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30Mhz无线调频通信系统设计
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2016-11-09
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详细的描述了本人开发这一套通信系统的整个过程,只要步骤不错,就可以实现系统设计复原!
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摘 要
无线通信技术是通信设备之间进行远程通信的关键技术,在通信工程中具
有极其重大的实际意义。本文阐述了针对短波频段的信道应用调频技术实现无
线通信的详细设计过程。
首先,对各种实现通信的总体方案进行了论证,然后选择出最适合现有条
件的方案。然后对所选择的方案进行细节上的分析和论证,选择出恰当可行的
子系统设计方案。方案确定下来后,进行各元器件的理论计算,确定电路参数 。
最后采用 Protel99se 绘图对系统进行硬件设计,制作出初始模型,分别对发射
机和接收机调试以及修改后,得到最后的系统模型。本设计作为一种无线通信
的模型,通信距离设定为 10m,采用无线音频传输的方式进行点对点通信,在
人耳接收中,噪音可忽略不计以实现高保真传输。
本系统具有 10m 无线通信的功能,可以用于无线音频传输,无线数据通信
和教学试验等方面。
关键词 FM;无线音频通信;调制解调;短波;下变频器;中频接收机
Abstract
Wireless communication technology is the key technology of remote
communication between communication equipment, has an extremely important
practical significance in communication engineering.It is expounded in this article in
view of the short-wave frequency channel frequency modulation technique is applied
to implement the detailed design process of wireless communication.
First of all, demonstrates the overall scheme of all kinds of communication, and then
choose the most suitable for solution of existing conditions.Then the selected scheme
for details on the analysis and argumentation, choose the appropriate and feasible
subsystem design.Scheme to determine down, for all the components of the
theoretical calculation, determine the circuit parameters.Finally use Protel99se
drawing on the system hardware design, making the initial model, respectively for the
transmitter and receiver after debugging and modification, to get the final model of
the system.This design as a kind of wireless communication model, communication
distance is set to 10 m, with the method of wireless audio transmission for point-to-
point communication, in the human ear to receive, noise is negligible in order to
achieve high fidelity transmission.This system has the function of 10 m wireless
communication can be used for wireless audio transmission, wireless data
communication and teaching experiment.
Key words FM; Wireless audio communication; Modem;Short wave; The frequency
converter; Intermediate frequency receiver
目 录
摘 要..................................................................................................................................................1
Abstract..............................................................................................................................................2
目 录..................................................................................................................................................3
第 1 章 绪论......................................................................................................................................5
1.1 课题背景..............................................................................................................................5
1.2 无线电通信技术的发展概况..............................................................................................5
1.2.1 无线电通信技术在国内外的发展历史...................................................................5
1.2.2 无线音频通信技术的发展趋势..............................................................................6
1.3 课题内容..............................................................................................................................7
第 2 章 无线 FM 音频通信系统相关理论......................................................................................8
2.1 调频信号的数学模型..........................................................................................................8
2.1.1 调频信号表达式.......................................................................................................8
2.1.2 调频信号的参数.......................................................................................................8
2.2 频谱结构理论......................................................................................................................9
2.2.1 傅里叶级数...............................................................................................................9
2.2.2 周期信号傅里叶变换...............................................................................................9
2.3 锁相环原理........................................................................................................................10
2.4 脉冲宽度调制原理............................................................................................................11
2.5 本章小结............................................................................................................................11
第 3 章 系统的方案论证................................................................................................................12
3.1 总体方案论证....................................................................................................................12
3.1.1 调制方式方案论证.................................................................................................12
3.1.2 无线信道选择的方案论证.....................................................................................12
3.2 发射机设计方案论证........................................................................................................13
3.2.1 调频模块方案论证.................................................................................................13
3.2.2 高频功率放大器设计方案论证............................................................................13
3.3 接收机设计方案论证........................................................................................................14
3.3.1 天线接收放大器设计方案论证............................................................................14
3.3.2 本地振荡器设计方案论证.....................................................................................14
3.3.3 乘法器设计方案论证.............................................................................................15
3.3.4 LPF 设计方案论证.................................................................................................15
3.3.5 中频接收机设计方案论证.....................................................................................16
3.3.6 低频功率放大器设计方案论证............................................................................16
3.4 本章小结............................................................................................................................17
第 4 章 系统设计所使用相关器件介绍........................................................................................17
4.1 宽带运放 OPA847.............................................................................................................17
4.2 乘法器 AD835...................................................................................................................17
4.3 锁相环 NE564....................................................................................................................19
4.4 宽带运放 OPA690.............................................................................................................21
4.5 宽带运放 THS3091...........................................................................................................21
4.6 缓冲器 BUF634.................................................................................................................22
4.7 D 类音频功放 TPA3112....................................................................................................23
4.8 本章小结............................................................................................................................25
第 5 章 系统的设计与实现............................................................................................................26
5.1 整体系统设计....................................................................................................................26
5.1.1 系统工作原理.........................................................................................................26
5.1.2 系统整体框图.........................................................................................................26
5.2 发射机设计........................................................................................................................27
5.2.1 发射机原理及框图.................................................................................................27
5.2.2 FM 模块设计..........................................................................................................28
5.2.3 高频电压放大器设计.............................................................................................34
5.2.4 高频功率放大器设计.............................................................................................36
5.2.5 发射天线耦合电路.................................................................................................37
5.3 接收机设计........................................................................................................................37
5.3.1 接收机原理及框图.................................................................................................37
5.3.2 BPF 设计.................................................................................................................38
5.3.3 下变频器设计.........................................................................................................38
5.3.4 中频接收机设计.....................................................................................................44
5.3.5 低频功率放大器设计.............................................................................................45
5.4 本章小结............................................................................................................................47
第 6 章 系统测试及数据记录........................................................................................................47
6.1 测试仪器............................................................................................................................47
6.2 模块测试............................................................................................................................47
6.2.1 高频功率放大器输出功率测试............................................................................47
6.2.2 下变频器测试........................................................................................................48
6.2.3 锁相环锁相功能测试.............................................................................................50
6.3 系统整体测试....................................................................................................................52
6.3.1 通信距离测试.........................................................................................................52
6.3.2 系统工作效果图.....................................................................................................52
6.4 本章小结............................................................................................................................53
总结.................................................................................................................................................54
参考文献.........................................................................................................................................55
致谢.................................................................................................................................................56
附录 部分 PCB 截图.......................................................................................................................57
第 1 章 绪论
1.1 课题背景
无线通信技术的历史非常悠久,发展也极其迅速。随着现代化的电子发展
传统的有线信号传输由于其自身成本大,功耗高,消耗有色金属等缺陷早已无
法满足日益强大和远距离的设备通信。特别是在远程控制,远程语音等方面。
这样,就急需一种改进优化的通信方式。无线通信技术恰好是最适合的方
式之一。无线通信技术具有信道的廉价性,节约有色金属和低耗能等优点,登
上通信技术历史的舞台具有一定的必然性。
在 音 频 通 信 方 面 , 目 前 有 各 种 各 样 的 通 信 方 式 。 比 如 光 纤 通 信
2.4G,DBA 等。调制方式中以数字化为主流,相对而言,传统的 AM 和 FM 模
拟调制技术反而显得有些落后,不过由于 FM 调制器制作极其简单,成本非常
低以及传输的高抗干扰性等优点,相对于音频信号数字化所需的 ADC 和 DAC
甚至 CPU 的昂贵和复杂,笔者认为 FM 技术不会在短期时间内被淘汰。因此需
要开发一种基于 FM 技术的无线音频通信系统。
1.2 无线电通信技术的发展概况
1.2.1 无线电通信技术在国内外的发展历史
无线电通信技术是由意大利科学家马可尼于 1896 年发明的,接着他建立一
家电报公司将其推向市场实现了民用无线电阶段并逐渐开始盛行。随后,人们
在技术上采用电子管实现了短波通信,再到后来的半导体微波通信发展至今大
体经过了五个阶段:
(1)20 世纪 20 年代初期到 50 年代末期,采用电子管技术作为载体实现
短波通信,通信频段可以达到 150MHz。
(2)20 世纪 50 年代到 60 年代,采用半导体技术作为通信技术的依托,
通信频段扩展至 430MHz。
(3)20 世纪 70 年代初至 80 年代初产生了 800MHz 的通信频段,蜂窝通
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