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        短波調頻接收機設計及制作

        作者:佚名   來源:本站原創   點擊數:  更新時間:2014年04月11日   【字體:

          時間都去哪了?轉眼這一年過去三分之一了 ,曾經信誓旦旦的各種plan;曾經的計劃要讀的書還擺放在角落;曾經發誓要把車學下來可還是停留在那里。時間都去哪里了?多少個瞬間都在發呆中度過,多少個晚上都在盯著娛樂頻道大笑不止,多少個早晨都在睡夢中被鬧鐘叫醒。時間過得也好慢,從周一就開始盼望周末的到來,時間過得也好快,周五的來臨讓我感嘆這周還有各種緊要的事情沒有處理完。時間都去哪了。。。?

         三月中旬開始計劃了設計一個短波接收機,說做就做。。。。這個也是2014年的第一個作品,陸續會有第二個,第三個,第四個。。。。。等等。

        事先聲明此設計絕對沒有抄襲他人設計。完全是自己所學所想。不過此設計里面還有位兄弟的幫助把軟件寫的堪稱完美,在這說聲,兄弟辛苦了。如有雷同存屬巧合。。。
        本設計采用的方案是比較經典的
        超外差式接收機,框架如圖所示

         

         
        言歸正傳,設計接收機嘛首先肯定是濾波器,那就先來設計個帶通濾波器。 本人采用ADS軟件計算仿真并實際調試與理論計算比較。在這也不多打字了,能有圖來說話比文字易懂。

        1、ADS仿真濾波器原理圖


        理論仿真出的S21與S11幅頻特性如下圖



        實際測試出來的濾波器S21與S11幅頻特性曲線
         



        如圖知濾波器差損為6dB。帶寬2MHz。輸入SWR小于1.8 


        下面看看濾波器的帶外抑制如下圖所示



        如上圖分析知此濾波器具有良好的帶外抑制特性,在15MHz---40MHz抑制大于50dB。

        2、上述濾波器到此結束。接下來就是低噪聲放大器(LNA)

               低噪聲放大器位于接收機的前端,主要用于對射頻小信號的放大,以便為后續的信號處理提供一定強度和一定信噪比的射頻信號;衡量低噪聲放大器性能優劣的指標主要有射頻增益、噪聲系數、1dB壓縮點、輸入輸出電壓駐波比(VSWR)、穩定性等。以下對低噪聲放 大器的設計思路做一簡要說明。
                晶體管放大器具有高增益、低噪聲的特點,在模擬接收機工作頻段內其性能可與場效應管放大器相當,選擇時可結合放大管本身的性價比綜合來考慮;下面就具體性能指標對設計思路做一簡要說明:

        對射頻增益的考慮

        射頻增益主要取決于直流工作點的設置,增益的大小應根據系統的需要來選;增益太高會使放大器容易自激,同時也會減小接收機的動態范圍;增益太低會增大接收機的噪聲系數,從而降低接收機的靈敏度;

        對噪聲系數的考慮

        噪聲系數的大小主要取決于放大管本身的噪聲系數,需要注意的是,最佳噪聲匹配不是最大功率匹配,在進行放大器的輸入匹配時應根據廠商提供的放大器最小噪聲系數對應的輸入反射系數來匹配,而不是根據放大器的輸入反射系數S11來進行匹配;同時匹配電路的衰減也會影響噪聲系數,所以應盡量選用高Q值的器件;

        對1dB壓縮點的考慮

        P1dB主要取決于放大器本身的參數,P1dB的電平越高表明放大器的動態范圍越寬,對大信號的接收能力越強;采用自動增益控制(AGC)電路可以增加放大器的動態范圍,但也會使電路變得復雜;

        對輸入輸出匹配的考慮

        如前所述,輸入匹配應采取最佳噪聲系數匹配,而輸出匹配則應采取最大功率匹配,即,將放大器的輸出阻抗匹配到負載阻抗(一般為50歐姆);低噪管的輸入輸出阻抗通常是高阻,所以匹配電路一般采用倒L型。

           本設計采用瑞薩公司的3SK319雙柵場效應管來設計低噪聲放大器。由于ADS軟件沒有3sk319場效應管的模型,所以主要以調試結果為準。


        實際調試網絡分析儀測試結果




        如圖可知。低噪聲放大器增益20dB。輸入輸出匹配良好。
         

        3、混頻器主要用于頻譜的線性搬移,以獲得想要的中頻信號,混頻器性能的優劣對接收機抗干擾能力的強弱有著重要影響。
        本設計混頻采用無源混頻器,變頻損耗4dB。相對于有源混頻器來說電路比較簡單,調試方便。

         




        4、中頻及解調

        中頻帶通濾波器主要完成信道選擇作用,模擬對講機的信道間隔主要有寬帶(25kHz)、中帶(20kHz)、和窄帶(12.5kHz)三種,而寬帶和中帶的最大頻偏相差不遠可以共用寬帶的濾波器,所以中頻濾波器的帶寬主要有兩種,即寬帶(±7.5kHz)和窄帶(±3.75kHz);為了提高接收機的信道選擇能力,模擬對講機的接收機采用二次變頻技術,所以對應的中頻濾波器也分為第一中頻濾波器和第二中頻濾波器,通常第一中頻濾波器采用石英晶體濾波器,第二中頻濾波器采用陶瓷濾波器。如圖所示:

         
         
        由于接收頻點是8---10MHz本人設計的中頻是10.7MHz,原因是此電路比較成熟,以前就做過類似的接收機,所以中頻還是采用10.7MHz,器件也相對比較好采購。解調采用比較老的MC3361鑒頻芯片。然后經過386放大輸出。如圖所示
         


        由于題目要求要有自動搜素功能,所以在此要有檢波功能。這里有兩個方案選擇

        方案一,采用微帶耦合器,這是高頻常采用的方法,然后二極管檢波。但是經過ADS軟件設計10.7MHz的耦合器很大,耦合度很小,所以不可取的方案。
        方案二,就是采用磁環耦合,然后采用檢波芯片檢出直流電壓,送給AD處理。綜上采用方案二。
        檢波芯片采用ADI公司的AD8317動態范圍有60dB。
        5、本振
           關鍵的地方就是本地振蕩器,本振本人采用的是DDS也是ADI公司的AD9834,優點嘛,速度快。電路簡單?刂品奖,體積小,低功耗,等等。。。大家都知道,在這里也就不多說了。要是采用PLL還要自制VCO,同樣也的選頻率合成器,所以選取DDS要比PLL簡單的多,在相噪上,DDS要優于 PLL。只要在DDS后面加個低通濾波器就可以靈活的使用了
          。如下圖所示




        本振輸出19.475MHz信號
         


        6、前面板設計
           采用LCD1602液晶顯示?刂撇捎肧TC公司的單片機,前面板采用CAD畫的貼膜,價格低廉耐用哈哈。。。
         


        丑陋的前面板。。。。。。

         經過近10天的努力,軟件及硬件調試OK,其中的辛苦有所不知,下班之后就開始軟件的調試一直到夜里兩點多,就這幾樣連續了一個星期,兄弟真的辛苦了。。。
         


        看看我的丑陋的接收機


        7、實際測試
         

        輸入信號9MHz    功率-110dBm   頻偏3KHz    調制信號1KHz 



        由于前面的濾波器的差損較大,所以噪聲系數隨之加大,本人親測-118dBm極限。。。。。如在想提高靈敏度責減小前端濾波器的差損,或者降低LNA的噪聲系數等措施。。。

        自動搜素功能測試

        由于檢波的動態范圍有限,所以測試方便,加大輸入信號強度,

        輸入9MHz,   -50dBm     頻偏3KHz    調制頻率1KHz

        進入自動搜素界面如圖所示。
         



        搜索中界面
         


        經過2分鐘的搜索時間后把所有搜到的信號儲存下來如圖所示
         



        與輸入信號對比。




        8、制作心得
        雖然這個不是產品,但是性能不遜色與產品的指標。實際還是也產品差距很大很大。。。不過通過這次的制作,有讓我找回當年大學生電子競賽的感覺,在這短短的 10天(下班以后的時間)里,有好兄弟一起陪伴調試時有說有笑。雖然不是產品但是在這里面真的學到了好多東西。以前只是知道思路但是從未這樣的動手完成個半產品化的作品。從方案設計到實際調試問題百出,最終還是依依的解決的了。我相信一句話“只要思想不滑坡 辦法總比困難多”。加油吧我的兄弟姐妹們,在這里在真心的說聲兄弟辛苦了。
        2014 不管是我愛的人還是愛我的人,為了自己的夢想,為了自己的目標奮斗吧。。。。加油2014。!

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