③信號源電流與振蕩回路中的支路電流的關系：∣iL∣≈∣iC∣＝Q∣iS∣式中稱為品質因素。上式表明：LC電路諧振時，支路電流近似為總電流的Q倍。通常，Q>>1，所以，諧振時LC并聯回路電流比輸入電流大得多。也就是說，在諧振回路中外界的影響可以忽略。這個結論對于分析LC正弦波振蕩電路時十分有用的。西勒振蕩器西勒振蕩器如圖2.13所示，其振蕩角頻率為起振條件為式中圖2.13西勒振蕩器Figure2.12Westreinedoscillator最終我們考慮到：主振可采用晶體振蕩或LC振蕩，題目要求載頻為6～10MHz。若采用普遍晶體倍頻方式，假設為三倍頻，則晶體頻率要低于3.33MHz，在這種情況下難于獲得足夠的頻率。例如，用摩托羅拉公司的單片集成FM調制芯片MC2833實現2.5MHz電抗管晶體三倍頻調頻時，實測三倍調頻后的最大頻偏位420Hz。若采用專用調頻晶體，價格有太高。因此本設計選擇了變容二極管直接調頻的西勒電路。既可以獲得較大的頻偏，又可保證一定的頻率穩定度。2.4信道定義：以傳輸媒介為基礎的信號通道，必不可少。狹義信道：信號的傳輸媒質(在發送器和接收器之間的物理通路）a.導向傳輸媒體；電磁波被導向沿著固體媒體傳輸b.金屬導體:雙絞線、同軸電纜、光纖c.非導向媒體:自由空間、無線電(短波、微波、衛星）、紅外線2)廣義信道：除傳輸媒質外，還包括通信系統的某些設備所構成的部分。a.調制信道：從調制器輸出端到解調器輸入端。b.編碼信道:從編碼器輸出端到譯碼器輸入端，根據具體問題來選擇不同類型的信道。圖2.14信道模型Figure2.14A3）信道的數學模型其數學模型又分：恒參信道和隨參信道。我們所說的無線通信兩種都含有，不過是理想環境和實際環境的兩種數學模型。我們主要靠恒參信道來做理論研究。隨參信道的研究是實際應用的知識，要靠大量的實際測量和研究才行。我們做的設計支考慮恒定參數就行。理想恒參信道就是理想的無失真傳輸信道，其等效的線性網絡傳輸特性為其中Ko為傳輸系統，td為時間延遲，它們都是與頻率無關的常數。加性噪聲熱噪聲的功率譜密度可表示為Pn（f）=2RKT(V2/Hz)T為所測電阻的絕對溫度，K=1.38054*10-23(J/K)為波爾茲曼常數通常都將熱噪聲看成高斯白噪聲。高斯白噪聲的雙邊功率譜密度為其自相關函數為信道容量是指信道中信息誤差多傳輸的最大速率連續信道的信道容量為即香農公式香農公式表明的是當信號與信道加性高斯白噪聲的平均功率給定時，在具有一定頻率帶寬度的信道上，理論上單位時間內肯能傳輸的信息量的極限數值。2.5晶體管放大電路2.5.1高頻小信號放大器的主要性能指標1)電壓增益與功率增益：電壓增益（Au）等于放大器輸出電壓與輸入電壓之比；而功率增益（Af）等于放大器輸出給負載的功率與輸入功率之比。2)通頻帶：通頻帶是放大器的電壓增益下降到電壓值的0.707倍時，所對應的頻帶寬度。用2ΔF0.7來表示3)矩形系數：矩形系數是表示放大器選擇性好壞的一個參量。而選擇性是表示選取有用信號，抑制無用信號的能力。理想的頻帶放大器應該對通頻帶內的頻譜分量有同樣的放大能力，而對通頻帶以外色頻譜分量要完全抑制，不予放大。理想的頻帶放大器的頻率曲線應該是矩形。但是實際放大器的頻率曲線與矩形有較大的差異，矩形系數用來此傲視實際曲線形狀結晶理想矩形的程度，通常用來表示，其定義為式中2ΔF為放大器的通頻帶；2ΔF為放大器的電壓增益下降至最大值的0.1倍時所對應的頻帶寬度。4)工作穩定性：工作穩定性是指放大器的直流偏執、晶體管參數、電路元件參數等發生可能變化時，放大器的主要性能的穩定程度。一般的不穩定現象是增益變化，中心頻率偏移、通頻帶變化，諧振曲線變形等。不穩定狀態的極端情況是放大器自激，以至放大器不能完全工作，對于放大器來說應該特別注意工作穩定性。5)噪聲系數噪聲系數表示放大器性能好壞的一個參量，對于放大器來說總是希望本身的噪聲越小越好，及要求噪聲系數接近與1。2.5.2晶體管放大器的參數確定1)靜態工作點的確定：有晶體管2SC763的輸出特性曲線，特性參數以及實際電路的需要來確定放大電路的元件參數。此晶體管集電極最大允許電流I=100mA;集電極最大允許的耗散功率Pcm=450wW;基極開路（i=0）時，集電極-發射極間的反向擊穿電壓V=45V；選取靜態集電極-發射極間的電壓小于Vcbo,集電極耗散功率小于PC,當靜態工作點必須位于放大區的安全區域內，根據直流負載線方程Vcc=t(Rc+RC)求得靜態工作點Q的選取位置。這樣就可以確定Ir為20Ua,Ic=14Mv,Vcr=6V，在分析靜態工作點時在II>>Ib及Vb>>Vbe的條件下可認為I1=I2,Vr=Ve，通常I1越大于Ib及Vb越大于Vbe，則該電路穩定Q點的效果越好，單位量兼顧其他指標，設計這種電路時一般可以選取。在本設計中最后確定的參數如下所示可得滿足條件。a放大器的頻率特性單調諧放大器的幅頻特性與LC并聯諧振回路的幅頻特性是相同。調諧放大器的選頻特性決定于LC諧振回路的幅頻特性。b阻抗匹配問題通過上述分析可知，在實際的工作中信號源內阻Rs及負載Rl對LC諧振回路的影響較大，會使諧振回路的Q值下降。通頻帶加寬，選擇性變壞。通常情況下信號源內阻Rs及負載電阻Rl的數值是固定不變的。在高頻電路中采用LC阻抗變換網絡，將Rs或Rl變換成合適的值時再與回路連接，這樣可以降低他們對回路Q值的影響，同時，阻抗匹配的必要性還再與以下幾點：1.可以向負載傳輸最大功率。2.在天線、低噪放大器或混頻器等接收機前端可以改善噪聲系數、3.發射機由于匹配實現了最大功率傳輸，相當于提高了效率；延長了電池的使用壽命。4.濾波器或選頻回路的前后匹配可以發揮其最佳性能。阻抗變換網絡首先應該是無損耗的，因此不能用電阻網絡組成。常用的阻抗變換電路有變壓器阻抗變換電路、部分接入阻抗變換、L網絡阻抗變換，T和型匹配網絡，其中在本設計中運用了變壓器阻抗變換電路。設初級繞組電感量為L1，次級電感量為L2，M為互感，K為耦合系數，且。耦合系數K表示初、次級線圈的緊密程度，K越大，表示耦合越緊，K的最大值為1。初級、次級均繞在磁芯上的變壓器稱為磁芯變壓器，無磁芯變壓器稱為空芯變壓器。與空芯變壓器相比，磁芯變壓器的耦合緊，漏磁小，耦合系數近似于為1。但是由于磁芯的損耗率隨著頻率的升高而增大，因此，磁芯變壓器的工作頻率沒有空芯變壓器的高。在選擇磁芯時，要特別注意它的導磁率和損耗。在分析時，僅從理想狀態來分析，設變壓器在無損耗，它將能量有原邊輸出到副邊輸出，在傳輸過程中，僅將電壓、電流按變化比作數值變化。電流、電壓方向如圖所示，N1、N2分別為變壓器的初、次級線圈的匝數，則理想變壓器的變換功能如下：由以上式可得這樣可以通過改變w的比值來調整的大小,以便達到阻抗匹配。第三章主要電路設計方案3.1發射機功放電路的選擇功率放大器一般可有推動級、中間級和輸出機組成，具體級數應有所要求的總功率增益而定，題目要求輸出功率不大20mW,假設天線特性阻抗為75歐姆，則在匹配良好條件下天線上電壓峰值要小于3.5V。一般西勒振搗器輸出電壓峰-峰值為1V可實現的。雇傭一級功率放大應能滿足要求。考慮到前后級影響的問題，在振蕩器與功放間加入了一級射隨器，起隔離和激勵的作用。鑒于輸出功率低，兼顧效率，功放管工作狀態選為甲乙類。3.2接收放大器為保證接收機的靈敏度。高頻晶體管2SC763。為獲得一定電壓增益，采用共射極諧振放大電路。3.3接收機解調器通過查閱資料，選擇了摩托羅拉的單片集成窄帶FM解調芯片MC3361構成解調電路。MC3361的特點為低功耗、低電壓和高靈敏度，在窄帶語音和數據通信中有良好的鏡頻抑制能力。3.4控制部分控制對象是8路設備，均只有開關狀態，并采用4位二進制碼表示各控制狀態。ABCD=0000表示全部不工作。為了便于碼元的傳輸，需要對碼元件進行再編碼。設計中利用現成的MC145026和MC145027這兩種專門設計用于遙控電路中的編/解碼器。MC145026是一個具有5個地址編碼和4位數據輸入的編碼芯片，能將并行輸入的4位數據信號轉換為串行的數字編碼信號輸出。在每一個編碼周期中，發送兩次數據，以提高可靠性。MC145027解碼器接受串行數據，前五位二元碼是地址碼，剩下的為四比特的二元數據碼。當收到的地址碼與本地地址碼相等時，并行輸出數據碼，用MC145026和MC145027可以滿足控制信號的再編碼與解碼。如下表3.1狀態編碼表Table3.115kindsofappearancesoftableplaitstop-watch3.5關于傳輸距離的分析傳輸距離是簡易無線遙控系統的綜合性技術指標，也是本設計的重點與難點內容。單工無線電通信最大作用距離公式為式中，Pt為發射機天線端輻射的有效功率；Smin為接收機的最小檢測功率；Gt、Gr分別為發射機天線和接收機天線的增益；K值在發射機頻率為定值，實驗環境確定的情況下基本上位常量。要增大作用距離應從如下幾個方面考慮：盡量提高發射與接收天線的增益由式1可知，傳輸距離是與Gt、Gr形成正比，若Gt、Gr分別增大兩倍，則作用距也分別增加兩倍。盡量提高發射機天線輸出端接上75的假負載，其輸出功率不應大于20mW。在去除假負載，接上發射天線，則被天線輻射出去的有效功率Pt比20mW要小。以單振子天線為例，如圖3.1所示。圖3.1單振子天線Figure3.1Listsflapthesub-antenna當時，A、B兩端所呈現的阻抗為300歐姆左右，必須接一個4:1的阻抗變換器才能與發射機阻抗匹配。自然這樣的效果最佳。然而根據要求，工作頻率f在6~10MHz之間任意一個頻點，假設選取，光速為c，則波長為要假設這么長的天線是不實際的。一般情況下，發射機采用拉桿天線，其總長度約1.5m左右，經過MATLAB仿真計算可得，拉桿天線的等效阻抗Zr為Zr=Ri-jXlRi不到10Ω，Xi超過100Ω.它與發射機嚴重失匹，而且天線呈容性抗阻。因此在發射機輸出端和拉桿天線之間必須加裝阻抗變換器，且要抵消天線容性的影響。其示意如圖3.2圖3.2天線匹配示意圖Figure3.2Antennamatchthesketchmap當然還可以采用天線增益更高的天線，例如雙拉桿天線、環形天線等不管采用任何形式的天線，均存在發射機月天線匹配的問題。提高接收機的靈敏度由式1可知，提高接收機的靈敏度（即降低接收機的Smin）與提高發射機天線的輻射功率Pt對增加傳輸距離是同等重要。故接收機采用超外差體制，且加裝一級低噪聲、高增益高頻放大器，同時接收機要調準，使接收機靈敏度達到最高。最后，還要使收發天線極化一致，方向對準。3.6通信協議1、編碼字的格式能實現編碼功能的邏輯電路稱為編碼器。每一種遙控編碼芯片都有一種特定的編碼格式。我們把傳送一位二進制數0或者1的時間作為一個時間單位T，編碼信號的頻率F=1/T。這里用的是種比較常用的編碼格式，每一幀有同步碼、地址碼、和數據碼組成，同步碼用在一幀的開始，是一幀的識別意識，寬度為8T，地址碼20（A0-A19），寬度為20T;數據碼4為（D0-D3），寬度為4，一幀占據的總時間是32T。對應于每一種狀態，編碼芯片內部能夠生成一種特殊的編碼，這種編碼也是有“1”和“0”組成。但并不是簡單的用高壓電平代表“1”，用低電壓平代表“0”，而是用高電壓平與低電壓平寬度比例的不同來區分“1”和“0”，也就是所謂的占空比。為了提高此編碼傳輸串行信號的可靠性，故此編碼采用一個周期的占空比為1/4的脈沖表示0，占空比3/4的脈沖表示1。同步信號用一個占空比為1/32的脈沖表示，如圖3.3所示、圖3.3信號占空比Figure3.3Signalssharetheemptyratio2.協議設計通常遙控信號的發射，就是將某個按鍵所對應的控制指令和信息碼（由0和1組成的序列），調制在32～56Hz范圍內的載波上，然后經放大驅動無線發射電路將信號發射出去。如下表所示，各部分的作用：引導碼用來通知接收器其后接收器其后為遙控數據。地址碼用來區分是哪一機型的數據，接收端據此來判斷后續的數據是否為本機必須執行的指令。信息碼用來區分是哪一個鍵被按下，接收端接受信息碼的數據時發送的連續碼。它告知接收端，某鍵是在被連續地按著。結束碼用來通知接收器一幀數據發送完畢。遙控數據傳輸系統的關鍵是數據傳輸的可靠性。為了提高編碼的可靠性，本協議規定地址碼后接著傳送一個反碼，供誤碼效驗使用。每一位的信息碼后接著傳送一個奇偶效驗位也是用來作為無碼效驗使用。第四章電路的設計與計算4.1無線信號傳輸部分調頻發射機電路如圖4.2（上半部)所示，主振級有晶體管VTi與電容C2、C3、C4、C5與變容二極管C3和電感Ii組成西勒振蕩器。振蕩信號有C7弱耦合支射隨器，談后送至功放。功放的工作狀態為甲乙類，R8、R9給VTi提供偏壓，然后匹配網絡采用簡單的T型網絡，其中L4與C10和天線等效電容諧振與載頻，L3與L2起起阻抗變換作用，以使輸出功率最大。圖發射機模塊電路。調頻采用變容二極管電路。設計中，調制信號為二元單極性碼，即只有高低兩個電平，故對調制線性度要求不高。我們采用了變容二極管部分接入及變容二極管不外加反偏壓的電路結構，電路如圖4.1變容二極管電路所示。圖4.1變容二極管Figure4.1ChangetopermitthediodeCi為變容二極管的結電容，可求的Ci對主振回路的接入系數p為若調制信號引起的結電容變化為△C，則引入主振回路的電容變化量為，可求的由此引起的振蕩頻率的變化為式中uA為主振回路總電容，負號表示的變化相反。其中，可得p<<1,即變容二極管參量的變化對振蕩頻率影響較小，頻率穩定度大大提高。由此引入的問題是如何能得到足夠的頻偏，也就是如何是變容二極管的結電容變化較大，解決的辦法是對變容二極管不加反偏壓。在不加反偏壓時可獲得最大電容變化量。由于無外加偏壓，避免了有偏壓變化引起的頻率漂移，同時簡化了電路。圖4.2發射機模塊電路Figure4.2Acircuittransmittermodule4.2接收機電路模塊如圖4.3（接收機模塊電路）所示，接收機模擬部分可分為三大模塊：①高頻放大電路采用了典型電路。為一級共發射級諧振高放。為提高接收靈敏度使用了低噪聲的三極管2SC763.②鑒頻電路采用了MC3361.本振為8MHz,與高放送來的信號驚醒混頻。產生500kHz中頻信號。此信號通過窄帶陶瓷濾波器（FL）送回MC3361進行鑒頻。③比較電路，碼型傳輸過程中可能出現，所以應通過比較電路時信號恢復成只有高低電平的數字信號。這樣，提高了接收機的抗干擾能力。并與猴急數字電路匹配。比較器門限電壓由鑒頻器經RC低通濾波器獲得。其電壓相當于信號中的直流分量電壓。此方法有一定的自適應能力。在實際應用中表現比較強的抗干擾能力。4.3數字系統部分因為本遙控系統的重點在于無線信號傳輸部分，所以本著這個思想就以以下原則來設計數字部分。①在無線發射機內的控制部分盡量簡單，接收機部分的受控設備也以簡單明了的實現遙控功能為目的。②能夠實現規定的控制能力。編碼部分如圖4.1下半部分所示，控制鍵包括8個常閉按鍵和一個單刀雙擲撥鍵KI撥鍵用來選擇被控對象，8個常閉按鍵用來表示被選中對象的8種狀態采用CD4014710-4線優先編碼器，只對按鍵進行編碼。目前只用其中的8-3線部分，其余的可以留給以后擴展用。利用MC145026和MC145027對控制信號進行再編碼和解碼，以利于碼元在無線信道中傳輸，MC145026產生占空比隨傳0、傳1改變的單極性碼，一組編碼包括5位地址碼和4位數據碼。設計中MC145026的地址碼四位是設定的，另一位由撥鍵控制，用來選擇控制對象是要調亮度的燈還是其余的七盞燈。相應的MC145027才會有解碼輸出。這樣，可以用一片MC145026控制MC145027。解碼部分如圖4.1所示，在接收端用兩片MC145027對解調后的信號進編碼。一片MC145027對應一個控制對象。這在實際應用中是有好處的，被遙控設備可用獨立的接收機來控制驅動部分如圖4.4所示，LED工作電流小，采用74LS138譯碼輸出直接驅動小電燈的亮度調節，通過三個能提供不同電流的射隨器相加實現。數碼管采用MC14511驅動③發射機省電裝置由于發射機功耗小，工作電流小于28mA，故可用一個三極管（νT4）來作為整機的電源開關。具體裝置如圖14.1.3所示。在按鍵未按下時，νT4處于截止狀態。按鍵按下時，νT4飽和導通，電源按通4.4測試結果測試對象測試指標測試結果輸出功率﹤20mA發射機發射電流﹤28mA靜態電流﹤50μA接收機靈感度約10μA電壓增益約10倍4.5系統性能及特點1）發射機與接收機相距40m以內時可以進行可靠控制。2）系統特點：①具有降低電源功耗的措施：利用一個三極管控制發射機的電源，使僅在有鍵按下時才接通電源；采用CMOS集成電路，靜態功耗低②提高信道抗干擾能力的措施：用MC145026和MC145027對控制信號再編/解碼；利用頻移鍵控的調制方式；接收機采用窄帶濾波。③被控設備能簡單明了地體現遙控狀態，而且便于擴展及實際應用。結束語一個月的畢業設計已接近尾聲，課題設計的各項工作已基本完成，在頡老師的精心指導下，我們完滿的完成了畢業設計的各項工作。這次畢業設計是對我們大學三年所學知識的一個綜合運用，尤其是對我們專業課學習的綜合考察，對我們自身來講也是把理論知識應用到實踐中去的一次很好的學習和鍛煉機會。在這其中大大的擴展了我們的知識范圍，并對以前所學知識做了一個回顧和總結，同時也發現了一些自己的不足之處。首先，是自己對以前所學過的知識理解的不夠深刻，掌握的不夠牢固，比如對于某些芯片的作用，各管腳的功能等。其次，是不會將所學的數字電子，高頻電子線路等知識靈活地運用到實際中去。再次，是對所學各軟件的應用還不夠熟練，如：Protel、Protus等。在此次設計的過程中遇到了各種各樣的麻煩，在頡老師的精心指導下，經過努力學習，我們最后取得了比較可喜的成績完成了設計。總之，經過四個星期的畢業設計，無論從理論還是實踐上我都得到了一定的鍛煉，并取得了一定的成績。使我深深認識到了理論與實踐相聯系的重要性，位我今后的學習和工作奠定了堅實的基礎。參考文獻(1)黃志偉，全國大學生電子設計競賽系統設計，北京：北京航空航天大學出版社，2006，132~137(2)全國大學生電子設計競賽組委會，全國大學生電子設計競賽獲獎作品匯編（第一屆~第五屆），北京：北京理工大學出版社，2004，617~628(3)曹麗娜，現代通信原理與技術，西安：西安電子科技大學出版社，1995，43~120(4)楊昌漢，高頻電子線路，哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2002，74~100(5)康華光，電子技術基礎，北京：高等教育出版社，1999，56~75(6)謝自美，電子線路設計，武漢：華中理工出版社，2004，60~123(7)吳慎山，電子線路設計與實踐，北京：電子工業出版社，2005，117~125(8)樊昌信，通信原理，北京：國防工業出版社，1997，250~276西安航空職業技術學院畢業設計（論文）審查意見書指導教師對學生所完成的題目為的畢業設計（論文）進行情況、完成質量的審查意見：成績：指導教師：年月日西安航空職業技術學院畢業設計（論文）評閱意見書評閱人對學生所完成的題目為的畢業設計（論文）評閱意見為：