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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 功能篇 ( Part 5 )  

2010-04-21 15:38:25|  分类: HAM |  标签: |举报 |字号 订阅

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? 接收中频级(IF)功能

    接收部份的中频级包含中频放大器、中频滤波器、和相关的干扰讯号消除电路。

    由于经过变频之后,中间频率变为固定,中频放大器可以有较高的增益和稳定性,所以接收部份的讯号放大增益主要是来至中频放大级。同时,中频滤波器也提供了接收部份极重要的性能--选择性( Selectivity )。借着改变本地振荡器 VFO 的频率,使混频后中间频率偏移,再经由滤波器的筛选,或直接改变滤波器的通频带宽度,将干扰讯号减少或消除,这就是干扰讯号消除的原理。

    不论使用滤波器选择或调谐、偏移等其它任何方式,将中频通频带的宽度变窄,就可以减少或消除干扰讯号;但相对的也会牺牲声频输出讯号的传真度。所以在没有干扰讯号的情况下,不必无谓的牺牲传真度,将中频通频带的宽度变窄。

    中频级的控制功能很多, 包含: 中频滤波器选择、 VBT 可变频宽调谐( Variable Bandwidth Tuning )、 IF SHIFT 中频偏移、 PBT 通频带调谐( Pass-band Tuning )、IF SLOPE TUNE 中频斜率调整、和 NOTCH FILTER 凹陷滤波器等功能。这些功能都非常类似,其基本作用都在减少或消除干扰讯号,以提高接收部份的选择性。此外,还包含 AGC 自动增益控制( Automatic Gain Control )和 NB 噪声消除( Noise Blanking )等两种功能。 自动增益控制的作用在减少因电离层反射造成的接收讯号强度起伏变化;而噪声消除功能则用来消除人为的脉冲性噪声,其目的都在改善接收讯号的可读性( Readability )。

一、中频滤波器( IF Filter )选择

    收发机一般都会提供不同通频带宽度和不同过渡带斜率的滤波器选择,使不同调变模式讯号的接收,都可以获得最适当的选择性。选择较窄通频带宽度的中频滤波器,可以减少邻近频率讯号和背景噪声的干扰,对于 CW 模式来说,完全可以得到较佳的选择性和接收效果,不过对于语音模式,如 AM/SSB 来说,减少滤波器的通频带宽度却会影响声频讯号的音质,即接收的传真度( Fidelity ),所以必须在选择性和传真度两者之间作取舍。

    最阳春的机型对每一种调变模式只有一种内设的中频滤波器,其通频带宽度和过渡带斜率已定,没有选择余地。各模式标准的中频滤波器通频带宽度为:FM 模式 12KHz、 AM 模式 6KHz、SSB、CW、和 RTTY 模式 2.4KHz。稍好一点的机型,CW 模式有正常通频带较宽的滤波器, 还可以选择通频带较窄的 500Hz 滤波器,其按键开关标示为 CW/N ( N 表示窄频宽),有宽或窄两种通频带宽度供选择。较高级的机型,则可以有更多种的选择。 如 ICOM 的 IC-765,除 CW 模式之外,连 AM 模式和 RTTY 模式也都有较窄通频带的中频滤波器可供选择, 其按键开关标示为 CW/N、AM/N、RTTY/N ( N 表示窄频宽),CW、AM、和 RTTY 等三种模式,都有宽或窄两种通频带宽度供选择,其通频带宽度分别为: CW 和 RTTY 模式 2.2KHz/500Hz、AM 模式 6KHz/2.2KHz。

    IC-781 有 WIDE (宽)、 NAR (窄)、 CW 250Hz ( 9MHz )、CW 250Hz ( 455KHz )等按键开关可供选择, 其通频带宽度分别为: AM、SSB、 CW 模式 6KHz/2.4KHz; RTTY 模式 2.4KHz/250Hz。此外,还特别针对 CW 模式,在第二中频 9MHz 和第三中频 455KHz 处装置 250Hz 滤波器。

    YAESU 的 FT-990 和 FT-1000, 有 2.4KHz、2.0KHz、500Hz、和 250Hz 等按键开关可供选择,其通频带宽度分别为:AM 模式 6KHz/2.4KHz、 SSB 模式 2.4KHz/2.0KHz、CW 和 RTTY 模式 2.4KHz、2.0KHz、 500Hz、和 250Hz。

 

    KENWOOD 的 TS-850 和 TS-950,则有选择第二中频 8.83MHz 和第三中频 455KHz 中频滤波器的按键开关, 分别可以选择通频带宽度为 6KHz/2.7KHz/500Hz/250Hz 和 12KHz/6KHz/2.7KHz/500Hz 等的中频滤波器。

    有些中频滤波器也可以换装厂商提供的另一种选用滤波器,其通频带宽度虽然一样,但是过渡带斜率较陡,具有较好的选择性。

二、可变频宽调谐 VBT

    可变频宽调谐 VBT 功能又比可选择通频带宽度的中频滤波器更进一步, 使中频的通频带宽度可连续调整,比中频滤波器原先的通频带宽度更窄。

    这种功能不必启动, 随时都能使用,但只有较高级的机型,如 KENWOOD 的 TS-950 才有此功能,而 YAESU 的 FT-1000 也有此功能,只不过标示为 WIDTH 而已。

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图1:可变频宽调谐 VBT

    VBT 或 WIDTH 旋钮的正常位置在顺时针的最大方向, 就是中频滤波器原先的通频带宽度,也就是最大的中频通频带宽度。把旋钮逆时针旋转时,将使中频滤波器高频端和低频端的通频带宽度同时变窄,但其中频滤波器的中心频率保持不变,请参照图 1。例如,欲接收的 CW 讯号频率为 7010KHz,正常情况的中频滤波器中心频率就在 7010KHz。若有一邻近的干扰讯号在 7009.8KHz, 则使用可变频宽调谐 VBT 的功能,逆时针旋转旋钮,将中频滤波器原先的通频带宽度减小 200Hz,使中频通频带宽度变成 300Hz。此时, 欲接收的 7010KHz CW 讯号仍在 300Hz 频宽的通频带之内,而邻近的 7009.8KHz 干扰讯号则已排除在通频带之外,因此可达到消除干扰讯号的目

三、中频偏移 IF SHIFT

 

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图2:中频偏移 IF SHIFT

    大部份的收发机都有中频偏移的功能, 这种功能不必启动,随时都能使用。 当 SHIFT 旋钮放在正中央位置时,即是中频频率无偏移的正常情况。顺时针或逆顺时针旋转就可以让中频滤波器的中心频率向上或向下偏移,但通频带宽度仍保持不变。如有邻近频率讯号干扰时,旋转 SHIFT 旋钮, 改变中频频率,使干扰的邻近频率讯号偏移出中频滤波器的通频带之外,而欲接收的讯号仍保持在中频滤波器的通频带之内,干扰讯号因此可被消除掉。

 

    沿用上例,欲接收的 CW 讯号频率为 7010KHz,正常情况的中频滤波器中心频率就在 7010KHz。 若有一邻近的干扰讯号在 7009.8KHz,使用中频偏移 IF SHIFT 的功能, 将中频滤波器的中心频率偏移 200Hz, 变成 7010.2KHz。 此时, 欲接收的 7010KHz CW 讯号仍在 500Hz 频宽的通频带内, 邻近的 7009.8KHz 干扰讯号则已排除在通频带之外,因此可达到消除干扰讯号的目的,请参照图 2。

四、通频带调谐 PBT

    通频带调谐 PBT 类似中频偏移 IF SHIFT 的功能, ICOM 的一些机型以 PBT 的功能来取代 IF SHIFT 的功能,这种功能也不必启动,随时都能使用。 当 PBT 旋钮放在正中央位置时,即是在通频带宽度正常的情况。把旋钮顺时针或逆时针旋转时,就可以让中频滤波器的中心频率保持不变,但通频带宽度则在高频端变窄(高频截断)或低频端变窄(低频截断),只能单端改变,不能两端同时改变,请参照图 3。

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图3:通频带调谐 PBT

    再沿用上例,欲接收的 CW 讯号频率为 7010KHz,正常情况的中频滤波器中心频率就在 7010KHz。若有一邻近的干扰讯号在 7009.8KHz,使用通频带调谐 PBT 的功能, 把旋钮逆时针旋转,将中频滤波器低频端的通频带宽度截掉了 200Hz,整个通频带宽度变成 300Hz。此时,欲接收的 7010KHz CW 讯号仍在 500Hz 频宽的通频带之内,而邻近的 7009.8KHz 干扰讯号则已排除在通频带之外了。又若有一邻近的干扰讯号在 7010.2KHz,同样的,把 PBT 旋钮顺时针旋转, 将中频滤波器高频端的通频带宽度截掉了 200Hz, 使邻近的 7010.2KHz 干扰讯号被排除在通频带之外,达到消除干扰讯号的目的。

五、中频斜率调整 IF SLOPE TUNE

    中频斜率调整 IF SLOPE TUNE 类似于通频带调谐 PBT 的功能,调整时还保持中频滤波器的中心频率不变,但是可以分别从高频端和低频端将中频通频带宽度变窄。 KENWOOD 的一些机型以 IF SLOPE TUNE 的功能来取代 IF SHIFT 的功能, 这种功能也不必启动,随时都能使用。

 

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图4:中频斜率调整 IF SLOPE TUNE

    IF SLOPE TUNE 的旋钮有两个,分别为高频截断 High Cut 和低频截断 Low Cut,这两个旋钮通常做成同轴形态,High Cut 在内, Low Cut 在外。 正常时,高频截断 High Cut 旋钮在顺时针方向的最大位置, 低频截断 Low Cut 旋钮在逆时针方向的最大位置,这时其通频带宽度最大,为中频滤波器本来的通频带宽度。如果把 High Cut 旋钮逆时针旋转, 将使高频端的通频带宽度变窄,同样的,如果把 Low Cut 旋钮顺时针旋转,也将使低频端的通频带宽度变窄,请参照图 4。

    例如, 欲接收的 SSB 讯号频率为 14.200MHz, 正常情况的中频滤波器中心频率就在 14.200MHz。 若有一邻近的 CW 干扰讯号在 14.199MHz, 使用中频斜率调整 IF SLOPE TUNE,把 Low Cut 旋钮顺时针旋转,将低频端的通频带宽度截掉了 500Hz。 若又有一邻近的 SSB 干扰讯号在 14.2015MHz,再把 High Cut 旋钮逆时针旋转,将高频端的通频带宽度截掉了 600Hz,整个通频带宽度就从原先的 2.4KHz 变成 1.3KHz。 此时,欲接收的 14.200MHz SSB 讯号仍在 1.3KHz 频宽的通频带之内, 而在邻近的 14.199MHz CW 干扰讯号和 14.2015MHz SSB 干扰讯号的大部份则已排除在通频带之外。 不过,接收的 14.200MHz SSB 讯号, 已有部份被截掉,因此声频讯号会受影响,音质会变差,但应仍可了解所要传递的讯息。

六、凹陷滤波器 NOTCH FILTER

    大致上,中级以上的机型都会有凹陷滤波器 NOTCH FILTER 的功能。凹陷滤波器是一个带斥滤波器,其中心调谐频率的衰减值大概从 30dB 到 60dB,而频宽极窄。 这种功能必须要先按 NOTCH 键,才能启动功能,再转动 NOTCH 旋钮,移动凹陷滤波器的中心频率,使干扰讯号被凹陷滤波器所衰减。

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图5:凹陷滤波器 NOTCH FILTER

    例如, 欲接收的 SSB 讯号频率为 14.200MHz, 正常情况的中频滤波器中心频率就在 14.200MHz。若有一邻近的 CW 干扰讯号在 14.1992MHz,可以使用凹陷滤波器的功能,将中心调谐频率偏移到正好为干扰讯号的频率 14.1992MHz 上,就可以衰减 CW 干扰讯号的强度,达到消除干扰讯号的目的,如图 5 所示。

    因为陷波滤波器的频宽极窄,所以仅能抑制 CW 模式的干扰讯号或 AM 模式的载波讯号,对于 SSB 模式的干扰讯号则几乎无效。

 

七、自动增益控制 AGC

    在接收 DX 电台的 HF 讯号时,讯号会忽大忽小,忽强忽弱,像海浪一样,具有周期性的起伏变化。这是因为 HF 电波从发射台的天线向外幅射时,包括不同的仰角和不同的方位角,也就是有各种不同的传播路径。所以电波碰到高空的电离层,再反射下来时,在接收端的天线也会感应到经由不同传播路径的电波讯号。同时,由于电离层本身也不是处于稳定的状态,随时都在变动。

 

    因此,各个不同路径电波之间的相位关系也随时在改变。同相时,产生建设性干涉,讯号就会增强;反相时,产生破坏性干涉,讯号就会减弱。这就是所谓的多重路径传播( Multi-path Propagation )所造成的衰落( Fading ), 其强弱变化的周期大约数秒钟一次。

 

    对于多重路径传播所造成接收讯号强度的变化,如果在强讯号时,降低放大器的增益,在弱讯号时,增加放大器的增益,就可以使最后输出的声频讯号保持在固定值,这就是所谓的 AGC 自动增益控制( Automatic Gain Control )。

至于 AGC 控制讯号的取得,是把中频讯号加以整流, 经过滤波,变成直流电压的 AGC 控制讯号。将取得的 AGC 讯号往前送至前级( Front-end )的 RF 或 IF 放大器,借着偏压的改变来改变前级 RF 或 IF 放大器的增益,以达到随着接收讯号的强弱,自动调整放大器增益的效果。

    较简单的机型只有一个 AGC 键,仅能选择 AGC 动作的启动或关闭而已。较高级机型的 AGC 动作通常可以有三或四种选择: 关闭( OFF )、慢速( SLOW )、 快速( FAST )等,或再加中速( MED )。

    关闭,就是把 AGC 的动作关掉;慢速 AGC 对于输入讯号变化反应的时间常数约在 0.1 、0.2 秒左右;快速 AGC 反应的时间常数约在 1 秒,2 秒左右; 而中速 AGC 反应的时间常数则在 0.5、1 秒左右。

    适当的选择 AGC 的时间常数,有助于改善接收的情况。 通常在语音模式时,使用慢速或中速 AGC。 CW 模式或很快地转动主旋钮改变频率寻找电台时,使用快速 AGC。而关闭 AGC 动作,则是在接收微弱讯号,而又有强大讯号紧邻在旁的情况下才使用的。 至于有些机型还有自动 AUTO 的 AGC,则是厂商在不同模式时预设不同速度的 AGC,但也是遵循上述的原则。

    ICOM 的 IC-781 有五段的选择开关,可挑选 OFF、AUTO、FAST、 MED、SLOW 等其中的一种 AGC 方式,IC-765 则只有 OFF、AUTO、 FAST、SLOW 等四种可供选择,少了 MED 中速 AGC 方式。 YAESU 的 FT-1000 有 OFF、 FAST、MED、 SLOW 等四种可供选择, FT-990 则有 OFF、AUTO、FAST、SLOW 等四种 AGC 方式, 多出自动方式 AUTO, 少了 MED 中速 AGC。 KENWOOD 的 TS-950 较特殊,除了有 AGC 键启动 AGC 的动作之外,还具有可连续调整 AGC 反应时间常数的 AGC 旋钮供操作, TS-850 则有 OFF、AUTO、 FAST、SLOW 等四种 AGC 方式可供选择。

八、噪声消除 NB

    在我们周遭的环境里有许多人为噪声源,例如在都市区车辆的引擎点火噪声,或工业区马达的电刷火花噪声……等。

    有一种人为噪声类似「机关枪」声,这种噪声包含极高波幅的分离脉冲,通常是由大电流的开关或引擎的点火所造成的。由于噪声的波幅远大于讯号的波幅,单一脉冲的时间又远小于讯号的周期时间,所以我们可以很容易地将噪声从讯号中分离出来并消除掉。

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图6:噪声消除器 Noise Blanker

    这种分离式脉冲形态的噪声,可以从中频放大级引出中频讯号,另外加以放大和检波,取出噪声电压,再设定一个界限电压,当噪声脉冲超过界限电压时,由一个闸门去控制中频电路,使噪声脉冲出现的短时间内,阻挡噪声脉冲的通过,但是讯号本身同时也无法通过。所幸,单一脉冲的时间极短,对于周期较长的讯号本身影响不大。利用这种原理工作的电路叫做噪声消除器( Noise blanker ),如图 6 所示。

    噪声消除功能仅对分离式脉冲的噪声有效,例如,附近汽车或机车引擎的点火所造成噪声。而且对于需要较大频宽的 FM 或 AM 模式讯号来说,噪声消除的效果会较差。几乎所有的机型都具有噪声消除 NB 的功能,较简单的机型仅有 NB 键,以启动噪声消除功能,界限电压的位准则已预先在内部设定好,没有外面的旋钮可以随时调整。较高级的机型则除了 NB 键之外,面板上还有 NB 旋钮用以调整噪声消除的界限电压位准。

    通常界限电压位准如果调得太过低,接收到的音频讯号可能会失真,所以调到可以消除噪声的程度即可,不必过度调整,以免影响音质。

 

    KENWOOD 的机型比较特殊, TS-950 和 TS-850 有两种类型的噪声消除 NB 控制,NB 1 是针对一般短脉冲的噪声消除功能, NB 2 则是针对一般长脉冲噪声,也就是所谓的「啄木鸟」 Woodpecker 声音的噪声消除功能,分别由 NB 1 键和 NB 2 键来启动不同的噪声消除功能, 而噪声消除的界限电压位准则由 NB 旋钮加以调整。 而 TS-850 除了 NB 旋钮之外,还另有 NB 2 旋钮用以调整 NB 2 功能中欲消除脉冲时间的长短。

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