電子與信息工程畢業論文：單工無線對講機的設計.doc

本 科 畢 業 設 計 單工無線對講機的設計 所在學院 專業班級 電子與信息工程 學生姓名 學號 指導教師 職稱 完成日期 年 月 I 摘要 隨著經濟的發展和社會的進步，人們更關注自身的安全、工作效率和生活質量，對無線電對講機的需求也將日益增長。公眾對對講機的大量使用，更促進 了無線電對講機成為人們喜愛和依賴的通信工具。 對講機主要應用在公安、民航、運輸、水利、鐵路、制造、建筑、服務等行業，用于團體成員間的聯絡和指揮調度，以提高溝通效率和提高處理突發事件的快速反應能力。隨著對講機進入民用市場，人們外出旅游、購物也開始越來越多地使用對講機 [1]。 本單工無線對講機，以集成芯片 MC3361、 MC2833 為核心，主要由 FM 接收電路、 FM 調頻發射電路、輸入選頻網絡電路、高頻選頻放大器混頻電路、本振電路、鑒頻電路、靜噪電路、音頻功放電路、直流穩壓源電路、話筒放大器電路、晶體調頻振蕩兼 三倍頻電路、輸出濾波網絡、調制信號放大、功率放大、調諧電路等組成。基于題目要求，本系統能夠發射和接收相同頻率信號，設計中采用了模塊化的思想，使得設計思路非常明晰。 關鍵詞： 對講機；調頻；無線；單工 II ABSTRACT With economic development and social progress, more attention to its own security, working efficiency and quality of life, the demand of radios will grow. The wide use of public radio, the more promoted radios become popular and rely on communication tools. Intercom is mainly applied in public security, civil aviation, transportation, water conservancy, railway, manufacturing, construction, and service industries, used to group members contact and scheduling between, in order to improve the communication efficiency and improve handling emergencies fast-reacting ability. As interphone, people go into civil market of tourism, shopping is also becoming increasingly use his radio. The wireless radios, with transitions MC3361 integrated chips LM386 as the core, and mainly by FM receiving circuit, FM radio emission circuit, frequency selective network circuit, high-frequency frequency selective amplifier frequency mixing circuit, the resonance circuit, popularly used circuit, static noise circuit, audio power amplifier circuit, dc voltage source circuit, microphone amplifier circuit, crystal FM oscillation and three times frequency circuit, output filter network, modulation signal amplifier, incentive amplification, power amplifier, electronic switch, antenna matching networks and the power output module. Based on the topic request, this system can transmit and receive the same frequency signal, design using modular thoughts, make design thinking very clear. Keywords: intercom; FM; Wireless; Transitions III 目錄 第 1 章 概述 . 1 1.1 無線對講機的發展現狀 . 1 1.2 無線對講機系統結構 . 1 1.2.1 模擬對講機的系統結構 . 2 1.2.2 數字對講機的系統結構 . 2 第 2 章 工作原理 . 3 2.1 工作原理 . 3 2.2 系統框圖 . 3 第 3 章 單元電路的分析與設計 . 4 3.1 FM 接收機電路原理與分析 4 3.1.1 輸入選頻網絡 . 4 3.1.2 高頻選頻放大器 . 5 3.1.3 混頻電路與本振電路 . 5 3.1.4 二混頻、限幅中放、鑒頻電路 . 7 3.1.5 靜噪電路 . 9 3.1.6 音頻功放電路 10 3.1.7 直流穩壓源電路 11 3.2 FM 調頻發射機 . 12 3.2.1 系統框圖 12 3.2.2 主要電路模塊說明 13 3.2.3 變頻電路 14 3.2.4 混頻電路 14 3.2.5 調諧電路 15 3.2.6 放大電路 15 3.2.7 檢波和自動增益控制電路 15 3.2.8 功率放大電路 . 15 3.3 對講機電路的調試與測量 15 3.3.1 接收機電路的調試 15 IV 3.3.2 發射機電路的調試 17 3.3.3 聯合調試 19 3.3.4 任務 19 結論 . 20 致謝 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻 . 21 附錄 . 22 1 第 1 章 概述 1.1 無線對講機的發展現狀 隨著我國經濟的快速發展，對講機通信在社會各個行業及諸多方面都得到了廣泛的應用，在石油化工、民用建筑工地都有使用對講機通信，小區物業管理和酒店餐飲等諸多行業，以及公安消防，搶險救災，商城學校等方面也廣泛的使用對講機通信，對講機通信具有它獨特的優勢，多應用于集群調度、應急通信和即時通信等領域，實際上在社會的各個行業對講機已經成為了重要的無線通信裝備，并在國民經濟和人們的生活中發揮著重要的作用 [2]。對講機通信和手機 通信相比，它的價格便宜，且通話基本不產生任何費用，能夠很方便的實現點對點或者一點對多點的通信，它的通話距離比室內無繩電話要更遠，一般情況下，對講機通信的通話距離可以達到 3 公里甚至更遠。隨著自駕旅游，徒步登山，野外露營等活動越來越受的人們的喜愛，民用對講機在這些場合中發揮了積極作用，通過使用對講機人們可以方便的和朋友或者整個團隊溝通取得聯系。 近些年來，我國的對講機產業受通信產業高速發展的拉動，對講機市場迅速發展，一些大型的通信設備生產廠家積極開拓中國市場，并取得了很好的市場占有率 [3]。比如著名的摩托羅拉公 司早在上世紀 80 年代末期就進入中國市場，并于 1992 年在天津注冊成立了摩托羅拉（中國）電子有限公司，從而開始直接在國內生產手機和對講機等無線通信設備；對講機產業的另一個巨頭威泰克斯公司也于 2003 年在中國蘇州工業園區成立了威泰克斯通訊（蘇州）有限公司；還有 TEKK 公司， 2005 年 3 月該公司將制造基地從韓國正式搬到中國深圳，南方貝爾也進入中國與深圳諾德實業有限公司合作開拓民用對講機市場 [4]。 我國國內對講機行業的重復建設現象非常突出，大量的設備制造商都在仿制一些大型公司的熱點對講機，產品結構過剩現象比較嚴重 。目前國內對講機企業市場競爭力還存在不足，專業通信設備研制還未能掌握核心技術，不能滿足我國專業無線通信發展需要，我國專業無線電通信設備的需求還要從國外進口。我國是世界通信第一大國，隨著我國國民經濟的持續快速發展，對講機市場發展潛力非常巨大，未來我國對講機產業有著廣闊的空間和美好的前景。 1.2 無線對講機系統結構 從設計技術上講，無線對講機可分為模擬對講機（也稱為傳統對講機）和數字對講機兩種。模擬對講機采用模擬技術進行通信，它將采樣的語音數據信號通過無線對講機的傳輸信道進行收發通信，而對于數字對講機則是 基于數字通信技術進行設計的，其調制方式是首先將語音數據信號轉化為數字信號，再通過數字編碼的形式進行傳播，也就是說，數字對講機傳輸的全部調制信號都是以數字形式在傳輸頻率上進行傳輸的。嚴格意義上來講只有直接采用數字信號處理器的對講機才是真正意義上的數字對講機，而采用數字控制信號的對講機（如集群系統的對講機）則不屬于數字對講機 [5]。 2 1.2.1 模擬對講機的系統結構 模擬對講機的具體工作方式如下：首先在信號發射源部分，發射電路產生發射的射頻信號，然后通過功率放大電路進行放大，再利用低通濾波器將載波信號的諧波部分 濾除，最后將處理過的信號通過無線天線發送出去。接收端部分的處理過程如下，首先將天線收到的載波信號進行射頻放大，將依次生成第一中頻信號，第二中頻信號，然后再將第二中頻信號中的干擾信號濾除，最后通過放大電路將語音信號恢復出來。恢復出來的語音信號將再通過帶通濾波和功率放大等電路后，由揚聲器將語音信號轉化為最終所需的信息 [6]。 1.2.2 數字對講機的系統結構 數字對講機的具體工作方式如下：模擬語音信號經過 A/D 轉換后變成數字數字信號，并將該信號編碼后，變成方便傳輸的低速率語音信號。再將語音數字信號通過功率放 大后發送出去。而在接收到數據信號后，信號經過功率放大、數字變頻、濾波等處理后，送給語音處理模塊進行解碼，最后將解碼后的信號通過 D/A 電路轉化為模擬信號，然后通過揚聲器將模擬信號轉化為聲音輸出。 3 第 2 章 工作原理 2.1 工作原理 對講機的電路形式較多，從調制方式上可分為調幅式和調頻式；從收發功能上，可分為單工式和雙工式。單工式對講機在同一時間內，只能工作在一種狀態下，即接收或者發送狀態，而不能同時處于收發狀態。單工對講機工作時，要不停地切換開關來控制收發狀態，所以使用起 來不太方便。 而雙工式對講機可以收發電路并同時工作，使用起來如同普通電話機一樣。因此，應用起來比較方便，但由于雙工對講機的電路復雜、造價高、耗電量大等缺點，所以一般應用較少。 而單工式對講機則由于它造價低、體積小、耗電低等優點，被大量應用。目前，市場上常見到的對講機大多屬于單工調頻式。 單工式對講機的收發狀態是靠切換供電電源開關的方式來實現收發轉換的。雖然電路中含有接收和發射電路。由于在同一時間內，只能工作在一種狀態下，所以將這種工作方式稱為單工方式。 而全雙工對講機在工作時 ，發射電路和接收電路是同時工作的。由于發射電路和接收電路共用一根天線，發射電路輸出到 75 歐姆天線上的高頻載波電壓可能達到 10-30V 以上。而接收雙方發射的高頻載波信號往往較為微弱，一般在 75 歐天線上僅能感應到微伏級的信號。所以對講機天線的工作狀態，將直接關系到雙工對講機能否正常工作 [7]。 由于采用以上多種措施，所以使雙工對講機電路的接收和發射電路可以使用一根天而不會產生不必要的干擾。 2.2 系統框圖 圖 2.1 對講機系統框圖 4 第 3 章 單元電路的分析與設計 3.1 FM 接收機電路原理與分析 3.1.1 輸入選頻網絡 輸入選頻網絡是對講機天線至接收電路（高頻放大器輸入端）之間的信號耦合網絡。它主要負責完成對外界信號的選頻，對強信號進行限幅處理。由于天線和第一級高頻放大器之間存在較大的阻差異，所以輸入選頻網絡還要負 責完成阻抗變換任務。 圖 3.1 是輸入濾波網絡的電路原理。從圖中可以看出，當外界的信號通過 75Ω拉桿天線進入電路后，首先通過 1C 、 1L 、 2C 、 2L 、 3C 組成的帶通濾波器網絡進行濾波處理后，才送至由 1B 、 28C 組成的并聯諧振回路，進行 選頻。并聯諧振回路的諧振點選擇在接收信號中心頻率 0f 上，對 0f 以外的信號進行衰減 [8]。 1B 采用抽頭分壓部分耦合接入方式，主要是為了使天線與電路阻抗匹配，滿足天線輸入網絡輸出阻抗低和 8BG 輸入阻抗高之間的阻抗變換。 圖 3.1 輸入濾波網絡電路 為了防止由于發射電路工作時，天線上所產生的高頻電壓（約 20 PPV? 以上），擊穿場效應管的 8BG 的柵極，所以電路中加入了由二極管 1VD 、 2VD 組成的電壓限幅電路，利用二極管正向壓降較低的特性，將輸入電壓限幅在 0.7V 以下，以保證高放管的安全工作。 5 3.1.2 高頻選頻放大器 一部無線對講機，要想使其具有較高的選擇性，高頻放大器的電氣性能優劣至觀重要。高放級小信號交流電壓增益的高低，將直接影響到接收機的靈敏度。而高放級的選頻優劣，將直接關系到接收機的選擇性和鏡像 抑制等性能指標參數的好壞。 本電路中承擔高頻放大任務的放大管是 8BG ，該管選用高頻雙柵場效應管（ 3SK122),由于該管具有雙柵輸入功能，可以將信號和直流偏置分別加至兩個柵極，相互之間互不影響，保證了高頻放大電路的低噪聲系數。 圖 3.2 是低噪聲高放電路的原理。從圖中可以看出，為了提高放大器交流增益，電路采用共源極放大方式，在漏極回路中串入了由 52C 、 2B 組成的并聯諧振選頻回路，使電路的信號選擇 性能進一步提高。 圖 3.2 高頻放大器電路原理 本級放大器能夠產生約 10～ 20dB 的電壓增益，有效的提高了接收機的靈敏度。 3.1.3 混頻電路與本振電路 這一部分電路的主要任務是，將前級高放送來的高頻信號進行頻率變換，使高頻信號變換成為一個頻率固定的中頻信號。混頻后的中頻信號與原來的調制方式、調制內容、信號頻譜等均保持不變。 由于經過混頻后的中頻信號，中心頻率相對較低，頻帶較窄，可以很方便地采用通用型濾波器進行濾波處理。目前常用的通用濾波器件多為固定頻率式陶瓷濾波器，這種濾波器體積小、工作穩定、濾波效 果好 [9]。目前已被各電器生產廠家廣泛采用。本機中頻濾波器就是采用 10.7MHz、 455kHz 兩種陶瓷濾波器，其中 10.7MHz 為三端型、 455kHz 為五端型，由它們完成對一中頻、二中頻的選頻濾波任務。