一個就接收能量。釋放與接收能量可以往返進行，其頻率決定于元件的②一個能量來源，可以補充由振蕩回路電阻所產(chǎn)生的能量的損失。在晶體管振蕩器中，這能源就是直流電源Vcc。③一個控制設(shè)備，可以使電源功率在正確的時刻補充電路的能量損失，以維持等幅振蕩。這是由有源器件(電子管、晶體管或集成塊等)和正反饋電路完成的3。(2)LC振蕩器起振條件們之間滿足下列關(guān)系：Xc=-(Xbe+Xce)即②幅度起振條件9o——晶體管的輸出電導(dǎo)，qz——晶體管的等效負載電導(dǎo)，b十十Vf-圖4-1三點式振蕩器Fu一般在0.1～0.5之間取值。4.1.2正弦波振蕩電路的振蕩條件從結(jié)構(gòu)上來看，正弦波振蕩電路就是一個沒有輸入信號的帶選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋放畫一下，便得圖4-2(b)。OOF(a)正反饋放大電路的方框圖(b)正弦波振蕩電路的方框圖圖4-2正弦波振蕩電路的方框圖由圖可知，如在放大電路的輸入端(1端)外接一定頻率、一定幅度的正弦波信在大小和相位上都一致，那么,就可以除去即式(4.2)稱為振幅平衡條件，而式(4.3)則稱為相位平衡條件，這是正弦波振蕩電路產(chǎn)生持續(xù)振蕩的兩個條件。節(jié)輸入端的+、-符號不同，所以環(huán)路增益各異，從而導(dǎo)致相位條件不一致。振蕩電路的振蕩頻率f是由(4.3)的相位平衡條件決定的。一個正弦波振蕩電路只在一個頻率下滿足相位平衡條件這個頻率就是fo,這就要求在AF環(huán)路中包含一個具有選頻特性的網(wǎng)絡(luò)，簡稱選頻網(wǎng)絡(luò)。它可以設(shè)置在放大電路A中，也可設(shè)置在反饋網(wǎng)絡(luò)F中，它可以用R、C元件組成，也可以用L、C元件組成。用R、C元件組成選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩電路稱RC振蕩電路，一般用來產(chǎn)生1Hz～1MHz范圍內(nèi)的低頻信號；而用L、C元件組成選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩電路，一般用來產(chǎn)生1MHz以上的高頻信號。欲使振蕩電路能自行建立振蕩，就必須滿足Ai>1后，振蕩電路就有可能自行起振，或者說能夠自激，最后趨于穩(wěn)態(tài)平衡5。4.1.3考畢茲振蕩器的模型及在設(shè)計電路中的應(yīng)用(1)電容三點式振蕩器電容三端振蕩器與電感三端振蕩電路相比，電容三端振蕩器的優(yōu)點是輸出波形較好，這是因為集電極和基極電流可通過對諧波為低阻抗的電容支路回到發(fā)射極，所以高次諧波的反饋減弱，輸出的諧波分量減小，波形更加接近于正弦波。其次，該電路中的不穩(wěn)定電容(分布電容、器件的結(jié)電容等)都是于該電路并聯(lián)的，因此適當加大回路電容量，就可以兼容不穩(wěn)定因素對振蕩頻率的影響，從而提高了頻率穩(wěn)定度。最后，當工作頻率較高時，甚至可以只利用器件的輸入和輸出電容作為回路電容。因而本電路適用于較高的工作頻率，考畢茲電路如圖4-3所示。(a)考畢茲振蕩器(b)交流等效電路圖4-3電容三端振蕩器電路(考畢茲振蕩器)(2)考畢茲振蕩器的設(shè)計模型根據(jù)正弦波振蕩器形成振蕩的兩個條件以及采樣電路的要求，設(shè)計如圖4-4的考畢茲振蕩器的設(shè)計模型。它由兩部分組成：一是放大器部分采用AD8620。二是選頻反饋網(wǎng)絡(luò)。放大器采用同相輸入的方式，目的是為了形成正反饋。選頻網(wǎng)絡(luò)采用LC諧振回路，根據(jù)設(shè)計的需要選擇一個頻率。采樣電路就是要選出一個頻率為1.8MHz~2.4MHz的正弦波。則它的頻率由下列公式?jīng)Q定：在考畢茲電路中，可以通過改變電容來改變電路的反饋系數(shù)。那么為了在調(diào)整電路的頻率時頻率不受電容的影響，在電容的兩端可以通過并聯(lián)可變電容的方法來解決。因此將一個可變電容C3并聯(lián)在電感L兩端它的值為5～10P。由于電容的值很小，所以并聯(lián)上該電路對諧振頻率的改變量是很小的。所以振蕩電路的頻率為所以f=1.81.9…2.4MHZ圖4-4電容三點振蕩4.1.4發(fā)射單元電路分析本設(shè)計中的聲音調(diào)頻發(fā)射部分采用常用分立元件構(gòu)成電路。如圖4-5所示。射頻電路由高頻振蕩器、緩沖放大器、末級功率放大器及天線組成。高頻振蕩器用來產(chǎn)生載頻信號，頻點落在32MHz內(nèi)，通過改變電感量即可改變發(fā)射頻率。在音頻信號的作用下，通過改變晶體管極間電容實現(xiàn)調(diào)頻，產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)頻波，射頻信號由Q1的發(fā)射極輸出，送到Q2、L2、C8、R5等組成的緩沖放大器進行功率提升，并可減輕末級放大電路對振蕩器的影響。末級為高頻丙類窄帶放大，通過后級功率放大器對功率再進一步放大，經(jīng)C13耦合到發(fā)射天線向周圍空間輻射。調(diào)頻電路是通過改變晶體管極間電容實現(xiàn)調(diào)頻的，由于任何PN結(jié)在加反向電壓時，反向電壓的變化將會引起結(jié)電容的變化，即所謂變?nèi)菪?yīng)。在晶體三極管電路中，集電結(jié)就是一個加有反向電壓的PN結(jié)。利用集電結(jié)的變?nèi)菪?yīng)也可實現(xiàn)調(diào)頻。圖4-5中，Q、L、C?、C、G、Gc構(gòu)成電容三點式振蕩電路，其工作原理如下：圖4-5調(diào)頻無線發(fā)射電路圖對高頻而言，Q基極是接地的，所以是共基極電路。集電極-基極間的PN結(jié)處于反向偏壓狀態(tài)，結(jié)電容C,c相當于并聯(lián)LC諧振回路兩端，能影響振蕩頻率。調(diào)制電壓加于Q基極，以改變Q的基極電位，使集電極與基極間的反向偏壓發(fā)生了變化，從而使極間電容Cc跟隨調(diào)制電壓而變，這就實現(xiàn)了調(diào)頻。此電路的中心頻率可通過回路可變電容C?來進行調(diào)整，工作在32MHz。取中心頻率為32MHz,經(jīng)查三極管9018的靜態(tài)結(jié)電容Cc為2pF,取C?、C?、C?的值分別為：3.3pF、10pF、39pF,根據(jù)以下頻率的計算公式計算電感值。電路的中心頻率計算公式如下：在實際調(diào)試中，電感L和電容C?需要微調(diào)以滿足中心頻率的要求。4.2音頻無線接收電路的設(shè)計4.2.1接收機電路方框圖下面介紹接收機電路圖的功能塊電路的作用：圖4-6接收機電路方框圖率與外接收到的信號進行差頻，輸出固定的中頻信號(AM的中頻為465KHz,FM的中頻為10.7MHz)。②中頻放大與檢波選臺、變頻后的中頻調(diào)制信號送入中頻放大電路進行中頻放大，然后再進行檢波，取出調(diào)制信號。③低頻放大與功率放大解調(diào)后得到的音頻信號經(jīng)低頻放大和功率放大電路放大后送到揚聲器或加到耳4.2.2芯片資料1、放大器1輸出；2、供電正電源輸入，支持1.8～151、放大器1輸出；2、供電正電源輸入，支持1.8～15V3、放大器2輸出4、地5、放大器2輸入負端6、放大器2輸入正端7、放大器1輸入正端8、放大器1輸入負端23456789常用電本振壓引入本振容穩(wěn)壓A中放/檢波殿26立體聲解碼放大立體聲放回路線輸入天線輸接地入指示燈輸出輸出92FM/AM調(diào)諧中頻接地鎖相環(huán)導(dǎo)頻檢波中頻輸出逵擇二分頻二分頻單立體鑒頻器2628腳控制電壓濾波9。4.2.3接收機電路分析解調(diào)出10.7MHz的中頻信號，并由16腳輸出。20腳外接FM高放調(diào)諧回路，22腳為FM中頻信號經(jīng)10.7MHz陶瓷濾波器B?,饋入13腳FM中放和鑒頻電路。26腳外Wbo3665圖4-10音頻無線接收電路圖但其色標(表示頻率偏差)必須與B?一致。15腳外接波段選擇開關(guān)，通過IC內(nèi)部輸出一個誤差電壓。由外接濾波器(29腳和1腳之間)濾除高頻成分后，用于控制3腳外接電容)和直流放大后，打開“立體聲/單聲道”開關(guān)，并驅(qū)動點亮4腳外接4.3電源模塊設(shè)計調(diào)頻發(fā)射機的要求2。VinVoutmVinVout圖4-12發(fā)射機單元電源電路圖表4