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业余无线电收发信机发射部分框图

 共同成长888 2020-02-15
 无线电发射机和接收机完成的任务是相反的,工作原理自然有所不同,早期的发射机和接收机都是互相独立为的设备,现在有些无线电业务的发射机和接收机也还是各自一体,例如广播、导航、探测等。但对于业余无线电通信来说,多数情况下的接收和发射频频是互相关联的,例如常规同频点联络,收发信频率相差一个公认的固定频率的中继通信的,收发通常处于同样的工作模式和相近的频率的HF频段DX异频作业(split),以及空间通信中为了补偿航天器和地面站相对运动产生的多普勒频移,接收和发射频率的调整存在一定的规律等。为了更好地保证收发信状态的严格同步,现代设备通常把发射机和接收机做成一体,共用一些关键部件,形成收发信机。
目前我国绝大多数入门级火腿首先遇到的是VHF/UHF频段的本地调频语音通信,多数人会先购买一部手持业余对讲机,或者固定或车载业余电台。其中多数乐于进步的火腿迟早会到HF频段去体会在更宽广的地理空间自由翱翔的乐趣,也可能会在更高频率进行数字、图象和空间等众多方式的通信,会拥有一套现代业余HF/VHF/UHF全模式收发信机。虽然这些设备的型号外形、工作频率、发射功率、功能种类、性能指标等有所不同,但是内部电路的基本结构和原理是相似的。下图是现代业余无线电收发信机的一般原理框图。


图中红色箭头代表发射状态的信号流程,绿色箭头代表接收状态的信号流程,紫色箭头则是收发两种状态合用的信号路径。黄色为主信号途径上的放大、振荡、调制、解调等功能块,天蓝色为主信号途径上由无源元件组成的功能块,粉红色为用于各种控制的其它功能电路。下面分析它的发射工作。

话筒产生的语音信号经过话筒放大电路放大,送到调制电路,对发射第一本振产生的初始载频进行调制。发射第一本振可以是独立的晶体振荡器,但在比较复杂的收发信机中则更多采用和第二、第三本振类似的锁相环频率合成电路或数字直接频率合成电路,以便根据众多模式的需要选择载频频率。在SSB工作模式下,调制的任务是实行语音信号频谱在频率轴上的平移,一般采用集成电路或者二极管平衡混频元器件来产生抑制了载波的DSB信号,调制过程不改变初始载频的频率,但要抑制它在调制后的信号中出现。在FM工作模式下,调制就需要使初始载频的频率随话音信号幅度发生偏移。因此选择不同工作方式时,可能需要切换使用不同的调制电路。在CW工作模式,只要对初始载频是否能输出到后续各级进行键控就可以了。而在FSK数据方式,则需要用数字信号控制初始载频的偏移。如果选择AM工作模式,可以在抑制载波的SSB平衡调制基础上,把初始载频加回进去。

从调制电路得到的对初始载频的DSB、CW、FSK、AM或FM信号被送入发射的第一中频级,包括根据不同工作模式信号带宽配置的带通滤波器和中频放大器。对于SSB方式来说,这一级的带通滤波器还负担着滤除平衡调制得到的DSB信号中无用边带的重要使命。经过放大后的SSB、CW、FSK、AM或FM第一中频信号被送入发射的第二混频器,与发射第二本振的振荡信号混频,把信号的频谱搬移到第二中频频率,然后经过发射的第二中频级,再次进行带外信号的滤除和有用信号的放大。然后第二中频信号在发射的第三混频器中与发射第三本振的振荡信号混频,把信号的频谱搬移到最终的射频频率。

一般HF~UHF收发信机进行两次变频就可以兼顾额定发射频率附近的带外辐射以及镜像频率上的杂散辐射抑制,达到发射设备的国家标准。有些收发信机为了得到更深的干扰抑制水平,使用三次频率搬移,那样就需要在框图的主信号通道中再串进一节混频-中频带通滤波器-中频放大器。多于三次变频时实际效果的改善就不太明显了。

射频信号经过若干级小信号缓冲放大器,带动具有一定推动能力的驱动放大器,最后推动末级功率放大器,得到足够功率的射频输出。为了使末级输出电平维持在一个的限度之内,以免当输出负载失配时造成末级放大器件损坏、或者因过驱动而造成放大器信号失真,需要有电路对输出电平进行检测,并形成“自动电平控制(automatic level control, ALC)”负反馈,如信号过大就自动降低射频小信号放大器的增益。检测得到的信号也要用来做收发信机的输出功率指示和负载电压驻波比的指示。

射频末级为求电效率,通常采用AB类(调频专用机则常为C类)放大电路,输出电流含有大量的工作频率的高次谐波,因此需要经过低通滤波器抑制谐波,同时通过滤波网络将输出阻抗调整到50欧标称输出阻抗。



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