全雙工無線數(shù)傳電臺(tái)方案設(shè)計(jì)

0 引言

數(shù)傳電臺(tái)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，目前仍然是工業(yè)控制領(lǐng)域的主要傳輸手段。無線數(shù)傳電臺(tái)作為一種最簡捷的通信方式，其最基本的特征是通連方便、簡捷。然而，目前國內(nèi)外絕大多數(shù)都是單工電臺(tái)。全雙工數(shù)傳電臺(tái)還不多見，而有些工程項(xiàng)目又確實(shí)需要全雙工的數(shù)傳電臺(tái)來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，為此，本文提出了一種全雙工的數(shù)傳電臺(tái)的設(shè)計(jì)思路。

1 全雙工無線數(shù)傳電臺(tái)的結(jié)構(gòu)原理

本文所介紹的全雙工數(shù)傳電臺(tái)主要采用頻分雙工(FDD—Frequency Division Duplexing)工作方式。它主要由接收單元、激勵(lì)器單元、功放單元、控制單元、電源單元、基帶單元六部分組成。圖1所示是其結(jié)構(gòu)原理框圖。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單元設(shè)計(jì)

2.1 激勵(lì)器單元

激勵(lì)器單元完成射頻信號(hào)的調(diào)制和音頻信號(hào)的處理，即把要調(diào)制的話音、數(shù)據(jù)送到VC0調(diào)制并進(jìn)行電壓放大。它由話放處理、數(shù)字鎖相環(huán)、壓控振蕩器、電壓放大器、功率調(diào)整電路、電源電路組成。圖2所示是激勵(lì)器單元的組成框圖。圖中，麥克風(fēng)送來的微弱信號(hào)首先送給話放處理電路，以進(jìn)行話音放大、濾波、預(yù)加重等信號(hào)處理，然后經(jīng)過電子開關(guān)送給壓控振蕩器進(jìn)行直接調(diào)頻，同時(shí)將基帶處理后的數(shù)字信號(hào)也經(jīng)過電子開關(guān)切換后送給壓控振蕩器進(jìn)行直接調(diào)頻。鎖相環(huán)路可選用快恢復(fù)二極管來提高鎖相環(huán)路的鎖定速度，環(huán)路濾波器可選用無源比例積分濾波器，VCO則采用模塊化設(shè)計(jì)。數(shù)字鎖相環(huán)芯片采用日本富士通的MBl504H集成電路芯片，該芯片集成化程度高、體積小，特別是其泵電源高達(dá)8 V，可相對(duì)降低VCO的壓控靈敏度。為了減小發(fā)射機(jī)在較寬溫度范圍內(nèi)的頻率變化，建議采用溫補(bǔ)晶體振蕩器作基準(zhǔn)頻率。由于VCO輸出的信號(hào)較弱，只有數(shù)個(gè)毫瓦，故可經(jīng)過功分器后，將一路送給鑒相器與基準(zhǔn)頻率進(jìn)行比較，并產(chǎn)生誤差電壓以控制VCO的頻率至設(shè)定頻點(diǎn)，另一路送給電壓放大器，然后經(jīng)3級(jí)放大處理，使其能夠推動(dòng)功放電路工作。

考慮到一般需要外接蓄電池作為電源，激勵(lì)器電源輸入可采用7809三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，以提供較寬的電壓動(dòng)態(tài)范圍。同時(shí)，也可采用多級(jí)LC濾波來改善穩(wěn)壓和降噪效果。

2.2 功放單元

功放單元的主要任務(wù)是把激勵(lì)器送來的射頻信號(hào)經(jīng)功放模塊放大到44 dBm，然后經(jīng)過低通濾波器濾除高次諧波后送給雙工器，最后通過天線發(fā)射出去。如果天線出現(xiàn)開路或短路，那么功率將反射回來，此時(shí)檢測電路將進(jìn)行檢波，然后比較放大，再送一個(gè)信號(hào)給MCU，由MCU控制相關(guān)電路關(guān)斷功放，以達(dá)到保護(hù)功放模塊的目的。功放電路的組成如圖3所示。

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