沈毅斌，畢春艷

（四川大學錦江學院電氣與電子信息工程學院, 四川眉山，620860）

0 引言

因為沒有傳輸線的限制，相較于有線話筒來說，無線話筒充分應用于會場、演講、劇場等公共場合。但是由于技術和水平的限制，無限話筒的發(fā)射功率，發(fā)射距離，以及無線話筒的穩(wěn)定性都是需要考慮的問題。

基于QN8035 和QN8027 設計高靈敏度，抗干擾性強的無線話筒，可以通過話筒內(nèi)部傳感器收集微弱的信號，再經(jīng)過內(nèi)部的放大電路將信號放大，之后將音頻信號調(diào)制到高頻信號，可以增強信號的抗干擾能力，又經(jīng)過高頻功放電路，增強信號傳輸?shù)墓β蕘砑哟蟀l(fā)射距離，最后利用設備連接的天線發(fā)射出去，從發(fā)射的功率，發(fā)射距離以及其穩(wěn)定性來進行無線話筒的改良[1-4]。

1 結(jié)構(gòu)設計

本文提出的無線話筒設計方案主要由基于QN8027 芯片設計的信號發(fā)射模塊、基于QN8035 芯片設計的信號接收模塊以及單片機控制模塊組成。其中信號發(fā)射模塊包括麥克風音頻采集電路、FM 信號調(diào)制及射頻功放電路；信號接收模塊包括FM 信號解調(diào)及濾波放大電路、音頻信號檢測電路等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 硬件設計

2.1 發(fā)射模塊電路

信號調(diào)制利用頻率和相位之間的關系，將調(diào)制信號進行適當處理后，再對高頻振蕩進行調(diào)相，以達到調(diào)頻的目的。本模塊采用性能高、耗能低、立體聲調(diào)頻發(fā)射芯片QN8027 進行設計。QN8027 的音級頻響范圍為50Hz 至18kHz，發(fā)射頻率范圍為76.0MHz 至108.0MHz，發(fā)射功率為100mW，3.0V～5.0V 工作電壓，在開闊地帶測得覆蓋半徑為100 米。設計的電路具備FM 信號發(fā)射、信道自動檢測，以及自動搜索頻道等功能[1]。電路如圖2 所示。

圖2 信號調(diào)制電路

通過基于LPA4809 設計的功率放大電路對發(fā)射信號的功率進行放大，電路圖如圖3 所示。

圖3 發(fā)射信號功率放大電路

2.2 接收模塊電路

信號接收采用高頻功放電路與超外差接收機電路結(jié)合，通過射頻放大電路放大信號，利用混頻器改變載頻，中頻放大器濾除上變頻分量，選擇下變頻分量進行放大。本模塊采用QN8035 芯片對信號進行接收及解調(diào)。QN8035 支持I2C總線控制，能夠接收頻率為60MHz 到108MHz 的FM 信號，供電電壓2.7V～5.0V，具有自適應噪聲消除、待機模式功耗低、靈敏度高的特點[4]。接收解調(diào)電路圖如圖4 所示。

圖4 信號接收及解調(diào)電路

3 軟件設計

基于單片機技術的控制模塊主要用于設置發(fā)射信號頻率，以及在發(fā)生信道干擾的情況下實現(xiàn)自動調(diào)整發(fā)射頻率的功能。系統(tǒng)開機后首先由接收模塊接收76MHz 至108MHz頻率范圍內(nèi)已有頻率，并存儲頻率信息。然后設置本系統(tǒng)的信號發(fā)射頻率，若發(fā)射頻率與存儲的已有頻率出現(xiàn)沖突，則自動調(diào)整發(fā)射頻率。系統(tǒng)的控制程序流程圖如圖5 所示。

4 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)連接好后，進行測試。采用普通調(diào)頻廣播收音機收聽無線話筒發(fā)射的信號，距離15 米內(nèi)音頻信號無明顯失真前提下，用示波器測量無線話筒的信號發(fā)射端載波信號頻率。測量結(jié)果如表1 所示。

測得無線話筒實現(xiàn)了載波頻率在76MHz 至108MHz 頻率范圍內(nèi)的FM 調(diào)制信號發(fā)射。所測得的載波頻率與設置載波頻率有10-20kHz 的誤差，誤差在允許的范圍之內(nèi)。發(fā)射頻率可調(diào)，調(diào)節(jié)間隔0.1MHz時，接收端能夠無明顯失真接收。

在信道占用情況下，如兩個話筒相互存在干擾或存在其他信號源干擾時，系統(tǒng)可以通過增加或降低發(fā)射信號載波頻率的方式實現(xiàn)自動規(guī)避干擾信號，并且響應時間小于1 秒。

表1 話筒載波頻率測試

5 結(jié)束語

本文提出的無線話筒設計方案中無線話筒的發(fā)射頻率在76 MHz 到108 MHz 頻率范圍內(nèi)進行設置，精密度可達0.1 MHz，可以有效降低干擾，提高發(fā)射信號的穩(wěn)定性。通過靜音關閉功能達到低功耗設計的目的，最大化的減少電能的消耗，起到環(huán)保、節(jié)能的功效。本設計可作為高等院校數(shù)字化教學的無線話筒使用，還能用于建立小型的通訊系統(tǒng)，具有一定的實用功能。

圖5 主程序流程圖