一種應用于無線測量與控制系統的調制解調器

1.4 鎖相環頻譜搬移

　　鎖相環頻譜搬移電路^[7]主要目的是把GMSK低頻信號搬移到高頻段進行無線發射。鎖相環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鎖相環，只是信號輸入/輸出接法不一樣。FM調制過程為：FX589輸出的調制信號直接送到鎖相環的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解調過程為：天線接收到的信號耦合到鎖相環的14腳，調節鎖相環的VCO固有振蕩頻率等于調頻信號載頻，鎖相環相位比較器產生的相位差在VCO輸入端產生與輸入信號頻率變化相應的電壓變化，這個電壓變化經鎖相環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

　　印刷天線是一種用微帶線和貼片作為輻射單元的特殊天線，不僅結構較為簡單、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結構中，右邊較長的一個振子臂對應低頻帶：2.4G—2.55GHz頻段;左邊較短的一個振子臂對應高頻帶：5.15G—5.82GHz頻段;單極子的這兩個臂分別印制在介質板左右兩邊，中間是微帶饋線。介質板選取介電常數為3.38，損耗正切值為0.0027，厚度為1.5mm的FR4材料。為了滿足對天線特性的要求，饋電點離單極子的距離為λ/4。具體的結構尺寸主要通過仿真達到阻抗匹配目的來確定。采用電磁仿真軟件Ansoft HFSS建模仿真，圖6是S11回波損耗曲線圖，可以看出天線兩個頻段的中心頻率為：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調制與解調器進行測試。圖8(a)是隨機存儲的一段對數字信號進行調制的輸出波形;圖8(b)是FX589將鎖相環的FM模擬解調信號進行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

　　本文設計的無線調制解調器確保了無線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線調制解調器，且平面化印刷天線結構也使得系統在價格成本和集成度上具有一定優勢。

參考文獻：

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