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7~22MHz手持SSB收发信机 [复制链接]

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离线cqdx
 
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132
只看楼主 倒序阅读 0楼 发表于: 01-23
真没想到,再次在此论坛发帖时,曾经那个意气风发的少年,已然成了上有老下还小的油腻中年,虽被磨平了棱角,妥协了生活,但自制手持短波收发机这个念想始终未曾磨灭,奈何时间精力有限,人生处于这个阶段想沉下心来做点事情,确实心有余而力不足。好在最终克服困难坚持了下来,此番才有机会为大家呈上这部陋作。



机器的一般参数
接收频率范围:7MHz~22MHz(全段覆盖);
发射频率范围:7MHz~22MHz(全段覆盖);
工作模式:SSB
发射功率:3~5W
本振:AD9850;
电源电压:10.5V~12.6V(低于9V时有报警提示),内置电池仓,可装317650电池;
待机电流:190mA
三维尺寸:155*76*36mm(不含M座及旋钮高度);

原理框图


电路是传统的以SA602为核心的超外差方案,论坛里也有大量成功的制作实例,引用BD6CR荣老师的话“电路常见到不打算附上”,在此不再赘述,我只是融入了自己擅长的内容,那就是滤波器部分,本机三处位置使用了滤波器,后文会重点介绍。
要实现7MHz~22MHz全段覆盖,除采用DDS数字本振外,收发共用的带通滤波器是关键,其频率必须连续可调,且具有一定的抑制能力,在保证信号通带的情况下,插入损耗尽可能的小。笔者本职工作是跳频滤波器的研发设计,所以此次制作,毫不犹豫引入了跳频滤波器的谐振电路,其基本电路如下:


实质上就是一个频率连续可调的双调谐回路其振荡频率F= 1/(2 π√(L × C)) 基本思路是:回路中电感值固定,通过改变回路中谐振电容的值,从而改变频率。因为是双调谐回路,左右两个谐振回路中的电感参数及电容值必须一致,也就是说改变电容时,左右两个回路电容必须同步改变。要改变回路中电容的值,常见方案有3种:
1种:用继电器触点开关切换回路电容;


K1闭合K2打开时,C1通过K1到地,从而接入谐振回路,产生第1个频率;当K1打开K2闭合时,C2通过K2到地,从而接入谐振回路,产生第2个频率;当K1K2都闭合时,C1C2同时接入谐振回路,从而产生第3个频率;不难看出2路谐振电容通过开关组合就产生了3个频率,如果在多加1路谐振电容增多1组开关的话,会产生多少个频率?以此类推,如果增加更多路谐振电容呢?这些留给大家思考。跳频滤波器通常是10路谐振电容。这种方案,滤波器各方面指标都好,缺点是体积大,切换速度慢,因缺点太突出,不适合现代化的通讯要求,该方案现已很少采用。
2种:用PIN二极管作开关切换回路电容;


图中VCC端口接固定电压,通常是3.3VK1K2端口接驱动电压,驱动电压为0V时,二极管导通,相当于开关闭合;驱动电压为高压时,二极管截止,相当于开关打开;需要哪路谐振电容接入回路,就让其二极管开关导通,其他路二极管截止即可。原理同继电器触点开关方案,所不同的是:开关导通时谐振电容串联C3到地,C3称为旁路电容,其容值远大于谐振电容容值,众所周知电容越串越小,一个大容值电容串一个小容值电容,串联后的容值接近小电容,就相当于谐振电容直接到地了。此种方案,滤波器指标稍差,但体积小,切换速度快,缺点是功耗大,二极管截止时需要高压,这组高压根据承受功率大小而不同,通常情况下:1瓦功率的滤波器高压为85V~120V10瓦功率的滤波器高压为200V。当前各种频段跳频滤波器基本都是这种方案。
3种:用变容二极管,改变电压从而改变电容;


如图,谐振频率随VT端电压变化而改变:VT升高,二极管结电容变小,频率变高;VT降低,二极管结电容变大,频率变低;这种方案,滤波器指标最差,同样插损情况下,抑制比上面两种差5dB左右,但其体积小,微功耗,缺点是承受功率低。该种电调谐滤波器通常用于电池供电的手持设备。
再三权衡后,本机最终选用了第3种方案。利用手头现有的壳体及PCB,将此部分单独做成了一个模块,模块尺寸为:34.5*23*12mm






完成后滤波器指标:
频率范围:7MHz~22MHz
调谐电压:2V~7V;
插入损耗:<3.4dB;
3dB相对带宽:<7%*F0;
驻波比:<1.5;
偏中心频率10%处抑制:>16dBc;
远端抑制:>45dB;
阻抗:50欧姆;
功率:-9dBm;
未完待续......
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离线cqdx
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132
只看该作者 1楼 发表于: 01-23
接上一层。
保留了几张滤波器的曲线图:















发射端功放末级低通滤波器
  
此处滤波器分为2段:7~12MHz段及12~22MHz段,谐波抑制40dB,驻波1.3内,两段滤波器通过继电器切换,这部分也做成了模块,尺寸36*27*12mm












滤波器与末级功放级联:


未完待续......
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离线cqdx
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只看该作者 2楼 发表于: 01-23
上面低通曲线:







DDS输出端低通滤波器
  这个位置的滤波器放在最后来讨论,是因方案调整,折腾最多的就是这个位置的滤波器了。早年在某宝上前后购入了2DDS模块,核心是AD9850,当时价格是22.3元,彼时的价格如今只能呵呵了。我做接收机时,直接沿用了这个模块,接收基本上是一气呵成。




  天线是一段长度约4米,直径0.8mm的漆包线,从四楼窗户垂下去,窗户下面就是新能源充电站。这种环境下:经常在40米波段收到CW也能收到SSB、在20米波段收到了很多HAM通联,也正是在20米波段,我听到了“朴成秀”这个可恶的人,他用大功率干扰我们宝贵的频段。

接收采用下变频方案,中频是4.9152MHz,要接收14.27MHz的信号,对应的DDS输出频率是19.1852MHz,而购买的DDS模块输出端串的是截止频率70MHz的低通,这个低通对19.1852MHz这个本振信号没有任何抑制作用,再加上解调后的语音听感上根本感觉不出来,所以在后续正式着手设计时,DDS输出端的低通我就省掉了(此举为不久后的更改奠定了基础),加之原来的DDS模块体积大,不适合我整体方案,所以单独做了一版,并用壳体密封起来,防止信号泄露。








20234月份正式投出了第一版,利用五一假期装了起来,穿上衣服后,机器的整体构思也就出来了。




满怀期待的进行系统测试,接收还是一如既往的稳定,发射真是一言难尽:功率出不来,本振19.1852MHz输出幅度比工作频率14.27MHz还大,近端也有2座高山,不是应该一马平川吗?哪个环节的问题呢?此时才理解书到用时方恨少啊。




  这样的测试结果让人崩溃,折腾了好久未能解决,冷静下来后,决定给恩师挂个电话,恩师果然经验丰富,三言两语便道破玄机:主要问题是混频后没有选频,其次DDS输出没有加滤波。就此,第一版以失败而告终。知道了问题所在,改板相对容易很多:主板增加了两处开关让电调滤波器收发共用、DDS模块输出端加低通。本机的工作频率是7~22MHz,对应的DDS输出频率为11.9152~26.9152MHz,所以需要2段滤波器来覆盖:12~17.5MHz段及17~27MHz段,2段滤波器用集成射频开关切换。









未完待续.......
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离线cqdx
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只看该作者 3楼 发表于: 01-23
改版后的样板8月份的时候就装好了,系统联调一直拖到了十一假期,没办法,本职工作要紧。






这次改版效果明显,14.27MHz功率出来了,但本振信号及近端2处信号依然未能彻底
削除。从测试曲线来看,根本原因是本振信号离工作频率14.27MHz太近了,前端电调滤波器对该信号的抑制能力不够,功放末级的滤波器对本振信号抑制有限(因为在通带内)。根据经验,即便增加几dB插损情况下,电调滤波器的选择性不可能提升近30dB,也不想在折腾电调滤波器了,拆装挺麻烦的。在此背景下决定背水一战:更改中频为22MHz。这样的话只需调整DDS模块内的低通即可。
  中频改为22MHz,对应的DDS输出频率为29~44MHz,滤波器1个段就能覆盖了,化繁为简更好办。












  22MHz晶体到位后,迫不及待地换了上去。受大环境影响,12月份公司基本没啥业务,正好可以接着操练。常言道,希望越大失望越大,按最新方案更改后,接收竟然不灵了:接上天线,上电,喇叭没有一点声音,音量开最大也是一样;按下PTT,也没有任何输出。仅仅是换了晶体滤波器及BFO处的晶体,其他未作任何改动,我很确定。怎么就不行了呢?各处电压正常,按下PTT,状态也能翻转,测试就这样陷入僵局了。
  提醒自己冷静,冷静,再冷静,出问题肯定是有原因的,一定可以找到解决办法。因为换了BFO处晶体,莫非就是这的问题,如果是,是什么问题呢?带着疑问,打开了SA602的中文手册,按照22MHz振荡频率,根据手册里的公式重新计算了6脚及7脚的两处电容值(之前是照着BA6BF时老师的KN-BOX来装的),还是没能解决问题。难道是晶体坏了?索性换颗试试,拆掉晶体,取了颗新的,想着先不焊上去,就用引脚碰触焊盘上电试试看,没想在碰触过程中,手一抖,晶体本应接电感的那个脚直接碰到地了,一刹那间喇叭发出了响亮的声音;而晶体正常接入的话,又是原来的现象;反复试了几次,又用拆下的晶体验证,现象都能复现。此时已经很明确了:22MHz晶体串了电感电容到地后,BFO电路不起振。原中频4.9152MHz时,电感是12uH,现在频率高了,电感应该适当减小才对。有了明确方向,验证工作显得轻松惬意,电感值最后确定为1uH,接收终于正常了。




随着BFO电路正常起振,发射端无功率问题也迎刃而解,我梦寐以求的一马平川出现了。












  对着话筒CQCQ”,随着语音节奏,输出幅度忽高忽低,声音稍微大些的话,功率能出到5W左右。以为到这一步,就可以完美收官了,岂料后面又碰到了低端出不来功率、功放自激等问题,幸运的是都一一化解了。
  站在前人肩膀上,加上不断的折腾,让我加深了对超外差电路的理解,没有枉费功夫。
  前段时间从BG9DW处“0元购”了付吉普赛多波段便携天线(WINDCAMP出品绝对精品,果然名不虚传),待春暖花开时,户外实测下具体情况。这些年辗转多地,条件有限,几乎没有在频率上出现过了,后续期待能跟朋友们通联。

感谢老婆的支持;
感谢BG9DW在校时期带我入了“无限垫”;
感谢BD9EZ无偿的帮助:当年帮我修好了XDD915、指导我完成了CW DECODER
感谢BA6BFBD6CRBD4IGH等前辈们的无私奉献;
感谢好友LZH,工作之余帮我编写本机代码。
    
SDR大行其道的今天,这种传统的台子终将会被淘汰吧;
将制作过程整理成文的想法,来自于那晚难以入眠且鼾声四起的绿皮火车上;
吐槽下当代手机:尺寸越来越大,微信时“按住说话”在屏幕最下端,单手操作难度很大;
这个东西就叫凡音吧,凡事有交代,事事有回音。
  
没几天就春节了,提前祝坛友们:龙年行大运,祥瑞照门庭!
大家好,我是BG9EO
73!再会!
[ 此帖被cqdx在2024-01-24 10:25重新编辑 ]
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离线cqdx
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132
只看该作者 4楼 发表于: 01-23
很久没发帖了,生疏了,也不知道图片是否能显示?我看到有回复,但我看不到内容。
奇怪。
见谅啊。
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离线bg9gxm
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2034
只看该作者 5楼 发表于: 01-23
好家伙 这妥妥出个套件不得焊着玩玩
近期文章:探访国内顶尖的业余无线电比赛台——BY5EA
印刷通联卡片随缘接单。主攻出版物和油标印刷:)
淘宝搜索:BG9GXM 找我~ Major Dxpedition Sponsor
我个人为了支持BY VR2 XX9 BV Ham走出去
不管是dexpedition or holiday style operation,我都可以作为sponsor赞助QSL CARD
ARRL终身会员 lifetime member。啥时候我能进ARRL董事会?
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离线BG6IYQ
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6946
只看该作者 6楼 发表于: 01-23
这个太厉害了!
离线BH8AVW
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663
只看该作者 7楼 发表于: 01-23
不错不错   支持出一致性高的套件
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1543
只看该作者 8楼 发表于: 01-24
真的很好,,,,,
离线BH1NGG
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594
只看该作者 9楼 发表于: 01-24
图片显示,能看到。????
BH1NGG
757665659@qq.com.
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185
只看该作者 10楼 发表于: 01-24
膜拜大佬!
离线BG4RFB
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845
只看该作者 11楼 发表于: 01-24
这水平妥妥的大佬骨灰级别
呼号:BG4RFB
姓名:于正洋
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11798
只看该作者 12楼 发表于: 01-24
楼主的模块化设计厉害
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514
只看该作者 13楼 发表于: 01-24
          
离线bd4vse
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134
只看该作者 14楼 发表于: 01-24
离线cqdx
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132
只看该作者 15楼 发表于: 01-24
回 bg9gxm 的帖子
bg9gxm:好家伙 这妥妥出个套件不得焊着玩玩[表情]  (2024-01-23 22:11) 

这是个情怀制作,致逝去的青春。当下成本太高了,套件额话需从长计议。
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只看该作者 16楼 发表于: 01-24
回 BG6IYQ 的帖子
BG6IYQ:这个太厉害了! (2024-01-23 22:57) 

您过奖了啊。
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只看该作者 17楼 发表于: 01-24
回 BH8AVW 的帖子
BH8AVW:不错不错   支持出一致性高的套件 (2024-01-23 23:03) 

谢谢您,当前成本太高了,套件的话从长计议。我多年前买了2片DDS,这次也就做了2台样机
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只看该作者 18楼 发表于: 01-24
回 传播 的帖子
传播:真的很好,,,,, (2024-01-24 05:07) 

谢谢,大佬面前班门弄斧,后续会持续完善的
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离线cqdx
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132
只看该作者 19楼 发表于: 01-24
回 BH1NGG 的帖子
BH1NGG:图片显示,能看到。???? (2024-01-24 05:58) 

好的,我确实晕了,前几楼是我自己回复的
见大家回复,帖子里的图片,肯定是显示了。
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