自制40m业余波段0.5W电报收发信机

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等幅电报(CW)是一种高效率的通信方式。本文介绍的这种CW收发机只用不到60个元件,安装在比名片还要小的印制电路板上,可用9V叠层电池供电。接上半波长偶极天线或更好的天线,在传播不差的情况下,可以与150~300km范围内的业余电台进行稳定通信,在传播特别好的情况下,可能会有更远的通信距离。

笔者对此机进行了数次反复的实验试装,并制作出样机见图1。对样机测得以下数据:

图1
图1 🔍原图 (743×545)

电源:7~14V 200mA直流

接收静态电流:约12mA

发射功率: 约0.2W(电源9V),约0.5W(电源13V)

发射杂散抑制:约-16dB,可通过增加低通滤波器改善

频率范围:7029~7032kHz,约3kHz范围(7030kHz晶体)

电路原理

电原理图见图2。接收部分为典型的NE602加LM386直变接收机。天线接收到的信号经过一个π型低通滤波器,送到高频增益电位器1K GAIN,然后经过220pF电容器和2.2μH电感器构成的40m波段带通滤波器后送给NE602混频集成电路。NE602是大家熟悉的带振荡器的平衡混频器,其8脚为电源正(不得超过8V),3脚为地(电源负),6脚与7脚外接电容和电感或晶体后可与内部的电路构成振荡器,1脚与2脚为信号平衡输入,4脚与5脚为信号平衡输出。这里,待接收信号与晶体产生的7030kHz信号混频,由于两者频率差很小,混频后直接产生音频。这种待接收信号经过一次混频后即解调出音频的接收方式称为直接变频接收,简称“直变”。为了扩展工作频率范围,在晶体上串联了电感Lvxo(2.2μH)和一个1N4007整流管。这里1N4007作为变容二极管,在可变的反压作用下,其结电容产生变化,可以使晶体振荡频率偏离标称频率一些。NE602的7脚对地接的10k电阻是为了加大晶体频率拉偏。

图2
图2 🔍原图 (1134×529)

混频产物从NE602的4脚输出,经过结型场效应管2N5485构成的发射时静音开关后,以3.3μF电容隔直,再经过100mH与0.47μF构成的LC音频低通滤波器,把混频产物中的高频成分滤除,并可突现一般处于1kHz以下的电报信号。LM386是最为常见的音频功率放大器,输出可接随身听耳机。2N5485构成的发射时静音电路设计很有讲究,10M电阻与0.01μF电容构成了一个合适的时间常数,可以在电键从按住到放开后迅速打开开关,使耳机能在发报间隙中及时听到频率上的其他电台信号,这种方式叫作全插入方式,或者叫QSK。如果时间常数太大,打开时刻较晚,就不能及时切换到接收状态。如果时间常数太小,发射信号将冲击接收电路,可能会损害操作员的听力。

发射部分利用NE602的振荡电路作为信号源,然后以三极管2N3904做缓冲放大,2N3904也作为发射键控,末级C8050是C类放大器,然后送π型低通滤波器后接天线。随着电键KEY的按下,不仅使2N3904缓冲放大器接通工作,也使NE602的输入端通过二极管1N4148拉到地,避免发射电路的高电压高频信号损坏NE602,同时,也使2N5485静音开关关闭,让电键按下时耳机无声。此电路惟一的缺憾是发射时无侧音,也就是自己发报的时候不能听到“嘀嘀嗒嗒”的电报声。

元件选择

这个电路的特点是没有使用磁环、中周等不容易买到的电感元件,而是用常见的固定电感代替。值得一提的是,在π型低通滤波器中,我们利用两个2.2μH固定电感并联,以便使电感量大致减半,也使承受功率增大。

电路的元件没有什么特殊要求,只是为了保证发射功率,2N3904的β值选择130左右,C8050的β值选择230左右。2N3904是美国的开关管,截止频率300MHz,输入电容比较小,可尝试用常见的C9013等三极管替代。结型场效应管2N5485应该可以用常见的日本管2SK30A替代。所有电感为固定电感(如电阻状的色环电感或泪滴状的色码电感均可),最好选择体积比较大的品种,以便容许更大的工作电流和功率。100mH电感外形一般与电解电容很类似,如果电感量没有合适的,可以选择82mH到150mH,只要调整一下与之配套的0.47μF电容,使电感量与电容量的乘积基本不变即可。在笔者实验中,C8050集电极接的22μH电感实际上是在磁环上绕12圈(PCB图上标为12T)替代的,这样会更稳定一些,只是由于高频磁环并不好买,所以这里不推荐。所有小于1000p的电容为高频瓷片,0.47μF电容为独石电容,大于1μF的电容为铝电解电容。所有电阻为1/4W 5%精度固定电阻。两个电位器分别是1k和10k的普通碳膜电位器。天线插座可以选择莲花插座(RCA插座),当然也可以选择Q9、SL-16等高频插座。元件清单如附表。

图3
图3 🔍原图 (425×344)

制作调试

笔者样机的单面PCB设计见图3,实验表明工作很稳定。由于功率比较小,频率也还比较低,只要稍作考虑,在那种每个焊盘均独立的万能电路实验板上应该也可以搭接成功。

推荐模块化的安装方法,可参考本刊2002年第6期《QRP电路制作要领》一文。焊接元件要从低到高,先是跳线和卧装的电阻、电感和二极管,然后是集成电路和瓷片电容,再是立装的元件。

焊接完毕必须仔细检查是否有焊锡短路或虚焊。检查无误接上电源前要确认电源的正负极性和电压为7~14V(推荐调试电压9V)。

先将电键KEY断开,在耳机插座上插入随身听用立体声耳机,应该可以听到LM386自身产生的微弱的“沙沙”声。在天线端接上47Ω 1/4W电阻作为假负载,短接KEY,模拟按下电键,检测整机电流,应该超过50mA。建议不要长时间发射,否则C8050和假负载发热比较大,容易损坏。如果有条件,可以用示波器看一看波形是否为漂亮的正弦波。笔者的样机波形见图4,示波器为CA8016 10MHz示波器,x轴为0.1μs/格,y轴为2V/格。

焊下假负载电阻,在天线端用莲花插头接上40m波段天线,应该可以听到噪音变大或者有电报信号,旋转标为10k TUNE的频率调节电位器,电报信号音调应该有所变化。如果有带精细刻度的业余接收机,可以听NE602振荡器泄漏辐射的信号,检查可调频率范围是否为3kHz左右。

可通过将78L05换成78L06并将电源电压增大到13~14V有效的增大发射功率,但是建议不要超过1W,否则π型低通滤波器和末级三极管容易过热损坏。增大功率后不要长按电键进行发射测试。

可增加Lvxo的电感量,也可将1N4007换成合适的变容管(建议15~100pF),以扩大频率范围。频率范围扩大后会使频率高低端输出幅度不均匀,也容易造成停振。

如果发射杂散抑制无法通过当地无线管理部门的检测,可以在天线端再加一级π型低通滤波器,参数为470pF、1.1μH、470pF。

使用方法

有必要提醒大家:这并不是一个非常有保障的通信设备,而是一个有挑战性的小制作,必须使用不差于全长半波偶极的谐振天线,否则由于发射功率很小,通信效果会令人失望。另外,不要指望接收的灵敏度和选择性会很好,实际情况是,需要配合全长的谐振天线才能有可接受的接收音量。选择噪音、干扰都比较小,传播好的时机进行通信实验,最好与朋友预约通信,比较好的时间是早晨8点以前,一般避免中午和下午时分,这段时间噪音较大,传播也不好。通信距离在150~300km左右比较有可能,距离更大要看传播情况和操作员的操作技巧。

如果广播干扰比较大,要用1k GAIN电位器衰减信号,这样反而可以从广播干扰中突现信号。

本机功率虽小,但是业余电台爱好者要办理有关手续后方能实施发射。如果仅为制作项目,在发射调试时要用屏蔽良好的假负载进行调试。

(文/陆司亚)