对讲机原理

对讲机原理、安装与调试内容简要•1对讲机原理相关知识–无线通信概述–超外差方式原理•2F30-5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1对讲机原理相关知识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20H~20KHz范围内，人能够听到。话音（300-3400）–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。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。1.1无线通信概述•1.1.3波段的划分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。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。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；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。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。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f1＞fc。–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。–（超外差接收机中有一个振荡器叫本机振荡器.它产生的高频电磁波与所接收的高频信号混合而产生一个差频,这个差频就是中频.如要接收的信号是900KHZ.本振频率是1365KHZ.两频率混合后就可以产生一个465KHZ或者2200KHZ的差频.接收机中用LC电路选择465KHZ作为中频信号.因为本振频率比外来信号高465KHZ所以叫超外差）；1.2超外差方式原理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。调谐放大器：以电容器和电感器组成的回路为负载，增益和负载阻抗随频率而变的放大电路。这种回路通常被调谐到待放大信号的中心频率上。由于调谐回路的并联谐振阻抗在谐振频率附近的数值很大，放大器可得到很大的电压增益。而在偏离谐振点较远的频率上，回路阻抗下降很快，使放大器增益迅速减小；因而调谐放大器通常是一种增益高和频率选择性好的窄带放大器。调谐放大器见图如下：调谐放大器广泛应用于各类无线电发射机的高频放大级和接收机的高频与中频放大级。在接收机中，它主要用来对小信号进行电压放大，所以大多工作于甲类放大状态。在发射机中它主要用来放大射频功率，因而大多工作于丙类或乙类状态（见功率放大器）。调谐放大器的调谐回路可以是单调谐回路，也可以是由两个回路相耦合的双调谐回路。它可以通过互感与下一级耦合,也可以通过电容与下一级耦合（图1和图2）。一般说，采用双调谐回路的放大器，其频率响应在通频带内可以做得较为平坦，在频带边缘上有更陡峭的截止。超外差接收机中的中频放大器常采用双回路的调谐放大器。单级调谐放大器的增益与带宽的乘积受到放大器件参数的限制。在器件已选定时，放大器的增益越高，带宽就越窄。为保证有足够的增益和适当的带宽，往往采用几级调谐放大器级联。有时将两级（或三级）放大器的回路分别调谐到两个（或三个）不同的频率上，构成参差调谐放大器。这种放大器具有较宽的频带，总增益较高，但放大器的调整较麻烦。雷达接收机的中频放大级常采用这类放大器。放大器件的杂散参量对调谐放大器的性能有影响。例如由于晶体管集电结电容CC的反馈作用，可能使放大器工作不稳定，甚至产生自激振荡。通常可用中和的方法加以消除。图3是带中和电路的调谐放大器，CN是中和电容器。输出信号由回路电感L经CN反馈至放大器的输入端,以抵消极间电容CC的内反馈。1.2超外差方式原理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。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。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。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。–特点：–对振荡频率的选取有要求;要求振荡器的振荡频率和幅度精度高,稳定性好;–本振频率中有锁相环,数字分频、数字鉴相器等电路，保证极高的稳定度,否则会产生本振频率漂移;–都有锁相环电路来保证本振频率的稳定度;–一般采用稳定性好的晶体振荡器–振荡频率高,易起振,振频稳,振幅高,振荡特性好;–本振电路多采用体积小、可靠性高的单片大规模集成数字频率合成器,–每一级电源都应有0.1μF或0.01μF的旁路电容接地–电源可数模分开供电，接地及屏蔽良好,本振输出端有带通滤波器，使本振输出杂波小。锁相环工作原理：锁相环路是一种反馈电路，锁相环的英文全称是Phase-LockedLoop,简称PLL。其作用是使得电路上的时钟和某一外部时钟的相位同步。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。锁相环路是一个相位反馈自动控制系统。它由以下三个基本部件组成：鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）。锁相环的工作原理：1.压控振荡器的输出经过采集并分频；2.和基准信号同时输入鉴相器；3.鉴相器通过比较上述两个信号的频率差，然后输出一个直流脉冲电压；4.控制VCO，使它的频率改变；5.这样经过一个很短的时间，VCO的输出就会稳定于某一期望值。锁相环可用来实现输出和输入两个信号之间的相位同步。当没有基准（参考）输入信号时，环路滤波器的输出为零（或为某一固定值）。这时，压控振荡器按其固有频率fv进行自由振荡。当有频率为fR的参考信号输入时，uR和uv同时加到鉴相器进行鉴相。如果fR和fv相差不大，鉴相器对uR和uv进行鉴相的结果，输出一个与uR和uv的相位差成正比的误差电压ud，再经过环路滤波器滤去ud中的高频成分，输出一个控制电压uc，uc将使压控振荡器的频率fv（和相位）发生变化，朝着参考输入信号的频率靠拢，最后使fv=fR，环路锁定。环路一旦进入锁定状态后，压控振荡器的输出信号与环路的输入信号（参考信号）之间只有一个固定的稳态相位差，而没有频差存在。这时我们就称环路已被锁定。环路的锁定状态是对输入信号的频率和相位不变而言的，若环路输入的是频率和相位不断变化的信号，而且环路能使压控振荡器的频率和相位不断地跟踪输入信号的频率和相位变化，则这时环路所处的状态称为跟踪状态。锁相环路在锁定后，不仅能使输出信号频率与输入信号频率严格同步，而且还具有频率跟踪特性，所以它在电子技术的各个领域中都有着广泛的应用。DDS：数字化的频率合成器1.2超外差方式原理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AM／FM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1.8～9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。2F30-5型无线对讲机原理2.1调频对讲机原理框图•2.1通用原理框图2.1调频对讲机原理框图•2.2原理图2.2F30-5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(75Ω)–发射工作效率………………………≤50％–接收机灵敏度………………………≤lμv–限幅灵敏度………………………≤1.5μv–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