一种应用于无线测量与控制系统的调制解调器

1.4 锁相环频谱搬移

　　锁相环频谱搬移电路^[7]主要目的是把GMSK低频信号搬移到高频段进行无线发射。锁相环74HC4046主要由相位比较器(PD)、压控振荡器(VCO)、低通滤波器三部分组成，压控振荡器的振荡频率取决于输入电压的幅度。

　　FM调制与解调电路各用一个锁相环，只是信号输入/输出接法不一样。FM调制过程为：FX589输出的调制信号直接送到锁相环的VCO输入端第9脚Txo，则VCO第4脚输出FM调制信号。该信号的频率Wvco就是以Wo(压控振荡器固有振荡频率)为中心，随Txo信号幅度的变化而变化。而Wo由VCO第6、7脚的电容C25 和第11脚的电阻R8决定，调节使其等于发射信号的中心频率。VCO输出的FM调制信号频率为：Wvco=Wo+Ao*Txo;其中Ao是增益系数，Txo是FX589提供的GMSK调制信号。

　　FM解调过程为：天线接收到的信号耦合到锁相环的14脚，调节锁相环的VCO固有振荡频率等于调频信号载频，锁相环相位比较器产生的相位差在VCO输入端产生与输入信号频率变化相应的电压变化，这个电压变化经锁相环74HC4046内部源跟随器隔离后在压控振荡器的解调输出端第10脚输出FM解调信号。

1.5 印刷双频单极子天线

　　印刷天线是一种用微带线和贴片作为辐射单元的特殊天线，不仅结构较为简单、体积结构尺寸小、重量轻，而且易于集成和印刷到电路板上^[8]。如图5所示的微带双频单极子天线结构中，右边较长的一个振子臂对应低频带：2.4G—2.55GHz频段;左边较短的一个振子臂对应高频带：5.15G—5.82GHz频段;单极子的这两个臂分别印制在介质板左右两边，中间是微带馈线。介质板选取介电常数为3.38，损耗正切值为0.0027，厚度为1.5mm的FR4材料。为了满足对天线特性的要求，馈电点离单极子的距离为λ/4。具体的结构尺寸主要通过仿真达到阻抗匹配目的来确定。采用电磁仿真软件Ansoft HFSS建模仿真，图6是S11回波损耗曲线图，可以看出天线两个频段的中心频率为：2.53G和5.38GHz，对应的回波损耗值分别是-34.15dB和-38.35dB。

　　如图7所示可以看出：微带双频单极子天线在Phi=0度的辐射性较好，在Theta=0度和-180度方向性较好，增益达到1.5dB，其中H面具有一定的全向特性。

2 调制与解调测试波形图

　　使用数字存储示波器(TDS1000)对GMSK调制与解调器进行测试。图8(a)是随机存储的一段对数字信号进行调制的输出波形;图8(b)是FX589将锁相环的FM模拟解调信号进行GMSK数字解调后的一段波形。可以看出：波形相位路径在MSK的基础上得到进一步平滑，它把相位路径的尖角平滑掉了，因此频谱特性相比FSK、MSK方式更佳。

3 结束语

　　本文设计的无线调制解调器确保了无线测量控制系统的性能，其频谱特性相比FSK等其它方式更佳，最高数据传输速率可达64kbps，远高于其它文献所描述设计的无线调制解调器，且平面化印刷天线结构也使得系统在价格成本和集成度上具有一定优势。

参考文献：

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