半双工调频对讲机

1、 非线性电子线路课程设计报告 半双工调频无线对讲机专 业：通信工程指导老师：xxx学 号：xxxxxx姓 名：xxx 电子与信息工程学院 2015年12月7日摘要随着通信技术的快速发展，各种通信设备也应运而生，如手机，电脑，对讲机等无线通信设备，。半双工即Half duplex Communication，是指在通信过程的任意时刻，信息既可由A传到B，又能由B传A，但只能有一个方向上的传输存在。采用半双工方式时，通信系统每一端的发送器和接收器，通过收/发开关转接到通信线上，进行方向的切换，因此，会产生时间延迟。收/发开关实际上是由软件控制的电子开关。半双工方式要求收发两端都有发送装置和接收装置

2、。由于这种方式要频繁变换信道方向，故效率低，但可以节约传输线路。半双工方式适用于终端与终端之间的会话式通信。方向的转变由软件控制的电子开关来控制的。例如：无线对讲机就是一种半双工设备，在同一时间内只允许一方讲话。半双工调频无线对讲机更是在日常生活中发挥着重要的作用，半双工对讲机系统具有使用简单，不受网络限制 ，通话成本低，适用范围广的优势。是在混频鉴频等技术的基础上，利用无线电通信原理研发的一种通信方式，半双工对讲机，从电路工作形式上来讲，仍然属于单工工作方式。严格的讲，半双工对讲机应该属于变形单工对讲机电路。本系统的功能在于通话工程，无线对讲机的特点是可供小型单位作内部电话使用，此外由于采用

3、成品无线模块，从而使制作变得很简单，成本也很低。对讲机实现了内部的通话，为人们的日常生活带来了极大的方便，值得进一步推广。，有着很好的发展前景。希望这项技术的研究能为人们以后的生活以及工作带来更大的便利，为人们提供更为舒适完美的生活方式。【关键词】:对讲机，半双工，调频基本要求本次实验要求：本次实验要求设计一套半双工调频对讲机【要求一】共同使用一个载波信道，发射与接收频率均为10.7MHZ【要求二】公用一根天线【要求三】使用同一振荡器实现本振【要求四】调制信号的频率为4.7MHZ，载波信号的频率为10.7MHZ【要求五】组装接收和发射电路【要求六】实现调频系统的联调双工器单调谐小信号放大集成陶

4、瓷选频放大模拟乘法混频正交鉴频音频放大耳机高频功率放大器双平衡二极管混频变容二极管调频音频放大微音器音源图1.半双工调频对讲机方框图工作原理发射电路包括：变容二极管调频电路，二极管混频，高频小信号放大器。接收电路包括：单调谐小信号放大器，模拟乘法下变频混频器 ，中频放大器，选频放大器，正交鉴频电路。发射时，声音经过微音器，将声信号转化为电信号，然后经过高频滤波器滤除高频分量，再经过音频放大器将其放大，经过变容二极管调频后送入混频器使载波的频率按照调制信号规律变化。调制后的信号进入高频信号放大器后经由天线发射。接收时，经过单调谐小信号放大器进行放大，然后送入模拟乘法混频器混频输出中频信号，经过选

5、频放大后，进入鉴频器进行解调，得到音频信号。音频信号经过放大后，获得所需的功率推动耳机发出声音单元模块设计1. 混频 混频电路是超外差式接收机的重要组成部分，它的作用是将载频为fc的己调信号不失真地变换为载频为fI的中频己调信号。从频谱的观点来看，混频的作用就是将输入己调信号频谱不失真地从fc搬移到fI 的位置上。因此，混频电路是一种典型的频谱搬移电路，可以用相乘器和带通滤波器来实现这种频谱搬移。如图2中就是利用乘法器实现调频信号的混频功能的。在高频电子电路中，常常需要将信号自某一频率变成另一个频率。这样不仅能满足各种无线电设备的需要，而且有利于提高设备的性能。对信号进行变频，是将信号的各分量

6、移至新的频域，各分量的频率间隔和相对幅度保持不变。进行这种频率变换时，新频率等于信号原来的频率与某一参考频率之和或差。该参考频率通常称为本机振荡频率。本机振荡频率可以是由单独的信号源供给，也可以由频率变换电路内部产生。当本机振荡由单独的信号源供给时，这样的频率变换电路称为混频器。2鉴频调频波的解调称为频率检波，简称鉴频（ FM Detector, Discriminator ）。其作用是从己调波中检出反映在频率变化上的调制信号。在调频接收机中，当等幅调频信号通过鉴频前各级电路时，因电路频率特性不均匀而导致调频信号频谱结构的变化，从而造成调频信号的振幅发生变化。如果存在着干扰，还会进一步加剧这种

7、振幅的变化。鉴频器解调这种信号时，上述寄生调幅就会反映在输出解调电压上，产生解调失真。因此， 一般必须在鉴频前加一限幅器以消除寄生调幅，保证加到鉴频器上的调频电压是等幅的。可见，限幅与鉴频一般是连用的，统称为限幅鉴频器。鉴频是调频的逆过程，广泛采用的鉴频电路是相位鉴频器。鉴频原理是：将调频波经过一个线性移相网络变换成调频调相波，然后再与原调频波一起加到一个相位检波器进行鉴颇。因此，实现鉴频的核心部件是相位检波器。相位检波又分为叠加型相位检波和乘积型相位检波，利用模拟乘法器的相乘原理可实现乘积型相位检波， 其基本原理是：在乘法器的一个输入端输入调频波Vs(t), 设其表达式为：Vst=Vsmco

8、sc+mfsint式中，mf为调频系数。另一输入端输入经线性移相网络移相后的调频调相波Vs'（t）， 设其表达式为：Vs'（t）=Vsm'cosc+mfsint+2+式中，第一项为高频分量，可以被滤波器滤掉。第二项是所需要的频率分量，只要线性移相网络的相频特性 （ ）在调频波的频率变化范围内是线性的，当 （ ）三0 .4rad 时， s in （ () ) （ ）。因此鉴频器的输出电压VO (t ） 的变化规律与调频波瞬时频率的变化规律相同，从而实现了相位鉴频。所以相位鉴频器的线性鉴频范围受到移相网络相频特性的线性范围的限制。1.发射部分：1.1变容二极管调频电路变容二

9、极管调频电路主要是由主振电路和变容二极管直接调频电路构成，图一变容二极管调频电路主振电路设计原理分析:  端口通过滤直电容C82输入频率为1KHz大小为200mv的调制信号，并且频率由零慢慢增大，端口12输出调频信号。T1,T2为3DG12C三极管，C9、C10、C7、L4、CC1、C8为主振回路，D1为Bb910变容二极管。为了减小三极管的极间电容Cce、Cbe、Ccb这些不稳定电容对振荡频率的影响，要求C9>C7,C10>C7，且C7越小，这种影响就越小，回路的标准性也就越高。则回路的谐振频率是式中，L为LC振荡电路的总电感量，C为振荡电路中的总电容，主要取决于C3、

10、C7、C8、Cc1及变容二极管反偏时的结电容Cj。，变容二极管电容Cj作为组成LC振荡电路的一部分，电容值会随加在其而端的电压的变化而变化，从而达到变频的目的。R4、R5、R6、R7和W2调节并设置电容三点式振荡器中T1管的静态工作点，R8、R9、R10调节并设置T2管的静态工作点，C7、C9、C10以及L4、CC1、C8构成LC振荡电路。电容三点式振荡器电路等效电路如下图所示。 图二 电容三点式振荡器等效电路变容二极管直接调频电路设计原理分析 图中，直接调频电路由变容二极管(Bb910)D1，耦合电容C1、C3、C82，偏置电阻R1、R2，隔离电阻R3和电位器W1构成。接入系数Cj

11、CCp33，（C3由不同电容值的电容代替，保证接入系数不同）其中等效电路图如下图所示。 变容二极管部分接入等效图1.2二极管混频电路本实验采用集成模拟相乘器作混频电路实验。因为模拟相乘器的输出频率包含有两个输入频率之差或和，故模拟相乘器加滤波器，滤波器滤除不需要的分量，取和频或者差频二者之一，即构成混频器。模拟相乘器滤波器本机振荡器图三 相乘混频器方框图图四 环形二极管混频器图五 混频前后的频谱图设信号是：载波频率为fs的普通调幅波，本机振荡频率为fl。 由相乘混频可得输出电压。1.3高频小信号谐振放大器图六 高频小信号谐振放大器本系统经环形二极管混频得到fc=10.7MHz的高频小信号, 高

12、频小信号放大器一般用于放大微弱的高频信号,此类放大器应具备如下基本特性: 只允许所需的信号通过,即应具有较高的选择性。放大器的增益要足够大。放大器工作状态应稳定且产生的噪声要小。放大器应具有一定的通频带宽度。 除此之外,虽然还有许多其它必须考虑的特性,但在初级设计时,大致以此特性作考虑。2. 接收部分2.1单调谐小信号放大器图七 单调谐小信号放大器原理图小信号调谐放大器的类型很多，按调谐回路区分。由单调谐回路，双调谐回路和参差调谐回路放大器。按晶体管连接方法区分，有共基极、共发射极和共集电极放大器。实用上，构成形式根据设计要求而不同。以电容器和电感器组成的回路为负载，增益和

13、负载阻抗随频率而变的放大电路。这种回路通常被调谐到待放大信号的中心频率上。由于调谐回路的并联谐振阻抗在谐振频率附近的数值很大，所以放大器可得到很大的电压增益；而在偏离谐振点较远的频率上，回路阻抗下降很快，使放大器增益迅速减小。因而调谐放大器通常是一种增益高和频率选择性好的窄带放大器。调谐放大器广泛应用于各类无线电发射机的高频放大级和接收机的高频与中频放大级。在接收机中，主要用来对小信号进行电压放大；在发射机中主要用来放大射频功率。调谐放大器的调谐回路可以是单调谐回路，也可以是由两个回路相耦合的双调谐回路。可以通过互感与下一级耦合，也可以通过电容与下一级耦合。一般说，采用双调谐回路的放大器，其频

14、率响应在通频带内可以做得较为平坦，在频带边缘上有更陡峭的截止。典型的单调谐放大器电路如图所示。图中LC并联谐振回路为晶体管的集电极负载，由于LC回路有带阻作用，即对带内信号阻抗较大，输入信号Us经电容器C1耦合到be“基射”之间。放大后再耦合到外接负载导纳YL上。2.2模拟乘法器混频图八 相乘混频方框图图九 MC1496构成的混频电路图为模拟乘法器混频电路，该电路由集成模拟乘法器MC1496完成。 MC1496可以采用单电源供电，也可采用双电源供电。本实验电路中采用12V，8V供电。R12（820）、R13（820）组成平衡电路，F2为4.5MHz选频回路。本实验中输入信号频率为Sf

15、4.2MHz，本振频率Lf8.7MHz。 为了实现混频功能，混频器件必须工作在非线性状态，而作用在混频器上的除了输入信号电压VS和本振电压VL外，不可避免地还存在干扰和噪声。它们之间任意两者都有可能产生组合频率，这些组合信号频率如果等于或接近中频，将与输入信号一起通过中频放大器、解调器，对输出级产生干涉，影响输入信号的接收。 干扰是由于混频器不满足线性时变工作条件而形成的，因此不可避免地会产生干扰，其中影响最大的是中频干扰和镜像干扰。2.3中频放大器中频放大器是个专门放大中频一个频率信号的放大器。中频放大器不仅要放大信号，还要进行选频，即保证放大的是中频信号。在这一点上，与

16、高频放大器是有所不同的，高频放大器要放大88108M1z一个频段内的调频信号。中频放大器的输出信号要有足够的幅度，以便限幅和鉴频器能正常工作。所以，中频放大器的级数较多。中频放大器主要是将混频器输出的信号进行大幅度提升,以满足解调电路的需要。2.4选频放大器理想选频放大器的幅频特性为矩形。在矩形所定的频率范围内，信号全部通过，电压增益Au=Aum，为通带。而在此范围外的信号则全被抑制，Au=0，为阻带。实际的选频特性并非矩形，通带和阻带间有过渡带。通常用下列参数说明：中心频率f0；最大电压放大倍数Aum带宽B；选择性S。中心频率是选频的基准，两边的频率以它为对称中心；f0处的电压放大倍数为Au

17、m。Au下降到Aum的707%的上限频率和下限频率之差为带宽B,下降到10%的带宽称为B01。选择性的优劣以B与B01之比来表示，通称矩形系数，其值越接近于1说明选择性越好。选择性有时以品质因数Q表示f0/B；Q值越高，选择性越好。2.5正交鉴频电路鉴频特性：鉴调频电路输出低频解调电压与输入低频信号瞬时频偏的关系。理想鉴调频特性应该是线形的，实际为“ S ”曲线 线形范围：由于输入调频信号的瞬时频率是在载频附近变化，故鉴频特性曲线位于载频附近，其中线形部分称为鉴频线形范围。图十 鉴频器及鉴频特性附录 1元器件清单表序号名称型号数量备注1电阻5.1K 1/8W4只2

18、电阻2001/8W3只3电阻560K 1/8W4只4电阻5101/8W5只5电阻1501/8W3只6开关二极管IN41482只7变容二极管AM-1093只8变容二极管2CB142只9瓷片电容100F2只10瓷片电容20F3只11瓷片电容100PF2只12陶瓷电容1043只13陶瓷电容1034只14陶瓷电容330F215可调电感KB35-7.54只16三极管90123只17三极管90133只18模拟乘法器MC14962个见附录219开关二极管2CK93只20晶振6.2MHz1个附录 2 MC1496平衡式调制解调器特性这类器件用于输出电压是输入电压（信号）和转换电压（载波）乘积场合。典型应用包括

19、抑制载波调幅，同步检波，FM检波，鉴相器。更多的应用信息请参照ON半导体公司AN531的应用手册。特性特性极佳的载波抑制性能 增益和信号处理可调 高共模抑制比 典型值为-85dB 器件内部含有8个三极管 多种封装形式基本操作信息载波馈通是指输出电压信号中未调制的载波（信号电压为0）。空载波由差分放大器中的电流来平衡（通过偏置电阻调节，图5中的R1）。载波抑制载波抑制是指每个边带的载波输出与信号电压的比值。载波抑制与输入的载波等级有很大关系（如图22所示），低等级的载波不能够使上部开关器件完全导通，致使信号增益降低，由此减少载波抑制。较最优载波等级较高的载波信号会引起不必要的器件与电流的载波馈通，并导致载波抑制降低。MC1496的最优载波输入信号是60mV有效值的正弦波，频率在500KHz附近，在调制中推荐使用此载波信号。载波馈通依赖于信号波的电压等级。所以输入电压信号大的时候载波抑制可以最小化，但是在输入三极管对前必须添加线性操作部分，否则在器件的调制信号输出端会出现畸变，会与载波抑制混淆。此时