一種應用于無(wú)線(xiàn)測量與控制系統的調制解調器

1.4 鎖相環(huán)頻譜搬移

　　鎖相環(huán)頻譜搬移電路^[7]主要目的是把GMSK低頻信號搬移到高頻段進(jìn)行無(wú)線(xiàn)發(fā)射。鎖相環(huán)74HC4046主要由相位比較器(PD)、壓控振蕩器(VCO)、低通濾波器三部分組成，壓控振蕩器的振蕩頻率取決于輸入電壓的幅度。

　　FM調制與解調電路各用一個(gè)鎖相環(huán)，只是信號輸入/輸出接法不一樣。FM調制過(guò)程為：FX589輸出的調制信號直接送到鎖相環(huán)的VCO輸入端第9腳Txo，則VCO第4腳輸出FM調制信號。該信號的頻率Wvco就是以Wo(壓控振蕩器固有振蕩頻率)為中心，隨Txo信號幅度的變化而變化。而Wo由VCO第6、7腳的電容C25 和第11腳的電阻R8決定，調節使其等于發(fā)射信號的中心頻率。VCO輸出的FM調制信號頻率為：Wvco=Wo+Ao*Txo;其中Ao是增益系數，Txo是FX589提供的GMSK調制信號。

　　FM解調過(guò)程為：天線(xiàn)接收到的信號耦合到鎖相環(huán)的14腳，調節鎖相環(huán)的VCO固有振蕩頻率等于調頻信號載頻，鎖相環(huán)相位比較器產(chǎn)生的相位差在VCO輸入端產(chǎn)生與輸入信號頻率變化相應的電壓變化，這個(gè)電壓變化經(jīng)鎖相環(huán)74HC4046內部源跟隨器隔離后在壓控振蕩器的解調輸出端第10腳輸出FM解調信號。

1.5 印刷雙頻單極子天線(xiàn)

　　印刷天線(xiàn)是一種用微帶線(xiàn)和貼片作為輻射單元的特殊天線(xiàn)，不僅結構較為簡(jiǎn)單、體積結構尺寸小、重量輕，而且易于集成和印刷到電路板上^[8]。如圖5所示的微帶雙頻單極子天線(xiàn)結構中，右邊較長(cháng)的一個(gè)振子臂對應低頻帶：2.4G—2.55GHz頻段;左邊較短的一個(gè)振子臂對應高頻帶：5.15G—5.82GHz頻段;單極子的這兩個(gè)臂分別印制在介質(zhì)板左右兩邊，中間是微帶饋線(xiàn)。介質(zhì)板選取介電常數為3.38，損耗正切值為0.0027，厚度為1.5mm的FR4材料。為了滿(mǎn)足對天線(xiàn)特性的要求，饋電點(diǎn)離單極子的距離為λ/4。具體的結構尺寸主要通過(guò)仿真達到阻抗匹配目的來(lái)確定。采用電磁仿真軟件Ansoft HFSS建模仿真，圖6是S11回波損耗曲線(xiàn)圖，可以看出天線(xiàn)兩個(gè)頻段的中心頻率為：2.53G和5.38GHz，對應的回波損耗值分別是-34.15dB和-38.35dB。

　　如圖7所示可以看出：微帶雙頻單極子天線(xiàn)在Phi=0度的輻射性較好，在Theta=0度和-180度方向性較好，增益達到1.5dB，其中H面具有一定的全向特性。

2 調制與解調測試波形圖

　　使用數字存儲示波器(TDS1000)對GMSK調制與解調器進(jìn)行測試。圖8(a)是隨機存儲的一段對數字信號進(jìn)行調制的輸出波形;圖8(b)是FX589將鎖相環(huán)的FM模擬解調信號進(jìn)行GMSK數字解調后的一段波形?？梢钥闯觯翰ㄐ蜗辔宦窂皆贛SK的基礎上得到進(jìn)一步平滑，它把相位路徑的尖角平滑掉了，因此頻譜特性相比FSK、MSK方式更佳。

3 結束語(yǔ)

　　本文設計的無(wú)線(xiàn)調制解調器確保了無(wú)線(xiàn)測量控制系統的性能，其頻譜特性相比FSK等其它方式更佳，最高數據傳輸速率可達64kbps，遠高于其它文獻所描述設計的無(wú)線(xiàn)調制解調器，且平面化印刷天線(xiàn)結構也使得系統在價(jià)格成本和集成度上具有一定優(yōu)勢。

參考文獻：

　　[1]戴連棟，王用紅，劉偉等，一種湖泊浮標近距離無(wú)線(xiàn)調制解調器設計[J], 水利信息化，2014,39(1):39—42

　　[2]肖鐸,徐潔,杜鵬英，基于USB口的無(wú)線(xiàn)數據收發(fā)器[J],電子技術(shù)應用,2006,32(7):80—82

　　[3]吳硯愉，潘俊峰，劉雪芳，基于CMX469開(kāi)發(fā)的無(wú)線(xiàn)調制解調器在遠程統控防災警報系統中的應用[J]，機電工程技術(shù)，2012,41(8)：208—210

　　[4]喬國榮，孟曉明，基于C8051f340的短波無(wú)線(xiàn)調制解調器的研究[J]，遼寧師專(zhuān)學(xué)報，2012,14(4):100—102

　　[5]新華龍電子有限公司，C8051F320datasheet [EB/OL].[2010-8-25]，http://www.xhl.com.cn/CN/ProductShow/Search.aspx?cont=C8051F320

　　[6]CML，FX589 datasheet [EB/OL].[2011-12-25]. http://www.alldatasheet.com

　　[7] 車(chē)保川，屈百達. 基于74HC4046新型頻率跟蹤電路的研究[J]，現代電子技術(shù), 2008(3)：188—190

　　[8] 李棟，石鑫，夏豐. 應用于超寬帶通信的貼片六邊形單極子天線(xiàn)研究[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程, 2009,9(4): 878-883