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短波调频接收机设计及制作

作者:佚名   来源:本站原创   点击数:  更新时间:2014年04月11日   【字体:

  时间都去哪了?转眼这一年过去三分之一了 ,曾经信誓旦旦的各种plan;曾经的计划要读的书还摆放在角落;曾经发誓要把车学下来可还是停留在那里。时间都去哪里了?多少个瞬间都在发呆中度过,多少个晚上都在盯着娱乐频道大笑不止,多少个早晨都在睡梦中被闹钟叫醒。时间过得也好慢,从周一就开始盼望周末的到来,时间过得也好快,周五的来临让我感叹这周还有各种紧要的事情没有处理完。时间都去哪了。。。?

 三月中旬开始计划了设计一个短波接收机,说做就做。。。。这个也是2014年的第一个作品,陆续会有第二个,第三个,第四个。。。。。等等。

事先声明此设计绝对没有抄袭他人设计。完全是自己所学所想。不过此设计里面还有位兄弟的帮助把软件写的堪称完美,在这说声,兄弟辛苦了。如有雷同存属巧合。。。
本设计采用的方案是比较经典的
超外差式接收机,框架如图所示

 

 
言归正传,设计接收机嘛首先肯定是滤波器,那就先来设计个带通滤波器。 本人采用ADS软件计算仿真并实际调试与理论计算比较。在这也不多打字了,能有图来说话比文字易懂。

1、ADS仿真滤波器原理图


理论仿真出的S21与S11幅频特性如下图



实际测试出来的滤波器S21与S11幅频特性曲线
 



如图知滤波器差损为6dB。带宽2MHz。输入SWR小于1.8 


下面看看滤波器的带外抑制如下图所示



如上图分析知此滤波器具有良好的带外抑制特性,在15MHz---40MHz抑制大于50dB。

2、上述滤波器到此结束。接下来就是低噪声放大器(LNA)

       低噪声放大器位于接收机的前端,主要用于对射频小信号的放大,以便为后续的信号处理提供一定强度和一定信噪比的射频信号;衡量低噪声放大器性能优劣的指标主要有射频增益、噪声系数、1dB压缩点、输入输出电压驻波比(VSWR)、稳定性等。以下对低噪声放 大器的设计思路做一简要说明。
        晶体管放大器具有高增益、低噪声的特点,在模拟接收机工作频段内其性能可与场效应管放大器相当,选择时可结合放大管本身的性价比综合来考虑;下面就具体性能指标对设计思路做一简要说明:

对射频增益的考虑

射频增益主要取决于直流工作点的设置,增益的大小应根据系统的需要来选取;增益太高会使放大器容易自激,同时也会减小接收机的动态范围;增益太低会增大接收机的噪声系数,从而降低接收机的灵敏度;

对噪声系数的考虑

噪声系数的大小主要取决于放大管本身的噪声系数,需要注意的是,最佳噪声匹配不是最大功率匹配,在进行放大器的输入匹配时应根据厂商提供的放大器最小噪声系数对应的输入反射系数来匹配,而不是根据放大器的输入反射系数S11来进行匹配;同时匹配电路的衰减也会影响噪声系数,所以应尽量选用高Q值的器件;

对1dB压缩点的考虑

P1dB主要取决于放大器本身的参数,P1dB的电平越高表明放大器的动态范围越宽,对大信号的接收能力越强;采用自动增益控制(AGC)电路可以增加放大器的动态范围,但也会使电路变得复杂;

对输入输出匹配的考虑

如前所述,输入匹配应采取最佳噪声系数匹配,而输出匹配则应采取最大功率匹配,即,将放大器的输出阻抗匹配到负载阻抗(一般为50欧姆);低噪管的输入输出阻抗通常是高阻,所以匹配电路一般采用倒L型。

   本设计采用瑞萨公司的3SK319双栅场效应管来设计低噪声放大器。由于ADS软件没有3sk319场效应管的模型,所以主要以调试结果为准。


实际调试网络分析仪测试结果




如图可知。低噪声放大器增益20dB。输入输出匹配良好。
 

3、混频器主要用于频谱的线性搬移,以获得想要的中频信号,混频器性能的优劣对接收机抗干扰能力的强弱有着重要影响。
本设计混频采用无源混频器,变频损耗4dB。相对于有源混频器来说电路比较简单,调试方便。

 




4、中频及解调

中频带通滤波器主要完成信道选择作用,模拟对讲机的信道间隔主要有宽带(25kHz)、中带(20kHz)、和窄带(12.5kHz)三种,而宽带和中带的最大频偏相差不远可以共用宽带的滤波器,所以中频滤波器的带宽主要有两种,即宽带(±7.5kHz)和窄带(±3.75kHz);为了提高接收机的信道选择能力,模拟对讲机的接收机采用二次变频技术,所以对应的中频滤波器也分为第一中频滤波器和第二中频滤波器,通常第一中频滤波器采用石英晶体滤波器,第二中频滤波器采用陶瓷滤波器。如图所示:

 
 
由于接收频点是8---10MHz本人设计的中频是10.7MHz,原因是此电路比较成熟,以前就做过类似的接收机,所以中频还是采用10.7MHz,器件也相对比较好采购。解调采用比较老的MC3361鉴频芯片。然后经过386放大输出。如图所示
 


由于题目要求要有自动搜素功能,所以在此要有检波功能。这里有两个方案选择

方案一,采用微带耦合器,这是高频常采用的方法,然后二极管检波。但是经过ADS软件设计10.7MHz的耦合器很大,耦合度很小,所以不可取的方案。
方案二,就是采用磁环耦合,然后采用检波芯片检出直流电压,送给AD处理。综上采用方案二。
检波芯片采用ADI公司的AD8317动态范围有60dB。
5、本振
   关键的地方就是本地振荡器,本振本人采用的是DDS也是ADI公司的AD9834,优点嘛,速度快。电路简单。控制方便,体积小,低功耗,等等。。。大家都知道,在这里也就不多说了。要是采用PLL还要自制VCO,同样也的选频率合成器,所以选取DDS要比PLL简单的多,在相噪上,DDS要优于 PLL。只要在DDS后面加个低通滤波器就可以灵活的使用了
  。如下图所示




本振输出19.475MHz信号
 


6、前面板设计
   采用LCD1602液晶显示。控制采用STC公司的单片机,前面板采用CAD画的贴膜,价格低廉耐用哈哈。。。
 


丑陋的前面板。。。。。。

 经过近10天的努力,软件及硬件调试OK,其中的辛苦有所不知,下班之后就开始软件的调试一直到夜里两点多,就这几样连续了一个星期,兄弟真的辛苦了。。。
 


看看我的丑陋的接收机


7、实际测试
 

输入信号9MHz    功率-110dBm   频偏3KHz    调制信号1KHz 



由于前面的滤波器的差损较大,所以噪声系数随之加大,本人亲测-118dBm极限。。。。。如在想提高灵敏度责减小前端滤波器的差损,或者降低LNA的噪声系数等措施。。。

自动搜素功能测试

由于检波的动态范围有限,所以测试方便,加大输入信号强度,

输入9MHz,   -50dBm     频偏3KHz    调制频率1KHz

进入自动搜素界面如图所示。
 



搜索中界面
 


经过2分钟的搜索时间后把所有搜到的信号储存下来如图所示
 



与输入信号对比




8、制作心得
虽然这个不是产品,但是性能不逊色与产品的指标。实际还是也产品差距很大很大。。。不过通过这次的制作,有让我找回当年大学生电子竞赛的感觉,在这短短的 10天(下班以后的时间)里,有好兄弟一起陪伴调试时有说有笑。虽然不是产品但是在这里面真的学到了好多东西。以前只是知道思路但是从未这样的动手完成个半产品化的作品。从方案设计到实际调试问题百出,最终还是依依的解决的了。我相信一句话“只要思想不滑坡 办法总比困难多”。加油吧我的兄弟姐妹们,在这里在真心的说声兄弟辛苦了。
2014 不管是我爱的人还是爱我的人,为了自己的梦想,为了自己的目标奋斗吧。。。。加油2014!!!

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