一款超外差微波功率无线收发系统的设计与优化
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摘要：该文主要以NE602元件为核心，通过对稳压整流电路、混频电路、放大电路、仿真分析等进行优化，设计出一款性能稳定、成本低廉、市场发展前景较為广阔的微波无线收发系统。
关键词： 测试;电路;稳压;灵敏度
中图分类号：TP338 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）23-0063-02
1引言
伴随着无线科技的进步，5G移动通信技术已进入我们的生活，这无疑就对传统的无线收发系统提出了更高的要求。如今，不同款式的短波收发系统已广泛地应用于4G、5G等通信领域，成了众多电子爱好者学习和研究的热点;正是基于这种原因，通过对HF频段收发信系统的学习与研究，提出了一种超外差式微波无线收发系统的设计方案;该方案在设计初期，针对系统主要技术指标做了实地定性测试，发射信道的发射频率是7. 023MHz，窄带的接收频带宽度是7. 023MHz，宽带的接收频带宽度是0.03MHz1[1]，与理论计算基本吻合，符合预期要求。经过单元电路的调试和系统统调以及各节点信号的测试，最终证明了本方案的可行性，为了使系统更加稳定，体积更加灵巧便携，该设计模块大都采用了集成电路，有效降低了系统结构的复杂程度，节省了成本资源。
2系统设计方案
2.1电路系统框图，如图1所示。
2.2设计思路及工作原理
为了达到设计的预期效果，满足测试中各项参数要求，通过软件控制来实现的微波段无线接收系统和模拟电路来实现的微波无线接收系统进行比较，模拟电路在获取测量数据信息上更加直观，逼近实际值，而且在调试过程中方便、直接、快捷，既不受其他波段的干扰也不影响公共频段的使用，经过多次模拟实验对比，最终选择了纯模拟电路组合方案;该方案主要由稳压控制、整流电路[2]、混频电路、放大电路、仿真优化、键控装置构成[3];其中，该方案的核心模块采用了一个具有低功耗带输入放大器的VHF双平衡混频器NE602A来实现信号的优先选择，该器件主要是将接收到的信号送入混频器并与混频器中的振荡频率进行混频后产生一个比较信号，而产生的这个比较信号即是CW音频信号，然后将CW音频信号送入LM386进行功率放大，该放大信号的作用主要用于关闭接收器在发射时由2N7000场效应管构成的静音电路管道中的音频信号，在构成音频振荡器中侧音信号的同时，产生的反向波使其发出“嗒嗒”的声音，捕捉到的这种声音就是通过控制缓冲放大器来实现信息收发工作的[4]，最后再通过扩增低通滤波器的高频信号与接收信号进行连接，最终完成整个信息的收发过程。
3单元电路工作原理
3.1稳压整流电路工作原理
该整流电路主要采用二极管进行整流，为了保证电路供电系统的稳定性，在整流管IN4001两端并联了两个电解电容CP4、CP7，有助于增强电路中的电流、进一步缓和输入信号对后级输出波形带来的影响，该电路在后级中设置C18有去耦合的作用，电路输入直流电压可达9～12V;稳压部分采用LM78L06进行稳压，该管子的稳压性能良好，这样就确保了输出直流电压为3～5V[5]，输出电流可达到100mA，无须外接元件内部有热过载保护和短路电流限制。
3.2 DC变频电路工作原理
空间电磁波信号将由ANT端（天线）传入W1与晶体Y1作用后，经C1进行耦合至NE602的输入端，由于该器件的输入端INA与INB已同时加入了混频后的波形，而另一端则混入了7. 023MHz标准振荡频率，从而实现了混频的目的。
该混频电路主要采用了一款具有低功耗、带输入放大器的VHF双平衡混频器NE602[6]，该混频器能在45MHz工作状态下提供18dB增益且振荡工作频率为200MHz的CMOS器件，它内含双平衡振荡器（DBM）和稳压器[7]，其中，双平衡混频器的工作频率可达500MHz[8]，因此，它最适合用于高频（HF） 和甚高频（VHF）接收机中。由于NE602采用双平衡混频器[6]并具有振荡功能[9]，故用作接收机的前端电路[10]，不仅使用方便而且能很好地用以匹配输入信号的信噪比和三阶互调指标，在没有外部高频放大的情况下，能更好地提高接收机的灵敏度[11]。
4放大选频电路的工作原理
4.1放大电路工作原理
该放大电路由音频放大电路和功率放大电路两部分组成，由于本设计要求输出的音频信号并非人声或音乐，仅仅是“滴答”声[12]，所以选用一款低损耗的音频放大器LM386较为合适，该放大器的输入电压范围小，输出电压为电源电压的一半，静态时仅消耗4mA电流，消耗功率只有0.024瓦、失真小等优点，能清晰地听见按键跟随节拍所产生“滴答滴答”的音频信号，可根据室外环境因素调整改变LM386附属电容参数，来获得不同微波频率下的波段，使增益达到理想值;同时，还可以设置一个3.5mm的标准立体声耳机接口。
在功率放大电路中，为了提高音频信号的放大效果，采用D882作为发送射频信号的功率推动管[13]，该功率管具有高电流、高饱和电压的特性，它不但可以为音频信号提供放大作用，还能为射频信号的发送提供足够的功率放大，使发送信号能够得到及时有效的传输。
4.2选频电路工作原理
选频电路主要是由并联LC选频网络来实现选频的，当有按键按下时，该电路可以准确地发送出7MHz左右的无线电波信号，根据选频公式f0[=12πL（C1C2C1+C2）]来确定发射电路中元件的参数，其中1N4148的作用为限幅器件，目的是保证D882不受瞬间尖峰波的影响而损坏;左边LED显示电路是由三极管Q5和部分电阻组成的键控装置，当有按键按下时，LED B将被点亮，用于提示用户有操作动作，LED A则关闭;当松开按键时，LED A亮，LED B灭，交替工作，确保电路工作状态良好。 5仿真分析
由于射频电路中需要用专用软件进行仿真，一些物理性传输信号则需要用Matlab等數学工具的计算和仿真，因此在设计中采用仅选取了Multisim软件对音频电路和选频电路进行仿真[14]，仿真结果如图2、图3所示，其他电路采用了测试、调试的方法来完成数据的采集。
6安装与调试
首先进行调试的是发射电路，将控制按键与调试仪器连接好并通电，通过控制按键的接通与断开来观察示波器的波形和频率计的测试值，如果频率计显示达到7MHz，说明发射模块调试成功;这里要提醒的是切不可在没连接控制按键的状态下对其进行直接通电调试，因为D882功率三极管工作在30W的大功率下，如果电路不经控制按键直接接通，那么射频电路模块将会一直处于发射信号状态，D882 则一直处在工作饱和区，一旦时间稍微久了该器件便会发烫，如果不立马断电或采取措施是很容易损坏D882功率管的。
其次，对混频模块进行调试时，先用示波器测试各个晶体振荡器各起振点是否有频率输出，然后再把示波接入到混频电路中测试，待通电后，观察NE602混频器输出波形是否正常，测试各点工作电压是否正常，若在正常值范围内即可使用天线进行实地观测。
在进行音频信号测试时，可以使用信号发生器的正弦波进行音频放大测试，将信号发声器的峰值VPP设置成毫安级，频率则可设置成1kHz来测试音频放大电路的音频放大性能，如果有条件的话最好对输入阻抗进行测试，输入阻抗越高，对前级信号的影响越小[15]。
由于我们所测的输出信号是一个7MHz的固定频率波，因此，在调试的时候需要使用双通道示波器进行波形测试，一方面通过观察示波器A通道的输出波形是否能够满足频率与峰值的要求，另一方面将音频输出端接到示波器B通道上进行音频波形测试，并观察音频放大器输出端蜂鸣器是否有“嗒嗒”的声响，最后再接到功率放大电路的输出端测试出完整的短波信号波形，计算出详细数据。
参考文献：
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