谈谈调频无线对讲机的工作原理

【摘 要】随着经济的发展和单片机技术、无线通信技术的发展，调频无线对讲机的应用领域越来越广，通话质量较之以前有了很大的提高，本文主要从电路结构和各种工作模式下信号流向方面阐述调频无线对讲机的工作原理和改善通话质量的方法。

【关键词】调制 混频 预加重 去加重

一、电路结构

1.当天线接收到信号后，由于信号非常微弱，需要将信号放大，这就需要LNA（低噪声放大器）。然后通过一个射频段的带通滤波器Image Filter（镜像频率抑制滤波器），镜像频率指以载频为中心，与有用信号对称的频率，该频率上的噪声通过混频后进入中频频率信号中。

2.通过Image Filter后，信号进入MIXER1（第一混频器）中与LO （本机振荡器）进行混频，并通过一个SAW（表面声波滤波器）滤波，只保留中频点的信号，而将其它频率信号的进行衰减。此后经IFAMP（中频放大器）将中频信号恢复并放大后，再通过MIXER2（第二混频器）将信号频率降至容易被基带部分处理的450KHz。

3.基带部分：FMDET（鉴频器）从调制信号恢复出音频信号，但这时的信号效果很差，需要送到音频处理部分处理后才能得到较好的音效。这部分包括De-emphasis（去加重），Audio Filter（音频滤波器）， Volume（调节音量），SP AMP（扬声器放大器，提供较大功率，推动负载），Speaker（扬声器）。

4.发送部分：人的话音被MIC（麦克风）转成电信号，通过Pre-emphasis（预加重）和MIC AMP（语音放大器）后送到Audio Filter（音频滤波器）中滤波，再通过Limiter（限幅器）整形，之后通过Splatter Filter（泼溅滤波器）滤掉Limiter产生的谐波。此时的信号仍是低频信号，该信号通过VCO（压控振荡器）后被调制到高频，再经过TX AMP（发射机放大器）和PA（功率放大器）后就有足够的能量被发射出去了。

5.MCU（微控制器）控制部分：主要有三个部分，CTCSS（信令处理），Call Tone信号（呼叫对方）和Key Touch Tone信号（按键）。

CTCSS是Continuous Tone Control Squelch System（连续语音控制静噪系统）的缩写，频率范围是67Hz - 254Hz，俗称亚音频。它由Motorola发明，注册商标为PL（Private Line， 私人话路的缩写）， 目的在于能够让多个人在同一频率上使用Land Mobile（陆基移动终端，如手机，对讲机等）。

CTCSS以频率作为编码，这种编码被加到音频信号上一同发射。接收端在接收音频信号之前先解码并送至MCU中，只有收发双方的Tone码相同，又在一个频道上才可以通信，否则静音。这样就可以和指定的人通信而不会受到不相干呼叫的干扰。

电路实现方面看，CTCSS信号从MCU出来后先经过一级Tone Filter滤掉高频噪音，之后与音频信号一起进入发送电路，为了避免语音中的低频成份干扰CTCSS，需要还需要在此加入语音高通滤波器。在接收端，解调出的信号通过Tone Filter后经过模/数转换器，将模拟信号转成数字信号，送到MCU中检查是否为同一编码，相同则允许信号进入扬声器，否则静音。

二、对讲机的四种工作模式

1.发送模式：话音被MIC（麦克风）收集，如果VOX功能（详见下文） 开启，则信号一路被送到MCU进行判别，另一路在MCU应答后则会送到Splatter Filter， 在那里与CTCSS信号会合，一起送到发射电路部分。否则，信号直接和CTCSS信号一起发射出去 。

2.接收模式：在此模式下，发射通路将会关闭，解调出的信号兵分三路，一路通过Tone Filter和比较器送到MCU，检查是否为同一编码；一路被送到语音处理部分，如果CTCSS编码相同，则通过扬声器发出信号，否则静音；还有一路信号被送到噪声检测电路中，该电路由Noise Amp（噪声放大器）， SQ（Squelch Detecter， 静噪检测器）和比较器组成。

该电路控制着Squelch Level（静噪等级），如果用户选择较高的静噪等级，则对讲机的抗干扰能力会很强，不过通信距离将会缩短，反之亦然。

另一方面，SQ还控制着Monitor（监听）功能。通常信号很弱时是不会送到扬声器中，监听就是要听到这种微弱的信号，让SQ关掉，信号直接送到扬声器，用耳朵从噪音中辨别话音。不过监听要消耗很大的能量，一般地，正常收听状态只需要0.18uV/2.5秒的能量注入，监听状态则需要至少0.4uV。

3.Call Tone Mode（呼叫模式）：该功能较简单，只是与对方建立联系。一般对讲机都有一个呼叫键，按下该键后将响起振铃声。从电路方面看，MCU接到按键信息后发出Call Tone 信号给扬声器，人们就会听到振铃声。同时， MCU送出CTCSS编码给对方。

4.Key Touch Mode（按键模式）：这种模式下，发射通路关闭，如果VOX功能开启，则MIC部分电路保持开启状态，否则也关闭。Noise Detect部分开启，收集噪声信息。按键后，信号将送到扬声器，发出按键音。

三、改善通话质量的方法

1.为改善对讲机的通话质量引入了预加重（Pre-emphasis）和去加重De-emphasis，这两部分连同Splatter Filter一起，对音效的好坏起着非常大的作用。这是因为频率调制有一个很重要的性质，就是调制后的信号，高频部分会有衰减，也就是频率越高的部分衰减的越厉害。为了补偿这部分衰减，FM解调器就必须能为高频部分提供更大的增益，但这也将使高频噪声被放大而严重影响音效。 为解决这个问题，人们使用了预加重和去加重电路。其主要思想是先人为的放大信号的高频分量，再在解调后将这部分连同噪声一起消除掉。

2.引入泼溅滤波器，对于FM信号，幅度的变化可以影响频偏，X（f）=F（f，A）， 而按照美国FCC（Federal Communication Commission，联邦通信委员会） 分配的频谱，商用对讲机的频率范围被严格的限制在462.2625M ～ 467.7125M之内。因此，将FM波形拦腰截断，变成方波，使其幅度减小从而有效减小了频偏，但是这也有会使输出信号的高次谐波变得严重，为解决这一问题又在电路中引入了泼溅滤波器。

3.引入VOX功能，与手机不同的是，对讲机发送话音一般需要按键发射，这个键叫做PTT（Push-To-Talk，一键通，即按下一键就可通话，不必像手机一样先拨号）。如果该键被按下，则Splatter Filter与VCO接通，否则话音无法到达发射端。为了避免长时间按键带来的不便，在对讲机中引入VOX（Voice Operated switching device，声控开关）功能，通过VOX，人的话音可以控制Splatter Filter与VCO的连通。 VOX具有灵敏度等级，等级越高越灵敏。如果长时间不通话则会自动中断通话。

四、结论

综上所述，商用调频无线对讲机在采用传统的超外差（Superheterodyne）结构的基础上，分别在发射端和接收端引入了预加重和去加重电路，用以保证因频率调制造成的高频衰减，引入泼溅滤波，用以保证较小频偏而使对讲机的频带落在FCC频谱之内，同时增设VOX功能，增加调频对讲机的使用舒适度，因此而具有了较强的抑制干扰能力、较高的通话质量和人性化的成分，不足之处是尚未突破超外差结构，而且由于需要两组中频器件，使得成本较高。

参考文献：

[1]电信专业常用英文缩略语词典 潘超群编 电子工业出版社

[2]通信原理 （第2版） 孙学军主编 电子工业出版社

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