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1、石河子大学信息科学与技术学院毕业设计(论文)开题报告课题名称：微功率电报收发信机设计学生姓名：李远波学 号：2009082350学 院：信息科学与技术学院专业年级：电子信息工程2009级指导教师：刘恩博职 称：副教授完成日期：二一三年六月八日一、本课题来源及研究的目的和意义1、课题来源石河子大学信息科学与技术学院2、本课题研究的目的和意义1）研究目的本课题是对高频电子线路，模拟电子技术，单片机应用技术，无线通信网络知识的综合应用。无线电依然是信息传送的重要手段，通过毕业设计熟悉无线电收发装置的设计过程。从学习和实践角度来说，通过此次开发工作，对本科阶段学习进行总结和检验。通过本设计来提高自己的
2、电子线路设计、软件编程、PCB板设计，电子电工知识，文档编写和查找资料能力，同时培养自己工作意识。2）研究意义无线收发信系统设计中包含有通信的原理和技术，不仅是信息工程高级专业技术人员所必需掌握的，也是从事相关产业的普通技术人员、管理人员和营销人员应当了解的，并把它应用于信息产业中。 无线收发信系统的实现具有单向性，完成的是信息的单方面传输，这是研究半双工和全双工通信的基础。一个单工无线呼叫系统，实现主站至从站间的单工语音及数据传输业务，对以后增加图片传输、多媒体音乐、无线上网和电子商务的套餐具有重要的意义。以单工无线通信系统的设计为基础，人们进行了不断的探索和研究。在未来几年内通信系统将会有
3、更令人惊奇的发展。光纤如今已经成为了一种非常重要的传输媒介，并且仍然以迅猛的速度在发展。包括话音和视频传输在内，由模拟向数字方向的发展仍在继续。现在人们很难准确地预测通信在未来的发展状况，以单工无线呼叫系统设计为开端，蜂窝电话和传真已经出现了很多年，并且曾一度被认为不久将会过时，但是在过去的几年中蜂窝电话和传真这两种技术仍然在迅速发展。大概有关未来通信技术唯一可以确定的就是：它将给人们带来无限的惊喜。本次设计的CW无线收发系统是以功放电路、本地振荡电路、混频电路等电路组成，设计的电路使输出信号频率在7.023MHz7.026MkHz范围内可调。无线收发信系统的电路形式较多,从收发功能上可分为单
4、工式和双工式。单工式无线收发机，具有造价低，体积小，耗电低等优点，考虑到综合因数，因此本设计采用单工形式。同时，本课题能够锻炼一个人在面对具体项目时，遇到问题，分析问题，解决问题的能力；获得独立策划、实施课题，并按照既定计划进行开发的经验，以及查找相关文献的能力。通过自己的努力使得对于无线收发有一个全面的、深刻的认识。为以后研发工作打下坚实的基础，积累宝贵的经验。二、本课题（微功率电报收发信机设计）所涉及的问题在国内(外)研究现状及分析1、国内外研究现状 无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波。从电磁场理化的建立至电磁波被发现，直至现今被广泛应用经历了近130年的历史。经历了漫长的岁月的考验，无
5、线电通信技术迎来了其发展的高潮时代。1.1 回顾无线电通信技术的历史 19世纪60年代，英国伟大的物理学家麦克斯韦建立了完整的电磁场理论，预言了存在电磁波。1887年，德国物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在。1893年，尼科拉特斯拉（Nikola Tesla）在美国密苏里州圣路易斯首次公开展示了无线电通信。马可尼（Guglielmo Marconi）拥有通常被认为是世界上第一个无线电技术的专利，英国专利12039号，”电脉冲及信号传输技术的改进以及所需设备。尼科拉特斯拉1897年在美国获得了无线电技术的专利。然而，美国专利局于1904年将其专利权撤销，转而授予马可尼发明无线电的专利。这
6、一举动可能是受到马可尼在美国的经济后盾人物，包括爱迪生，安德鲁卡耐基影响的结果。1909年，马可尼和卡尔菲迪南德布劳恩（Karl Ferdinand Braun）由于“发明无线电报的贡献”获得诺贝尔物理学奖。1943年，在特斯拉去世后不久，美国最高法院重新认定特斯拉的专利有效。这一决定承认他的发明在马可尼的专利之前就已完成。虽然两者有些矛盾，但最终仍是证明了无线电通信技术已经走入人们的生活。1.2 目前无线电通信技术方法简介 (1) WiMAX技术WiMAX技术即全球微波接入互操作系统，这种技术原在西方国家很受欢迎，如今在我国也掀起了热潮。它是一种宽带无限连接方案，对无限局域网的组建起到了不可
7、替代的作用。它的数据传送距离和传送速度均优于Wi-Fi技术。(2) Wi-Fi技术 Wi-Fi技术是无线局域网的接入技术，其技术标准为802.11，而我国网络均采用802.11b标准，它对移动通信起到了补充作用2。 (3) 3.5GHz技术 3.5Ghz宽带固定无线接入技术MMDS，是工作于3.5GHz无线频段上的中宽带无线接入技术，宽带固定无线接入技术因为其高带宽、建设速度快、接入方式灵活等特点，受到了业界的关注。其优点是可以远离入网，但在我国却受到带宽不足的限制。其缺点是易受外界因素的影响。(4) 3G技术3G，全称3rd Generation，中文含义就是指第三代数字通信。其主要特征是可
8、提供丰富多彩的移动多媒体业务，其传输速率在高速移动环境中支持144kb/s，步行慢速移动环境中支持384kb/s，静止状态下支持2Mb/s。国际电信联盟(ITU)在2000年5月确定W-CDMA、CDMA2000和我国拥有自主知识产权的TDS-CDMA为三大主流无线接口标准，写入3G技术指导性文件2000年国际移动通讯计划。(5) Bluetooth（蓝牙）Bluetooth（蓝牙），是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，可以使短距离内的众多设备略去繁多的线路接入。简化空间
9、布局。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。(6) 毫米波光载无线(MM- RoF)系统 毫米波光载无线(MM- RoF)系统是将光通信技术和无线毫米波技术相结合建立起来的。其特点是带宽大、体积小、重量轻、成本低、损耗小、抗电磁干扰及传输质量高等优点。MM- RoF可解决传统微波传输系统在毫米波段存在的损耗大、抗干扰能力弱等问题，同时可克服毫米波电子器件的电子“瓶颈”问题，非常有发展潜力。多格式多业务的MM- RoF技术将是MM- RoF系
10、统今后发展的一个重要方向。1.3 无线电通信技术的发展趋势如今，各种无线电通信技术被广泛应用于国防、气象、科研、生活、生产等领域。现今的无线电通信技术虽然成了人们生活必不可少的一各手段。但是其发展仍有广阔的空间。现在，我国大众对于无线电应用仍处于一个起步阶段，所以，除了大力推广以上无线电通信技术外，还应该将此技术向远深的空间发展。如今，越来越多的人会接触到各种各样的软件，将无线电通信技术应用在软件上得以实现是未来发展的必然。另外，数字技术在无线电通信领域的应用也会给人们的生活还来意外的收获。2、本课题涉及的问题业余无线电通信活动，从本世纪初到现在已有八九十年的历史，这种联络从简单的电报与调幅电
11、话发展到今天的单边带、调频、电传、电视等一系列技术复杂而又极为生动有趣、富有吸引力的活动。业余无线电台不仅进行视距范围点对点的甚高频/特高频通信，而且利用电离层对高频的反射和业余家自已架设的无线电中继站，进行着全世界范围的通信，随着航天技术的发展，业余无线电活动已利用卫星通信多年，至目前为止全世界已经发射了十几颗业余通信卫星。还有不少业余家完成了从地球发射电波到月球，再借月球反射回到地球接收的E-M-E通信，有些业余家在设备上已经采用包括电子计算机在内的各种最新的高级技术设备与最先进的电子通信新技术。业余无线电设备大多都是手持台，车载台等，价格比较高。但性能好，发射功率大，能接受较远的电磁波。
12、本设计意在研究CW无线电收发的原理及过程。涉及到以下问题：（1）接收部分电路设计：滤波，混频，功率放大问题。（2）发送部分电路设计：单片机调整本振频率，电键控制发送和接收，天线设计。（3）功率可调问题。（4）尽可能减少干扰和损耗，实现远距离传输问题三、对课题提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析无线收发信系统具有功率小、耗电量小，节约成本。体积小，携带方便。使用方便，在没有网络信号的条件下仍能使用。无线对讲机应用广泛，它能使许多人同时听到同一个人说话即时沟通、一呼百应、经济实用、运营成本低、不耗费通话费用、节约使用方便，同时还具有组呼通播、系统呼叫、机密呼叫等功能，下图就是一个无线收发信系统
13、电路原理框图。图1-1 无线收发信系统电路原理框图1、收发电路的选择电报一般使用莫尔斯电码发送信息。它通过电键控制发信机产生短信号.（点）和长信号-（划），并利用其不同组合表示不同的字符，从而组成单词和句子。（1）一般简易收发报机使用石英晶体振荡器作为本地振荡源，三极管与周围元件构成了典型的考毕兹振荡器并且一直保持振荡，信号通过一个电容直接耦合到另一个三极管，在发射状态下（电键按下），该三极管作为C类功放，放大后的信号经耦合电容耦合到型低通滤波器，然后送天线发射；在接收状态下（电键放开），三极管与周围元件构成差拍振荡器（BFO），另一个三极管被偏置在非线性区，将天线接收的信号与BFO的信号进行
14、混频，混频得到的音频信号经过电容耦合送到LM386构成的音频功率放大器，放大后的音频信号在LM386的5脚经10uF电容隔直后送耳机。（2）本设计中，基本思路是使用AD9850信号发生模块作为本振源，通过单片机调节本振频率。将产生的信号受电键控制的变容二极管的节电压调节，可以使本振信号升高13kHZ。再通过三极管功率放大之后耦合到型低通滤波器，送天线发射出去。（3）天线采用大于或等于10m的导线，将其用竹竿挑起窗外，电键采用开关电路即可。为增大发射功率，应使用12V电源。2、关于高频功率放大电路的分析 高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽
15、带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，分为甲类（导通角等于360度）、乙类（导通角等于180度）、丙类（导通角小于180度）。高频功率放大器大多工作于丙类。丙类功率放大器通常作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。图1-2为丙类谐振功率放大器。图 1-2 丙类谐振功率放大器本
16、设计中需要设计一个丙类功率放大器，放大7MHZ左右的信号，然后经过天线发送到天空中去。3、关于型滤波网络的分析常用的无源无损滤波器(LC 滤波器)的结构形式有LC型、LT型、T型和型等。采用LC/LT 型滤波器时，往往由于源与滤波器端阻抗的不匹配导致电路在某一频率下和电路中其它元件产生谐振，影响电路的正常工作。因此，通常在滤波器“源”或“负载”端再增加一个滤波电容，改变滤波器入端的阻抗，即构成型滤波电路。来自“源”或“负载”的噪声先经过低阻抗的滤波电容回路，再进入LC 型滤波电路。同样，这样的滤波电路也可以同时抑制来自电源和电路侧的噪声和谐波信号。简单的型LC低通滤波器，在设计型LC低通滤波器
17、时，LZ/（2fc），C1/（2fcZ）；fc是信号的截止频率。Z为噪声扼流圈阻抗、滤波器输入或输出阻抗。扼流圈阻抗一般为30500，宜在低源阻抗和负载阻抗下使用。如下图所示。图1-3 型LC低通滤波器四、 本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路1、发射部分系统要求对发射机的要求是多方面的，功率、频率是最基本的。现代通信体制对发射机的要求侧重于高纯度频谱及线形度。设计无线电发射系统，应考虑的技术指标如下：(1) 发射功率大小约200mW，发射机中心频率7.023-7.026MHz(2) 单片机控制电报发送频率(3) 杂散（谐波）抑制：-20dB本次单工无线呼叫系统设计中主要考虑到发送信息
18、的性质，即语音通话，且规定发射功率大小和发射机的中心频率。发射机的目的是利用电键调制本振信号，然后功率放大，经过天线发送。发射机也需要考虑不能产生信号失真和邻近信道干扰。为实现最好的设计，通常根据实际需要在各种不同的调制方案之间进行权衡。2、接收部分电路的设计指标无线接收机的功能是在强干扰和噪声存在的情况下能成功解调所需要的信号。接收功率是发射机与接收机之间的距离和周围环境的函数。因此，接收机输入端的射频功率在各个地点都互不相同，可以从几fw（飞瓦，即10-15W）到W（微瓦），这要求系统应具有一个很大的动态范围。除了考虑大的动态范围和噪声之外，接收机还需要考虑把成本降到最低和把功耗降到最小。
19、综合考虑权衡产品技术和经济因素之间的要求，成功地设计一个接收机系统非常具有挑战性。(1)电流：小于10mA（9V供电时）(2)耳机：高阻耳机(3)接收频率：7.023MHZ五、完成本课题所必须的工作条件及解决的办法1、完成本课题所必须的工作条件（1）安装有keil、multisim 9、proteus、Altium Designer Summer 09等软件的计算机一台。（2）制作和焊接电路板所必备的工具（如电烙铁、转印机、打印机等）。（3）能够保证一天不少于6个小时且安静的工作环境。（4）比较齐全的基本元件库，测量仪器。（5）相关的书籍和学习资料。（6）学院提供的PCB制版条件。2、解决的办
20、法（1）个人计算机一台。（2）向学院实验室借一些必备的焊接和制作电路板的工具（3）学院的实验室每天的开放时间足够的长。（4）通过个人购买，网络搜索，和大学图书馆和学院资料室借阅等手段解决。六、完成本课题的工作方案及进度计划1、完成本课题的工作方案为完成本课题的基本任务要求，拟定工作方案如下：（1）确定毕业设计题目之后，开始相关资料的搜集，主要途径可以有图书馆、互联网以及自己购买相关的资料。（2）学习参考搜集到的资料，熟悉课题所涉及到的知识以及掌握相关开发工具的使用方法。做到将学到的知识运用到实践中，同时边做边学。（3）明确模块设计的具体任务，分阶段进行各部分的设计任务。（4）完成模块的电路设计
21、以后，针对模块的各部分具体功能实现进行软件仿真。在各个模块的仿真通过以后将各个部分组合进行仿真，整体仿真通过之后制作实际的硬件电路。（5）最后在硬件制作完成以后进行模块的调试、修改。实现基本功能后可根据实际情况进一步的完善。（6）在设计的过程中注意记录相关的设计的经过；在最终的调试通过以后根据记录的资料进行整理总结并撰写毕业设计论文，并准备最后的答辩内容。2、完成本课题的进度计划（以周为单位）（1）第1-4周查阅搜集相关文献资料，了解无线收发报机原理，撰写文献综述与开题报告；（2）第5-6周完成系统功能分析，硬件功能、软件功能的模块划分；（3）第7-8周完成系统总体设计，硬件电路原理图的设计，
22、相关调试程序设计；（4）第9-10周完成PCB的设计焊接，各软件程序的详细设计，实现系统全部功能要求；（5）第11-14周完成系统测试、运行调试、修改，提交稳定运行的系统；（6）第15-16周撰写论文及文档。七、主要参考文献1张肃文.高频电子线路M.北京:高等教育出版社,20042郑鹏洲等.可靠性设计与分析M.北京:国防工业出版社,1995:71-723鲜继清,张德民.现代通信系统M.西安:西安电子科技大学出版社,2003:111-1164武登春.军事理论教程M.北京北京航空航天大学出版社,2001:23-255“无线电”编辑部无线电元器件精汇M.北京:人民邮电出版社,2003:34-356曹
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