多級(jí)模塊化無線收發(fā)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明一種多級(jí)模塊化無線收發(fā)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括發(fā)射端和接收端：發(fā)射端包括調(diào)制部分：信號(hào)通過音頻接口輸入放大器或直接為數(shù)字信號(hào)輸入，后直接控制VCO，VCO輸出經(jīng)緩沖器后再通過濾波器；經(jīng)過信道傳輸，首先通過帶通濾波器濾除噪聲；其次經(jīng)過信道傳輸使發(fā)射信號(hào)幅度衰減明顯，讓接收端輸入信號(hào)經(jīng)過兩級(jí)放大器放大，并通過緩沖器輸出，使這個(gè)幅值足以驅(qū)動(dòng)鑒相器；VCO產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)放大后進(jìn)入鑒相器；將VCO輸出的信號(hào)與接收信號(hào)通過鑒相器進(jìn)行相位比較，產(chǎn)生的相位誤差信號(hào)經(jīng)過環(huán)路濾波反饋控制VCO的輸入電壓；最后將解調(diào)得到的語音信號(hào)先通過前置放大器放大，然后經(jīng)過功率放大器電路驅(qū)動(dòng)耳機(jī)或者喇叭將音頻信號(hào)放出。
【專利說明】
多級(jí)模塊化無線收發(fā)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種多級(jí)模塊化無線收發(fā)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，具體是立足于典型通信系 統(tǒng)一一無線收發(fā)機(jī)，提出一種多級(jí)模塊化的實(shí)現(xiàn)方式，屬于數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今電子系統(tǒng)不但越來越大而且也越來越復(fù)雜，如航天測(cè)控系統(tǒng)。對(duì)于一個(gè)復(fù)雜、 大型電子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，一般需要經(jīng)過系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)計(jì)劃、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、 系統(tǒng)運(yùn)行、系統(tǒng)改進(jìn)等七個(gè)階段。因此為了滿足電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，對(duì)于學(xué)生的培養(yǎng)需要 根據(jù)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過程進(jìn)行系統(tǒng)全面、系統(tǒng)的培養(yǎng)。
[0003] 另一方面，空天電子信息領(lǐng)域是一個(gè)多學(xué)科交叉融合的領(lǐng)域也是國家戰(zhàn)略發(fā)展重 要領(lǐng)域，迫切需要大量專業(yè)人才。對(duì)于專業(yè)人才的培養(yǎng)，現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求建設(shè)相關(guān)的支撐 實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓每一位學(xué)生在實(shí)踐操作當(dāng)中掌握該領(lǐng)域的專業(yè)、實(shí)用知識(shí)。
[0004] 在北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院本科生培養(yǎng)體系中，"電子線路"、"信號(hào)與 系統(tǒng)" "通信原理"等課程均列為專業(yè)核心課。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，不少學(xué)生反映課程概念 抽象、公式推導(dǎo)及證明過程繁瑣、與工程聯(lián)系緊密，難以從整體去把握、理解知識(shí)要點(diǎn)。作為 課堂教學(xué)的補(bǔ)充，開展實(shí)驗(yàn)課程可以幫助學(xué)生更深刻地理解基本理論概念，從工程應(yīng)用的 角度掌握信號(hào)處理及傳播方法，同時(shí)還能加強(qiáng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，并鍛煉學(xué)生 動(dòng)手能力，提高教學(xué)效率。因此，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)在電子信息類學(xué)生教學(xué)中占有不可或缺的地位， 是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力的一個(gè)有效手段。
[0005] 考慮目前已經(jīng)開設(shè)課程實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)教學(xué)體系的連貫性考慮不足，沒有很好 地將學(xué)生所學(xué)的理論課程很好的銜接起來。為了讓實(shí)驗(yàn)輔助學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解以及課 程學(xué)習(xí)，通過實(shí)際動(dòng)手操作，使學(xué)生更全面地了解和學(xué)習(xí)無線通信的各個(gè)步驟和相關(guān)技術(shù)， 計(jì)劃開設(shè)無線收發(fā)機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)。在眾多的電子系統(tǒng)中，無線收發(fā)機(jī)系統(tǒng)是電子信息工程中 最基礎(chǔ)最典型的系統(tǒng)，幾乎貫穿了電子信息工程的所有課程。為了更好地向?qū)W生教授現(xiàn)代 電子信息技術(shù)所涉及的多學(xué)科理論和技術(shù)，北航電子信息工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心將傳統(tǒng)實(shí) 驗(yàn)課程按照空天電子信息技術(shù)大類重新梳理與規(guī)劃，形成本科階段全程化實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)體 系，開設(shè)電子工程類無線收發(fā)機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)課，將學(xué)生所學(xué)的所有課程串起來。
[0006] 無線收發(fā)機(jī)系統(tǒng)是利用電磁波信號(hào)可在自由空間中傳播的特性以實(shí)現(xiàn)信息與數(shù) 據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)。其主要由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)以及無線信道三部分構(gòu)成。根據(jù)無線信道傳輸 的數(shù)據(jù)類型，又可將無線通信劃分為模擬通信和數(shù)字通信。計(jì)劃開設(shè)的無線收發(fā)機(jī)綜合實(shí) 驗(yàn)為模擬通信方式。
[0007] 在典型無線收發(fā)機(jī)中，發(fā)射端負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)輸入、放大、低通濾波、FM調(diào)制、帶通濾 波、發(fā)射等功能。接收端負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)接收、放大、帶通濾波、FM解調(diào)、低通濾波、功率放大、輸 出等功能。
[0008] 在對(duì)本實(shí)驗(yàn)依賴的硬件平臺(tái)的選擇上，以往的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將無線收發(fā)機(jī)系統(tǒng)各個(gè)部 分集成在一個(gè)實(shí)驗(yàn)箱中對(duì)學(xué)生開設(shè)實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過幾年的教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)這種傳統(tǒng)收發(fā)機(jī)平臺(tái) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過于龐大復(fù)雜，對(duì)學(xué)生而言，原理分析復(fù)雜，復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)難度大，效率低，調(diào)試?yán)щy。 而且一旦有電路損壞，不好排錯(cuò)，維修困難，靈活性及擴(kuò)展性都較差。再加上造價(jià)昂貴，耗能 高，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱平臺(tái)形式的實(shí)驗(yàn)難以支撐。實(shí)驗(yàn)形式需要往模塊化、低耦合性、高靈活性、 資源充分共享、優(yōu)化配置、提高利用效率、降低運(yùn)行和管理成本的方向發(fā)展。
[0009]因此，本發(fā)明旨在對(duì)收發(fā)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的選擇上進(jìn)行創(chuàng)新，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供借 鑒和參考。本發(fā)明采用多級(jí)模塊化的思想設(shè)計(jì)無線收發(fā)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將發(fā)射端和接收端及 各模塊分開設(shè)計(jì)，獨(dú)立調(diào)試，降低各個(gè)模塊間的耦合性。另外關(guān)鍵元件也設(shè)計(jì)為可替換的模 塊，形成獨(dú)立元件庫。最終使系統(tǒng)可以由各個(gè)大小各級(jí)模塊搭建而成，能提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈 活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于，以無線收發(fā)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為例，提供一種多級(jí)模塊化無線收發(fā) 機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本發(fā)明具體概述如下：
[0011] 將無線收發(fā)機(jī)發(fā)射端和接收端視為兩個(gè)大模塊，以模塊化的思想對(duì)收發(fā)兩個(gè)系統(tǒng) 按功能進(jìn)一步劃分，包括放大、濾波、調(diào)制、解調(diào)等多種模塊，其中每個(gè)模塊的關(guān)鍵元件設(shè)計(jì) 成拆卸替換的小模塊，形成獨(dú)立元件庫。這樣，每個(gè)模塊可根據(jù)其功能分開集中設(shè)計(jì)、獨(dú)立 調(diào)試，對(duì)外留出輸入輸出等少量接口供連接。于是，完整系統(tǒng)可以由各個(gè)模塊搭建而成，從 系統(tǒng)的角度而言，每個(gè)模塊就是一個(gè)低耦合、高內(nèi)聚的"黑盒"，大大降低了實(shí)驗(yàn)調(diào)試和復(fù)現(xiàn) 的難度。通過完成對(duì)每個(gè)模塊單獨(dú)設(shè)計(jì)和調(diào)試，然后采用少量的接口搭建完整系統(tǒng)。
[0012] 本發(fā)明一種多級(jí)模塊化無線收發(fā)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，系統(tǒng)框圖如圖1，具體包括發(fā)射端和 接收端兩大模塊：
[0013] (1)無線收發(fā)機(jī)發(fā)射端模塊
[0014] 無線收發(fā)機(jī)的發(fā)射端各模塊如圖2所示，具體來說分為調(diào)制部分和反饋回路兩大 部分，其中反饋回路部分是可選電路。當(dāng)沒有反饋部分電路時(shí)，實(shí)現(xiàn)的是開環(huán)的調(diào)頻發(fā)射電 路。調(diào)制部分由信號(hào)輸入放大器、VC0壓控振蕩器、緩沖器BUF和濾波器構(gòu)成。信號(hào)通過音頻 接口輸入放大器或直接為數(shù)字信號(hào)輸入，隨后直接控制VC0壓控振蕩器，VC0的輸出頻率能 隨輸入音頻幅度的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻功能。VC0輸出經(jīng)過緩沖器BUF后再通過濾 波器，濾除多次諧波后輸出50MHz調(diào)頻信號(hào)。
[0015] 壓控振蕩器VC0是指輸出頻率與輸入控制電壓有對(duì)應(yīng)關(guān)系的振蕩電路，頻率是輸 入信號(hào)電壓的函數(shù)的振蕩器，振蕩器的工作狀態(tài)或振蕩回路的元件參數(shù)受輸入控制電壓的 控制。壓控振蕩器的類型有LC壓控振蕩器、RC壓控振蕩器和晶體壓控振蕩器。壓控振蕩器最 重要的技術(shù)要求主要是有良好的頻率穩(wěn)定度。頻率穩(wěn)定度包括長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度， 它們各自又分別包括幅度穩(wěn)定度和相位穩(wěn)定度。長期相位穩(wěn)定度和短期幅度穩(wěn)定度在振蕩 器中通常不考慮;長期幅度穩(wěn)定度主要受環(huán)境溫度影響，短期相位穩(wěn)定度主要指相位噪聲。
[0016] 因?yàn)殡S著時(shí)間的推移、元件的老化、溫度的變化或者電源電壓的變化，壓控振蕩器 VC0發(fā)射信號(hào)的中心頻率會(huì)緩慢漂移。為了保證中心頻率穩(wěn)定度，發(fā)射端電路中增加一個(gè)頻 率鎖定反饋回路，用一個(gè)高穩(wěn)定度晶體鎖定發(fā)射的中心頻率。
[0017] 在反饋回路中，壓控振蕩器經(jīng)緩沖BUF輸出的信號(hào)經(jīng)過二分頻器變?yōu)?5M，此信號(hào) 與來自有源晶體的25MHz通過鑒相器電路進(jìn)行相位比較。鑒相器是指輸出電壓與兩個(gè)輸入 信號(hào)之間的相位差有確定關(guān)系的電路，表示其間關(guān)系的函數(shù)稱為鑒相特性。鑒相器是鎖相 環(huán)的基本部件之一，也用于調(diào)頻和調(diào)相信號(hào)的解調(diào)。當(dāng)輸入信號(hào)的相位比參考信號(hào)的相位 提前時(shí)，鑒相器輸出低電平，反之則輸出高電平。鑒相器的輸出信號(hào)將進(jìn)入環(huán)路濾波器。
[0018] 環(huán)路濾波器其實(shí)是濾波器中的一種類型，因?yàn)檫@種濾波器使用在環(huán)路中，因此得 名環(huán)路濾波器，它也是鎖相環(huán)電路中的重要組成部分，負(fù)責(zé)將輸入的相位差信號(hào)轉(zhuǎn)化為VC0 控制信號(hào)。它是一個(gè)線性低通濾波器，它主要有兩個(gè)功能，第一，濾除誤差信號(hào)中的高頻分 量;第二，為反饋環(huán)路提供一個(gè)短期的記憶，如果系統(tǒng)由于瞬時(shí)噪聲而失鎖，可確保環(huán)路迅 速重新捕獲信號(hào)。
[0019] 鑒相器通過環(huán)路濾波器后輸出，與輸入信號(hào)相加再輸入到VC0,從而控制輸出頻 率。最終，輸出信號(hào)的相位與參考的相位差鎖定在非常小的一個(gè)范圍，則認(rèn)為兩個(gè)信號(hào)的相 位一致，從而頻率也將一致。
[0020] (2)無線收發(fā)機(jī)接收端模塊
[0021] 無線收發(fā)機(jī)的接收端各模塊如圖3所示。經(jīng)過信道傳輸，50M發(fā)射信號(hào)會(huì)帶入很多 噪聲，因此首先會(huì)通過50MHz帶通濾波器BRF濾除噪聲。其次，經(jīng)過信道傳輸使得發(fā)射信號(hào)幅 度衰減明顯，故讓接收端輸入信號(hào)經(jīng)過兩級(jí)放大器連續(xù)放大，并通過緩沖器BUF輸出，并使 這個(gè)幅值足以驅(qū)動(dòng)鑒相器。壓控振蕩器VC0產(chǎn)生的信號(hào)同樣經(jīng)過放大器放大后進(jìn)入鑒相器。 然后，將VC0輸出的信號(hào)與接收信號(hào)通過鑒相器進(jìn)行相位比較，產(chǎn)生的相位誤差信號(hào)經(jīng)過環(huán) 路濾波反饋控制VC0的輸入電壓。該鎖相環(huán)路使VC0輸出信號(hào)的頻率緊緊跟蹤輸入信號(hào)的變 化，其輸出的壓控電壓即是頻率變化的規(guī)律，也就得到調(diào)制端輸入的語音信號(hào)，相當(dāng)于發(fā)射 端電路的逆過程，此處不再贅述。
[0022] 最后將解調(diào)得到的語音信號(hào)先通過前置放大器放大，然后經(jīng)過功率放大器電路驅(qū) 動(dòng)耳機(jī)或者喇叭將音頻信號(hào)放出，至此接收端完成整個(gè)解調(diào)播放過程。
[0023]本發(fā)明的多級(jí)模塊化無線收發(fā)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其優(yōu)點(diǎn)及功效在于：
[0024] 1)模塊化系統(tǒng)，設(shè)計(jì)靈活，實(shí)現(xiàn)方便。
[0025] 2)每個(gè)模塊可根據(jù)其功能分開，集中精力設(shè)計(jì)、獨(dú)立調(diào)試。
[0026] 3)每個(gè)模塊對(duì)外統(tǒng)一接口，搭建方式簡單。
【附圖說明】
[0027] 圖1是多級(jí)模塊化無線收發(fā)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)總框圖。
[0028] 圖2是多級(jí)模塊化無線收發(fā)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)發(fā)射端結(jié)構(gòu)圖。
[0029]圖3是多級(jí)模塊化無線收發(fā)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)接收端結(jié)構(gòu)圖。
[0030]圖4是發(fā)射端音頻放大電路圖。
[0031]圖5是發(fā)射端壓控振蕩電路圖。
[0032]圖6是發(fā)射端緩沖電路圖。
[0033]圖7是發(fā)射端調(diào)制信號(hào)濾波電路圖。
[0034]圖8是發(fā)射端二分頻電路圖。
[0035]圖9是發(fā)射端鑒相器電路圖。
[0036]圖10是發(fā)射端環(huán)路濾波電路圖。
[0037]圖11是發(fā)射端參考時(shí)鐘電路圖。
[0038]圖12是發(fā)射端電源接口電路圖。
[0039]圖13是接收端帶通濾波電路圖。
[0040]圖14是接收端限幅電路圖。
[0041 ]圖15是接收端第一級(jí)放大電路圖。
[0042]圖16是接收端第二級(jí)放大電路圖。
[0043]圖17是接收端VC0信號(hào)放大電路圖。
[0044]圖18是接收端語音前置放大濾波電路圖。
[0045] 圖19是接收端音頻功率放大電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。
[0047] 如圖1、2、3所示，本發(fā)明為多級(jí)模塊化無線收發(fā)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其中發(fā)射端包括VC0 和LOOP兩個(gè)大模塊，VC0模塊包括語音放大電路模塊、VC0壓控振蕩電路模塊、BUF緩沖電路 模塊、LPF低通濾波器電路模塊、電源及信號(hào)幅度調(diào)節(jié)電路模塊等;LOOP模塊包括放大電路 模塊、二分頻電路模塊、參考時(shí)鐘電路模塊、鑒相器電路模塊、環(huán)路濾波器模塊、電源模塊 等。
[0048]接收端同樣，包括VC0和LOOP兩大模塊，其中VC0模塊包括BPF帶通濾波器電路模 塊、信號(hào)放大電路模塊、VC0壓控振蕩電路模塊、音頻功放電路模塊、電源模塊等;LOOP模塊 包括鑒相器電路模塊、環(huán)路濾波器模塊、LC諧振放大器電路模塊、電源模塊等。以下將對(duì)各 個(gè)具體模塊電路設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。
[0049] ( - )發(fā)射端
[0050] 下面分別講解發(fā)射端各電路模塊的工作原理。
[0051] (1)語音放大電路
[0052]語音放大電路（圖4)支持柱極話筒和音頻接口兩種形式音頻信號(hào)輸入，其中柱極 話筒需要利用三極管搭建共射放大電路。共射電路是放大電路中應(yīng)用最廣泛的三極管接 法，信號(hào)由三極管基極和發(fā)射極輸入，從集電極和發(fā)射極輸出。因?yàn)榘l(fā)射極為共同接地端， 故命名共射極放大電路。
[0053]在該共射放大電路中，基極通過耦合電容C06輸入信號(hào)，集電極輸出。Rl 1為電壓負(fù) 反饋電阻，跨接在基極和集電極之間，通過小信號(hào)等效電路分析，在電路中它與集電極電阻 R06、三極管基極與射極內(nèi)阻rbe等一起決定了放大倍數(shù)。
[0054] (2)壓控振蕩電路(VC0)
[0055] 此振蕩電路參考西勒振蕩電路（圖5)，可調(diào)電容CM01和可調(diào)電感LM01為LC諧振電 路，諧振頻率為
[0056]
[0057] 其中可調(diào)電容和可調(diào)電感均給出典型值并制作成可拆卸替換的小模塊，便于設(shè)計(jì) 和調(diào)試。
[0058]根據(jù)電容反饋三點(diǎn)式振蕩電路原理，C09、C10、C11構(gòu)成了 Q02振蕩電路中參與振蕩 的總電容值C，所以在計(jì)算振蕩頻率時(shí)，C應(yīng)該計(jì)算為：
[0059]
[0060] 左邊的D5~D8是變?nèi)荻O管，改變兩端的電壓值會(huì)等效為不同電容值的電容。于 是將變?nèi)荻O管電路與LC諧振電路相連，對(duì)外就能實(shí)現(xiàn)壓控振蕩。
[0061] 用變?nèi)莨苓M(jìn)行頻率調(diào)制常用于調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器等儀器中，也用于通信機(jī)的調(diào)頻器 和自動(dòng)頻率控制電路中。其優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，變?nèi)荻O管體積小;工作頻率高；易于得到較 大頻偏，而且在頻偏較小的情況下，非線性失真可以很小;此外，變?nèi)莨苁峭ㄟ^電壓控制的， 所需調(diào)制信率很小。
[0062] 此外如2、(：10、(：11、1?15、1?16，1?17組成的電路可等效為一個(gè)負(fù)阻，能源源不斷地給 LC諧振環(huán)路提供能量以補(bǔ)充損失。因?yàn)閺哪芰科胶獾慕嵌葋砜?，只要能抵消振蕩回路中?損耗，就能讓振蕩維持下去。負(fù)阻振蕩器就是根據(jù)能量平衡原理，利用負(fù)阻器件抵消回路中 的正阻損耗，產(chǎn)生自激振蕩的。
[0063] L01、C12和C13組成π型電路，起到電源退耦的作用，一方面減小電源噪聲對(duì)VC0的 干擾和調(diào)制，另一方面減小VC0產(chǎn)生的50MH對(duì)電源的干擾。
[0064] (3)緩沖電路
[0065] 用Q03搭建共集射隨電路，起到緩沖隔離，增加驅(qū)動(dòng)能力的作用（圖6)。根據(jù)射隨電 路特點(diǎn)，輸入電阻大，輸出電阻小，雖然電壓增益小于1，但能產(chǎn)生較大電流增益，因此輸入 Q03基極的微小電流能被放大產(chǎn)生較大的電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載。電路圖中C15為輸入耦合電容，C16 為電源濾波電容。
[0066] (4)調(diào)頻信號(hào)濾波電路
[0067] 調(diào)頻信號(hào)從VC0和驅(qū)動(dòng)電路輸出后，為濾除高頻噪聲，需要接入低通濾波器(圖7)。 采用3階π型定K型歸一化低通濾波器設(shè)計(jì)，特征阻抗為50 Ω，截止頻率約為65MHz，基本得到 噪聲較小的50MHz調(diào)頻信號(hào)。
[0068] (5)二分頻電路
[0069]二分頻電路采用D觸發(fā)器芯片74VHC74搭建（圖8)，其分頻原理是:檢測(cè)輸入端上升 沿，當(dāng)上升沿到來時(shí)，輸出發(fā)生一次電平翻轉(zhuǎn)。所以輸入信號(hào)需要兩個(gè)上升沿才能使輸出發(fā) 生一個(gè)周期兩次電平變化，從而因此實(shí)現(xiàn)了二分頻功能。
[0070] (6)鑒相器
[0071] R42、D10、D11組成"或"邏輯電路，兩路D觸發(fā)器的"非"輸出端經(jīng)過或邏輯后使D觸 發(fā)器復(fù)位。A和B兩路信號(hào)的上升沿，稍遲到達(dá)D觸發(fā)器的將引發(fā)兩個(gè)D觸發(fā)器同時(shí)復(fù)位，所以 相位提前的A路信號(hào)輸出高電平時(shí)間比B信號(hào)時(shí)間要長。經(jīng)過后面的差分積分電路輸出的相 位差隨時(shí)間的累積。因?yàn)?4VHC74芯片中含有兩個(gè)D觸發(fā)器，所以非常適合用于鑒相器（圖 9) 〇
[0072] (7)環(huán)路濾波
[0073] 環(huán)路濾波電路（圖10)實(shí)質(zhì)分為三部分。輸入端部分1?32、1?33、029、030為無源低通 濾波電路，對(duì)鑒相器的輸出進(jìn)行濾波得到低頻分量。1?34、1?35、1?6、1?7、031、032、033、034構(gòu) 成差分電路和積分電路，能實(shí)現(xiàn)雙端轉(zhuǎn)單端輸出信號(hào)差，同時(shí)起到一定的濾波作用。配合前 面的低通濾波電路，能夠得到兩個(gè)輸入信號(hào)相位差隨時(shí)間的累積。注意R34*C32 = R35*C34， 該值決定這積分環(huán)路的帶寬，這個(gè)值越大，帶寬越低。
[0074] (8)參考時(shí)鐘
[0075] 參考時(shí)鐘電路（圖11 )25MHz為有源高穩(wěn)定度晶振輸出。只要供電電源即可輸出 25MHz穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，電感L10和電容C28均為電源濾波，避免電源噪聲進(jìn)入時(shí)鐘信號(hào)對(duì)鑒 相產(chǎn)生影響。時(shí)鐘輸出與電阻R31串接，對(duì)時(shí)鐘波形起到一定的濾波整形作用。
[0076] (9)電源
[0077] 電源支持兩種接口，并提供電源指示燈(圖12)。
[0078] 1)插USB提供電源。
[0079] 2)接5V適配器到2.5mmDC插座提供電源。
[0080](二)接收端
[0081 ]下面分別介紹接收端各電路模塊的工作原理。
[0082] (1)帶通濾波器電路
[0083]接收端第一個(gè)電路模塊即為帶通濾波器模塊（圖13)，經(jīng)過信道的傳輸后，接收到 調(diào)頻信號(hào)混有低頻或高頻噪聲，需要通過帶通濾波器將有用的50M調(diào)頻信號(hào)濾出。設(shè)計(jì)的帶 通濾波器為3階巴特沃斯帶通濾波器，其中可變電容CR05和CR06設(shè)計(jì)為30pF可調(diào)節(jié)小模塊， 方便調(diào)試。經(jīng)測(cè)試，改變可變電容值，可調(diào)節(jié)帶通濾波器通頻帶約為40MHz~52MHz，基本能 得到較為純凈的50MHz調(diào)頻波。
[0084] (2)放大限幅電路
[0085]在接收調(diào)頻波進(jìn)入放大器之前加入限幅電路（圖14)，此電路利用穩(wěn)壓二極管實(shí) 現(xiàn)，二極管具有單向?qū)ㄐ?，采用兩個(gè)方向相反的穩(wěn)壓二極管，當(dāng)信號(hào)大于二極管的導(dǎo)通電 壓時(shí)會(huì)被二極管鉗位，以此做限幅作用。因此當(dāng)輸入信號(hào)過大時(shí)，鉗位電路能保護(hù)后級(jí)電 路。
[0086] (3)50MHz第一級(jí)放大電路
[0087]圖15中的三極管高頻放大電路是一個(gè)典型共射放大電路。該電路中，R08、C10、 C11、C14、C15、E05為電源濾波，避免電源噪聲耦合到信號(hào)中。電容C09為輸入耦合電容，R06 和R07分壓為三極管提供靜態(tài)工作點(diǎn)。R09為電流負(fù)反饋電阻，提高電路穩(wěn)定性，C12、C13提 升交流增益。集電極上的可調(diào)電容CR07和電感L04構(gòu)成諧振電路，對(duì)輸入信號(hào)選頻放大，諧 振頻率公式上文已給出。輸出端C16耦合電容將輸出耦合到下一級(jí)放大電路。
[0088] (4)50MHz第二級(jí)放大電路
[0089] 第二級(jí)放大電路（圖16)和第一級(jí)大致相同，也為經(jīng)典共射放大電路，輸入前也會(huì) 先通過放大限幅電路作輸入保護(hù)，C17為輸入耦合電容，C20為輸出耦合電容。但第二級(jí)集電 極的電容和電感為元件庫中的小模塊，可方便地更換調(diào)試。另外放大電路輸出端采用二極 管串聯(lián)接法作了過壓保護(hù)，避免輸出端觸及外部較高電壓時(shí)對(duì)三極管擊穿造成損壞。
[0090] (5)VC0及其緩沖電路參照發(fā)射機(jī)電路。
[0091]電路中的可調(diào)電容CM02和CM03均為元件庫中的小模塊，換不同大小的電容值可以 改變VC0的輸出振蕩頻率。
[0092] (6)VC0信號(hào)放大電路
[0093]該電路為最簡單的三極管共射放大電路（圖17)，C35為輸入耦合電容，R9和R10分 壓，提供靜態(tài)工作點(diǎn)。R39為射極電阻，R38為集電極電阻，它們決定集電極電流和輸出電壓。
[0094] (7)鑒相器，環(huán)路濾波等電路參照發(fā)射機(jī)電路，不再贅述。
[0095] (8)語音前置放大濾波電路
[0096] 由于后級(jí)功放電路主要是對(duì)電流放大從而提高輸出功率，對(duì)信號(hào)電壓增益較小，。 因此要提高音頻峰峰值，必須在功率放大電路前加前置放大電路，并同時(shí)對(duì)音頻進(jìn)行濾波。
[0097] 前置放大濾波電路由運(yùn)算放大器搭建反向放大器（圖18)。由于是單電源供電，正 輸入端為"虛地"，必須提供vcc/2的偏置，由等值的R27和R28提供，C42濾波保證了偏置電平 的穩(wěn)定性。C40為輸入耦合電容，去掉輸入音頻的直流分量。R26和R29組成反相放大器，放大 倍數(shù)為-R29/R26。而R25和C41以及R29和C43為低通濾波器，濾除環(huán)路濾波輸出的高頻噪聲。 [0098] (9)音頻功率放大電路
[0099]使用LM386功率放大器芯片搭建功放電路，采用的是LM386典型應(yīng)用電路（圖19)。 [0100] LM386是一種專用的音頻集成功放芯片，具有自身功耗低、增益可調(diào)整、電源電壓 范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)的功率放大器，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)等 消費(fèi)電子產(chǎn)品之中。
[0101] LM386所需外圍電路很少，內(nèi)置了20倍的電壓增益。若在增益調(diào)節(jié)端1腳和8腳之間 增加電阻和電容則能實(shí)現(xiàn)任意電壓增益。本系統(tǒng)在增益調(diào)節(jié)端連接l〇u的電解電容C45,實(shí) 現(xiàn)200的電壓增益。正輸入端與滑阻相連，可以調(diào)節(jié)輸入滑阻阻值可以改變音量大小，負(fù)輸 入端接地，即輸入以地作為參考，同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半。7腳為旁路腳， 接電容到地。5腳為輸出，并聯(lián)C46和R30為輸出濾波，通過耦合電容E07為音頻輸出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多級(jí)模塊化無線收發(fā)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于：該平臺(tái)具體包括發(fā)射端和接收 端兩大t吳塊： (1) 無線收發(fā)機(jī)發(fā)射端模塊 包括調(diào)制部分，為開環(huán)的調(diào)頻發(fā)射電路;調(diào)制部分由信號(hào)輸入放大器、VCO壓控振蕩器、 緩沖器BUF和濾波器構(gòu)成;信號(hào)通過音頻接口輸入放大器或直接為數(shù)字信號(hào)輸入，隨后直接 控制V⑶壓控振蕩器，VCO輸出經(jīng)過緩沖器BUF后再通過濾波器，濾除多次諧波后輸出50MHz 調(diào)頻信號(hào)； (2) 無線收發(fā)機(jī)接收端模塊 經(jīng)過信道傳輸，50M發(fā)射信號(hào)首先通過50MHz帶通濾波器BRF濾除噪聲；其次，經(jīng)過信道 傳輸使得發(fā)射信號(hào)幅度衰減明顯，讓接收端輸入信號(hào)經(jīng)過兩級(jí)放大器連續(xù)放大，并通過緩 沖器BUF輸出，并使這個(gè)幅值足以驅(qū)動(dòng)鑒相器;壓控振蕩器VCO產(chǎn)生的信號(hào)同樣經(jīng)過放大器 放大后進(jìn)入鑒相器;然后，將VCO輸出的信號(hào)與接收信號(hào)通過鑒相器進(jìn)行相位比較，產(chǎn)生的 相位誤差信號(hào)經(jīng)過環(huán)路濾波反饋控制VCO的輸入電壓;該鎖相環(huán)路使VCO輸出信號(hào)的頻率緊 緊跟蹤輸入信號(hào)的變化，其輸出的壓控電壓即是頻率變化的規(guī)律，也就得到調(diào)制端輸入的 語音信號(hào)；最后將解調(diào)得到的語音信號(hào)先通過前置放大器放大，然后經(jīng)過功率放大器電路 驅(qū)動(dòng)耳機(jī)或者喇叭將音頻信號(hào)放出，至此接收端完成整個(gè)解調(diào)播放過程。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)模塊化無線收發(fā)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于:所述的發(fā)射端 模塊中增加一個(gè)頻率鎖定反饋回路，用一個(gè)高穩(wěn)定度晶體鎖定發(fā)射的中心頻率;在反饋回 路中，壓控振蕩器經(jīng)緩沖BUF輸出的信號(hào)經(jīng)過二分頻器變?yōu)?5M，此信號(hào)與來自有源晶體的 25MHz通過鑒相器電路進(jìn)行相位比較;鑒相器是指輸出電壓與兩個(gè)輸入信號(hào)之間的相位差 有確定關(guān)系的電路，表示其間關(guān)系的函數(shù)稱為鑒相特性;鑒相器是鎖相環(huán)的基本部件之一， 也用于調(diào)頻和調(diào)相信號(hào)的解調(diào)；當(dāng)輸入信號(hào)的相位比參考信號(hào)的相位提前時(shí)，鑒相器輸出 低電平，反之則輸出高電平;鑒相器的輸出信號(hào)將進(jìn)入環(huán)路濾波器； 環(huán)路濾波器也是鎖相環(huán)電路中的重要組成部分，負(fù)責(zé)將輸入的相位差信號(hào)轉(zhuǎn)化為VCO 控制信號(hào);它是一個(gè)線性低通濾波器，所述的環(huán)路濾波器用以濾除誤差信號(hào)中的高頻分量， 并為反饋環(huán)路提供一個(gè)短期的記憶，如果系統(tǒng)由于瞬時(shí)噪聲而失鎖，可確保環(huán)路迅速重新 捕獲ig號(hào)； 鑒相器通過環(huán)路濾波器后輸出，與輸入信號(hào)相加再輸入到VCO，從而控制輸出頻率;最 終，輸出信號(hào)的相位與參考的相位差鎖定在非常小的一個(gè)范圍，則認(rèn)為兩個(gè)信號(hào)的相位一 致，從而頻率也將一致。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)模塊化無線收發(fā)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于:該壓控振蕩器 VCO是輸出頻率與輸入控制電壓有對(duì)應(yīng)關(guān)系的振蕩電路，頻率是輸入信號(hào)電壓的函數(shù)的振 蕩器，振蕩器的工作狀態(tài)或振蕩回路的元件參數(shù)受輸入控制電壓的控制。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多級(jí)模塊化無線收發(fā)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于:該壓控振蕩器 可以為LC壓控振蕩器、RC壓控振蕩器和晶體壓控振蕩器中的一種。
【文檔編號(hào)】H04B17/391GK105897298SQ201610390072
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月3日
【發(fā)明人】張玉璽, 劉寒穎, 王俊
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)