高性能移相式短波單邊帶收發(fā)信機原理與制作

1、hf on信性能hf單邊帶/電報收發(fā)信機受國外juma trx2頻頻段型短波單邊帶/電報收發(fā)信機啟發(fā)而制作的機器我制作了一個很高的動態(tài)范圍，使用低噪聲移相正交采樣技術進行檢波和調制的h印邊帶/電報收發(fā)信機。本機使用了 dd醛制的vfo具有極高的頻率穩(wěn)定性和信號純凈度。一個內置微處理器控制收發(fā)信機 的全部功能。常規(guī)1、頻率范圍：接收：100khz30mhz發(fā)射：在接收范圍內的所有hamft段2、發(fā)射模式：lsb/usb/cwitune3、射頻輸出功率：最大10w4、內置鍵控器：自動鍵、手鍵；具有適應vox寸間的防干擾cwi控功能5、接收濾波器：具有寬/中/窄三種帶寬的三個可調濾波器，默認帶寬2.

2、3khz/1.7khz/700khz , 濾波器是獨立于發(fā)射模式的。整形系數(shù)良好，用戶可調。6、agc有快/慢兩種模式7、雙vfm dd跳制，具有異頻收發(fā)功能8、7位數(shù)字頻率顯示，10hz示分辨率9、三種vfos諧速度，慢/快/很快，并具有vfo1定功能，調諧步長：10khz（很快），100hz,10hz10、具有rit （接收微調）調諧旋鈕，調諧范圍土 1khz, rit旋鈕與rit按鍵分開11、圖形 s表，范圍 s1 s9+40db 圖形 lcd 條顯示，s9 = 50uv,范圍 s1 s9+40db-120dbm-33dbm）12、具有用于vfo操作模式、設置和校準的eeprom13、供

3、電電壓：直流13.8v（11 15v）; 標稱電流：接收0.4a, 發(fā)射 3a14、外型尺寸：寬215mmi高80mmi深190mm15、前面板連接器：gx123芯航空插座，用于駐極體話筒輸入或線路輸入和連接ptt16、后面板連接器：3.5mmr體聲插座四個，分別為：耳機/揚聲器輸出插座；電鍵/鍵控輸入插座;rs-232插座;aux插座（用于ptt/key俞出或音頻i/q輸出）17、天線連接器：m形（sl- 16）天線座，標稱阻抗50 q18、顯示屏：藍/ 白 lcd 屏（可選綠 / 黑屏），亮度和對比度可調。主頁面顯示s 表、模式、濾波器、頻率、vfo vfo長；次頁面顯示射頻輸出功率、sw

4、r電源電壓、功放漏極電流。19、接收靈敏度：典型值-130dbm20、 imd3 動態(tài)范圍：典型范圍大于100db21、鏡像和中頻抑制：無鏡像頻率響應，沒有中頻頻率響應（基帶中頻解調）。22、靜噪功能（cw speed按鈕的第二功能）23、 ssb 發(fā)射帶寬：標稱2.4khz24、cw上升/下降時間：標稱5ms25. ssb 載波抑制：典型值優(yōu)于60db26、語音處理器：6db/oct 高頻預加重話筒音頻處理27、cw偏移/側音：默認700hz,可調（二）可配置的性能：1、agc快/慢2、lpf:拐點頻率設定3、發(fā)射音色處理器：on/off4、話筒輸入電平：mic/line5、鍵控器：自動鍵/

5、 手鍵6、rs232模式：voice mem/yaesu cat/test 等，可使用 pcs時操控本機。7、顯示：亮度/ 對比度 / 背光關閉延時8、校準/服務模式：基準振蕩器軟件校準、s表軟件標定、正向功率表軟件標定、供電電壓顯示軟件標定、發(fā)射電流顯示軟件標定、駐波保護值設定，高低電壓保護值設定，確認提示音長度設定、恢復工廠設定等。（三）選裝件1、vmg音存儲器才s件：共有10個存儲器，#1#9容量10秒，#10容量120秒?？梢允褂帽緳C 麥克風錄音，也可以把本機接收下來的音頻錄音，并可以把錄下來的內容從喇叭中回放，也可以通過調制發(fā)射向空中，由此實現(xiàn)自動 cq乎叫器功能。2、外置語音記存儲

6、器控制裝置：不是必須，也可以由pcl替代，用于操控vmg音存儲器插件。（四）固件軟件升級：可以同過rs-232接口用引導加載程序將he雙件上載。提供最近更新的軟件 固件。升級固件時，用戶不需要任何特殊工具，只需用內置刷新程序和電腦的串行電纜就可以方便地升級。控制軟件（固件）用c言寫成，可以提供基礎的源代碼用于愛好者進一步試 驗。電路設計本機由ddse制電路板、主板、射頻低通濾波器板、功放板、外接接品板共5個pc阪組成， 其中主板上還有兩塊一模一樣的多樣板， 和一塊音頻濾波器板。 這樣， 本機一共有大小8個 pcb板。（一）ddss制電路板說明dds方空制電路板的關鍵元件是 dspic30f60

7、14a微處理器。2x 16字符lcd顯示屏、編 碼器、按鍵開關、電位器、ad9851型號的dds芯片、30mhz的基準振蕩器和rs232驅動芯片 等這些元件和存儲在dspic30f6014a 存儲器中超過3000 行的軟件代碼構成了本機控制單元。本電路板主要功能：1、通過 lcd 顯示屏、按鈕和電位器提供用戶界面功能2、生成用戶界面的提示音和cw 側音3、為主板提供的i/q 本振頻率4、為主板scaf 濾波器提供時鐘頻率5、測量來自主板和功放板的模擬輸入信號6、讀取和處理vfo 編碼器7、為主板和功放板的控制提供數(shù)字控制信號8、提供rs232 串行接口連接外部設備9、提供cw鍵控功能本電路板各

8、單元說明：1、穩(wěn)壓器 / 電源開關dds方空制電路板的主工作電壓為+5v,由電源卒入端的+14v線性穩(wěn)壓器供電。線性穩(wěn)壓 器的優(yōu)點是低噪音輸出，缺點是效率低、發(fā)熱高。為確保最大程度散熱，用戶可自行diy,將dds板的+5v穩(wěn)壓器改裝在機箱的鋁制框架上。電源啟動由按鍵、 fet 開關和軟件執(zhí)行，這種組合可以讓用戶以多種方式使用電源按鍵（詳見操作部分）。軟件可以探測電源開關按鍵的狀態(tài) （pwr-s摘號），按鍵也直接激活fet 開關，這一功能是dds板加電和軟件運行所需要的。軟件運行時，pwr-onk字輸出信號使電源 fet 開關保持 on 狀態(tài)，當用戶決定關機時，軟件執(zhí)行電源關閉任務，并取消 pw

9、r-on 信號。2、lcd顯示屏2x16字符的lcd顯示屏用于顯示用戶界面，少數(shù)特殊字型加載到lcd顯示屏的ram字符發(fā)生器，供s表顯示圖形。lcd模塊的供電端有簡單的rc濾波器，以減少射頻干擾。 lcd顯示屏的對比度電壓和背光電流是由一個pwm型dac產(chǎn)生的，pwm da（ft軟件、dspic30f6014apwm俞出和其它幾個元件形成，rc濾波器和緩沖放大器ic3a用于對比度電 壓，rc濾波器和電流發(fā)生器ic11a和q3用于lcd背光。典型的控制電壓約0.5v ,背光 電流0100ma可調，通常為2050ma 3、按鍵開關用戶界面的按鍵開關sw1sw6連接到dspic30f6014a的數(shù)字

10、輸入端，所有輸入端都由 上拉電阻保持在高電位（ 1 ）。當按下開關時，輸入狀態(tài)變?yōu)榈碗娢唬?）。按鍵的功能在軟件邏輯中定義。4、vfo編碼器本機普及型使用普通機械編碼器，也可以選裝高級高分辨率光電編碼器。這個編碼器安裝在 dds 板上，其主要用途是vfo 調諧，也可以用來在不同的用戶界面中配置功能。編碼器產(chǎn)生兩個相位正交的邏輯電平信號，軟件通過相位來檢測旋轉方向，兩種編碼器信號連接到 dspic30f6014a 的中斷引腳， 編碼器的處理過程是由軟件中斷完成的， 即使在快速旋轉編 碼器的情況下，也可以獲得平穩(wěn)可靠的操作。5、模擬輸入模擬信號由 dspic30f6014a 的 a/d 轉換器進行

11、測量， a/d 轉換器的基準電壓直接由avdd +5v電源導出，dds板的電源穩(wěn)壓器是普通的7805。不過，應該在這里使用高品質的 元件，以保持模擬測量的精度。dds板+5v電源的電壓應該是5v 0.05v或更加穩(wěn)定。模擬信號共有七個，詳細說明如下：電位器：cw speew rit這兩個電位器直接連接到dspic30f6014a的模擬輸入端，這樣的安排使軟件以數(shù)字格式讀取電位器的位置。正向功率和反向功率：功放板上帶有 swr電橋、功率峰值檢測器和緩沖放大器。放大器的輸 出標定為10w2.05v模擬輸入。id （漏極電流）：功放板包含測量分流電阻、功率峰值檢測器和緩沖放大器，放大器的 輸出標定為

12、1.21v/a模擬輸入。s表：主板音頻agc電路產(chǎn)生s表電壓，s9對應1v左右模擬輸入。batt （供電電壓）：這項測量是通過分壓器取得 dds6電源的輸入電壓，14v俞入電壓產(chǎn) 生3.25v模擬輸入。側音發(fā)生器：用戶界面提示音和cwm音由dspic30f6014a勺計時器系統(tǒng)產(chǎn)生，側音信號作 為5建輯信號傳送到主板進行調節(jié)、濾波，并疊加到音頻電路中。scaf*波器時鐘發(fā)生器：開關電容（scaf濾波器用于發(fā)射通道和接收通道，sca睡波 器是一個低通濾波器，其頻率響應由濾波器的時鐘頻率決定。濾波器的時鐘由dspic30f6014a 的計時器系統(tǒng)產(chǎn)生，詳見手冊中操作說明的濾波器調整部分。6、數(shù)字控

13、制信號各個數(shù)字控制信號由控制軟件讀取和生成，其中有些信號直接連接到dspic30f6014a勺通 用數(shù)字i/o端，其它的數(shù)字信號在主板和全波段模式濾波器板中生成，數(shù)字輸出通過 spi總線 控制。直接連接的i/o信號：ptt in/out :發(fā)射時，控制軟件獲得ptt_in言號，并進行所需要的操作，ptt_out號使 軟件能夠控制發(fā)射，這是cw#控器操作所需要的。dash/dotdash口dot1電鍵的狀態(tài)輸入，用于鍵控器軟件。輸入采樣的時間間隔為1m&電鍵：電鍵輸出控制主板上的cwi制器，信號由cw控軟件和調制方式邏輯激勵。主板和功放板spi總線：spi總線有四種格式，spi_sdi、spi_

14、sdo spi_clk spi_lathc 其中spi_sdi不用。spi信號受控于dspic30f6014aspi i/o 塊和控制軟件。為了盡量減少射 頻噪聲，在主板或功放板輸出狀態(tài)下，spi總線只在需要變換時激活。主板spi總線控制的數(shù)字輸出：ssb/cw選擇主板的ss城cwm乍模式sb-select 選擇邊帶 lsbe usbnar選擇ss嗽cwh!濾波器fast-agc 選擇 agcs 度proc-qn選擇發(fā)射語音處理器on/offnr選擇噪聲消除器選項on/offmic/line:選擇話筒輸入信號電平7m選擇兩波段功放板上3.5mhzl7mhz勺射頻濾波器全波段濾波器和功放板數(shù)字輸

15、出：輸出i/o寄存器位于射頻濾波器板，有兩個控制信號連接到功放板：26. br b1、b2e字節(jié)二進制編碼濾波器選擇。詳見濾波器板電路原理圖。27. att-0、att-1二字節(jié)二進制編碼射頻衰減器控制，用于功放板。詳見電路原理圖。7、dd爾振analog devices公司的ad9851 dd芯片用于產(chǎn)生本振頻率，檢波混頻器在一個本振周期 需要四種不同的狀態(tài)（象限）。ad9851!dd做字輸出是2x本振頻率。ad985的輸出信號和輸出補碼信號用于為ic7a和ic7b觸發(fā)器提供時鐘，觸發(fā)器連接成使輸出為正交信號（i/q）, 供接收和發(fā)射混頻器使用。主板上的模擬開關ic8用于選擇本振-a和本振-

16、b信號進入混頻器的順序。本振信號的順序 選擇所需要的邊帶。ad9851 dds5片由30mh基準振蕩器提供時鐘，基準時鐘頻率x 6獲得dds 芯片所需的180mh內部時鐘速率。ddse片由控制軟件通過串行總線控制。有關詳細信息， 請參閱軟件的源代碼和 analogdevices公司的ad985數(shù)據(jù)表。analog devices公司還在網(wǎng)站上 發(fā)布了非常好的應用備忘錄和ddsj程。8、30mh基準振蕩器生成30mh基準頻率需要一個高品質晶體振蕩器，最重要的參數(shù)是振蕩器的相位噪聲， 因為頻率和錯誤在dds5片內都被同樣放大6倍。頻率精度并不那么重要，因為可以用校準設置 予以修正。良好的熱穩(wěn)定性是

17、必須的。dspic30f6014afc由這個基準振蕩器提供時鐘。當前版 本的軟件運行在30mhz寸鐘下。30mh顏率通過0rb線r54接到微處理器。9、話筒/線路輸入話筒輸入是為使用駐極體話筒設計的，駐極體話筒可以直接連接。話筒輸入也可以用其 它類型的信號源。輸入靈敏度級別可以用軟件控制。話筒輸入是gx12亢空插座。1空著不用，2接pttw號,3接地，4接話筒。10、rs23筮口dspic30f6014awar川rs232攵發(fā)器ic10緩沖。uart # 1通過主電路板和連接器板連接 到主機的后面板。這個rs232i/o可以用于pc及端連接，或者用于主機外部錄音控制鍵盤的 連接。詳見操作說明和

18、軟件源代碼。 uart2 2連接到j1的引腳，留作將來使用。11、選裝板連接在dd敲后面的連接器（排針）j5、j8、j7,用于連接各種選裝件。j5提供話筒/線路輸入電路的接入。j8提供音頻輸出通道的接入，如果沒有選裝件，則應跳接（短路）j8-1和j8-2,將接收的音頻信號連接到音頻增益電位器。j7提供數(shù)字i/o控制和選裝件電源的接入，供將來使用的 dspic30f6014a dc接口（編碼/ 解碼器接口）也要接線到j7。j19 （icd選接器）用于icd2的調試/編程器，如果沒有板上刷新器可用或刷新器損壞， 就需要用到icd2。詳見microchip的網(wǎng)站。（二）主板電路說明本機使用低噪聲移相

19、正交采樣技術進行檢波和調制。主板為接收和發(fā)射處理所有的射頻 和音頻激勵功能。一、接收部分為了得到良好的動態(tài)范圍，來自天線的射頻信號直接進入寬帶變壓器 t1,t1將50q不平 衡信號轉換成200q平衡信號，然后輸入到雙平衡檢波器（接收混頻器） ic1, ic1是高速低 阻抗模擬多路調制器，受控于兩個相位差為 90度的本振信號。這兩個本振信號i和q來自dds 板，天線信號進入四個采樣電容c4 cs c6 c7,由檢波器ic1進行采樣，電容中的信號在基 帶頻率范圍內，即15kh4所有電容的具有相等的信號，但相位不同，分別是0度、90度、180 度、270度，這些信號都是完整的信號，被稱為i和qj號及

20、它們的補碼信號。i和qj號在差分前置放大器a1和a2中放大，放大器的增益通過反饋電阻 r” r8（精度 0.1%）設置為精確相等，信號放大后輸入到到接收多相組件，q號比i信號按比例延遲了 90度（詳見多相組件的說明）。多相后的信號進行緩沖，并由檢測儀表型放大器a3wa4-a進一步放大。a4-a放大器輸出的是15khz帶寬的解調ss匿頻信號，彳9號隨后經(jīng)ssb/cw 1st8波器組件 濾波，1st濾波器有兩種帶通范圍，300hz2.5khz用于ssb 300hz1khz用于cw 帶寬由濾 波組件的5腳選擇。詳見1st濾波組件的說明。經(jīng)過1st濾波器后信號輸入到ag（fe路，ag（fe路由可變增益

21、放大器a4-b、全波檢波放大器a& agcb升/下降定時元件r44 r45 r46 r47； r67； c34 c3的成。在fastagci式，場效應 管tr6等電阻r67t計時電路并聯(lián)，來自計時組件的 agc1制電壓，決定反饋場效應管tr4勺電 阻，從而決定agct變增益放大器的增益。s表的信號是由直流放大器a7#理來自agce制電 壓獲得的，標稱sft輸出電壓為1v寸，信號強度為s9 （50uv）; ss輸出電壓為2v寸，信號強 度為 s9+40db。agc勺閾值由調整電阻設定，調整可以通過在天線輸入50uvj號并調節(jié)微調電阻r5侄js表讀數(shù)為1v勺方法完成，讀數(shù)s9a于lceh形條的中間

22、，用兩個點標記?？勺冊鲆娣糯笃鱝4-b的輸出音頻電平控制在510mv圍內，后置放大器a5-a再放大到合 適的200500m瞅給開關電容濾波器（scaf ic10。sca是一個可變8階橢圓函數(shù)低通濾波器， 拐角頻率由來自dd敲的cpu寸鐘頻率設定，因此，用戶可以設置最終接收選擇性。sca的輸出送到dd敲上的音頻增益電位器，再輸入到主板上的揚聲器放大器a12。來自dds6的cvw音和提示音通過電阻r5劾口到后置放大器的音頻信號中。i/q信號緩沖放大器a13-a和a13-b帶寬 15khz, i和q號可以通過選擇相應的auxft線從 后面板的auxs座獲得。i/q輸出可以用于軟件檢波，通過將i/q信

23、號輸入到電腦的聲卡予以實 現(xiàn)。analog measoements from pa bojrd. porir. swr. 10. volugft28khzlpf txscaft/r witchrxsc6a”祥乜2 lpfacttve ss8/cwbpfo. a)mmsiqfupflc*main board30 mhzrehrenoedds0 gcmhzoption bo jr(s)5vdcpsumicrocontroller16 = 179.999.100hz然后調節(jié)vfo旋鈕到這個頻率。按fast鍵：存入校準值并返回普通操作模式。有經(jīng)驗的愛好者也可以接收標準時間、標準頻率發(fā)播臺的信號進行基準

24、的校準。 常見問題：1、上電無反應。請檢查功放板上的f1保險管是否已熔斷？電源是否已進入到前面板 j4 位置？也可以直接短接j4測試：這樣，一上電就自動開機。一般在大套件發(fā)貨前都會進行測 試，除非接錯電源，否則不會出現(xiàn)不能開機的情況。散件組裝過程中，常見的是q1損壞，f1保險管熔斷。2、外接音箱無聲。一般情況下為連接器板的插座接觸不良。 由于這個插座使用的是立體 聲插座，如果使用單聲插頭，需要注意正確聯(lián)線。再者檢查前面板的音量電位器 r30是否焊 接良好？如果沒有安裝內置語音錄放板 vm選件，需要把前面板的j8的1和2腳短接才會出聲。3、無聲。檢查主板上正reg1的第1、2腳5v和reg2的1

25、腳正10v輸出是否正常？ reg1 的第8腳和reg2的第8腳是否有正電源引入？ tr8是否損壞引起tr7無法導通？音頻功放 a12的第6腳是否加電了？散件組裝中，可以用銀子輕觸這個音頻感應法一級級排查，從主板 a12的第3腳，音量電位器的中心抽頭，主板ic10的第5腳，主板ic10的第2腳，主板a5的第2 腳，主板a4的第6腳，主板a4的第1腳，主板a3的第2腳，主板a2的第7腳，主板a2的第5腳， 主板c3等一級級由后往前查找故障。散件組裝中，發(fā)現(xiàn)ic1這個fsts3253損壞較常見。估計 是這個ic的耐熱能力差，在回流焊中被損壞了。故障現(xiàn)象為無法接收空中的信號或是接收靈 敏度差。同樣型號

26、的ic2弱損壞也會引起單邊帶發(fā)射功率小。4、在調整發(fā)射時，也可以使用外接cw電鍵測試載波功率。注意要在菜單中正確選擇cw 電鍵類型。小結：經(jīng)過以上的調整，本機即可進行正常的接收和發(fā)射了。如果需要精確調校本機，可使用測量儀器，進入本機維修模式進行以下項目的精細調校標定：電源電壓表提示音（beep ）長度s表定標正向功率表定標功放漏極電流表定標本機射頻輸出在10w左右，屬qrp小功率發(fā)射級別，如果沒有一副好的諧振天線，實際通聯(lián)中會感覺吃力：對方抄收比較困難。如果需要更高功率發(fā)射，可以配接本機配套的pa100d 功率放大器，獲得最高近150w 的輸出功率。（選件及電腦操控篇）選件篇在平時實際空中通聯(lián)或是參加業(yè)余無線電比賽時，很多朋友希望能擁有一個簡單的錄放音設備，這樣既可以實現(xiàn)多段自動呼叫，又可以在信號不太好時，錄下通聯(lián)內容事后回放，以便確認抄收正確的內容登記通聯(lián)日記。高性能移相式短波單邊帶收發(fā)信機中內置一塊語音存儲器板vm（voice menory ）組件，即可以實現(xiàn)這樣的功能。選件 1 ： vm 語音存儲器選件語音存儲器是一個附加的電路板，可以裝在本機ddse制板的后面。語音存儲器板的核 心部分是isd1724m音錄音芯片。在控制軟件中，isd17240i勺內存被分為10部分，其中一個 時長約120s,其它的短一些，約11s,所有存儲器的控制功能是