《微功率電報收發(fā)信機設計》開題報告

1、石河子大學信息科學與技術學院畢業(yè)設計(論文)開題報告課題名稱：微功率電報收發(fā)信機設計學生姓名：李遠波學 號：2009082350學 院：信息科學與技術學院專業(yè)年級：電子信息工程2009級指導教師：劉恩博職 稱：副教授完成日期：二一三年六月八日一、本課題來源及研究的目的和意義1、課題來源石河子大學信息科學與技術學院2、本課題研究的目的和意義1）研究目的本課題是對高頻電子線路，模擬電子技術，單片機應用技術，無線通信網絡知識的綜合應用。無線電依然是信息傳送的重要手段，通過畢業(yè)設計熟悉無線電收發(fā)裝置的設計過程。從學習和實踐角度來說，通過此次開發(fā)工作，對本科階段學習進行總結和檢驗。通過本設計來提高自己的

2、電子線路設計、軟件編程、pcb板設計，電子電工知識，文檔編寫和查找資料能力，同時培養(yǎng)自己工作意識。2）研究意義無線收發(fā)信系統(tǒng)設計中包含有通信的原理和技術，不僅是信息工程高級專業(yè)技術人員所必需掌握的，也是從事相關產業(yè)的普通技術人員、管理人員和營銷人員應當了解的，并把它應用于信息產業(yè)中。 無線收發(fā)信系統(tǒng)的實現具有單向性，完成的是信息的單方面?zhèn)鬏?，這是研究半雙工和全雙工通信的基礎。一個單工無線呼叫系統(tǒng)，實現主站至從站間的單工語音及數據傳輸業(yè)務，對以后增加圖片傳輸、多媒體音樂、無線上網和電子商務的套餐具有重要的意義。以單工無線通信系統(tǒng)的設計為基礎，人們進行了不斷的探索和研究。在未來幾年內通信系統(tǒng)將會有

3、更令人驚奇的發(fā)展。光纖如今已經成為了一種非常重要的傳輸媒介，并且仍然以迅猛的速度在發(fā)展。包括話音和視頻傳輸在內，由模擬向數字方向的發(fā)展仍在繼續(xù)?，F在人們很難準確地預測通信在未來的發(fā)展狀況，以單工無線呼叫系統(tǒng)設計為開端，蜂窩電話和傳真已經出現了很多年，并且曾一度被認為不久將會過時，但是在過去的幾年中蜂窩電話和傳真這兩種技術仍然在迅速發(fā)展。大概有關未來通信技術唯一可以確定的就是：它將給人們帶來無限的驚喜。本次設計的cw無線收發(fā)系統(tǒng)是以功放電路、本地振蕩電路、混頻電路等電路組成，設計的電路使輸出信號頻率在7.023mhz7.026mkhz范圍內可調。無線收發(fā)信系統(tǒng)的電路形式較多,從收發(fā)功能上可分為單

4、工式和雙工式。單工式無線收發(fā)機，具有造價低，體積小，耗電低等優(yōu)點，考慮到綜合因數，因此本設計采用單工形式。同時，本課題能夠鍛煉一個人在面對具體項目時，遇到問題，分析問題，解決問題的能力；獲得獨立策劃、實施課題，并按照既定計劃進行開發(fā)的經驗，以及查找相關文獻的能力。通過自己的努力使得對于無線收發(fā)有一個全面的、深刻的認識。為以后研發(fā)工作打下堅實的基礎，積累寶貴的經驗。二、本課題（微功率電報收發(fā)信機設計）所涉及的問題在國內(外)研究現狀及分析1、國內外研究現狀 無線電技術中使用的電磁波叫做無線電波。從電磁場理化的建立至電磁波被發(fā)現，直至現今被廣泛應用經歷了近130年的歷史。經歷了漫長的歲月的考驗，無

5、線電通信技術迎來了其發(fā)展的高潮時代。1.1 回顧無線電通信技術的歷史 19世紀60年代，英國偉大的物理學家麥克斯韋建立了完整的電磁場理論，預言了存在電磁波。1887年，德國物理學家赫茲第一次用實驗證實了電磁波的存在。1893年，尼科拉·特斯拉（nikola tesla）在美國密蘇里州圣路易斯首次公開展示了無線電通信。馬可尼（guglielmo marconi）擁有通常被認為是世界上第一個無線電技術的專利，英國專利12039號，”電脈沖及信號傳輸技術的改進以及所需設備。尼科拉·特斯拉1897年在美國獲得了無線電技術的專利。然而，美國專利局于1904年將其專利權撤銷，轉而授予馬

6、可尼發(fā)明無線電的專利。這一舉動可能是受到馬可尼在美國的經濟后盾人物，包括愛迪生，安德魯·卡耐基影響的結果。1909年，馬可尼和卡爾·菲迪南德·布勞恩（karl ferdinand braun）由于“發(fā)明無線電報的貢獻”獲得諾貝爾物理學獎。1943年，在特斯拉去世后不久，美國最高法院重新認定特斯拉的專利有效。這一決定承認他的發(fā)明在馬可尼的專利之前就已完成。雖然兩者有些矛盾，但最終仍是證明了無線電通信技術已經走入人們的生活。1.2 目前無線電通信技術方法簡介 (1) wimax技術wimax技術即全球微波接入互操作系統(tǒng)，這種技術原在西方國家很受歡迎，如今在我國也掀起了

7、熱潮。它是一種寬帶無限連接方案，對無限局域網的組建起到了不可替代的作用。它的數據傳送距離和傳送速度均優(yōu)于wi-fi技術。(2) wi-fi技術 wi-fi技術是無線局域網的接入技術，其技術標準為802.11，而我國網絡均采用802.11b標準，它對移動通信起到了補充作用2。 (3) 3.5ghz技術 3.5ghz寬帶固定無線接入技術mmds，是工作于3.5ghz無線頻段上的中寬帶無線接入技術，寬帶固定無線接入技術因為其高帶寬、建設速度快、接入方式靈活等特點，受到了業(yè)界的關注。其優(yōu)點是可以遠離入網，但在我國卻受到帶寬不足的限制。其缺點是易受外界因素的影響。(4) 3g技術3g，全稱3rd gen

8、eration，中文含義就是指第三代數字通信。其主要特征是可提供豐富多彩的移動多媒體業(yè)務，其傳輸速率在高速移動環(huán)境中支持144kb/s，步行慢速移動環(huán)境中支持384kb/s，靜止狀態(tài)下支持2mb/s。國際電信聯(lián)盟(itu)在2000年5月確定w-cdma、cdma2000和我國擁有自主知識產權的tds-cdma為三大主流無線接口標準，寫入3g技術指導性文件2000年國際移動通訊計劃。(5) bluetooth（藍牙）bluetooth（藍牙），是一種支持設備短距離通信（一般10m內）的無線電技術。能在包括移動電話、pda、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。利用“藍牙

9、”技術，可以使短距離內的眾多設備略去繁多的線路接入。簡化空間布局。藍牙采用分散式網絡結構以及快跳頻和短包技術，支持點對點及點對多點通信，工作在全球通用的2.4ghz ism（即工業(yè)、科學、醫(yī)學）頻段。其數據速率為1mbps。采用時分雙工傳輸方案實現全雙工傳輸。(6) 毫米波光載無線(mm- rof)系統(tǒng) 毫米波光載無線(mm- rof)系統(tǒng)是將光通信技術和無線毫米波技術相結合建立起來的。其特點是帶寬大、體積小、重量輕、成本低、損耗小、抗電磁干擾及傳輸質量高等優(yōu)點。mm- rof可解決傳統(tǒng)微波傳輸系統(tǒng)在毫米波段存在的損耗大、抗干擾能力弱等問題，同時可克服毫米波電子器件的電子“瓶頸”問題，非常有發(fā)

10、展?jié)摿?。多格式多業(yè)務的mm- rof技術將是mm- rof系統(tǒng)今后發(fā)展的一個重要方向。1.3 無線電通信技術的發(fā)展趨勢如今，各種無線電通信技術被廣泛應用于國防、氣象、科研、生活、生產等領域?，F今的無線電通信技術雖然成了人們生活必不可少的一各手段。但是其發(fā)展仍有廣闊的空間。現在，我國大眾對于無線電應用仍處于一個起步階段，所以，除了大力推廣以上無線電通信技術外，還應該將此技術向遠深的空間發(fā)展。如今，越來越多的人會接觸到各種各樣的軟件，將無線電通信技術應用在軟件上得以實現是未來發(fā)展的必然。另外，數字技術在無線電通信領域的應用也會給人們的生活還來意外的收獲。2、本課題涉及的問題業(yè)余無線電通信活動，從本

11、世紀初到現在已有八九十年的歷史，這種聯(lián)絡從簡單的電報與調幅電話發(fā)展到今天的單邊帶、調頻、電傳、電視等一系列技術復雜而又極為生動有趣、富有吸引力的活動。業(yè)余無線電臺不僅進行視距范圍點對點的甚高頻/特高頻通信，而且利用電離層對高頻的反射和業(yè)余家自已架設的無線電中繼站，進行著全世界范圍的通信，隨著航天技術的發(fā)展，業(yè)余無線電活動已利用衛(wèi)星通信多年，至目前為止全世界已經發(fā)射了十幾顆業(yè)余通信衛(wèi)星。還有不少業(yè)余家完成了從地球發(fā)射電波到月球，再借月球反射回到地球接收的e-m-e通信，有些業(yè)余家在設備上已經采用包括電子計算機在內的各種最新的高級技術設備與最先進的電子通信新技術。業(yè)余無線電設備大多都是手持臺，車載

12、臺等，價格比較高。但性能好，發(fā)射功率大，能接受較遠的電磁波。本設計意在研究cw無線電收發(fā)的原理及過程。涉及到以下問題：（1）接收部分電路設計：濾波，混頻，功率放大問題。（2）發(fā)送部分電路設計：單片機調整本振頻率，電鍵控制發(fā)送和接收，天線設計。（3）功率可調問題。（4）盡可能減少干擾和損耗，實現遠距離傳輸問題三、對課題提出的任務要求及實現預期目標的可行性分析無線收發(fā)信系統(tǒng)具有功率小、耗電量小，節(jié)約成本。體積小，攜帶方便。使用方便，在沒有網絡信號的條件下仍能使用。無線對講機應用廣泛，它能使許多人同時聽到同一個人說話即時溝通、一呼百應、經濟實用、運營成本低、不耗費通話費用、節(jié)約使用方便，同時還具有組

13、呼通播、系統(tǒng)呼叫、機密呼叫等功能，下圖就是一個無線收發(fā)信系統(tǒng)電路原理框圖。圖1-1 無線收發(fā)信系統(tǒng)電路原理框圖1、收發(fā)電路的選擇電報一般使用莫爾斯電碼發(fā)送信息。它通過電鍵控制發(fā)信機產生短信號"."（點）和長信號"-"（劃），并利用其不同組合表示不同的字符，從而組成單詞和句子。（1）一般簡易收發(fā)報機使用石英晶體振蕩器作為本地振蕩源，三極管與周圍元件構成了典型的考畢茲振蕩器并且一直保持振蕩，信號通過一個電容直接耦合到另一個三極管，在發(fā)射狀態(tài)下（電鍵按下），該三極管作為c類功放，放大后的信號經耦合電容耦合到型低通濾波器，然后送天線發(fā)射；在接收狀態(tài)下（電鍵放開）

14、，三極管與周圍元件構成差拍振蕩器（bfo），另一個三極管被偏置在非線性區(qū)，將天線接收的信號與bfo的信號進行混頻，混頻得到的音頻信號經過電容耦合送到lm386構成的音頻功率放大器，放大后的音頻信號在lm386的5腳經10uf電容隔直后送耳機。（2）本設計中，基本思路是使用ad9850信號發(fā)生模塊作為本振源，通過單片機調節(jié)本振頻率。將產生的信號受電鍵控制的變容二極管的節(jié)電壓調節(jié)，可以使本振信號升高13khz。再通過三極管功率放大之后耦合到型低通濾波器，送天線發(fā)射出去。（3）天線采用大于或等于10m的導線，將其用竹竿挑起窗外，電鍵采用開關電路即可。為增大發(fā)射功率，應使用12v電源。2、關于高頻功率

15、放大電路的分析 高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉換器件，它將電源供給的直流能量轉換成為高頻交流輸出在“低頻電子線路”課程中已知，放大器可以按照電流導通角的不同，分為甲類（導通角等于360度）、乙類（導通角等于180度）、丙類（導通角小于180度）。高頻功率放大器大多工作于丙類。丙類功率放大器通常

16、作為末級功放以獲得較大的輸出功率和較高的效率。圖1-2為丙類諧振功率放大器。圖 1-2 丙類諧振功率放大器本設計中需要設計一個丙類功率放大器，放大7mhz左右的信號，然后經過天線發(fā)送到天空中去。3、關于型濾波網絡的分析常用的無源無損濾波器(lc 濾波器)的結構形式有l(wèi)c型、lt型、t型和型等。采用lc/lt 型濾波器時，往往由于源與濾波器端阻抗的不匹配導致電路在某一頻率下和電路中其它元件產生諧振，影響電路的正常工作。因此，通常在濾波器“源”或“負載”端再增加一個濾波電容，改變?yōu)V波器入端的阻抗，即構成型濾波電路。來自“源”或“負載”的噪聲先經過低阻抗的濾波電容回路，再進入lc 型濾波電路。同樣，

17、這樣的濾波電路也可以同時抑制來自電源和電路側的噪聲和諧波信號。簡單的型lc低通濾波器，在設計型lc低通濾波器時，lz/（2×fc），c1/（2×fc×z）；fc是信號的截止頻率。z為噪聲扼流圈阻抗、濾波器輸入或輸出阻抗。扼流圈阻抗一般為30500，宜在低源阻抗和負載阻抗下使用。如下圖所示。圖1-3 型lc低通濾波器4、 本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路1、發(fā)射部分系統(tǒng)要求對發(fā)射機的要求是多方面的，功率、頻率是最基本的。現代通信體制對發(fā)射機的要求側重于高純度頻譜及線形度。設計無線電發(fā)射系統(tǒng)，應考慮的技術指標如下：(1) 發(fā)射功率大小約200mw，發(fā)射機中

18、心頻率7.023-7.026mhz(2) 單片機控制電報發(fā)送頻率(3) 雜散（諧波）抑制：-20db本次單工無線呼叫系統(tǒng)設計中主要考慮到發(fā)送信息的性質，即語音通話，且規(guī)定發(fā)射功率大小和發(fā)射機的中心頻率。發(fā)射機的目的是利用電鍵調制本振信號，然后功率放大，經過天線發(fā)送。發(fā)射機也需要考慮不能產生信號失真和鄰近信道干擾。為實現最好的設計，通常根據實際需要在各種不同的調制方案之間進行權衡。2、接收部分電路的設計指標無線接收機的功能是在強干擾和噪聲存在的情況下能成功解調所需要的信號。接收功率是發(fā)射機與接收機之間的距離和周圍環(huán)境的函數。因此，接收機輸入端的射頻功率在各個地點都互不相同，可以從幾fw（飛瓦，即

19、10-15w）到w（微瓦），這要求系統(tǒng)應具有一個很大的動態(tài)范圍。除了考慮大的動態(tài)范圍和噪聲之外，接收機還需要考慮把成本降到最低和把功耗降到最小。綜合考慮權衡產品技術和經濟因素之間的要求，成功地設計一個接收機系統(tǒng)非常具有挑戰(zhàn)性。(1)電流：小于10ma（9v供電時）(2)耳機：高阻耳機(3)接收頻率：7.023mhz五、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法1、完成本課題所必須的工作條件（1）安裝有keil、multisim 9、proteus、altium designer summer 09等軟件的計算機一臺。（2）制作和焊接電路板所必備的工具（如電烙鐵、轉印機、打印機等）。（3）能夠保證一

20、天不少于6個小時且安靜的工作環(huán)境。（4）比較齊全的基本元件庫，測量儀器。（5）相關的書籍和學習資料。（6）學院提供的pcb制版條件。2、解決的辦法（1）個人計算機一臺。（2）向學院實驗室借一些必備的焊接和制作電路板的工具（3）學院的實驗室每天的開放時間足夠的長。（4）通過個人購買，網絡搜索，和大學圖書館和學院資料室借閱等手段解決。六、完成本課題的工作方案及進度計劃1、完成本課題的工作方案為完成本課題的基本任務要求，擬定工作方案如下：（1）確定畢業(yè)設計題目之后，開始相關資料的搜集，主要途徑可以有圖書館、互聯(lián)網以及自己購買相關的資料。（2）學習參考搜集到的資料，熟悉課題所涉及到的知識以及掌握相關開

21、發(fā)工具的使用方法。做到將學到的知識運用到實踐中，同時邊做邊學。（3）明確模塊設計的具體任務，分階段進行各部分的設計任務。（4）完成模塊的電路設計以后，針對模塊的各部分具體功能實現進行軟件仿真。在各個模塊的仿真通過以后將各個部分組合進行仿真，整體仿真通過之后制作實際的硬件電路。（5）最后在硬件制作完成以后進行模塊的調試、修改。實現基本功能后可根據實際情況進一步的完善。（6）在設計的過程中注意記錄相關的設計的經過；在最終的調試通過以后根據記錄的資料進行整理總結并撰寫畢業(yè)設計論文，并準備最后的答辯內容。2、完成本課題的進度計劃（以周為單位）（1）第1-4周查閱搜集相關文獻資料，了解無線收發(fā)報機原理，

22、撰寫文獻綜述與開題報告；（2）第5-6周完成系統(tǒng)功能分析，硬件功能、軟件功能的模塊劃分；（3）第7-8周完成系統(tǒng)總體設計，硬件電路原理圖的設計，相關調試程序設計；（4）第9-10周完成pcb的設計焊接，各軟件程序的詳細設計，實現系統(tǒng)全部功能要求；（5）第11-14周完成系統(tǒng)測試、運行調試、修改，提交穩(wěn)定運行的系統(tǒng)；（6）第15-16周撰寫論文及文檔。七、主要參考文獻1張肅文.高頻電子線路m.北京:高等教育出版社,20042鄭鵬洲等.可靠性設計與分析m.北京:國防工業(yè)出版社,1995:71-723鮮繼清,張德民.現代通信系統(tǒng)m.西安:西安電子科技大學出版社,2003:111-1164武登春.軍事理論教程m.北京北京航空航天大學出版社,2001: