水声通信发射机和接收机的设计与实现

发布时间：2020-05-10 20:52

【摘要】：随着人类对陆地资源的不断开采和人口数量的不断增加,人们逐渐将目光转向了广阔的海洋。海洋不仅物质资源丰富,同时也是各国军事较量的重要场所。目前水下通信主要采用声波形式进行信号的传递,但由于海洋环境复杂多变,信号在传输过程中容易受到温度、季节、深度等因素的影响,实现水下远距离可靠通信就显得尤为重要。未来水声通信技术会是一个重要的研究热点。根据电路设计要求,同时结合相关理论与经验,文中对发射机和接收机进行了方案分析与电路设计。通过对PWM驱动电路的设计分析,发射机采用IR2010芯片设计实现了可靠、稳定的PWM驱动电路。为了提高发射机的能量转换效率,同时满足低功耗、低失真的电路设计要求,采用单电源供电的D类放大器设计了功率放大电路。考虑到散热、电路保护等方面的问题,收发电路中增加了散热和保护措施。水下环境复杂多变,水声换能器的阻抗随着频率的改变会不断变化。为了尽可能减小反射同时保证信号传输的完整性和可靠性,文中利用ADS设计软件,同时采用实频匹配方法对水声换能器进行阻抗匹配,这种方法的优点是几乎不需要公式推导与计算,只要得到负载的S参数文件,进行相应的参数设置就可以得到一个实际的电路,具有较大的实用价值。考虑到存在外部信号的干扰,发射机末端增加了带通滤波电路,用于滤除干扰信号。为了减少接收机的输入噪声,文中采用低噪声放大器OPA228完成了接收电路中前置固定增益放大电路的设计,并采用VCA810芯片结合外围电路实现了0-7档的增益可调节电路设计。接着借助Filter Pro软件完成了有源带通滤波器的设计,并使用PSPICE软件对电路进行仿真,验证了带通滤波器具有良好的频率选择性。根据电路图完成实物制作及整机联调,对发射功率、接收机增益、输入噪声、电路功耗等指标进行数据测试,达到了预期目标,满足设计要求。最后总结全文的研究成果,指出电路设计中待改进的地方,并结合实际情况,给出下一步的工作安排。
【图文】：

关系曲线,栅极电荷,电压,关系曲线

图 3.4 栅极电荷和栅源极电压关系曲线 21kHz 时，导通时间ont 为：01 123.82ont sf ：12.3810ont t s数的关系可以求出栅极电流为：135.52.38 gQnCI > = mAt s考虑电路的稳定性以及复杂度等问题，通过综芯片，主要指标如下：电源，支持高达 200V 的电压；范围为 10V-20V；

驱动电路,自举电容

杭州电子科技大学硕士学位论文(6）开关通断延迟小.2 驱动电路设计基于 IR2010 设计的驱动电路如图 3.5 所示。两路反相的 PWM 信号进入 IR2010 后，该芯别将其转换为能够驱动后端 MOS 管导通的驱动信号进行输出。电容 C8、C9 为电源去耦，U4 为自举二极管，当上管导通时会产生高电压，使用二极管可以防止 VCC 引脚毁坏。C11 为自举电容，电容过大或过小都会影响电路的性能，，因此在选择自举电容时应当[25]。这里选取 C11 为 0.1uF。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.3

【参考文献】