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無線數(shù)據傳輸廣泛地運用在車輛監(jiān)控、遙控、遙測、小型無線網絡、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據采集系統(tǒng)、無線標簽、身份識別、非接觸RF智能卡、小型無線數(shù)據終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機器人控制、無線232數(shù)據通信、無線485/422數(shù)據通信、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像傳輸?shù)阮I域中。 由于無線電的發(fā)射器件都工作于射頻，因此對器件的要求也較高，一般業(yè)余條件下很難完成制作與調試工作，而目前對于無線電技術的應用越來越廣泛，尤其對于一些業(yè)務無線電愛好者來說，要想擁有所有高頻調試的設備幾乎是不現(xiàn)實的，因為這些設備價格昂貴。針對這些實際情況，許多專業(yè)生產廠家專門生產了用于無線數(shù)據傳輸?shù)臒o線收發(fā)模塊，將對高頻部分的安裝與調試工作全部在專業(yè)生產場所內完成，用戶只要為其提供電源和所要發(fā)送的編碼數(shù)據，就可以在接收端的數(shù)據輸出端得到發(fā)送端的原始數(shù)據，這樣就可以將無線電技術的應用得到推廣。 從目前對無線電收發(fā)模塊的應用來看，主要可分為兩大類：調頻收發(fā)模塊和調幅收發(fā)模塊。 調頻(FM)制與調幅(AM)制的性能比較 在無線廣播、電視、通信、遙控、遙測等裝置或系統(tǒng)中,除了采用振幅調制方式(調幅AM)外,還廣泛采用頻率調制方式(調頻FM)。下面對這兩種調制方式的主要性能進行比較: 1.抗干擾性能 調頻FM的主要優(yōu)點是它的抗干擾性能強.所謂抗干擾好,主要是指在輸入信號噪聲比(簡稱信噪比S/N)相同的條件下,調頻接收機輸出端的信噪比大于調幅接收機輸出端的信噪比。 調頻比調幅制的抗干擾能力強的原因可從兩種制式的發(fā)射信號功率大小進行分析。調頻波的邊頻分量的功率是從載波功率中分出來的。調制系數(shù)mFM越大,其邊頻不僅數(shù)目多,且幅度增大,這意味著載波功率中轉化為邊頻功率的比例大,而調幅波的邊頻功率最大僅等于載波功率的一半(當調制指數(shù)mAM＝1時)。因此,調頻波比調幅波可以具有更大的邊頻功率,這意味著它更有能力去克服信道或機內的噪聲和干擾。 其次,可從接收信號的調解來進行對比并分析。由于調幅信號的信息包含在已調幅信號的振幅中(振幅變化與調制信號的振幅成正比),解調用的包絡檢波(也稱振幅檢波)器無法抑制寄生調幅干擾；而調頻信號的信息則包含在高頻振蕩的瞬時頻率變化上,因此,干擾引起的寄生調幅可通過限幅器(或用有限幅作用的比例鑒頻器)去掉。 因此,不管從發(fā)射信號的邊頻功率還是從接收信號的解調進行分析,調頻制的抗干擾性能均優(yōu)于調幅制。 2.占用的頻帶寬度 由于寬帶調頻系統(tǒng)占用的頻帶寬,調頻只適宜在超短波以上頻段（30Hz－30GHz）使用.對于中、長波頻段（中波：1000-100M，長波10－1km）,則采用調幅或單邊帶調制方式。 3.發(fā)射機的功率 調頻制發(fā)射機發(fā)射的調頻載波的瞬時頻率是隨調制信號變化的調頻波為等幅波,它的最大功率等于平均功率;而調幅制發(fā)射機發(fā)射的是調幅信號,當mAM=1時,最大發(fā)射功率等于平均功率(載波功率)的4倍.若調幅發(fā)射機與調頻發(fā)射機的末級采用同一型號的功率管,均按最大功率估算,則調頻發(fā)射機發(fā)射出的功率是調幅發(fā)射機發(fā)射的平均功率的4倍。 4.對調幅發(fā)射機功率放大管的要求苛刻 調幅發(fā)射波是隨調制信號的幅度而變化的,這就對放大管的反向耐壓有較高的要求,宜采用擊穿電壓更高的管子,否則管子易被擊穿.而調頻發(fā)射機是工作在等幅狀態(tài)下的,管子不易被擊穿。 5.生產成本比較 生產調頻系列器件其調試過程相當復雜,所以需要配備綜參測試儀、屏蔽室等昂貴的生產調試設備，調試設備的穩(wěn)定性直接決定產品的性能，還需要專業(yè)的技術工人。而生產調幅器件相對來說要方便許多,所以生產調頻產品的門檻要遠遠高于生產調幅產品,因此兩者的生產成本相差一倍以上。 通過以上對兩者的性能及成本的介紹，網友必對兩者的情況有所了解，目前被廣泛運用的是調幅形式的收發(fā)組件，由于其性價比較高，同時生產也較為方便，因此對一些要求不是太高的場合來說，都采用了這種模式，因此本文中也重點對這種模塊進行介紹。
一、無線發(fā)射模塊 考慮到電路的微功耗要求，一般這類模塊都采用了ASK方式調制，參考電路如下圖所示：  發(fā)射電路原理圖
DF數(shù)據發(fā)射模塊的工作頻率為315M，采用聲表諧振器SAW穩(wěn)頻，頻率穩(wěn)定度極高，當環(huán)境溫度在－25～＋85度之間變化時，頻飄僅為3ppm/度。特別適合多發(fā)一收無線遙控及數(shù)據傳輸系統(tǒng)。聲表諧振器的頻率穩(wěn)定度僅次于晶體，而一般的LC振蕩器頻率穩(wěn)定度及一致性較差，即使采用高品質微調電容，溫差變化及振動也很難保證已調好的頻點不會發(fā)生偏移。
DF發(fā)射模塊未設編碼集成電路，而增加了一只數(shù)據調制三極管Q1,這種結構使得它可以方便地和其它固定編碼電路、滾動碼電路及單片機接口，而不必考慮編碼電路的工作電壓和輸出幅度信號值的大小。比如用PT2262或者SM5262等編碼集成電路配接時，直接將它們的數(shù)據輸出端第17腳接至DF數(shù)據模塊的輸入端即可。
DF數(shù)據模塊具有較寬的工作電壓范圍3～12V，當電壓變化時發(fā)射頻率基本不變,和發(fā)射模塊配套的接收模塊無需任何調整就能穩(wěn)定地接收。當發(fā)射電壓為3V時，空曠地傳輸距離約20～50米，發(fā)射功率較小，當電壓5V時約100～200米，當電壓9V時約300～500米，當發(fā)射電壓為12V時，為最佳工作電壓，具有較好的發(fā)射效果。當電壓大于l2V時功耗增大，有效發(fā)射功率不再明顯提高。不同的電路參數(shù)，有不同的發(fā)射功率及發(fā)射距離，要想獲得較好的發(fā)射效果，必須接上天線，天線最好選用25厘米長的導線，遠距離傳輸時最好能夠豎立起來，因為無線電信號傳輸時受很多因素的影響，所以一般實用距離只有標稱距離的一半甚至更少，這點需要開發(fā)時注意。
DF數(shù)據模塊采用ASK方式調制，以降低功耗，當數(shù)據信號停止時發(fā)射電流降為零，數(shù)據信號與DF發(fā)射模塊輸入端可以用電阻或者直接連接而不能用電容耦合，否則DF發(fā)射模塊將不能正常工作。數(shù)據電平應接近DF數(shù)據模塊的實際工作電壓，以獲得較高的調制效果。
DF發(fā)射發(fā)射模塊最好能垂直安裝在主板的邊緣，應離開周圍器件5mm以上，以免受分布參數(shù)影晌。DF模塊的傳輸距離與調制信號頻率及幅度，發(fā)射電壓及電池容量，發(fā)射天線，接收機的靈敏度，收發(fā)環(huán)境有關。一般在開闊區(qū)最大發(fā)射距離約800米，在有障礙的情況下，距離會縮短，由于無線電信號傳輸過程中的折射和反射會形成一些死區(qū)及不穩(wěn)定區(qū)域，不同的收發(fā)環(huán)境會有不同的收發(fā)距離。這一點對于使用者來說必須注意，筆者在利用這類模塊進行應用時，曾出現(xiàn)過這樣的情況，這里把他介紹給大家，希望能給在這方面應用的網友啟到一定的參考：我們在為一家棋牌房設計無線呼叫系統(tǒng)時，選用的是1500米的發(fā)射模塊（很多廠家都是這樣標識的，實際運用時還是要根據具體的環(huán)境來試驗。）這種模塊我們在室外空曠處曾試驗過，在500米處可以正常接收，然而運用在這里時，相隔5個房間后就無法接收，實際距離大約在30米左右，這個環(huán)境的情況為：樓層高度為2.6米，所有的發(fā)射器件均安裝于封閉的包箱內。為了達到可靠的呼叫功能，我們增加了兩級中繼器進行信號放大后才實現(xiàn)功能，這里所說的中繼器就是我們網站上介紹的大功率無線信號轉發(fā)器。以上例子說明，這種無線收發(fā)器件直線傳輸性能較好，而繞射性能將大大降低。因此網友在對這類發(fā)射器件進行選型時，經濟允許的前提下，盡量選用大功率發(fā)射器件，這樣可以有效地提高系統(tǒng)的可靠性。如何判斷發(fā)射器件是否為大功率，這里向大家介紹幾個常用的方法： 1、查看廠家提供的資料。這里要說明一點，就是不要去看廠家提供的多少距離的數(shù)據，如很多廠家會寫著如“500米、1000米”等數(shù)據，這些全是理論中的理想狀態(tài)值，實際肯定是達不到的，那么要看什么數(shù)據呢？看他的發(fā)射電流及發(fā)射功率，這些數(shù)據是實際可以測得的，因此具有較好的參考價值。而標距離的話，不同的環(huán)境距離是完全不同的。 2、看所選用的模塊上的發(fā)射管。現(xiàn)在市面上有出售的模塊均采用的是貼片元件生產，其原理圖基本上采用的是本文前面介紹的電路（不同的廠家略有不同），上面有兩只三極管，一只是作為數(shù)據調制用的，另一只是作為高頻振蕩管用的，若兩只外型差不多，那就是用的3356振蕩管，仔細看可以看到上面寫著“R25”，這種模塊功率較小，超過50米以上的控制系統(tǒng)中，盡量不要選用這種，否則的話可靠性會降低。若看到兩只三極管中，其中一只較大，上面寫著“RF”，這說明用的是3357振蕩管，這種管子的功率要比前者大，因此遙控距離也會有所增加。但是對于超過100米以上的場合，要有可靠的接收效果，最好還是不要選用這種發(fā)射器件。 3、看板子上是否在晶振邊上有兩只較大的三極管。若有兩只較大的三極管，就說明一只是作為振蕩管，另一只是作為高放管用的，這種發(fā)射器件就屬于較大功率的，具有較大的發(fā)射功率，實際運用中若要想在100米以外有效進行控制，最好選用這類器件。但是這類器件由于生產起來較為復雜，特別是調試，比較麻煩，因此生產成本也偏高，售價往往是普通發(fā)射器件的好幾倍。但是在選用這類器件時，有個致命的缺點，使用不當?shù)脑捄苋菀自斐善骷谰眯該p壞，那就是不允許發(fā)射器件長期工作，同時在工作時，不要用手去碰天線，否則將使振蕩管過熱而燒毀大功率三極管。 4、以上介紹的是通過觀察的方法來進行判斷，但并非符合條件的發(fā)射器件就一定是好的，最好的方法還是實際運用，在不方便測試距離時，可以通過測量靜態(tài)電流和工作電流的值初步判斷是否工作可靠。對于大功率發(fā)射器件，還有個測試方法：將發(fā)射器件接上電源，然后將天線靠近收音機，當將正電源接一1K左右的電阻去碰發(fā)射器件的數(shù)據端時，若正常，可以聽到收音機中的“吱、吱”干擾聲，這個聲音的大小和發(fā)射器件天線與收音機天線的距離大小，也可初步判斷器件的性能。
二、無線接收模塊 與前面所講到的各發(fā)射模塊相對應的接收模塊常用的有兩種：即超再生接收和超外差接收。 １、超再生檢波接收器 超再生檢波電路實際上是一個受間歇振蕩控制的高頻振蕩器，這個高頻振蕩器采用電容三點式振蕩器，振蕩頻率和發(fā)射器的發(fā)射頻率相一致。而間歇振蕩又是在高頻振蕩的振蕩過程中產生的，反過來又控制著高頻振蕩器的振蕩與間歇。而間歇振蕩的頻率是由電路的參數(shù)決定的（一般為１百到幾百千赫）。這個頻率選低了，電路的抗干擾性能較好，但接收靈敏度較低，反之，頻率選高，接收靈敏度較好，但抗干擾性能變差。超再生檢波電路有很高的增益，在未收到控制信號時，由于受外界雜散信號的干擾和電路自身的熱騷動，產生一種特有的噪聲，叫超噪聲，這個噪聲的頻率范圍為0.3～5kHz之間，聽起來像流水似的“沙沙”聲。在無信號時，超噪聲電平很高，經濾波放大后輸出噪聲電壓；當有控制信號到來時，電路諧振，超噪聲被抑制，高頻振蕩器開始產生振蕩，輸出信號。下圖是常用的超再生接收模塊電路原理圖，圖中Q1等組成高放電路，Q2及相關元件組成超再生檢波電路，檢出的控制信號經兩級運放進行放大處理后，從輸出端輸出接收到無線信號。 
2、超外差接收檢波接收器 超外差式接收電路的工作原理和一般的超外差式收音機的原理相同。它將接收到的信號加以放大，并和本機產生的等幅振蕩信號相減，產生一個固定頻率的中頻信號，這個中頻信號的幅度中包含有低頻調制的控制信號，將這個中頻信號加以兩級或三級放大，然后進行檢波，將中頻信號中所包含的低頻指令信息取出，就得到正確的遙控信號。由于中頻放大器設有自動增益控制回路，因此，它的增益可以設計得很高而工作十分穩(wěn)壓，這就使得超外差接收機不論對強信號還是弱信號，都能做到基本相同的放大倍數(shù)，也正是因為采用了中頻放大器，它的信號放大倍數(shù)可以達到很大，也就使電路的接收靈敏度大大提高，一般可達到0.1mV左右，與超再生檢波電路相比，超外差式接收模塊，無論在接收靈敏度上，還是選擇性上都有很大的提高，在抗干擾方面更加顯著。下圖是用集成電路RX3310作為檢波電路的超外差接收模塊的原理圖。 
超外差（內差）模塊與超再生模塊的應用比較 前面我們介紹了兩者的工作原理，接下來的頁面中，我們談一下網友在實際應用時兩者如何選擇的問題。 1、兩者的成本不一。 超外差（內差）類接收模塊價格相對來說較高。現(xiàn)在市場上出售的超外差（內差）器件，普遍采用的是3310或3400作為主要器件，同時還必須采用晶體作為本振的時鐘，因此生產的成本較高，而超再生模塊，普遍采用的是一片雙運放芯片358作為數(shù)據的放大與整形，因此成本較低； 2、兩者接收靈敏度不一。 從兩者的工作原理中，我們可以看出，超外差（內差）模塊接收的是兩個頻率的差值信號，因此在放大環(huán)節(jié)中可以將通頻帶做得較窄，這樣其靈敏度就可以做得較高，而超再生則不然，他靠的是熱噪聲信號作為是否接收到數(shù)據的判斷依據，因此無法做到足夠窄的通頻帶，因此就容易受到外界無線電信號的干擾。 3、選型。 若在經濟允許的前提下，盡量選用超外差（內差）類器件，其抗干擾性能較好。特別是遠距離應用時，接收最好選用這類器件。但是這種器件在近距離應用時，會發(fā)生信號阻塞現(xiàn)象，即距離很近時，反而無法正確接收信號了，這是由于近距離時，信號強度太強，致使信道阻塞，所以無法完成解調。若在近距離應用時，超外差和超再生模塊效果相差不是太明顯，因此從降低成本的角度出發(fā)，完全可以選用超再生模塊。 這里需要特別申明的一點是，在考慮無線控制系統(tǒng)的可靠性上，還與發(fā)送數(shù)據的控制方式有關。就拿PT2272作為解碼的系統(tǒng)來說，若采用的是鎖存型芯片，則控制系統(tǒng)的可靠性要比暫存型的好，因此在非要用暫存型芯片的場合時，最好選用超外差（內差）器件作為接收。 |
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