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无线电电子与电气工程百科全书 一个简单的短波观察者无线电接收器。 无线电电子电气工程百科全书
我们提供了一个简单的外差无线电接收器的设计，范围为 160 m。短波观察者和更有经验的无线电运动员可能都会对该接收器感兴趣。 由于其经济且尺寸小，接收器特别适合野外工作。 为了接收来自业余无线电台的信号，传统的大众广播接收器如果不进行重大现代化改造则不适合重建接收器。 问题的关键不在于它们的低灵敏度和过宽的带宽，而在于它们设计用于接收调幅（AM）信号。 另一方面，业余爱好者由于效率低而早已放弃调幅，只使用电报 (CW) 或短波 (KB) 上的单边带调制 (SSB) 来处理语音信号。 因此，接收器必须按照完全不同的原则进行设计。 特别是，它不需要幅度检测器，并且建议在低音频频率下进行主放大，这样更容易且更便宜。 CW 信号由位于业余无线电频段之一的未调制载波频率的短突发和长突发组成，在我们的例子中为 1,8...2 MHz（160 米）。 为了使信号听起来像熟悉的莫尔斯电码旋律，必须将其高频转换到 3H 范围。 这是通过安装在接收器输入端的变频器完成的（图 1），紧接在输入滤波器 Z1 之后，包含混频器 U1 和低功率辅助振荡器 - 本地振荡器 G1。
假设我们想要接收 1900 kHz 的 CW 信号。 通过将本地振荡器调谐到 1901 kHz 的频率，我们将在混频器的输出处接收和频 (3801 kHz) 和差频 (1 kHz) 的信号。 我们不需要总频率，但我们将过滤差异信号，音频（Z2），在UHF A1中放大它并将其馈送到BF1电话。 正如您所看到的，接收器确实非常简单。 SSB 信号是相同的声音，但频谱转移到射频区域。 在低频业余频段（160、80 和 40 米），SSB 信号的频谱也会反转（发射下边带 LSB）。 这意味着，当 SSB 信号的载波频率为 1900 kHz 时，其频谱从 1897 kHz 延伸到 1899,7 kHz，即 1900 kHz - (0,3 .... 3 kHz)。 抑制上边带 (USB) 占据频段 1900,3...1903 kHz，如频谱图所示（图 2）。 发出的 LSB 用粗线标记。 要接收该信号，只需将本地振荡器精确调谐到 1900 kHz 的频率即可。
外差接收器是在无线电工程刚刚兴起时发明的，大约在 1903 年，当时还没有灯或其他放大设备，但已经有了天线、电话和无阻尼振荡发生器（电弧、电机）。 在接下来的十年里，专门使用外差接收器来听觉接收电报信号。 然后电子管再生器被发明，或者三极管（1913），超外差（1917），顺便说一句，它的名字来自于外差接收器，AM开始广泛使用，而外差接收器被牢牢地长期遗忘。 无线电业余爱好者在上世纪60-70年代复兴了这项技术，并在实践中证明，具有三四个晶体管的接收器可以接收来自各大洲的广播电台，工作效果并不比大型多管设备差。 但名称却变得不同了——直接变频接收机（Direct Conversion Receiver，DCR），它强调将无线电信号频率直接转换（即转换，而不是检波）为低音频频率。 再次参考图。 1、先解释一下过滤器的用途。 Z1 输入带通滤波器可衰减来自服务和广播电台可能造成干扰的强带外信号。 其带宽可以等于业余频段的宽度，如果更窄，则滤波器可调谐。 它还削弱了本地振荡器谐波下可能的侧接收通道。 Z2 滤波器是一种低通滤波器，仅通过低于约 3 kHz 的音频“电话”频段。 超声波发声器中的隔离电容器可充分衰减低于 300 Hz 的最低频率。 滤波器 Z2 决定接收器的选择性：来自距离本地振荡器频率超过 3 kHz 的无线电台的信号将在混频器的输出处产生高于 3 kHz 的频率，因此将在低通滤波器中被有效过滤。 除了接收器的选择性之外，还具有电话的选择性（它很难再现 2,5...3 kHz 以上的频率）以及人类听觉的自然选择性（它可以完美地区分信号音调并在干扰背景下突出有用信号） - 毕竟，如果频率在无线电范围内不同，转换后它们在音频范围内也会发生变化。 在带有检测器的 AM 接收器中没有这种痕迹 - 它不关心检测什么信号（它不响应频率），因此，通过无线电路径的所有信号都会产生干扰。 外差接收器的缺点包括双边带接收：在我们的 CW 接收示例中，频率为 1902 kHz 的干扰信号也会产生 1 kHz 的差频并被接收。 有时这种干扰是可以消除的。 事实上，频率为 1900 kHz 的信号可以有两种设置 - 较高的设置（本地振荡器频率为 1901 kHz）和较低的设置（1899 kHz）。 如果在一种设置下可听到干扰，则在另一种设置下可能听不到干扰。 对于 SSB 信号，只能进行一种设置 - 1900 kHz，但所有频率为 1900 ... 1903 kHz 的信号都会产生干扰（见图 2）并且无法消除。 这个缺点只有在“堆积”接收时才显着，即当许多电台以接近的频率“挤在一起”时，听到例如罕见的“DX”。 在正常接收情况下，当电台较少且频率差距较大时，这个缺点是完全看不见的。 接收机电路图如图 3 所示。 XNUMX.
来自天线的输入信号通过小电容耦合电容器C1馈送到两路带通滤波器。 L1C2C3C4.1 滤波器的第一个电路具有相对较高的品质因数，因此带宽较窄，因此可以使用双 KPI C4.1 的一个部分来调节频率。 无需重建第二个L2C7电路，因为它的混频器负载很重，其品质因数较低，并且其带宽较宽，因此它不会调谐并通过1,8...2 MHz的整个频段。 接收器混频器由背靠背连接的两个二极管 VD1 和 VD2 组装而成。 通过电容器 C8（它也包含在低通滤波器中），来自线圈 L3 抽头的本地振荡电压被提供给混频器。 本地振荡器通过 KPI - C0,9 的另一部分在 1 ... 4.2 MHz 频段进行调谐。 正如您所看到的，本地振荡器频率是信号频率的一半，根据混频器的原理，这是必要的。 其工作原理如下。 要打开硅二极管，需要大约 0,5 V 的电压，而施加到二极管上的外差电压的幅度勉强达到 0,55 ... 0,6 V。因此，二极管仅在正向峰值处依次打开。和外差电压的负半波，即每个周期两次。 这就是信号电路以本地振荡器频率两倍进行切换的方式。 混频器对于外差接收机特别方便，因为本振信号实际上不是由天线发射的，而是被输入滤波器大大衰减，并且不会干扰其他信号（第一个外差接收机在此诞生，其中本振信号在信号频率下工作并且不容易抑制其辐射）或其自身的接收。 本机振荡器是根据晶体管VT1上的“电感三点”电路制作的。 其电路L3C6C5C4.2包含在晶体管的集电极电路中，反馈信号通过电容器C9馈送到发射极电路。 所需的基极偏置电流由电阻器 R1 设置，并通过电容器 C10 分流高频电流。 该转换器的设计方式使得不需要费力地选择混频二极管上的最佳本地振荡器电压。 这是通过本地振荡器在晶体管的低集电极-发射极电压（约 1,5 V）和低集电极电流 - 小于 0,1 mA（注意电阻器 R2 的高电阻）下的简单操作模式来实现的。 在这些条件下，本地振荡器很容易通电，但一旦线圈抽头处的振荡幅度增加到约 0,55V，混频器二极管就会在振荡峰值处打开并旁路本地振荡器电路，从而限制幅度的进一步增长。 C8L4C11 LPF 是一款简单的三阶 U 形滤波器，可在 18 kHz 截止频率之上提供每倍频程 3 dB 的斜率 (XNUMXx)。 接收器的超声波频率为两级，采用KT2系列低噪声晶体管VT3和VT3102，具有高电流传输系数。 为了简化放大器，使用了级之间的直接通信。 选择电阻器的电阻，以便自动设置晶体管的直流模式，并且几乎不依赖于温度和电源电压的波动。 晶体管VT3的电流流过连接到发射极电路的电阻器R5，在其两端产生大约0,5V的电压降，足以使晶体管VT2打开，晶体管VT4的基极通过电阻器R3连接到发射极VT2。 结果，当晶体管VT3打开时，VTXNUMX的基极电压降低，防止其电流进一步增加。 换句话说，UZCH 受到 1% 直流负反馈 (NFB) 的覆盖，这严格稳定了其模式。 这是通过集电极负载 VT3 的相对较大（与普遍接受的相比）电阻（电阻器 R4）和较小电阻器 R15 来实现的。 OOS 不适用于声音频率的交流电，因为它们是通过大容量隔直电容器 C6 闭合的。 与其串联一个可变电阻R3——音量控制。 通过引入一些电阻，我们会产生一些 OOS，从而降低增益。 这种音量控制方法很好，因为调节器安装在已经放大的信号电路中，不需要屏蔽。 此外，引入的 OOS 还减少了放大器中本来就很小的信号失真。 缺点是音量不会调为零，但这通常是没有必要的。 手机连接到VT3晶体管的集电极电路（通过XSXNUMX连接器），信号的交流电和晶体管的直流电都流过它们的线圈，这额外地磁化了手机并提高了它们的性能。 建立 UZCH 不需要。 关于细节。 开始用耳机选择它们。 您需要带有锡膜的电磁系统的普通电话，必须具有高电阻，总直流电阻为 3,2...4,4 kOhm（它们不适合电话机 - 它们是低电阻）。 作者使用的是电阻为 56 欧姆的 TA-1600m 电话机（外壳上已注明）。 仍由 Oktava 工厂生产的 TA-4、TON-2、TON-2m 也适用。 低灵敏度播放器的微型耳机不能与此接收器一起使用。 电话电源插头被声音再现设备的标准圆形三针或五针连接器取代。 连接器针脚部分的2、3针之间安装有跳线，用于连接动力电池GB1。 当手机断开连接时，电池将自动关闭。 电话线的前正极端子连接到引脚 2，这将确保偏置电流和电话永磁体产生的磁通量相加。 下一个重要细节是 KPI。 作者很幸运——他设法从内置滚珠游标的便携式晶体管接收器中找到了一个小型双KPI。 可以使用没有游标的 KPI；接收 CW 电台不会造成问题，但对 SSB 电台进行精确调谐会很困难，因为每转 400 kHz 的调谐密度太高。 选择最大直径调节旋钮或使用合适的滑轮和电缆构造您自己的游标。 具有空气电介质的 KPI 更好，但具有来自晶体管接收器的固体电介质的小尺寸 KPI 也适合。 通常它们已经配备了游标滑轮。 电容器的电容量并不重要，可以通过“拉伸”电容器C3、C5（它们的电容量必须相同）和C2、C6（电容量也相同）来选择必要的范围重叠。 接收器线圈缠绕在晶体管接收器中使用的标准三节框架上。 如果框架有四个部分，则不使用最靠近底座的部分。 线圈均匀分布在框架的所有三个部分，绕制是散装的。 框架配备了直径为 2,7 毫米的铁氧体微调器。 直径为0,12-0,15毫米的PEL线是合适的，但建议使用PELSHO，甚至更好-由几根（5-7）PEL导体0,07-0,1绞合而成的利兹线或丝中现成的利兹线编织，例如 LESHO 7x0,07。 线圈 L1 和 L2 各包含 70 匝，L3 - 140 匝，从第 40 匝开始有一个抽头，从连接到公共线的端子开始计数。 低通滤波器线圈L4缠绕在磁导率为10的铁氧体制成的环K7x4x2000上，并包含240匝PEL或PELSHO线0,07-0,1。 在没有经验的情况下上弦可能会导致问题（作者在不到一个小时的时间内上弦）。 使用由两根约 10 厘米长的铜线焊接而成的梭子。在末端，将铜线稍微分开，形成“叉子”，将细绕组线放入其中。 最好将其对折并缠绕 120 匝，然后将一根导线的开头连接到另一根导线的末端（需要欧姆表来识别引线）。 不使用所得的中间输出。 线圈 L4 可以替换为袖珍接收器的输出或传输变压器的初级绕组。 如果其电感太大并且低通滤波器的截止频率降低（通过衰减声谱的较高频率，这将通过耳朵注意到），则应稍微减小电容器C8和C11的电容。 在极端情况下，甚至可以用阻值为 2,7 ... 3,6 kOhm 的电阻器替换线圈。 此时，电容C8和C11的电容值必须减小2～3倍，接收器的选择性和灵敏度都会有所下降。 电路中使用的电容器应采用电容稳定性好的陶瓷、云母或薄膜电容器。 TKE（电容温度系数）不规则的微型电容器不适合这里，它们通常是橙色的。 不要害怕使用 KT、KD（陶瓷管状或盘状）或 KSO（压制云母）类型的老式电容器。 对电容器C8-C11的要求不太严格，任何陶瓷或金属纸（MBM）电容器都适合这里，除了TKE H70和H90组的低频陶瓷电容器（后者的电容几乎可以改变） 3次随温度波动）。 其他电容、电阻无特殊要求。 电容器C12的电容范围可以是0,1至1微法拉，C13——50微法拉及以上，C15——20至100微法拉。 音量控制的可变电阻可以是任何小尺寸的，例如SPZ-4型。 混频器中几乎可以使用任何高频硅二极管，例如KD503、KD512、KD520-KD522系列。 除了图中所示的晶体管KT361B（VT1）外，KT361、KT3107系列中的任何一个都适用。 晶体管 VT2、VT3 - 任何电流传输比为 150 ... 200 或更高的硅。 从用过的宝丽莱相机暗盒中取出一块六伏扁平电池。 其他选项也是可能的：四个串联的原电池，“Krona”电池。 接收器消耗的电流不超过0,8毫安，因此任何电源都可以持续很长时间，即使每天长时间听空气。 接收器的设计取决于您可以拿起的外壳。 笔者使用的是厚塑料制成的线盒（见《无线电》2003年第1期的接收器照片），尺寸为160x80x40毫米。 实际上，整个接收器安装在前面板上，前面板上也充当盒子的盖子。 该面板必须由单面镀箔 getinax 或玻璃纤维切割而成。 建议选择表面漂亮的不箔材质（笔者有黑色getinax）。 在面板上为天线和接地插孔、KPI、音量控制钻孔，然后用细砂纸将箔片擦亮，并用肥皂和水清洗。 电话连接器安装在盒子的底部侧壁上（图 4）。
电池放置在盒子的底部，并用薄弹性黄铜或锡制成的支架压过纸板衬里，靠在盒子的侧壁上。 电池端子由普通电线制成。 在将电池安装到接收器中之前，将它们的剥离端插入纸板电池盒中提供的窗口中。 负极端子焊接到电话插孔的主体上，正极端子焊接到插座 2 上。连接器通过四根足够长度的绞合导线连接到接收器板。 安装已安装的接收器。 这些部件的一个端子连接到一根公共电线，通过该端子（缩短到最小长度）直接焊接到箔片上。 然后，剩余的输出也用作安装架，根据图表，将其他部件的结论焊接到该安装架上。 甚至建议将相连的结点之一弯曲成小环或安装花瓣的形式。 如果零件的设计允许（KSO 型电容器、氧化物电容器），则用一滴胶水将其主体固定到电路板上会很有用。 其他安装片是控制单元和音量控制的端子。 KPE 转子板的弹簧输出必须使用单独的导体连接到板箔 - 这将使您在重建接收器时避免可能的频率跳跃，因为通过轴承的电接触绝不是最好的。 安装低通滤波器线圈时，将一小段单芯安装线焊接到板上，并将其垂直于板弯曲。 将厚纸板或塑料垫圈、线圈和另一个类似的垫圈依次放在上面，并用一滴焊料将所有东西固定。 支撑线的顶端必须绝缘，以防止匝间短路。 如果上垫圈做得较宽，则可以方便地将电容器C8和C11的端子固定在其上。 即使没有钻孔，输出也可以用烙铁“熔化”到塑料上。 环形线圈框架通常有四个用于 PCB 安装的引脚。 其中三个焊接到接收器板的箔片上，其余部分用于固定线圈的“热”输出并作为安装片。 线圈 L1 和 L2 的轴线之间的距离应约为 15 mm，以获得最佳连接。 如果要随身携带接收器远足，天气经常潮湿，最好在所有线圈的匝数处填充石蜡。 为此，烙铁和蜡烛渣就足够了。 这同样适用于所有纸板绝缘部件。 接收板上部件的大致布置如图 5 所示。 XNUMX.
当前面板垂直放置、天线插孔位于右侧、音量控制位于左侧时，接收器设计的“乐器”版本（家用）也是可能的。 在这种情况下，建议将电话连接器安装在左侧前面板上音量控制旁边，并用金属制成外壳，以保护其免受桌上其他设备的干扰。 对于其他接收器设计方案，应遵守一般规则：输入电路和电路不应靠近本地振荡器，最好将它们放置在 KPI 的两侧，这样的情况将作为自然屏幕; 外差线圈不要靠近板边放置，以排除手对频率的影响； 将 UZCH 的输入和输出电路间隔开，以减少其自激的可能性。 同时，连接线应短且靠近板的电镀表面。 最好完全不连接导体，仅使用部件的结论。 结构中连接到公共电线的金属越多越好。 从插图中很容易看出，这些规则在所提出的设计中得到了遵守。 调谐接收器很简单，只需设置所需的本地振荡器频率并调谐输入电路以获得最大信号。 但在打开接收器之前，请仔细检查安装并消除发现的错误。 通过触摸低通滤波器线圈的端子之一来验证超声波变频器的可操作性。 电话里应该能听到一声响亮的“咆哮”声。 在工作模式下，可以听到微弱的第一级噪音。 使用任何具有中波范围的广播接收机来检查本地振荡器的运行情况并将其调谐范围设置为 0,9 ... 1 MHz 是最简单的。 在此接收器中，在传输暂停期间将听到本地振荡器信号，就像强大的无线电台一样。 附近必须放置带有磁性天线的接收器，如果接收器只有一个用于连接外部天线的插孔（现在这种接收器很少见），则必须将一根电线插入其中，连接到本地振荡线圈。 在不发电的情况下，需要安装一个高电流传输系数的晶体管VT1和/或焊接一个较低阻值的电阻R2。 您可以使用来自频率已知的当地广播电台的信号来澄清辅助接收器的刻度校准。 俄罗斯中部 - “俄罗斯广播电台”（873 kHz）、“自由俄罗斯”（918 kHz）、“教堂广播电台”（963 kHz）、“斯拉维亚卡”（990 kHz）、“共鸣”或“人民浪潮”（ 1017 kHz）。 相同的信号也可用于校准接收器的刻度。 技术如下：将辅助接收机调谐到电台频率，打开调谐接收机，用调谐旋钮和L3线圈微调器改变其本振频率，直到本振信号与电台信号重叠。 辅助接收器的扬声器中会听到一声口哨声——两个信号的节拍。继续调谐，将其音调降低到零节拍，并在刻度上标记一个点——这里我们接收器的调谐频率正好等于两倍广播电台的频率。 如果辅助接收机中的电台信号完全被我们本地振荡器的信号堵塞，请稍微增加接收机之间的距离。 最后一个操作是配置输入电路。 连接至少 5 m 长的天线，甚至室内天线。 您肯定已经收到了一些信号。 通过交替旋转线圈L1和L2的微调器，获得最大接收音量。 最后将输入电路调整到远离广播电台的部分范围内比较方便，只需将噪声电平调整到最大即可。 应该注意的是，调整 L2C7 电路会稍微影响本地振荡器频率，但在调整噪声时这不会产生任何影响。 您可以通过连接和断开天线来验证设置是否正确：空气中的噪声应比接收器内部噪声大许多倍。 接收器测试结果。 使用标准信号发生器 (GSS) 测量其灵敏度，结果约为 3 μV。 考虑到 UHF 的高放大倍数（超过 10）和敏感电话的存在，这并不奇怪。 接收器的混频器实际上不会引入其自身的噪声，但其中没有URF。 最好在傍晚和夜间收听广播，此时160米的范围是“开放的”（有无线电波的远距离通道）。 白天，您只能听到当地电台工作的情况（业余爱好者了解无线电波传播的条件，通常不会在白天在此范围内广播）。 此时，由于没有160米范围的天线，作者使用长度不超过10 m的临时线天线（包括下降）对接收机进行了测试。 它从阳台延伸到屋顶栏杆，并固定在不超过1,5m高的杆子上。尽管如此，俄罗斯欧洲部分从卡累利阿到伏尔加地区和克拉斯诺达尔边疆区以及乌克兰和白俄罗斯的SSB电台都被自信地收到了。 可以从西班牙和西伯利亚的车站听到电报（我只提到最远的车站）。 散热器或水管的“接地”显着增加了接收音量。 因此，几乎所有可以在任何其他更复杂的接收器上听到的内容都被接受。 作者：V.Polyakov (RA3AAE)
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