基于短波调频通信机锁相环频率合成器设计的.doc
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毕业论文<设计>题目:基于短波调频通信机的锁相环频率合成器设计 / 目录摘 要IAbstractI第1章 绪 论21.1 研究背景介绍21.2 本文写作目的21.3本文结构3第2章 系统模型、框图及指标32.1 短波通信机的通信系统模型32.1.1数字通信系统模型32.1.2模拟通信系统模型41.3 短波通信机的通信系统框图51.4 短波通信机的主要技术要求5第3章 信号源的设计63.1频率合成器参数设计63.1.1 参考频率选择63.1.2 截止频率与阻尼系数选择73.1.3 压控灵敏度73.1.4 鉴相增益83.1.5 环路增益与稳态相差83.2 频率合成器硬件电路设计93.2.1 压控振荡器设计93.2.2环路滤波器设计93.2.3语音处理电路设计103.2.4数字码流接口设计113.3 电磁兼容设计123.3.1 系统电源设计125.3.2 布局与布线设计123.4接口设计143.5 主要指标分析153.5.1锁定围153.5.2寄生调频153.5.3捕捉时间163.5.4边带噪声16第4章 天线的设计16第5章 功放的设计185.1电路设计185.1.1 方案及框图185.1.2 硬件设计195.1.3测试及分析215.1.4射频功放实物图及电磁兼容设计225.2 本机的测试结果235.2.1 单独测试结果235.2.2 与信号源部分连接测试结果24第6章 接收机的设计256.1硬件电路设计256.1.1输入调谐及电阻匹配网络266.1.2混频及鉴频解调电路276.1.3中频滤波器286.1.4 并联双调谐回路286.1.5音频功率放大296.1.6 2FSK消抖电路296.2接收机测试结果及分析30第7章 微控制器的实现317.1 码型的选择327.1.1 传输码型选择的原则327.1.2 常用码型的基本原理337.1.3 曼彻斯特码编解码方案及实现367.2 同步377.2.1位同步377.2.2数据帧格式43第8章 测试平台及系统测试46第9章 总结51致 52附录54摘 要随着无线通信技术的发展,无线通信产品越来越普及。
本课题是对一个工作在短波段的通信系统的研究,该通信机可实现一定距离的无线传播包括：语音传输〔模拟〕和短消息传输〔数字〕,并且含有40个信道自由选择其中能锁定的输入信号可以小于1mV,传输码率：2kb/s在短波通信系统中,射频接收机位于无线通信系统的最前端,其结构和性能直接影响整个通信系统如何在包含有噪声的信号中解调出基带信号是本系统设计的关键,本系统基于超外差接收原理,采用窄带调频接收芯片MCl3135,中频滤波器尝试使用双调谐回路取代传统的瓷滤波器,其优点是保证其选择性的同时扩大系统带宽,可以满足系统数字通信所需的带宽,从而实现语音和数据的双重通信该设计在对超外差式接收机研究的基础上,突破了以往接收机带宽限制,并应用于短波通信系统中,具有使用价值该系统硬件主要由信号源、发射机、接收机、收发天线等模块组成其中,信号源部分采用锁相频率合成的方法实现基带信号的调制,由于接收部分采用超外差的方式解调,信号源同时对其提供一个相应的本振功放是短波通信系统中一个重要的部分,本系统以HEXFET做功率管取代传统专用的射频功率MOSFET来完成一个短波功率发射机短波通信是天波传播的,所以采用半波偶极子天线作为发射天线,环天线作为接收天线,并且采用变压器式巴伦和单支节匹配法阻抗变换。
接收部分采用超外差的方式实现解调微控制器的功能包括控制数字和语音通信的切换,人机界面交互,信道搜索,以及对数字信号基于曼彻斯特码的编码与解码、位同步与帧同步、CRC校验等最后在仿真及分析的基础上,实际制作出实物,对整个系统进行调试,测试数据并进行分析,完成了基本的数据和语音通信,相应的具体指标达到设计要求关键词： 短波通信,锁相频率合成,HEXFET,巴伦,超外差,双调谐回路AbstractKeywords: 第1章 绪 论1.1 研究背景介绍短波通信是利用波长为100m～10ｍ,频率为３MHz～30MHz的电磁波进行的无线电通信,主要靠天波传播,可经电离层一次或数次反射,最远可传上万公里,广泛用于语音、电报和数据传输长期以来,由于短波通信的固有特点,短波无线电通信多年来一直被广泛地用于政府、外交、气象、商业等各个部门,用以传送语言、文字、图像、数据等信息；同时,它也是高空飞行和海上航行的必备通信方式；尤其在军事部门,它始终是军事指挥的重要手段之一 短波通信技术发展状况 尽管当前新型无线通信系统不断涌现,短波这一最古老和传统的通信方式仍然受到全世界的普遍重视,在卫星通信和移动通信快速发展的今天,短波通信不仅没有被淘汰,还在快速发展。
这是因为虽然卫星通信相对短波通信能为用户提供宽得多的频带以及稳定的高质量通信线路,但事实上,它还不能从根本上取代短波无线电通信另外,并不是所有用户都需要卫星,都能得到卫星提供的通信线路尤其在军事通信领域,卫星易于被敌方摧毁,这己经成为信息战中的一个严重问题因此,由于具有不可替代的重要作用,短波通信重新引起了世界各国的高度重视,诸多机构都在不遗余力地进行研究 1．短波通过直射波传递,也可以通过天波传播,因而短波是唯一不受网络枢纽和有源中继体制约的远程通信手段；2．短波的抗毁能力和自主通信能力极高；3．短波能覆盖到超短波覆盖不到的地区,如山区、戈壁、海洋等地区；4．与卫星通信相比,短波通信不用支付话费,运行成本低目前,它广泛应用于电报、、低速通信和广播等方面； 在军事应用、应急求援和业余无线电等领域扮演着重要角色,发挥出巨大作用[2]1.2 本文写作目的本文详细讲述了一个工作在29.5~30.5MHz的短波通信系统的设计,该短波通信系统可进行单工语音通信和短消息通信语音通信采用模拟调频
经过实验测试,该系统能够实现了较为良好的语音通信和稳定可靠的数字传输1.3本文结构本文首先介绍了该短波通信系统设计的选题背景及研究背景,分析了设计的理论依据,给出系统设计的总体方案,然后分章节对该短波通信系统硬件系统设计与实现方案、电磁兼容等方面进行了详细的论述,最后给出短波通信系统的调试结果,并总结全文的工作全文组织结构如下：第1章 绪论：短波语音数字通信系统介绍第2章 论述了系统模型、框图及指标第3章 详细介绍了信号源的设计第4章 详细论述了天线的设计第5章 详细论述了功放的设计第6章 详细论述了接收机的设计第7章 详细介绍了微控制器的实现第8章 系统的测试结果及及总的结论；第9章 总结本文的主要工作第2章 系统模型、框图及指标2.1 短波通信机的通信系统模型2.1.1数字通信系统模型数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统,其一般模型如图1所示[3]由图1可见,数字通信涉及的技术问题很多,主要包括信源编码与译码、信道编码与译码、数字调制与解调、同步以及加密和解密等图1数字通信系统的一般模型本课题的通信系统是简化的数字通信模型,如图2所示其信道传输码采用曼彻斯特码〔编解码及校验由MSP430单片机完成〕,数字调制采用2FSK调制〔调制在锁相环芯片MC145152上完成,解调在接收机芯片MC13135上完成〕,校验采用CRC校验。
图2 本课题的数字通信系统模型该系统实现的重点和难点在于如何解决同步和误码的问题,这会直接影响到通信系统的性能指标因而选择合适的信道传输码,使用较为简单的方法实现同步,提高系统的信噪比以及降低误码率等是本课题需要解决的问题2.1.2模拟通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统,其一般模型如图3所示图3模拟通信系统的一般模型本课题模拟调制采用调频方式〔调制在锁相环频率合成器上完成,解调在接收机上完成〕1.3 短波通信机的通信系统框图本课题研究一个工作在短波波段的通信系统,以实现短距离无线通信为主要目的系统框如图1、2所示图4发送端结构框图图5 接收端结构框图模拟信道分为发射机,接收机,频率合成,天线四部分,完成语音信号和数字信号的调制、发射、接受及解调等功能,最终还原出基带信号对于基带信号,分为数字和语音信号,由于共用一个信道,采用微控制器进行判定分流,若为语音信号则送个语音功率放大器处理,启动音响；若为数字信号,则由单片机进行解码1.4 短波通信机的主要技术要求本课题是基于一个工作在短波段的通信系统的频率合成器的研究,该通信机可实现一定距离的无线传播其实现的功能：1) 语音传输〔模拟〕2) 短消息传输〔数字〕为此提出的系统设计指标如下表所示,工作方式单工通信频率围29.5MHz~30.5MHz信道带宽50kHz模拟调制FM模拟信号带宽300Hz~3400Hz数字调制2FSK信道数20第3章 信号源的设计3.1频率合成器参数设计3.1.1参考频率选择锁相环系统中,参考频率的选择与环路滤波器截止频率的选择有很大关系。
若参考频率过低,从整个锁相环呈二阶低通特性来看,为了滤除鉴相纹波,就要降低环路的截止频率,而环路截止频率过低就会使环路捕捉时间过长,整个环路的抗震性能就会降低；会使频道转换时间过长,从而使信道扫描时间过长所以理论上讲,增大环路的参考频率有利于减小环路的捕捉时间在本系统中,用于接收机的频率合成器频率围为29.5MHz～30.5MHz； 用于发射机的频率围：29.965MHz～30.965MHz,送给发射机的调频信号的载波频率与送给接收机的本振信号的频率相差一个中频465KHz本振信号与载波的频率变化围刚好为1MHz,又因为系统的信道数为40、信道间隔为25KHz,故参考频率必须是信道间隔25KHz的约数,又因为中频465KHz不是25KHz的倍数,故不能用25KHz作为参考频率,综合以上几个因素,采用5KHz作为系统的参考频率3.1.2 截止频率与阻尼系数选择 从环路的寄生调频来看,因为环路的参考频率的取值为5KHz,所以鉴相器的输出为5KHz的脉冲波冲,要想减小环路的寄生调频,就必须减小压控振荡器控制电压的波动,而压控振荡器的电压波动和环路的截止频率的设定紧密相关,只有当环路截止频率远小于参考频率,才能把鉴相器的输出脉冲的幅度衰减到整个通信系统可以接受的成度。
从环路的捕捉时间来看,环路截止频率越低,环路的捕捉时间就越长,环路的抗震性能就越低,环路的信道切换时间就会越长环路的捕捉时间： 〔〕其中,为锁相环的固有频差、为阻尼系数、为自然谐振频率从锁相调频的角度看,短波调频通信机的语音信号的频率围为300Hz～3400Hz,也就是调频通信的基波频率围为300Hz～3400Hz,锁相环在调频通信中工作于载波跟踪状态,其环路截止频率必须远小于语音信号的最低频率300Hz综合以上各方面因素,最后取环路自然谐振频率为,而。
