陳見輝

摘要：該文主要以NE602元件為核心，通過對(duì)穩(wěn)壓整流電路、混頻電路、放大電路、仿真分析等進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)出一款性能穩(wěn)定、成本低廉、市場發(fā)展前景較為廣闊的微波無線收發(fā)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞： 測試;電路;穩(wěn)壓;靈敏度

中圖分類號(hào)：TP338? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）23-0063-02

1引言

伴隨著無線科技的進(jìn)步，5G移動(dòng)通信技術(shù)已進(jìn)入我們的生活，這無疑就對(duì)傳統(tǒng)的無線收發(fā)系統(tǒng)提出了更高的要求。如今，不同款式的短波收發(fā)系統(tǒng)已廣泛地應(yīng)用于4G、5G等通信領(lǐng)域，成了眾多電子愛好者學(xué)習(xí)和研究的熱點(diǎn);正是基于這種原因，通過對(duì)HF頻段收發(fā)信系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與研究，提出了一種超外差式微波無線收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案;該方案在設(shè)計(jì)初期，針對(duì)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)做了實(shí)地定性測試，發(fā)射信道的發(fā)射頻率是7. 023MHz，窄帶的接收頻帶寬度是7. 023MHz，寬帶的接收頻帶寬度是0.03MHz1[1]，與理論計(jì)算基本吻合，符合預(yù)期要求。經(jīng)過單元電路的調(diào)試和系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)以及各節(jié)點(diǎn)信號(hào)的測試，最終證明了本方案的可行性，為了使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，體積更加靈巧便攜，該設(shè)計(jì)模塊大都采用了集成電路，有效降低了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，節(jié)省了成本資源。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1電路系統(tǒng)框圖，如圖1所示。

2.2設(shè)計(jì)思路及工作原理

為了達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期效果，滿足測試中各項(xiàng)參數(shù)要求，通過軟件控制來實(shí)現(xiàn)的微波段無線接收系統(tǒng)和模擬電路來實(shí)現(xiàn)的微波無線接收系統(tǒng)進(jìn)行比較，模擬電路在獲取測量數(shù)據(jù)信息上更加直觀，逼近實(shí)際值，而且在調(diào)試過程中方便、直接、快捷，既不受其他波段的干擾也不影響公共頻段的使用，經(jīng)過多次模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)比，最終選擇了純模擬電路組合方案;該方案主要由穩(wěn)壓控制、整流電路[2]、混頻電路、放大電路、仿真優(yōu)化、鍵控裝置構(gòu)成[3];其中，該方案的核心模塊采用了一個(gè)具有低功耗帶輸入放大器的VHF雙平衡混頻器NE602A來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的優(yōu)先選擇，該器件主要是將接收到的信號(hào)送入混頻器并與混頻器中的振蕩頻率進(jìn)行混頻后產(chǎn)生一個(gè)比較信號(hào)，而產(chǎn)生的這個(gè)比較信號(hào)即是CW音頻信號(hào)，然后將CW音頻信號(hào)送入LM386進(jìn)行功率放大，該放大信號(hào)的作用主要用于關(guān)閉接收器在發(fā)射時(shí)由2N7000場效應(yīng)管構(gòu)成的靜音電路管道中的音頻信號(hào)，在構(gòu)成音頻振蕩器中側(cè)音信號(hào)的同時(shí)，產(chǎn)生的反向波使其發(fā)出“嗒嗒”的聲音，捕捉到的這種聲音就是通過控制緩沖放大器來實(shí)現(xiàn)信息收發(fā)工作的[4]，最后再通過擴(kuò)增低通濾波器的高頻信號(hào)與接收信號(hào)進(jìn)行連接，最終完成整個(gè)信息的收發(fā)過程。

3單元電路工作原理

3.1穩(wěn)壓整流電路工作原理

該整流電路主要采用二極管進(jìn)行整流，為了保證電路供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在整流管IN4001兩端并聯(lián)了兩個(gè)電解電容CP4、CP7，有助于增強(qiáng)電路中的電流、進(jìn)一步緩和輸入信號(hào)對(duì)后級(jí)輸出波形帶來的影響，該電路在后級(jí)中設(shè)置C18有去耦合的作用，電路輸入直流電壓可達(dá)9～12V;穩(wěn)壓部分采用LM78L06進(jìn)行穩(wěn)壓，該管子的穩(wěn)壓性能良好，這樣就確保了輸出直流電壓為3～5V[5]，輸出電流可達(dá)到100mA，無須外接元件內(nèi)部有熱過載保護(hù)和短路電流限制。

3.2 DC變頻電路工作原理

空間電磁波信號(hào)將由ANT端（天線）傳入W1與晶體Y1作用后，經(jīng)C1進(jìn)行耦合至NE602的輸入端，由于該器件的輸入端INA與INB已同時(shí)加入了混頻后的波形，而另一端則混入了7. 023MHz標(biāo)準(zhǔn)振蕩頻率，從而實(shí)現(xiàn)了混頻的目的。

該混頻電路主要采用了一款具有低功耗、帶輸入放大器的VHF雙平衡混頻器NE602[6]，該混頻器能在45MHz工作狀態(tài)下提供18dB增益且振蕩工作頻率為200MHz的CMOS器件，它內(nèi)含雙平衡振蕩器（DBM）和穩(wěn)壓器[7]，其中，雙平衡混頻器的工作頻率可達(dá)500MHz[8]，因此，它最適合用于高頻（HF） 和甚高頻（VHF）接收機(jī)中。由于NE602采用雙平衡混頻器[6]并具有振蕩功能[9]，故用作接收機(jī)的前端電路[10]，不僅使用方便而且能很好地用以匹配輸入信號(hào)的信噪比和三階互調(diào)指標(biāo)，在沒有外部高頻放大的情況下，能更好地提高接收機(jī)的靈敏度[11]。

4放大選頻電路的工作原理

4.1放大電路工作原理

該放大電路由音頻放大電路和功率放大電路兩部分組成，由于本設(shè)計(jì)要求輸出的音頻信號(hào)并非人聲或音樂，僅僅是“滴答”聲[12]，所以選用一款低損耗的音頻放大器LM386較為合適，該放大器的輸入電壓范圍小，輸出電壓為電源電壓的一半，靜態(tài)時(shí)僅消耗4mA電流，消耗功率只有0.024瓦、失真小等優(yōu)點(diǎn)，能清晰地聽見按鍵跟隨節(jié)拍所產(chǎn)生“滴答滴答”的音頻信號(hào)，可根據(jù)室外環(huán)境因素調(diào)整改變LM386附屬電容參數(shù)，來獲得不同微波頻率下的波段，使增益達(dá)到理想值;同時(shí)，還可以設(shè)置一個(gè)3.5mm的標(biāo)準(zhǔn)立體聲耳機(jī)接口。

在功率放大電路中，為了提高音頻信號(hào)的放大效果，采用D882作為發(fā)送射頻信號(hào)的功率推動(dòng)管[13]，該功率管具有高電流、高飽和電壓的特性，它不但可以為音頻信號(hào)提供放大作用，還能為射頻信號(hào)的發(fā)送提供足夠的功率放大，使發(fā)送信號(hào)能夠得到及時(shí)有效的傳輸。

4.2選頻電路工作原理

選頻電路主要是由并聯(lián)LC選頻網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)選頻的，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，該電路可以準(zhǔn)確地發(fā)送出7MHz左右的無線電波信號(hào)，根據(jù)選頻公式f0[=12πL（C1C2C1+C2）]來確定發(fā)射電路中元件的參數(shù)，其中1N4148的作用為限幅器件，目的是保證D882不受瞬間尖峰波的影響而損壞;左邊LED顯示電路是由三極管Q5和部分電阻組成的鍵控裝置，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，LED B將被點(diǎn)亮，用于提示用戶有操作動(dòng)作，LED A則關(guān)閉;當(dāng)松開按鍵時(shí)，LED A亮，LED B滅，交替工作，確保電路工作狀態(tài)良好。

5仿真分析

由于射頻電路中需要用專用軟件進(jìn)行仿真，一些物理性傳輸信號(hào)則需要用Matlab等數(shù)學(xué)工具的計(jì)算和仿真，因此在設(shè)計(jì)中采用僅選取了Multisim軟件對(duì)音頻電路和選頻電路進(jìn)行仿真[14]，仿真結(jié)果如圖2、圖3所示，其他電路采用了測試、調(diào)試的方法來完成數(shù)據(jù)的采集。

6安裝與調(diào)試

首先進(jìn)行調(diào)試的是發(fā)射電路，將控制按鍵與調(diào)試儀器連接好并通電，通過控制按鍵的接通與斷開來觀察示波器的波形和頻率計(jì)的測試值，如果頻率計(jì)顯示達(dá)到7MHz，說明發(fā)射模塊調(diào)試成功;這里要提醒的是切不可在沒連接控制按鍵的狀態(tài)下對(duì)其進(jìn)行直接通電調(diào)試，因?yàn)镈882功率三極管工作在30W的大功率下，如果電路不經(jīng)控制按鍵直接接通，那么射頻電路模塊將會(huì)一直處于發(fā)射信號(hào)狀態(tài)，D882 則一直處在工作飽和區(qū)，一旦時(shí)間稍微久了該器件便會(huì)發(fā)燙，如果不立馬斷電或采取措施是很容易損壞D882功率管的。

其次，對(duì)混頻模塊進(jìn)行調(diào)試時(shí)，先用示波器測試各個(gè)晶體振蕩器各起振點(diǎn)是否有頻率輸出，然后再把示波接入到混頻電路中測試，待通電后，觀察NE602混頻器輸出波形是否正常，測試各點(diǎn)工作電壓是否正常，若在正常值范圍內(nèi)即可使用天線進(jìn)行實(shí)地觀測。

在進(jìn)行音頻信號(hào)測試時(shí)，可以使用信號(hào)發(fā)生器的正弦波進(jìn)行音頻放大測試，將信號(hào)發(fā)聲器的峰值VPP設(shè)置成毫安級(jí)，頻率則可設(shè)置成1kHz來測試音頻放大電路的音頻放大性能，如果有條件的話最好對(duì)輸入阻抗進(jìn)行測試，輸入阻抗越高，對(duì)前級(jí)信號(hào)的影響越小[15]。

由于我們所測的輸出信號(hào)是一個(gè)7MHz的固定頻率波，因此，在調(diào)試的時(shí)候需要使用雙通道示波器進(jìn)行波形測試，一方面通過觀察示波器A通道的輸出波形是否能夠滿足頻率與峰值的要求，另一方面將音頻輸出端接到示波器B通道上進(jìn)行音頻波形測試，并觀察音頻放大器輸出端蜂鳴器是否有“嗒嗒”的聲響，最后再接到功率放大電路的輸出端測試出完整的短波信號(hào)波形，計(jì)算出詳細(xì)數(shù)據(jù)。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】