無線通信信號與測量裝置

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1方案論證

1.1接收機的選擇。超外差式接收機，超外差式接收機方框圖如圖2所示，其把接收的已調(diào)波信號的載波角頻率ω先變?yōu)轭l率較低的固定的頻率。振幅的變化規(guī)律保持不變，然后利用中頻放大器加以放大送至檢波器進行檢波，解調(diào)出與調(diào)制信號線性關系的輸出電壓。超外差接收機由于有固定的中頻放大，它不僅可以實現(xiàn)較高的放大倍數(shù)，而且選擇性也很容易得到滿足。可以同時兼容靈敏度與高選擇性。只要改變本振頻率就可以實現(xiàn)寬頻帶接收。1.2分析、識別通信信號波形方法的選擇。（1）從接收機中不同位置點提取識別信號的分析比較：解調(diào)器后的輸出信號，解調(diào)后的信號為低頻信號，便于采樣分析。（2）識別方法的比較：FFT軟件分析識別，為了對調(diào)制信號的正弦波，方波之間進行識別，在頻域上，標準方波在頻域上含有奇次諧波，而正弦波只有基波。通過對采樣的信號進行FFT運算，可得到信號的頻譜。在32KHz采樣下，可得到0～16KHz的頻譜。由于標準方波的三次諧波幅度較大，為基波幅度的33%，通過對其與基波幅度的比較，可判斷出方波與正弦波。通過對最強信號載波處的基波信號的強度比較，可判斷出是否有調(diào)制。1.3高頻功率放大器方案的比較與選擇。（1）功率放大器的級數(shù)：根據(jù)題目要求我們可以知道，在無線通信時，需要設計一個20MHz的高頻功率放大器，輸入電壓VP≤300mV，輸出功率≤20mW（在負載電阻50Ω上），效率不小于40%。故要達到高效率，需選擇效率高的功放，而丙類等高效率功放需要足夠大的激勵信號，而300mV達不到，所以需要前級的推動，所以結果選擇兩級功率放大器。（2）放大器輸出級釆用的類型比較：功率放大，其特點是線性放大，晶體管均放大訊號全波，完全不存在交越失真。但效率低，因為無輸入信號時仍有靜態(tài)電流流經(jīng)電路，損耗大。1.4系統(tǒng)總體方框圖。本系統(tǒng)包括無線發(fā)射和接收部分，接收部分可在信號源和天線間切換，可由按鍵控制自動掃描等功能并在液晶上顯示。

2理論分析計算與電路設計

2.1高頻功率放大器。信號源輸入信號由9018甲類放大，再經(jīng)2SC3355丙類功率放大，經(jīng)選頻回路和阻抗變換至50Ω負載。為滿足高效的情況，前級應盡量選擇低靜態(tài)工作點，由（R1+R3）調(diào)節(jié)。信號經(jīng)9018方法后由L2，C5，Q1的極間電容諧振選頻后送入下一級,級間阻抗變換是通過電容C10和后級三極管BE級的電容分壓來實現(xiàn)的，通過調(diào)試C10來調(diào)試與后級的阻抗直到輸出幅度最大。這時來確定兩級間已阻抗匹配。可算出輸出集電極阻抗為650Ω，再經(jīng)T型網(wǎng)絡阻抗變換為50Ω。最后根據(jù)實際電路的分布參數(shù)采用阻抗圓圖軟件對網(wǎng)絡作細微調(diào)整，最后達到最大輸出功率。2.2天線匹配設計。射頻頻段目前沒有一個嚴格的頻率范圍定義，廣義地說，可以向外輻射的電磁信號的頻率稱為射頻。一般認為，當頻率高于30MHz時電路的設計就需要考慮射頻電路理論。我們所制作的裝置的頻率范圍15MHz～35MHz也處于應考慮射頻電路理論的范圍，電路的構成必須符合射頻電路的要求。射頻電路理論是分布參數(shù)電路理論，是以電磁場理論為分析基礎的。由于分布參數(shù)的存在，在射頻頻段，傳輸線上電壓、電流和阻抗的分布與低頻電路完全不同，射頻傳輸線上信號•現(xiàn)波動性，并導致產(chǎn)生反射波。因而在電路設計中應特別注意滿足無反射波的傳輸。具體做法是通過阻抗匹配網(wǎng)絡實現(xiàn)傳輸線與信源、傳輸線與負載的阻抗匹配以及通過阻抗匹配網(wǎng)絡實現(xiàn)無相移的最大功率傳輸。2.3高頻放大匹配設計。高頻信號輸入后經(jīng)過一個高頻小信號放大器，能提高系統(tǒng)的靈敏度，本設計選用MAX2650作為高頻小信號放大器，其具有低噪，低工作電壓，輸入輸出阻抗50歐姆的特點。MAX2650只需要接入耦合電容就可以工作了，電容的容值由：C≥53000/f計算得到。放大輸出經(jīng)過一個阻抗變換電路與接收機進行匹配，本設計選用變壓器進行匹配，變壓器匝數(shù)比為1：4。2.4解調(diào)信號處理。信號采樣前級放大器使用單電源供電，3路放大，并且單位增益帶寬大于10MHz,輸出幅度控制在0～3V。這里選用LM324，它提供了4路運放，并且單位增益帶寬大于10MHz，滿足設計要求。LM324的一路運放提供電壓偏置，其余三路分別放大RSSI掃頻信號，RSSI解調(diào)信號，DATA解調(diào)信號。

3實驗結果分析

通過多次反復的修改和調(diào)試接收模塊，發(fā)射模塊及軟件程序等系統(tǒng)的各組成部分，經(jīng)過測試及由上面的測試數(shù)據(jù)可知，本裝置滿足“設計題目及要求”中的所有要求。

作者:崔曉薔 張旭 蔡宇虹 單位:中國移動通信集團黑龍江有限公司哈爾濱分公司