基于無(wú)線激光通信語(yǔ)音傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

李佳林

摘 要

基于無(wú)線激光通信的原理，設(shè)計(jì)并研制出了一套以激光內(nèi)調(diào)制為工作模式的無(wú)線激光通信語(yǔ)音傳輸系統(tǒng)裝置，測(cè)量并分析了該系統(tǒng)的頻率極限、幅頻特性和動(dòng)態(tài)特性，與其他無(wú)線激光通信實(shí)驗(yàn)裝置相比，本裝置易于攜帶、調(diào)節(jié)，使用更直觀、方便。

【關(guān)鍵詞】無(wú)線光通信 語(yǔ)音傳輸 激光內(nèi)調(diào)制 幅頻特性

無(wú)線激光通信是利用激光作為載波在空間直接進(jìn)行語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等信息的雙向傳送的一種通信技術(shù)，它不使用光纖等導(dǎo)波介質(zhì)，直接利用激光在大氣或外太空中進(jìn)行信號(hào)傳遞，是目前通信領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。本文基于光通信基本原理，設(shè)計(jì)出一套無(wú)線激光語(yǔ)音通信系統(tǒng)，以激光內(nèi)調(diào)制為工作模式，進(jìn)行音頻信號(hào)的傳輸。該系統(tǒng)體積小，易于攜帶、調(diào)節(jié)，使用更直觀、方便。

1 基本理論

無(wú)線激光通信系統(tǒng)由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)以及自由空間傳輸三部分組成。發(fā)射系統(tǒng)的核心部分包括：放大器、激光器、 A/D轉(zhuǎn)換。接收系統(tǒng)的核心部分包括：光電探測(cè)器、低噪聲前置放大器、D/A轉(zhuǎn)換。探測(cè)器將接收到的微弱信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，由光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行輸出，再經(jīng)低噪聲前置放大器進(jìn)行放大、解碼，還原為原來(lái)信號(hào)進(jìn)行輸出。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 發(fā)射系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

發(fā)射端采用的電路板電壓為5V，半導(dǎo)體激光器波長(zhǎng)為650nm，其余器件的參數(shù)如圖1所示。音頻信號(hào)通過(guò)電容器C4送到三極管Q1的基極，使三極管的基極電流隨著音頻信號(hào)的變化而變化。這樣使接在三極管集電極上的激光發(fā)射二極管中的電流受到音頻信號(hào)的調(diào)制，把待傳輸?shù)男盘?hào)放大至激光管的線性工作區(qū)，加載到半導(dǎo)體激光器兩端。

2.2 接收系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

接收發(fā)射端采用LM386芯片作為放大電路的核心部分，電路板電壓為5V，光敏電阻選擇硫化鎘光敏電阻MG45，其余器件的參數(shù)如圖2所示。其中電阻R7從輸出端連接到V2的發(fā)射極，形成反饋通路，并且與R5和R6構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)。引腳7端接一個(gè)電解電容到地，起濾除噪聲的作用。

3 通信光路設(shè)計(jì)

由于實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，傳輸距離較短，故激光的發(fā)射角較小，只需在接收端的光電探測(cè)器前放置一個(gè)焦距為75mm，直徑為25.4mm的雙凸透鏡作為接收天線，將光會(huì)聚到探測(cè)器的光敏面上。

4 性能測(cè)試

用信號(hào)發(fā)生器給一個(gè)通道輸入正弦波，改變輸入正弦波信號(hào)頻率，同時(shí)在接收機(jī)的音箱處用示波器監(jiān)測(cè)輸出信號(hào)的幅度，用MATLAB軟件作圖得到圖3所示的幅頻特性，可以看出在頻率f=2kHz時(shí)的幅度最大，大約為515mV。由于選取的半導(dǎo)體激光器和光探測(cè)器具有一定的響應(yīng)時(shí)間和延時(shí)作用，因此此系統(tǒng)一定存在一個(gè)極限傳輸頻率。我們測(cè)得該系統(tǒng)在信號(hào)頻率大于20kHz時(shí)，出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的失真現(xiàn)象。當(dāng)輸入正弦波信號(hào)頻率f=1kHz時(shí)，改變輸入正弦波信號(hào)幅度，測(cè)量輸出信號(hào)幅度隨之變化情況如圖4所示，當(dāng)輸入信號(hào)大于6V時(shí)，輸出信號(hào)基本保持不變，大約為700mV。

6 結(jié)論

自制了一套無(wú)線激光通信語(yǔ)音傳輸系統(tǒng)裝置，傳輸?shù)囊糍|(zhì)良好，測(cè)量并分析了該系統(tǒng)的頻率極限、幅頻特性和動(dòng)態(tài)特性，用MATLAB繪制出了系統(tǒng)的傳函曲線和動(dòng)態(tài)特性曲線，截止頻率大約為20kHz，傳函曲線表明當(dāng)信號(hào)頻率f=2kHz時(shí)的幅度最大，動(dòng)態(tài)特性曲線表明當(dāng)輸入信號(hào)大于6V時(shí)，輸出信號(hào)基本保持不變，大約為700mV。

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