对讲机原理介绍

Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,1,对讲机原理、安装与调试,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,2,内容简要,1 对讲机原理相关知识 无线通信概述 超外差方式原理 2 F30-5型无线对讲机原理 调频对讲机原理框图 F30-5型调频对讲机的性能指标 F30-5型调频对讲机实际电路工作过程分析 3 调频对讲机的安装与调试 元件测试与安装 调试与维修过程,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,3,1 对讲机原理相关知识,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,4,1.1 无线通信概述,1.1.1 声波 声音是由辐射振动物体产生的疏密波。人说话时，声带的振动引起周围空气共振，并以340米秒的速度向四周传播，称为声波。 声波频率在20H20KHz范围内，人能够听到。 声波只有依靠媒质传递，在不同的媒质中传递的速度不同。声波在媒质中传播产生发射和散射，声音强度随距离增大而衰减。 因此，远距离声波传送必须依靠载体来完成，这个载体就是电磁波。,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,5,1.1 无线通信概述,1.1.2 电磁波 电磁波是由电磁振荡电路产生的，高频电流的变化在天线周围产生电场，电场的变化产生磁场，磁场的变化又产生电场，如此反复相互交替产生交变电磁场而传向远方。 电磁波通过天线传到天空中去，即为无线电波。 电磁波的传播速度为光速，当无线电波在地球表面传播时，其延时效应微乎其微。 因此，选择电磁波作为载体是非常理想的。,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,6,1.1 无线通信概述,1.1.3 波段的划分,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,7,1.1 无线通信概述,1.1.4 调制 音频信号装载到载波信号上的过程，称为调制。 频率调制，简称调频 （ FM ），就是使载波的瞬时频率随调制信号的规律而变化。 与调幅不同，调频时，载波电压振幅 不变。 载波信号的角频率，又称为调频波中心频率。 瞬时角频率相对于中心频率的频率偏移，简称频偏。,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,8,1.1 无线通信概述,调频波的频率跟随信号的变化规律而改变。 即当调制信号幅度最大时，调频波最密、频率最大；而当调制信号负的绝对值最大时，调频波最稀，频率最低。,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,9,1.1 无线通信概述,1.1.4 对讲机的频率范围：在日常对讲机的使用中，根据中国无线电管理委员会规定，对讲机频率一般做如下划分： 专业对讲机：V段136-174MHZ；U段400-470MHZ； 武警公安用：350-390MHZ； 海岸用：220MHZ； 交通信号灯监控、防空警报器：223.025-235Mhz 业余用：433MHZ； 集群用：800MHZ； 手机：900MHZ/180MHZ；,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,10,1.1 无线通信概述,根据电磁理论，频率越低，波长越长，电波穿透建筑物的能力越弱，但绕射能力越强； 频率越高，波长越短，电波穿透建筑物能力越强，但绕射能力越弱。 因此，在城市因为楼房密集度高，需要电波穿透力强，所以频率越高越适合； 而在旷野或海面这种空旷的地域使用对讲机，则需要绕射能力强的电波，所以选用V段（136-174MHZ）比较合适。,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,11,1.2 超外差方式原理,1.2.1 定义与发展历程 利用本地产生的振荡波与输入信号混频，将输入信号频率变换为某个预先确定的频率的方法。 超外差原理最早是由E.H.阿姆斯特朗于1918年提出的。是为了适应远程通信对高频率、弱信号接收的需要，在外差原理的基础上发展而来的。 外差原理是将输入信号频率变换为音频，而阿姆斯特朗提出的方法是将输入信号变换为超音频，所以称之为超外差。 1919年利用超外差原理制成超外差接收机。其性能优于高频（直接）放大式接收，所以至今仍广泛应用于远程信号的接收，并且已推广应用到测量技术等方面。,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,12,1.2 超外差方式原理,1.2.2 超外差原理 输入信号是一中心频率为fc的已调制频带有限信号,本地振荡器产生频率为f1的等幅正弦信号，通常f1fc。 这两个信号在混频器中变频,输出为差频分量,称为中频信号,fi=f1-fc为中频频率。 超外差原理如下页图1所示。 图2表示输入为调幅信号的频谱和波形图。 输出的中频信号除中心频率由fc变换到fi外，其频谱结构与输入信号相同。因此，中频信号保留了输入信号的全部有用信息。,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,13,1.2 超外差方式原理,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,14,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,15,1.2 超外差方式原理,1.2.3 超外差接收机 从天线接收的信号经高频放大器（见调谐放大器）放大，与本地振荡器产生的信号一起加入混频器变频，得到中频信号，再经中频放大、检波和低频放大，然后送给用户。 接收机的工作频率范围往往很宽，在接收不同频率的输入信号时，可以采用改变本地振荡频率f1的方法使混频后的中频fi保持为固定的数值。 其原理如图3所示。,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,16,1.2 超外差方式原理,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,17,1.2 超外差方式原理,接收机的输入信号uc往往十分微弱（一般为几微伏至几百微伏），而检波器需要有足够大的输入信号才能正常工作。因此需要有足够大的高频增益把uc放大。 早期的接收机采用多级高频放大器来放大接收信号，称为高频放大式接收机。 后来广泛采用的是超外差接收机,主要依靠频率固定的中频放大器放大信号。,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,18,1.2 超外差方式原理,超外差接收机的优点 容易得到足够大而且比较稳定的放大量。 具有较高的选择性和较好的频率特性。这是因为中频频率fi是固定的，所以中频放大器的负载可以采用比较复杂、但性能较好的有源或无源网络，也可以采用固体滤波器，如陶瓷滤波器（见电子陶瓷）、声表面波滤波器（见声表面波器件）等。 容易调整。除了混频器之前的天线回路和高频放大器的调谐回路需要与本地振荡器的谐振回路统一调谐之外，中频放大器的负载回路或滤波器是固定的，在接收不同频率的输入信号时不需再调整。,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,19,1.2 超外差方式原理,缺点与解决办法 电路比较复杂； 存在着一些特殊的干扰，如像频干扰、组合频率干扰和中频干扰等。 解决途径 提高高频放大器的选择性，尽量把由天线接收到的像频干扰信号滤掉； 另一种办法是采用二次变频方式。,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,20,1.2 超外差方式原理,1.2.4 二次变频超外差接收机 第一中频频率选得较高，使像频干扰信号的中心频率与有用输入信号uc的中心频率差别较大，使像频信号在高频放大器中受到显著的衰减。 第二中频频率选得较低，使第二中频放大器有较高的增益和较好的选择性。 其原理框图如图4。,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,21,1.2 超外差方式原理,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,22,1.2 超外差方式原理,随着集成电路技术的发展，超外差接收机已经可以单片集成。 例如，有一种单片式调幅-调频（AM/FM）接收机，它的AMFM高频放大器、 本地振荡器、 混频器、AM/FM中频放大器、AM/FM检波器、音频功率放大器以及自动增益控制(AGC)、自动频率控制(AFC)、调谐指示电路等(共700个元件)均集成在一个面积为2.4×3.1毫米2芯片上，它的工作电压范围为1.89伏，工作于调幅与调频方式的静态电流分别为3毫安和5毫安。,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,23,2 F30-5型无线对讲机原理,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,24,2.1 调频对讲机原理框图,2.1 通用原理框图,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,25,2.1 调频对讲机原理框图,2.2 本次实习所用套件的原理图,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,26,2.2 F30-5型调频对讲机的性能指标,2.2.1 主要电气指标 高频发射功率2W(75) 发射工作效率50 接收机灵敏度lv 限幅灵敏度 1.5v 音频输出功率50mW 最大调制频偏±3KHz 待机静态电流lOmA 频率稳定度 10-6 信号选择性 50db(±25KHz) 电池供电电压9.6V(8节1.2V),2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,27,2.2 F30-5型调频对讲机的性能指标,2.2.2 指标内含简介 灵敏度 选择性 限幅灵敏度 频率稳定度 调制频偏 静态工作电流 高频输出功率 发射机工作效率 音频输出功率,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,28,2.3 F30-5型调频对讲机工作过程,2.3.1 基本原理 1、发射部分： 锁相环和压控振荡器（VCO）产生发射的射频载波信号， 经过缓冲放大、激励放大、功放，产生额定的射频功率， 经过天线低通滤波器，抑制谐波成分，然后通过天线发射出去。,2018/10/14,Copyright by penghx from cst.hpu.edu.cn,29,2、接收部分： 接收部分为二次变频超外差方式，从天线输入的信号经过收发转换电路和带通滤波器后进行射频放大，在经过带通滤波器，进入一混频，将来自射频的放大信号与来自锁相环频率合成器电路的第一本振信号在第一混频器处混频并生成第一中频信号。第一中频信号通过晶体滤波器进一步消除邻道的杂波信号。 滤波后的第一中频信号进入中频处理芯片，与第二本振信号再次混频生成第二中频信号， 第二中频信号通过一个陶瓷滤波器滤除无用杂散信号后，被放大和鉴频，产生音频信号。 音频信号通过放大、带通滤波器、去加重等电路，进入音量控制电路和功率放大器放大，驱动扬声器，得到人们所需的信息。,