自制KN-830业余短波收信机

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KN830是由安徽工业大学业余电台自主设计的一款微处理器控制多波段全模式MF/HF/VHF小型业余接收机,波段覆盖160~6m全部业余波段。操作模式包括LSB、USB、CW和AM,并且囊括了我们平时需要用到的全部功能。现将制作方法介绍给爱好者,希望爱好者在遵守相关规定的前提下,根据自己的业余无线电证书级别规定的范围合理使用。

性能简介

工作频率:100kHz~60MHz连续可调

工作模式:LSB/USB/CW/AM

存储信道:100CH

频率步进:10Hz/100Hz/1kHz(CW/LSB/USB)/5kHz(AM/HF-VHF)/9kHz (AM/中波广播波段)/10kHz/100kHz;1MHz。

天线阻抗:50Ω,非对称BNC接口

频率稳定度:开机60分钟以内漂移小于20Hz, 25℃

电源电压:7.2V±10%,负极接地

电路类型:一次变频超外差

中频频率:9MHz

灵敏度:1μV/m

选择性:SSB: 3kHz/5kHz

CW: 1.5kHz/3kHz

AM: 6kHz/20kHz

音频输出:0.5W (8Ω±10%)

电路组成

机器由模拟信号处理系统、软件系统和数字系统等三部分组成。

模拟电路采用了传统的一次变频超外差式接收机程式,为了节省硬件体积和调试上的方便,这部分全部采用集成电路来完成以往需要大量分立元件的工作。而机器的VFO(本振)和BFO(拍频)则采用先进的DDS数字频率合成技术,具有分辨率高、转换速度快的优点。该电路的原理框图见图1,完整电路见本期配刊光盘。该电路的原理框图见图1,完整电路图见本期配刊刊光盘。

图2
图2 🔍原图 (992×293)

(1)信号流程

图1
图1 🔍原图 (567×425)

天线送下来的信号,经过可选择的ATT(天线衰减)后,通过预选器滤除业余段以外的频率,这部分由4个主业余段的带通滤波器和一个宽带输入回路组成。除了7MHz、14MHz、21MHz、28MHz以外,其他非业余频段都通过宽带输入回路进入由NE602组成的变频级。选择带通滤波器的工作由微处理根据机器所处的工作频率来自动控制,不需要额外的操作。

可变带通中频晶体滤波器由5只9MHz的石英晶体组成,它们的配谐电容为4只MV2105变容二极管,当变容二极管的电压发生改变时,整个中频滤波器的带通宽度就会发生变化。 微处理器控制着中频滤波器的带宽用以提供SSB/CW/AM工作模式所需要的不同特性。


(2)频率合成器的组成

图3
图3 🔍原图 (327×323)

KN830的频率合成器系统由微处理器和两个DDS系统组成,分别提供机器工作所需的VFO和BFO频率源。这两个DDS频率合成器使用了同一个基准时钟,这样做的安排是为了不使用温度补偿晶体却可达到甚至超过温度补偿晶体的频率准确度和稳定度。


(3)数字控制单元

图4
图4 🔍原图 (325×406)

这部分由单片机AT89S52及软件和执行电路构成。

24C16提供了开关机状态记忆和100个信道的频道存储,存储器为非易失的闪存方式,不需要备份电池可以维持信息100年不丢失,并可以承受100万次读写。

LM324比较器作为模拟电路和单片机I/O口的接口电路,提供了工作模式转换、软件开关机以及机器超电压告警保护等功能。

元件与安装

KN830收信机的安装比较简单,只要有一定的焊接基础都能装配成功。

安装之前,先把各种元件按类别、参数分门别类(如图2所示),安装的时候就不容易出错。

安装时先装电容、电阻等体积较小的无源器件,如果先装体积大的元件,会给安装小元件造成不便。例如:先把所有的103瓷片电容穿入电路板中再用镊子把每只电容的两个脚稍微向外折一下,这样把电路板反过来焊接时就不会出现元件掉落的现象。焊接穿入的元件后,用斜口钳把元件的长脚剪掉, 再穿入第二种元件,这样就不会给第二种元件的焊接造成麻烦。按照上面的步骤把所有元器件都焊在PCB板上。制作所需元件见附表。

图7
图7 🔍原图 (470×629)

安装时几个值得大家注意的地方:

1.所有有源元件都是有方向的,二极管的负极是带黑环的那边,应对着二极管符号的直线方向(见图3)。集成电路的缺口(小圆点)方向应对准电路板上缺口方向(见图4)。电解电容也有分正负极方向,电容的长脚一边要对着电路板上标“+”的方向。

2.安装长方形有源晶振时要注意安装方向。有小圆点的那边向着电路板上标“VCC”的方向(见图5)。

3.安装78L05时要注意按引脚顺序插入电路板中(即元件印字面向外,见图6)。

图5
图5 🔍原图 (391×528)

4.长方形有源晶振旁边的两个标有1mH的电感,可用4.7μH代替。AT89S52右边的8k、4k电阻可分别用8.2k、3.9k代替(见图7)。

图6
图6 🔍原图 (699×299)

硬件调试过程

KN830所需要的硬件调试较少,基本上装好通电就能使用。全机只有2个可调电阻及4个中周是可调元件。在AT89S52旁边的可调电阻是调节系统音量的,顺时针方向是调小系统音量(按键声)。在MC1350边上的可调电阻是调节中放增益的,顺时针是调大增益。

另外,KN830的4个中周分别是调整业余频率的4个波段(7M/14M/21M/29M)灵敏度的,笔者以调整7M为例介绍调试方法。业余条件下没有信号发生器,先接上室外天线(最好是DP天线),把机器频率调到7.0XX,模式调到LSB模式,寻找一个正在通信中的电台。收到信号以后调整7M中周的磁帽,使收到信号最强即可。其他波段的调试方法也一样。

收信使用的天线系统也是十分重要的,KN830天线设计输入阻抗是50Ω,在开始安装KN830之前,最好先架设一个符合机器要求的偶极天线。

关于电源,可以使用LM7808稳压块自制一只稳压电源。如果有条件使用6节镍氢可充电池给机器供电是最好不过了。用电池供电可以防止电源引入的一些干扰。

总之,KN830具有如下优点:

1.安装简单,适合初学入门者。

2.操作功能强大,所有功能都可以用软件调整,显示界面友好。

3.先进的数字频率合成技术组成本机振荡器、拍频振荡器,频率误差极小。

需要说明,KN830的模拟电路基本上还是传统的一次变频超外差式单边带接收机。虽然其电路结构针对全波段接收作了一些技术上的考虑,但其性能只能满足初学者进行日常的收听,和真正的进口的商品电台相比,无论是动态范围还是信噪比上都存在着相当的差距。

文/时刻