微波探测声音方法的实现

2012-03-22 16:23:08来源: 互联网
微波在现实生活中有多种用途,例如:微波通信、微波雷达、微波测速等。本文介绍一种以微波作为载波来实现探测声音的实验方法,并且在实验室进行了测试。从实验结果看,能达到利用微波探测声音的目的。本实验原理简明,所用微波器件为实验室常见的微波器件,电路结构简单,易于实现。

  1 实验原理

  微波探测声音的原理与广播类似,它利用高频的微波信号来“载驮”所要传送的声频信号,也就是高频微波信号的振幅随所传送的声频信号的变化而变化。高频微波信号为“载波”,调制微波的声频信号为“调制信号”。经过调制后的高频信号为调幅波。

  

 

  式(1)和(2)中Ω、F分别为调制信号的角频率和频率。载波为远高于调制信号频率的正弦波。

  调制的作用是使载波的振幅Vcm随调制信号vΩ而相应的变化,从而得到调幅波。调幅波振幅变化的轨迹即波峰点的连线称为包络线。调幅波包络线的瞬时值为:

  

 

  式(4)中,VΩm/Vcm称为调幅指数,用ma表示。

  语言、音乐等都不是单音频信号,而是由很多不同频率的波合成,它们不是标准的正弦信号。对于非正弦的周期信号,可以分解为多个不同频率的正弦波信号。典型的调幅波的频率成分,可以由它的瞬时值表示式推导出来,即

  

 

  这表明单音信号(即调制信号是正弦信号)的调幅波由三部分频率分量组成,即载波分量ω0、上边频分量ω0+Ω和下边频分量ω0-Ω。

  调幅信号的解调是振幅调制的反过程,是从高频已调信号中取出调制信号,常将这种解调称为检波。实现这种解调作用的电路称为振幅检波器。检波器由高频输入回路、非线性器件和低通滤波器三部分组成。因振幅调制信号由载波频率ω0和边频(ω0±Ω)组成,没有调制信号本身的频率分量Ω,但载频ω0与上边频(ω0+Ω)或下边频(ω0-Ω)之差可得到Ω。为了取出原调制信号频率Ω,从高频输入回路输入的高频已调信号,通过非线性器件产生新的频率分量,其中就包含所需的Ω分量,再用低通滤波器滤除不需要的高频分量,即可得所需的声音信号。

2 实验装置与基本器件

  本实验装置与基本器件组成图如图1所示。微波振荡器产生的微波,经隔离器和环形器由天线投射到待测声源处,作为载波的微波被声源处的音频信号调制后被反射回来,由天线接收(发射、接收天线为同一天线),再经过微波晶体检波器检波和电流、电压及功率放大,最后还原出声源处的音频信号。实验装置中所用到的振荡器、隔离器、环形器、角锥天线和晶体检波器均为实验室中常见的3厘米波段(X波段)的微波器件。

  

 

  3 电路结构

  本实验所用的前置放大电路如图2所示。它包括两级,第一级由OP07构成的弱电流放大电路。由于一般情况下,检波后得到的电流形式的音频信号很微弱,为了达到较好的放大效果,实验中加了一级弱电流放大电路。根据运放电路的相关知识可知,输入电流I1流经R2和R3的流I2和I3的关系为

e.jpg

,即输出电流的放大倍数为

f.jpg

倍;第二级用NE5532运放构成一个低噪声的电压放大电路。NE5532是一种高速低噪声运算放大器。它的带宽为10 MHz,相比大多数标准运算放大器,它显示出更好的噪声性能,更高输出驱动能力和小信号带宽。

 

  

 

  自动增益放大电路(AGC)如图3所示。其基本原理是当输入信号幅度较大时,AGC电压控制可变增益放大器的放大倍数减小,当输入信号幅度较小时,AGC电压控制可变增益放大器的放大倍数增加。

  

 

  图3中,输入信号从运放F1的同相端输入,二极管VD对运放F1的输出信号整流后,经一个∏形滤波电路得到一个负向AGC电压,这一电压经过运放F2放大后送往场效应管3DJ6的极。当输入信号幅值较大时,相应地得到较大的AGC电压,运放F2输出较大的负压至场效应管3DJ6的栅极,增大了场效应管3DJ6的源漏极间的电阻,从而减小了运放F1的放大倍数;反之,当输入信号的幅值较小时,AGC电压也很小,运放F2输出也很小,场效应管3DJ6的源漏极间的电阻很低,使运放F1得到较大的放大倍数。

  

 

  功放采用低电压音频功率放大器LM386,电路图如图4所示。其电路电压增益可调,外接元件少,总的谐波失真小,对低电压信号的放大效果良好,且驱动能力强,输出信号可直接驱动8 Ω的扬声器。

4 实验结果及分析

  根据所设计的实验方案,我们在实验室制作了相关电路和进行了实验测试。实验结果如图5示:

  

 

  由图5可知,在图5(a)中,声源频率为5 kHz的正弦波,接收解调后信号较好的还原回正弦信号;在图5(b)中,声源为通常的声音信号时,接收解调后的信号能够较清晰的还原为原来的声音信号,此时输出端接音频喇叭能还原出声源处的声音。

  5 结束语

  通过在实验室中的实验实测,由接收电路得到的信号能较好地还原原来的音频信号,证明本实验方法可行。本实验可作为一种趣味性或演示性实验开设,对拓展学生的知识面、提高学生的动手能力,加深学生对有关知识的理解有很好的帮助。

关键字:微波  探测声音

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0322/article_15361.html
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