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荆门市东宝中学 熊军锋 任教学科:网络管理 擅长的技术:专业开发8位 16位 32位单片机,电脑人机界面一体化控制,工业控制,数控产品及嵌入式系统开发等。 曾经做过的项目:数码发电机,摩托车综合仪表,变频器,打包机控制

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认识你的收发机 规格篇  

2010-04-21 15:32:29|  分类: HAM |  标签: |举报 |字号 订阅

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    收发机的规格是制造厂商用来描述某一机型收发机的一种书面文件。通常在制造厂商的型录上,除了介绍该机型的特点,老王卖瓜地吹嘘一番之外,必定还会列表说明其性能规格。其中所列出来的收发机性能规格,大部份都是业界通用而有固定测试方法的项目。从这些收发机的性能规格,我们比较不同厂商、不同机型收发机之间性能的优劣,当做选购机器时的参考。

    由于收发机的制造厂商,大多具有多年经验,且在业界着有商誉的厂商,其所列的各项性能规格数据,当属可信。所以这一部份的客观数据,是使用者可以据以参考的资料。不过在某些项目的测试条件可能会有些许出入,或使用不同的单位,在做比较时,不可不小心注意其差别,以免误导结论。

    通常收发机的性能规格分为: 一般( General )规格、接收机( Receiver )规格、 和发射机规格( Transmitter )等三大部份,兹举 HF 收发机为例,分别说明如下:

一般规格(接收和发射两者共通的性能项目):

?接收频率范围( Receiving Frequency Range ): 100KHz~ 30MHz, 少数机型包含 50~54MHz

?发射频率范围( Transmitting Frequency Range ): 160, 80, 40, 30, 20, 17, 15, 12, 10m 波段(或 1.8, 3.5, 7, 10, 14, 18, 21, 24, 28MHz 波段), 少数机型 包含 6m ( 50MHz )波段

    接收和发射频率范围这两个规格项目,各厂商通常是相同的,除了某些特殊机型只专门针对某个波段而设计制造之外(如 10m 波段专用机型), 所有的 HF 收发机应该都涵盖 100KHz~30MHz 的接收频率范围, 而且也应涵盖 160m ( 1.8MHz )到 10m ( 28MHz )等九个业余波段的发射频率范围。 当然也有少数机型还包含 VHF 范围的 6m ( 50MHz )业余波段的收发频率在内。

?频率准确度( Accuracy ): < ± 0.5ppm ( 0.5 × 10-6 )在室温下(除了 FM< ± 100Hz )

?频率稳定度( Stability ): < ± 10ppm ( 10 × 10-6 )在 -10 ℃ ~+50 ℃( 除了 FM< ± 200Hz )或 < ± 30Hz 在 +25 ℃, 开机经过一小时之后

    准确度指的是在同一时间,机器显示的频率和实际的频率两者之间差异的程度。这个项目在一般的收发机很少列出。

 

    稳定度则指在不同的时间,机器实际频率变化的程度。有些机型会特别注明在开机一小时之后才算,这是因为刚开机时,温度还在上升,电路较不稳定的缘故。有些厂商使用变化的比值 ppm 来表示; 有些厂商则以实际变化的频率值 Hz 来表示,要注意先换算成相同的单位,做比较时才有意义。

?工作模式( Mode ):LSB/USB 或 SSB(J3E), CW(A1A), FM(F3E), AM(A3E), 有些机 型还有 FSK(J1D, J2D 或 F1D)

    大部份的机型都会有 SSB、CW、 FM、和 AM 等四种常用的工作模式, 功能较多的机型则会有专供 PACKET 或 AMTOR 等数据通讯之用的移频键送 FSK ( Frequency Shift Keying )工作模式。

?天线阻抗( Antenna Impedance ):50 奥姆, 不平衡式

    所有机型的天线阻抗都是 50 奥姆不平衡式的接法,因为 50 奥姆是所有高频仪器和电路输入与输出阻抗的标准值。大家共同遵照此标准阻抗值,则机器或电路之间的连接就不会产生阻抗匹配的问题。工业界也有很多 50 奥姆阻抗的同轴电缆可供使用,非常方便。

    不平衡式的接法表示接头端点的两条线性质不同,不能互换,其中一条是地线,另一条是讯号线。同轴电缆也是一种不平衡式的接法,其中心导体是讯号线,外围屏蔽金属网则是地线。

?供应电压( Supply Voltage ): 120V AC ± 10% 或 110V/220V 50Hz/60Hz, 13.8VDC 或 13.5VDC ± 10%

?功率消耗( Power Consumption ):接收 55VA(W)~ 110VA(W)AC,约 2A DC

?发射( 100W ):470VA(W)~ 650VA(W) AC, 约 20A DC

    这两个供应电压和功率消耗的规格项目,分成 AC 和 DC 两种电源。就供应电压来说,只是电压大小的规格,也许再加上其正负的容许值,并无大问题。而功率消耗则可看出该机型的耗电程度。以接收时的耗电情况来说,功能较多、较复杂的高级 DC 机型耗电当然较多,但相差不大。

    当发射时(以 100W 发射功率为准),使用 DC 电源的机型约消耗 20A 电流,各机型 差不多;可是使用 AC 电源的机型就大有差别,这是在 AC 变 DC 时,电源供应电路的效率问题。AC 电源的功率消耗有以 VA 代替 W 为单位的表示法,是因为有时电流和电压会有相位差,但基本上相位差不大,所以大致上可以把这两者看成是一样的。

?尺寸( Dimension ):W × H × D ( 宽×高×深 ), 以 mm 或 inch 为单位

?重量( Weight ):以 kg 或 lb 为单位

    尺寸的大小和重量的轻重对于基地台来说,也许不太重要,可是对移动台来说,尺寸小和重量轻的,使用起来就方便多了。在安装机器之前对这两个项目规格的事先了解,有助于规划机器摆放的位置,并根据承受重量的需求,安排合适的架子或工作桌。

发射机规格(发射部份的性能项目):

?功率输出( Power Output ): SSB/CW/FSK/FM=100W PEP/DC, AM=40W 或 AM=25W 载波

    一般 HF 收发机的功率输出额定值都是 100W ( AM 模式除外),除非是各厂商的旗舰级机型才有 150W 或 200W 的功率输出。 FM 模式调变后,讯号的波幅几乎不随声频讯号而改变,其输出功率维持定值,以 DC 表示。 PEP ( Peak Envelope Power )即指包络线的尖峰功率。

    除 FM 模式外,其它模式的载波讯号经过调变后,其波幅(通常以 电压表示)会随声频讯号而变化,载波讯号的每一个峰点和相邻峰点,或者谷点和相邻谷点所连接成的上下两条线,就叫做包络线 (Envelope),参照图 1。 在上包络线的最高点或下包络线的最低点, 就代表包络线的尖峰功率点, 这时的功率值就是包络线的 PEP 尖峰功率。

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图1:载波讯号包络线

    有些厂商对 AM 模式的功率输出额定值定义为载波( Carrier )功率, 在没有特别定义的情况下,其功率输出额定值包含载波和两个边带的全部功率(在 100% AM 调变时, 载波功率约占全部功率的 2/3 )。 AM 模式的功率输出一般都较其它模式的功率输出来得小。

?调变方式( Modulation Type ): SSB= 平衡调变( Balance Modulation ), FM= 电抗调变( Reactance Modulation ), AM= 低位准调变( Low Level Modulation )

    几乎所有收发机都采用滤波器法的平衡调变的方式来产生 SSB 调变讯号, 相位法则已经很少有厂商使用了。这种方式需要使用平衡调变器,将声频讯号和载波讯号混合,得到不含载波的双边带讯号,再使用尖锐截频的晶体滤波器,滤除上下边带中不需要的一个边带,而取得单边带( SSB )讯号。

    产生 FM 调变讯号也都是采用使用电抗调变的方式做直接 FM 调变。这种方式需要使用受声频讯号控制的可变电抗电路,并联在振荡器的谐振电路上,组成一个电压控制的振荡器。当有声频讯号输入时,电抗电路的等效电抗值随着声频讯号的电压而改变,振荡器的频率也因而随着改变,因此从振荡器的输出就可以直接取得调频( FM )讯号。

大部份的收发机都采用低位准调变的方式来产生 AM 调变讯号,这种方式需要使用调幅调变器。讯号还在低位准时,将声频讯号和载波讯号在调幅调变器里混合,得到含有载波和双边带讯号的调幅讯号。

    低位准 AM 调变方式的工作效率低,且调变后各级放大器 也需要有良好的直线性。但是采用前级低位准调变的方式,可以和其它调变模式取得一致的作法,而且省掉后级高位准调变方式所需的笨重调变变压器( AM 专用的发射机都采用此法, 工作效率高)。

 

?FM 最大频率偏移( FM Maximum Frequency Deviation ):± 5KHz

?FSK 偏移频率( FSK Shift Frequency ):170Hz

    FM 最大频率偏移这个项目是针对 FM 调变模式的调变程度来说的。 业余频带的 FM 调 变讯号是属于窄调频的方式, 有些厂商的最大频率偏移为± 5KHz,有些厂商则是更窄的± 2.5KHz,不像 FM 广播的宽调频方式,最大频率偏移高达± 75KHz。

    我们了解, FM 调变讯号的最大频率偏移越大, 则接收的传真度( Fidelity )越高,可是占用的 频宽越大,对有限的业余频带来说,是太浪费了。

    FSK 偏移频率的规格, 是定义 FSK 调变模式的移频大小。 一般的规格偏移频率是 170Hz, 也有些厂商提供可选择的 170Hz、425Hz、 和 850Hz 等三种偏移频率,还有 PACKET 的 200Hz 和 1000Hz 等额外的两种。

 

?混附幅射( Spurious Radiation ):>40dB 在尖峰输出功率之下

?谐波幅射( Harmonic Radiation ):>50dB 在尖峰输出功率之下

    载波讯号的纯净度可以用混附幅射和谐波幅射这两个性能规格来表示,混附幅射和谐波幅射的强度越小,则载波讯号越清晰。

    混附幅射指的是载波频率附近的噪声,在频谱分析仪上所看到的波形如图 2。混附噪声的强度在载波讯号之下,其强度相差的 dB 数,就是混附幅射量。 

 

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图2:混附幅射                图3:谐波幅射

    谐波幅射则是与载波频率呈倍数关系的噪声,在频谱分析仪上所看到的波形如图 3。谐 波噪声的强度在载波讯号之下,其强度相差的 dB 数,就是谐波幅射量。

?载波抑制( Carrier Suppression ):>50dB

?无用边带抑制( Unwanted- sideband Suppression ):>50dB

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图4:载波和无用边带抑制(USB)

?SSB 调变模式仅发射一个边带的讯号,载波讯号和另一个边带的讯号都必须抑制。载波抑制和无用边带抑制这两个项目,就是针对 SSB 调变讯号所列的性能规格。如图 4 所 示,正是在频谱分析仪上所看到的 SSB 调变讯号波形。

?载波讯号和无用边带的强度,比有用边带的强度低,其强度相差的 dB 数,就是载波讯号和无用边带的抑制量。 载波和无用边带的抑制量越大,则接收到 SSB 模式的声频讯号越清楚。

?三阶互调变失真( 3rd-order IMD ):<-36dB

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图5:三阶互调变失真

?三阶互调变失真是指被不同频率的声频所调变后,其调变后的各讯号之间,经过相互调变产生的失真,与接收机的射频输入讯号互调变失真不同。由于发射机也须经过多次变频的步骤,将频率提高后才把调变后的讯号发射出去。因此,讯号在经过这几次变频级的混波时,难免会有互调变的发生。例如:声频讯号同时包含 1KHz 和 2KHz 的频率,以载波频率 14MHz 做 SSB 调变之后, 所取得的 USB 讯号的频率为 14.002MHz 和 14.002MHz。混频后得到 2 × 14.002 - 1 × 14.001 = 14.003MHz 的三阶互调变讯号, 也可以得到 3 × 14.002 - 2 × 14.001 = 14.004MHz 的五阶互调变讯号…… ,在频谱分析仪上可以看到奇次阶互调变的波形如图 5。

?由于三阶互调变讯号的强度是所有互调变讯号里面最大的,所以就拿三阶互调变讯号的强度和讯号本身相比。三阶互调变讯号比讯号本身的强度低,以讯号本身的强度为参考值 0dB,其强度相差的 dB 数,就是三阶互调变失真量。三阶互调变失真量越低,则接收到的声频讯号越清晰。

?声频响应 (Audio Response): 400~2600Hz, -6dB(SSB 模式 )

    这个声频响应的范围规格是针对 SSB 模式而定的,所有的机种都定在 400~2600Hz。因为 SSB 调变模式不容许有较大的频宽, 所以声频响应频率的范围也要限制在 2.5KHz 以下。

?微音器阻抗( Microphone Impedance ):600 Ω

    这个规格项目用来说明收发机对外接微音器的阻抗匹配要求。微音器必须充分配合收发机的微音器输入端阻抗,否则不但效率不佳,也会影响音质。这项规格差不多是在 600 Ω奥姆左右,但也有较宽规格的机型。 

接收机规格(接收部份的性能项目):

?电路型态( Circuit Type ):四重变频超外差( Quad-Conversion Super Hetrodyne)

?中间频率( Intermediate Frequency ):一次中频73.05MHz, 二次中频8.83MHz, 三次中频455KHz, 四次中频100KHz

    关于接收机的部份,最基本的是要先定义其电路型态和中间频率,然后硬件构造才能固定下来,主要的性能规格也才得以决定。

    接收机部份的电路型态,目前都已采用多重变频的超外差式电路。变频的次数从最复杂的四重变频,一般的三重变频,到较简单的二重变频。利用混波器和本地振荡器构成变频电路,使输入讯号经过变频电路,取出其差频(即是中间频率),将讯号频率降低至中间频率,而本地振荡讯号的频率高于输入讯号频率的方式,这就是所谓的超外差式接收电路。

 

    中间频率的选定,对接收机的性能也有很大的影响。中间频率较高,则影像干扰的拒斥能力较强; 但相对的接收增益(增益和频宽乘积为常数)和选择性(频率高,则 Q 值 不易提高)则较差。反之,中间频率较低,则影像干扰的拒斥能力较弱,但相对的接收增益和选择性较佳。

    采用多重变频的方式,将讯号频率转换成中间频率,并逐级降低中间频率,用这种方式才能撷长补短,兼顾到影像干扰的拒斥能力、接收增益、和选择性这几种性能。

?灵敏度( Sensitivity ):〔在 10dB 的( S+N/N )时〕

SSB/CW/FSK

AM

FM

<2.5uV ( 100~150KHz )

<1uV ( 150~490KHz )

<4uV ( 0.49~1.705MHz )

<0.2uV ( 1.705~30MHz )

<25uV ( 100~150KHz )

<10uV ( 150~490KHz )

<32uV ( 0.49~1.705MHz )

<2uV ( 1.705~30MHz )

<0.5uV ( 28~30MHz )

( SINAD 12dB )

?静音灵敏度(Squelch Sensitivity):

SSB/CW/FSK/AM

FM

<6.3μV(100~150KHz)

<2.5μV(150~490KHz)

<10μV(0.49~1.705MHz)

<0.5μV(1.705~30MHz)

<0.32μV(28~30MHz)

?灵敏度是接收机最重要的性能规格之一,其定义是接收微弱讯号的能力。定义虽然只有简单的几个字,却涵盖很广的隐含意义。首先,灵敏度并不代表接收机对输入讯号的放大倍率(增益),而与接收机的噪声系数有直接的相关。 因为讯号噪声比( S/N )降 低到某个程度之后,微弱的讯号会被接收机本身的噪声所淹没,无法抄收讯号。所以,接收微弱讯号的能力,取决于接收机本身的噪声系数大小。规格值是指从天线端感应的最低可接收电压,其值越小,灵敏度就越高。

?而接收机的噪声系数,主要是由讯号最先输入的射频放大级电路来决定。灵敏度定义为可以清楚地抄收时的讯号强度,所以必须注明在何种讯号噪声比之下的量测值。一般的调变模式都定义为 S/N (或 S+N/N )= 10dB, 不过, FM 调变模式较特殊,定义为 SINAD = 12dB。 SINAD 就等于 S/(N+D),D ( Distortion )代表失真(主要是波幅失真), 其意义就是讯号对噪声加失真之和的比值,与单纯的讯号噪声比( S/N )稍 有不同。

?由于电路本身特性的关系,对各个频段的反应不一样,所以不同的调变模式和不同的频段会表现出不同的灵敏度。 通常的设计都使 HF 频率范围( 3~30MHz )具有最佳的灵敏度,因为这里面包含了我们业余无线电最常用的几个频段。

?另外,静音功能是一种当检测不到讯号(载波)时,就截断声频输出的装置。其目的在使没有接收到讯号时,扬声器不会发出杂音吵到使用者。由于静音电路在中频放大级的某处,会走到另外一条路径,与正常的讯号路径不同,所以静音灵敏度与正常的输入讯号灵敏度不一样,其规格必须另外表示。

? 选择性(Selectivity):

SSB/CW-W/FSK

CW-N

AM

FM

>2.4KHz(-6dB)

<3.8KHz(-60dB)

>500Hz(-6dB)

<900Hz(-60dB)

>6KHz(-6dB)

<15KHz(-50dB)

>12KHz(-6dB)

<24KHz(-50dB)

?选择性也是接收机最重要的性能规格之一,其定义是从众多的干扰讯号中,区分出所要讯号的能力。接收机中频滤波器的通频带宽度和拒斥带相距宽度,这两者决定了接收机的选择性。 例如:SSB 模式的 2.4KHz 滤波器,2.4KHz ( -6dB )代表讯号衰减 6dB 时的通频带宽度为 2.4KHz;而 3.8KHz ( -60dB )则代表讯号衰减 60dB 时的拒斥带之间相距宽度为 3.8KHz。 这些中频滤波器都是由数个石英晶体所组成的晶体滤波电路,其频率响应特性如图 6。

 

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图6:中频滤波器的频率响应特性

?各厂商的不同机型中频滤波器,其通频带宽度大致上都是标准规格,但拒斥带相距宽度就有差别。对于相同的通频带宽度,拒斥带相距宽度越接近通频带宽度,表示介于通过和拒斥之间,模棱两可的过渡带越窄,即过渡带斜率越陡,对于讯号的选择性当然越佳。

? 较高级的机型除了上述随机安装的中频滤波器之外,还提供了许多不同频宽可选用的中频滤波器。例如:SSB 模式除了标准的 2.4KHz 滤波器之外,还可选用 2.0KHz 的滤波器。CW-N 除了标准的 500Hz 滤波器之外,还可选用 250Hz 或 100Hz 的滤波器。

 

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图7:500Hz中频滤波器之比较

?图 7 所示的是两种通频带宽度为 500Hz ( -6dB )的 CW-N 中频滤波器,其频率响应具有不同的特性,实线部份表示拒斥带相距宽度 900Hz ( -60dB )的滤波器,而虚线部份表示拒斥带相距宽度 1KHz ( - 60dB )的滤波器。图中可以看到实线部份滤波器的过渡带斜率较陡,当然其选择性会较佳。反之,虚线部份滤波器的过渡带斜率稍平,选择性会稍差。

?对于不同的调变模式,其滤波器的最低频宽的需求也各不相同。 例如:SSB 和 FSK 模 式需要 2.2KHz 以上的频宽,AM 模式需要 5KHz 以上的频宽, FM 模式需要 10KHz 以 上的频宽,CW 模式则视使用者的习惯和实际工作情况而定。 宽带操作 CW-W 时,可以 共享 SSB 和 FSK 模式的 2.2KHz 频宽; 窄频操作 CW-N 时, 更可以把频宽降低至 500Hz,或 250Hz,甚至 100Hz。

?动态范围( Dynamic Range ): 103dB

    动态范围也是接收机重要的性能规格,动态范围的定义是接收机可以接收的输入讯号强度范围,当然范围为越大越佳。最微弱的输入讯号,其强度必须大于噪声位准(通常以超过 3dB 计算),克服噪声的干扰之后, 才能够被清楚地抄收,这是动态范围的下限。输入讯号强度较大时,如果邻近还有较强的干扰讯号出现,由于混频器转移特性的不完美,由于三阶互调变的结果使输入讯号和干扰讯号产生另一个互调变干扰讯号( IMD )。当输入讯号强度还低时,输出讯号强度远大于互调变干扰讯号强度。可是当输入讯号强度增加时,互调变干扰讯号的强度,会随着输入讯号强度的增加而快速地增加(以 dB 为刻度单位的输出对输入图形来说, 是三倍斜率),直到互调变的干扰讯号强度超过输入讯号强度。这时的输入讯号强度,就是动态范围的上限。因为不经过射频放大级,直接将讯号输入平衡式混频器时的接收机噪声系数较低,可接收的输入讯号强度下限能往下延伸,动态范围也因此能增加一些。所以,有些厂商为了列出较大的动态范围值,就必须注明此值是在关掉前置放大器的情况下所量测到的。目前所能看到各机型的动态范围值,差不多是在 103dB 到 108dB 之间。

?影像拒斥率( Image Rejection ):>80dB ( 1.8~30MHz )

?中频拒斥率( IF Rejection ): >70dB ( 1.8~30MHz )

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图8:影像频率讯号

?影像拒斥率是接收机排斥影像频率干扰讯号的能力。超外差式电路接收到的输入讯号和本地振荡讯号经混频之后,得到本地振荡频率减去输入讯号频率的中间频率。影像讯号的频率但是频率等于本地振荡频率加上中间频率的讯号,经混频之后,同样也可以得到中间频率,也就是可以通过中频滤波器进入中频放大级,这个频率的讯号就叫做影像频率讯号。因为以本地振荡讯号的频率为准时,输入讯号频率和影像讯号频率各在本地振荡讯号频率的两侧,其与本地振荡讯号频率的距离,都等于中间频率,有如实物和影像各在镜子的两侧一样,请参照图 8。

?接收机必须有射频放大级的调谐电路,或在天线和接收机的射频放大级之间,装置有低通率波器,才有足够的能力去排除这种像频率讯号的干扰。还有,等于中间频率的干扰讯号,也有可能经过变频电路进入中频放大级。所以,中频拒斥率就是接收机排斥中间频率干扰讯号的能力。

?接收 / 发射微调范围( RIT/XIT Range ):± 9.99KHz

?中频偏移范围( IF Shift Range ):± 1.2KHz

?凹陷滤波器衰减率( Notch Filter Attenuation ):>40dB

    接收 / 发射微调的功能,是为了与对方通讯时达到零差频而设的。 如果对方的发射频率与正确的接收频率稍有偏差时, 为了清楚地抄收到对方的讯号, 我方可以使用 RIT 微调旋钮,改变接收频率去迁就对方的发射频率,以利抄收对方的讯号,但并不改变我方的发射频率。

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图9:中频偏移

    反之,如果对方反应我方的发射频率与正确的接收频率稍有偏差时,为了使对方清楚地抄收到我方的讯号, 我方可以使用 XIT 微调旋钮,改变发射频率去迁就对方的接收频率,以利对方的抄收讯号,但并不改变我方的接收频率。如果调整 VFO 主旋钮的话,则接收和发射频率同时改变,反而造成对方抄收的问题。 接收 / 发射微 调的功能也可以用来消除噪声干扰,但除了 CW 模式勉强可用之外,对语音模式并不合适。 接收 / 发射微调范围就是 RIT/XIT 微调旋钮所容许的调整范围, 通常为± 9.99KHz。

中频偏移和凹陷滤波器这两项功能,都是针对消除噪声干扰而设的。中频偏移的功能,能移动中频滤波器通频带的中心频率,经过适当的调整,可以把干扰的噪声移出滤波器的通频带之外,但仍使输入讯号保持在滤波器的通频带之内,请参照图 9。

    中频偏移范围就是中频偏移旋钮所容许的调整范围,通常为± 1.2KHz。

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图10:凹陷滤波器

    凹陷滤波器的功能,能移动凹陷滤波器的凹陷中心频率,经过适当的调整,可以把窄频带的干扰噪声正好在凹陷中心频率上,使干扰噪声的强度大大的衰减。不过,凹陷滤波器的功能,只适用于消除窄频带的 CW 噪声或 AM 载波噪声,对宽带带的语音噪声并不合适,请参照图 10。

    凹陷滤波器衰减率, 就是在凹陷中心频率上的讯号强度衰减量,通常为 20dB 到 45dB 不等,视机型而定,其衰减量越大,则效果越佳。

?声频输出功率( Audio Output Power ):>1.5W ( 8 Ω在 10% 失真时)

?声频输出阻抗( Audio Output impedance ):8 Ω

    在接收机最后级声频放大器的输出必须接上扬声器,其输出特性就以声频输出功率和声频输出阻抗这两项规格来表示。基本上,使用者需要根据这两项规格来选用适合的外接扬声器,使阻抗能匹配和功率大小亦能适当地配合,以发挥其最佳效果。

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