无线话筒装置设计

李华

（商洛学院电子信息与电气工程学院,陕西商洛,726000）

无线话筒装置设计

李华

（商洛学院电子信息与电气工程学院,陕西商洛,726000）

无线话筒因其结构简单、使用方便，得到了广泛的应用，为了进一步提高无线通话质量，文章设计了一款改进的无线话筒装置。该装置由信息发射系统和信息接收系统组成，发射系统采用了调频调制方式，提高了通信频道带宽和动态范围，拓展了通信距离。发送系统首先将声音信号变为低频电信号，然后通过高频振荡器调制，功率放大，最后经过天线辐射出去；接收部分首先由天线接收信号，再进行解调，并功率放大，最后由扬声器输出。系统在距离100m时可清晰通话，具有较好的性能。整个设计将高频原理的理论知识与Protel99se PCB设计软件有机结合，做到了理论知识与动手能力的完美结合。

无线话筒；调制/解调；电路仿真；PCB

: With its simple structure and convenience, wireless microphone has been widely used, in order to further improve the quality of wireless calls; this paper designed an improved wireless microphone device. The device is composed of information sending system and receiving system, and sending system adopts the FM modulation to improve the communication channel bandwidth and dynamic range, expand the communication distance. Sending system firstly change person sound signal into a low frequency signal, which then modulated by high frequency oscillator and power amplifier, finally launchedby the antenna; Receiving part firstly catches thesignal by antenna, then carries on the demodulation, and power amplification, finally output by the speaker. The phone has excellent calling when the distance is 100m, which has a good performance. The design combines theory knowledge ofhigh frequency electronic circuit with Protel99se PCB design software, which achieves the perfect combination of the theoretical knowledge and practical ability.

： Radio;FrequencyModulation/demodulation;Simulation;Printedcircuit board

0 引言

从世界上第一套简易无线电话筒系统诞生至今，相关技术的发展日新月异，不但技术更加成熟，而且性能一代比一代更加稳定，功能一代比一代多，使用起来也是越来越方便。目前的无线电话筒系统和有线话筒相比，可以说是有过之而无不及，这是科学技术发展带给人们的便利。

无线电高频电子线路广泛应用在各式各样的电子设备中。通信系统，尤其是无线电通信系统，早已经广泛的应用到了国民经济、国家防卫以及我们日常生活的方方面面。信息传递就是通信，无线电通信系统的一个明显的特征就是利用高频无线电信号来传递信息。

无线电话筒的设计研究，是将无线电高频电子线路的理论知识转化为能够使用的实物，为生活带来方便的同时，也增加了社会经济效益。

1 系统设计

整个无线电话筒装置由信源、信道和信宿组成。信源就是发射机系统，也就是无线电话筒；信道就是整个大气空间；信宿就是接收机系统。在这个设计中，普通调频FM收音机作为整个试验的接收机系统。

1.1 设计指标

根据无线电话筒装置的使用实际，本设计的技术指标要求如下：

1.发射频率为87-108MHz；2.发射距离为30-100米；3.采用FM收音机接收信号；4.整体体积重量小。

整机使用3～6V的直流电源为其供电，可以使用充电宝供电，也可以使用直流电源。本设计使用USB为其供电，其优点有：在室内不走动的情况下，如开会时作为话筒，直接插在220V电源上为其供电，转换器件为普通手机充电器，在室外或者需要走动的情况下，可以使用充电宝为其供电，由于充电宝的电池容量大，电压稳定，具有USB插口，很方便使用，因此不必购买干电池（干电池用尽后随便扔掉会污染环境），可以保护环境，做到绿色设计，绿色使用。

1.2 设计软件

Protel99SE是各个院校电子线路设计教学常用的计算机辅助设计的软件，具有操作简单，容易学习等特点，自动化布线程度较高。Protel99SE是应用于Windows操作系统下的EDA（电子设计自动化）设计软件，在这款软件上可以完成电原理图的设计以及仿真。Protel99SE提供了PLD器件设计功能，可以生成网络表文件，设计，编辑，印制 PCB板，对于高速电路而言，还可以分析信号的完整性，Protel99SE是电子电路板设计的最常用软件之一。本系统电路图的绘制与设计全部在Protel99SE软件下完成。

1.3 电路原理介绍

系统发射机的通信模块如图1所示：

图1 发射机的通信模块

人或者物体发出的声音信号通过话筒转变为低频电信号，再将微弱的低频电信号通过音频放大器放大。放大后的电信号（音频放大器输出的信号）控制高频载波振荡器的某个（些）参数，从而实现调制。最后经过高频功率放大电路，将高频信号进一步放大，最终通过天线发射出去，达到了信息传递的目的。

图2为在Protel99SE中设计的无线电话筒电路原理图。分析图2可知，con3为功能转换器，当1和2连接在一起时，组成了MP3音乐播放发送装置；当2和3连接在一起时，就组成了无线电话筒发射装置。

其中，PHONEJACK STEREO SW为耳机插口，将CON3的1和2连接起来，就可以播放MP3音乐。R3为麦克风的偏置电阻，声音信号通过麦克风小话筒，通过改变麦克风话筒的电容大小产生电流，将声音信号变成低频电信号，然后通过功能转换器（2和3相连），再通过电容C1耦合到放大三极管Q1，电阻R12为三极管Q1的偏置电阻，电感L1,电容C8，电容C9，放大三极管Q1，可变电感L4ST，额定电容C4，额定电容C5，额定电阻R5，额定电容C6，额定电容C7，电阻R7共同组成了载波振荡器与低频小信号的调制以及低频小信号的放大，电感L1，额定电容C8，电容C9组成选频网络，电阻R7起到了稳定工作点的作用。信号经过电容C10耦合到放大三极管Q2，进行高频功率放大，最终由天线发射出去。LED灯的作用是提示整个电路是否供电正常，并且起到了稳压的作用。

1.3.1 功率放大电路

功率放大器电路由C9，L2，R6和Q2组成，其中，C9和L2组成了负载，R6为基极的偏置电阻，通过改变R6的阻值来改变最终的电流值，从而改变功率的大小。这些元件将调制好的高频电信号进行功率放大，放大至有效的发射功率。再通过C10和C11发射出去。

1.3.2 振荡电路

高频振荡器由L3，C15，C14，C5，C4，Cq，Q1组成，频率，L是L3，C为C15，C14，C5，C4，Cq的电容之和，结电容当静态工作点为EQ时设加在变容二极管调制信号电压则 Cj=根据的变化，将会引起Cj的变化，继而引起谐振回路频率的变化，从而实现调频。

1.4 PCB板设计过程

在电脑上打开Protel99SE软件，新建一个工程文件（文件后缀为.ddb），在Documents中新建一个Schematic Document（原理图），这样就建好了一个PCB印制电路板文件。然后进入编辑页面，加载仿真库（Sim.ddb与Miscellaneous Devices.ddb），再根据电路图放置电子元器件，每选择一个原件，按下Tab键，修改相关数据，再按下空格键，对原件的方向进行调整，待移到合适的位置时，再单击鼠标左键放置电器元件，连接好电路图。接下来新建一个PCN文件，有三种方法，一是在利用“printed circuit board wizard”（印制板向导）创建一个新的空白的PCB文件；二是可以在文件document中新建一个PCB印制电路板文件；三是在原理图编辑完成后，执行“design”菜单下的“update PCB”命令，创建新的PCB文件。在原理图编辑状态下，通过更新命令，将电路器件的封装网络结构调入PCB文件，预览更新前后变化，如

图2 发射机原理图

果有错误或者警告，要返回到原理图编辑状态，修改相关参数，直至没有错误和警告，再执行更新操作。然后禁止布线层绘制布线区，放置导线组成一个闭合的矩形，先手动布线，再自动布线，完成PCB绘制。

2 结果与分析

输入较小的信号，经过电路调制、放大之后，可以产生与之相对应的调频波形，信号幅度较大，信号略有畸形的产生但是大致可以达到预期的效果，本设计将微弱的电信号放大后发射出出去，达到了设计的最初目的。经过实际的场地测试，空旷地带，100米外依然可以接收到信号，达到了无线电通信的设计指标和目的。

[1]刘国源.无线电话筒设计[D].商丘:商丘职业技术学院, 2014,3-6.

[2]肖强.调频无线电话设计[D].黄石:黄石理工学院, 2014,2-4.

[3]陆云龙,张会铭,雷志华.基于nRF24Z1的多媒体教室无线话筒设计[J].实验室研究与探索,2007,（10）:29-33.

[4]肖志坚,韩震宇,李绍卓.关于便携式电子设备新型无线充电系统的研究[J].自动化技术与应用,2007,（12）: 114-116。

Design of Wireless Microphone System

Li Hua
（College of Electronic Information and Electrical Engineering，Shangluo University, Shangluo Shaanxi,726000）

课题项目：商洛学院教学改革研究项目（15jyjx122）资助课题。