Page 112 - 《应用声学》2024年第6期

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个子载波中心频率；所取频率范围区间内最大激励 个载波中心频率对应一个数据位，当传输数据位‘1’
频率减去频率主瓣宽度的一半得到最后一个子载 时，子载波的中心频率被激发；当传输数据位 ‘0’ 时，
波中心频率；其他子载波中心频率通过对最小子载 子载波的中心频率则不会被激发。为了提高信号
波和最大子载波的中心频率间的频带进行均分得 的抗干扰能力，减小频谱泄露，需要对信号进行处
到。根据激励信号时长、载波频率和待传输的信息， 理 [26] ，本文中选用汉宁窗调对开关键控的调制信号
利用频分复用方法对汉宁窗调制的正弦信号进行 进行加窗处理。子载波个数为N 的频分复用激励信
调制从而得到频分复用激励信号。在考虑子载波中 号表达式为
心频率的间隔为子载波频率主瓣宽度的情况下，激 ( N−1 )
∑
励信号的子载波个数为 y(t) = Hanning(t) · sin (2πf i t) , (9)
i=1
⌊ ⌋
f m
n = , (7) 式(9)中，Hanning(t) = 0.5 · [1 − cos (2πt/T)]，T 为
W
窗宽，f i 为第i个子载波的频率。
式(7) 中，n 是激励信号中子载波个数；f m 是所取传
输信号的带宽；W 是子载波的频率主瓣宽度；⌊·⌋ 是 S 0 ฉӊ A 0 ฉӊ
320 kHz
向下取整函数。则激励信号中频分复用子载波的中 310 kHz
300 kHz
心频率为 290 kHz
280 kHz

f max − f min 270 kHz
f i = f min + , i = 1,

2
 260 kHz
250 kHz
f max − f min − W 240 kHz


 f i = f min +i× , i = 2, · · · , n, 230 kHz
n − 1 220 kHz
(8) 210 kHz
200 kHz
式(8) 中，i 是激励信号中子载波的序号；f i 是第 i 个 190 kHz
180 kHz
子载波的中心频率；f max 是所选激励频率范围内的 170 kHz
160 kHz
最大频率；f min 是所选激励频率范围内的最小频率； 150 kHz
140 kHz
n 是激励信号中子载波个数；W 是子载波的频率主 130 kHz
120 kHz
瓣宽度。 110 kHz
100 kHz
1.3 调制和解调方法 90 kHz
80 kHz
1.3.1 调制 70 kHz
0 0.1 0.2 0.3 0.4
频分复用通信方法利用了传感器和平板的有
(a) ᤥહᣒฉᮠဋᄊηՂฉѵڏ
限带宽，将待传输的信息调制到不同频率上进行传
f min f max
输，因此在传输数据前，需要预先对传感网络每个传 5
感节点分配一组不同频率的载波。 4
不同类型的传感器具有不同的频率响应曲线，
在使用兰姆波传输数据前，需要用所选传感器在平 ࣨए (arb. units) 3
板上进行扫频，以选择最佳的载波频率。图4分别为 2 f m
1
厚度为1 mm、直径为10 mm、材料为PZT-5的圆形
压电片在长度为 1500 mm、厚度为 1.8 mm 的 Q235 0 70 120 170 220 270 320
正方形钢板中心线上等间距布置时的频率响应波 ᮠဋ/kHz
(b) ԍႃྟੳᮠజጳڏ
列图和扫频曲线，取图 4(b) 中压电片扫频曲线衰减
−20 dB 时的频带作为频分复用激励信号的频率范 图 4 压电片扫频曲线图
Fig. 4 Piezoelectric sheet sweep curve
围，则激励信号的频率范围区间为168∼282 kHz。
使用频分复用方式传输数据时，对分配的子载 下面 以 子 载 波 中 心 频 率 分 别 为 200 kHz 和
波频率的正弦信号采用开关键控策略进行调制，每 250 kHz 的兰姆波频分复用激励信号为例进行说