|
本帖最后由 炫彩 于 2015-3-5 20:24 编辑 《★Radiocom新作★用电视高频头+车机高频头，精心打造0-30MHz短波四次变频，宽频接收机》 —技术篇 这是一部迟来的收音机，因他错过了短波广播最辉煌的年代； 这是一款简约的收音机，模块化设计，一块万用表完成全部调试； 这是一台神奇的收音机，性能优异，接收效果堪比专业短波机! 恰逢矿坛第六届DIY大赛，开源分享，让更多爱好者体验DIY的乐趣，'Follow me'自制一台短波机，实现聆听世界的梦想！   创作灵感 收音机是艺术品，涵盖无线电、声学、美学等多门类学科。 这款短波四次变频接收机的电路设计，灵感源自两台著名的短波接收机。由柯林斯（Collins）公司在上个世纪五十年代设计制造的R-390A电子管接收机；和八重洲（YAESU）公司七十年代出品，基于Wadley loop架构的FRG-7晶体管接收机。他们分别代表了电子管与晶体管时代的顶级设计，这让我从中汲取了很多的养分。  外观设计，融入了早期无线电设备的零部件造形元素，复古的频率度盘、表头、旋钮，还有外壳上闪闪发光的螺钉，金属构件等，它们都是具有时代特征的元素。色彩方面以机箱的暖白色为主色调，搭配黑色和深浅咖啡色的旋钮，再点缀一点儿红，顿时活跃起来。使同色系的色彩搭配层次丰富，又不至沉闷而死，整体表现温馨典雅。  各功能元素在分布上首先考虑人体工程学，便于把持、操控调整。其次沿用美学中的对比手法来增加设备的美感，旋钮有大有小，插座有高有低，排列有疏有密，错落有致，形成美学中的疏密留白关系。个别旋钮被刻意安放在黄金分割线上，外观自然就美了起来。   一、整机性能 频率范围: 100KHz–30.000 MHz (AM) 88.0MHz–108.0 MHz (FM) 工作模式: 上边带(USB)，下边带(LSB)，等福报(CW)，频移键控(FSK)，双边带调幅(AM)，宽带调频(WFM) 天线接口: BNC (50Ω for HF) BNC (50Ω for VHF) 天线阻抗: 50Ω不平衡 200Ω平衡(4:1巴伦阻抗变换) 工作温度范围: 0℃ to +50℃ 频率漂移: 小于±1.0KHz (at 25℃) 预热(30 minutes) 频率步进: 连续调谐 电源电压: 13V(AC)/18V(DC) 工作电流: 350mA(AM/SSB) 230mA(FM) 尺寸: 200(W)×120(H)×75(D) mm 重量: 2kg 接收系统: 四次变频超外差电路(AM/SSB) 单次变频超外差电路(FM) 中频: HF 第一中频1st: 50.0-80.0 MHz 第二中频2nd: 38.3-39.3 MHz 第三中频3rd: 0.7-1.7 MHz 第四中频4th: 450 kHz VHF 第一中频1st: 10.7MHz 灵敏度: 0.100-1.799MHz 4μV (AM) 1.800-29.999MHz 1.0μV (AM,SSB,CW) 88.0-108.0MHz 1.4μV (WFM) SSB,AM BW=6.0kHz at 10dB S/N, WFM BW=180kHz at 12dB SINAD 选择性: SSB (BW=6kHz) 高于6.0kHz/-3dB, 低于18.0kHz/-60dB AM (BW=6kHz) 高于6.0kHz/-3dB, 低于18.0kHz/-60dB WFM (BW=180kHz) 高于150kHz/-6dB, 低于360kHz/-40dB 镜像抑制: 高于45dB 音频输出功率: 4Ω负载上失真1%时，不小于5W 音频输出阻抗: 4-8Ω 二、电路框架 但凡专业的短波设备，其电路的复杂程度让人咋舌，作为业余爱好者在没有仪器和技术条件下很难仿制成功，如何造出一台简约不简单的短波设备，着实让我苦恼了一阵子。最终还是沿袭模块化的设计风格，采用质优价廉的电视高频头+车机高频头方案，不但结构紧凑还免去了调试高频通道的麻烦，通过巧妙的变频，实现了专业短波接收机的效果。  三、原理概述 电视高频头和车机高频头均为成熟的产品，有着非凡的表现，但接收频率都不在短波范围内，变频是衔接他们的唯一手段。 天线信号经RF.Preselect（高频预选、高放）及0-30MHz切比雪夫LPF低通滤波器后，在SBL-1二极管平衡混频器中与来自有源晶振的50MHz信号混频，将0-30MHz中短波频谱上移，得到50-80MHz一中频基带信号，50-80MHz恰巧落在电视高频头L段接收频率低端，高频头使用0-8V的调谐电压就能覆盖，而不必使用33V升压电路，且该段频率不受FM广播干扰相对安静。  50-80MHz一中频基带信号，在电视高频头中选频放大、二次变频，声表面滤波输出38.3-39.3MHz带宽1MHz的二中频信号，再次送入SBL-1二极管平衡混频器，与40MHz本振混频输出0.7-1.7MHz三中频信号，至此0-30MHz的短波信号已经分段转换成，车机高频头能接收到的0.7-1.7MHz中波信号。  后续电路是大家熟悉的一套完整的中波收音机电路，450KHz在这里统称为第四次变频，BFO信号从450KHz滤波器注入，检波输出的音频信号，流入NE5532提升20dB电平后兵分两路，一路LINE OUT输出，一路送入音频功放推动扬声器和耳机。  这套四次变频接收机方案的表现究竟如何呢？还是先听听录音吧，手机录制略有失真，实际收听效果可用“震撼”二字来形容。 四次变频短波接收机 2015-02-07 18-33-29 短波49公尺国际米段扫描 四次变频短波接收机 2015-02-07 18-36-24 短波41公尺国际米段扫描 四次变频短波接收机 2015-02-07 18-40-30 短波31公尺国际米段扫描 下图是电源、调谐、波段转换、功能切换电路的汇总，画在一起思路更清晰。  四、聊聊单边带 细心的朋友会发现Frontend电路图中有一个叫做“BFO”的电路，那位说对了“BFO”是拍频振荡器的意思，单边带接收的重要单元。 什么是单边带呢？单边带英文缩写SSB，全称 single sideband，在无线信号传输或发射过程中只保留了调幅波的上边带（USB）或下边带（LSB）频谱称为单边带信号。国际协议规定，短波通信必须使用单边带调幅方式（SSB），只有短波广播节目可以使用双边带调幅方式即AM广播。因此，国内外使用的短波电台都是单边带电台。 单边带信号在发射前，已将调幅波中的载波和一半的边带频谱去除以节约频带和发射功率，AM检波方式不能解调单边带。正确的做法是在检波前先还原一个载波频率，与SSB信号同时送入检波电路混频，才能解调出音频信号。 本机使用最经济的载波还原方式，直接从450KHz中频滤波器输入端注入拍频信号，且BFO输出幅度可调，信号强则调强，信号弱则调弱，这样就不会影响AGC电路，也不会降低机器的灵敏度。收到SSB信号后，适当调整BFO的幅度使检出的声音刚好不失真，FINE旋钮微调接收频率能让语音清晰可懂。 继续听录音，感受一下单边带的魅力，听听火腿们在聊什么？好就点个赞吧！ 四次变频短波接收机 2015-02-10 18-10-28 SSB单边带HAM呼叫 四次变频短波接收机 2015-02-07 18-01-55 SSB单边带HAM通联（中国） 四次变频短波接收机 2015-02-07 18-11-50 SSB单边带HAM通联（日本） 四次变频短波接收机 2015-02-12 17-17-37 SSB单边带通联与SSTV慢扫描电视 四次变频短波接收机 2015-02-08 18-24-34 CW等福报 四次变频短波接收机 2015-02-07 18-15-30 CW等福报CQ CQ CQ 四次变频短波接收机 2015-02-11 18-39-02 HF-FAX短波气象传真 四次变频短波接收机 2015-02-12 17-41-41 RTTY无线电传 单边带通信内容多样，不仅仅局限在语音和电报通信，还有好多有趣的信号，需要借助电脑软件才能还原。下图是2005年用ICOM IC-M700TY接收录制的日本JHM发布的HF-FAX气象传真图片，使用Mscan Meteo Pro软件。 下面这几张图是2005年用ICOM IC-M700TY接收录制的，日本火腿传输的SSTV慢扫描电视图像，使用Jvcomm32软件。 五、精心制作 经过一个多月的纸上谈兵，反复推敲了这款电路的可行性，该付诸实践了，精心制作，细节决定成败! 主要零部件： 1、电视高频头，在这里没有特殊要求，任何一款只要L段好用，有一定增益的就可以，因为他只接收50-80MHz的信号，H段和U段不用。我选的是以前做FM宽频机时的增补频道高频头TDQ-3B6，基于TDA5736方案，灵敏度高，有23dB增益。 2、车机高频头，也无特殊要求，随便一款电调中波头（电调中波收音机板）都可以，这里用的是阿尔派车机高频头，基于LA1888方案，功能多音质好噪音低，还有约55dB的AGC控制范围，接收短波还真需要强大的动态控制，这样短波电台听起来个个都像本地台。 3、二极管平衡混频器，他算是本机的关键部件了，选用了一款MCL的SBL-1型混频器，带宽0.5-500MHz，这东西可真TMD贵，有兴趣的朋友不妨自制，甚至改用NE602替换，不过NE602恐怕噪音和动态指标不敌二极管混频器哦。 4、有源晶振，是个好东西，通电后直接输出方波振荡信号，强度达到120dBuV（+13dBm）以上，能完美驱动LO电平在+7dBm的二极管平衡混频器，我把有源晶振用做本机振荡不知算不算首创呢，查了很多资料好像没人这么做，估计是怕谐波干扰吧。 5、声表面滤波器，很让人头疼的器件，在制作FM宽频机的帖子里提到过，那时可以省略，在这里必须要用，因它决定着三次变频的镜像抑制比。本机需要38.3-39.3MHz带宽1MHz的声表面，市面上根本找不到，无奈的情况下找到一只标称频率38.9MHz的电视声表面（F5316、K2955、L38.9），仔细研读它的幅频特性曲线，发现39.3MHz已经处在曲线的下降边沿上，有-10dB的衰，好在40.7-41.7MHz以上的镜像频率有-45dB的衰减，可以解决镜像抑制问题，算是打了个擦边球吧。对于39.3MHz的-10dB衰减，后级的AGC增益控制可以弥补，实际收听并没什么影响。 6、电位器，这里重点指用在主、副调谐的两只电位器，质量要好，滑片稍有接触不良，调谐频率便跟着抖动，我就图便宜选了一款杂牌的RV24YN型电位器，外观做工挺漂亮，但偶尔会出现抖动，先凑合用着，等淘到TOCOS的再替换之。 7、机箱，选用200*120*75mm防水盒一枚，天下防水盒本来是一家，但国产的要缩水2mm，他可不是为了什么吉祥数字，就为了注塑时省那么点儿工程塑料。 组装单元板： 按电路功能划分，把元件装在不同的单元板上各自为营，先易后难，从直流到音频、最后到高频板的顺序逐一完成焊接，这样能够保持思路清晰，焊一块调一块随时可以发现纠正问题。 电源是基础，用料扎实。音频功放也安排在电源板上，靠近电源滤波电容，最大程度的退耦合，有助于提升音质防止自激。 功放采用TDA7297方案，BTL桥接，功率强劲，把直径40mm的小喇叭推得震天响。功放的耳机输出接成OTL形式，那么问题来了，带上耳机一听，本底噪音太大，超乎我的想象，怎么办？方案都定了，板子也焊好了没法儿改了，对着机器相了半天面，发现耳机插座那儿还有点儿空间，又经过半天的折腾，一个堪称世界上最小的独立耳放横空出世! 他真的很小啊，我都爱不释手了。 装到前面板上一点儿都不占地方，庆幸啊，不然真不知道该怎么办了。 NE5532音质没说的，关键是噪声低不可闻，和我的耳机搭档，真是天生一对儿。 这是电路图，单电源供电，输出串接51-220欧姆电阻做耳机保护。 车机高频头单元板，包含两只NE5532双运放，其中一只担负场强表和调谐指示灯的驱动。 BFO做成独立的小单元板，也被安放在车机高频头单元板上，即靠近450KHz中频滤波器，还能缩短与幅度调整电位器的连线。 接下来组装电视高频头单元板，前三级变频都集中在这块板上。看着板上大大小小的金属盒，还真有点儿专业机的味道。 截止发稿时，本机第一级调谐高放电路未完成组装，一是没有合适的高频变压器，二是机内已经没有空间来安放庞大的空气双联，只好改成电调谐了。虽然未加高放，从实际收听效果来看灵敏度已经达标，约1微伏。这个调谐高放就不急于安装了，待以后慢慢升级吧，或许做成像AOR LA320那样的有源小环天线，插在机箱的顶端，一定会很酷的。 少了前级的调谐高放，天线信号就直接送入0-30MHz低通滤波器，它的幅频特性对于一中频和镜像抑制变得至关重要了。调试滤波器要借助扫频仪，业余条件下没有扫频仪就用软件仿真计算。FilterSolution是一款不错的滤波器设计软件，设定滤波器的技术指标，瞬间就能得到电路图和幅频曲线。我根据手里的元件情况对电感、电容值做了调整，设计了一款6阶 切比雪夫滤波器。指标不算完美，对40MHz以上频率有45dB的衰减也够用了。 六、总装调试 连接各单元板，检查无误通电即能工作，高频通道是无需调试的。 关键调整有两处： 1、校准调谐电压覆盖范围 0-30MHz被划分成A( 0-10MHz)，B(10-20MHz)，C(20-30MHz)，3个波段。一次变频后对应电视高频头的接收频率为A( 50-60MHz)，B(60-70MHz)，C(70-80MHz)。前文提到一本振50MHz和三本振40MHz使用了有源晶振，输出谐波丰富，这或多或少的会泄露到空中，经过空间耦合这些散落的谐波重新回到机内，在第一混频器内混频，那么高频头的接收频谱中就多了四个频率成分： 50MHz（50MHz基波） 60MHz（50MHz的二次谐波100MHz与40MHz差频） 70MHz（40MHz的三次谐波120MHz与50MHz差频） 80MHz（40MHz的二次谐波） 这不正是我们需要的频标吗，多么巧妙的设计啊，哈哈哈! 有频标就好办多了，旋转波段开关至A波段，反复调整A波段VR407、VR408两只3296型多圈电位器，使高频头的调谐电压在低端对应50MHz，高端对应60MHz。再同样方法调整B和C波段的覆盖，三个波段的就调好了。 上述调整之前，要先校准车机高频头的调谐电压范围，使接收频率覆盖0.7-1.7MHz范围，我是借助中波电台来校准的。 2、频率刻度校准 接收覆盖调好后，要校准MHz的刻度，有一个简易的办法，就是用有源晶振做标准信号源，这类似早期收信机中的“晶校”。一颗1MHz的有源晶振，可以连续发出1、2、3、4、5、......29、30MHz......序列波谱，我把它形象的称为梳状波发生器。 从BNC插座注入这个序列波谱，先将主(MHz)、副(KHz)调谐旋钮全部归零，再慢慢旋转主调谐旋钮，收到晶振信号后，在指针所指位置用铅笔标记，直到全部频点标记完毕，扫描这个铅笔标记图到电脑里，重新描绘并打印一张频率度盘。 至此一部优秀的短波四次变频接收机全部竣工! ★Radiocom 炫彩制造，聆听世界的声音。 2015.春 |
|
|
