高性能移相式短波单边带收发信机原理与制作

1、hf on信性能hf单边带/电报收发信机受国外juma trx2频频段型短波单边带/电报收发信机启发而制作的机器我制作了一个很高的动态范围，使用低噪声移相正交采样技术进行检波和调制的h印边带/电报收发信机。本机使用了 dd醛制的vfo具有极高的频率稳定性和信号纯净度。一个内置微处理器控制收发信机 的全部功能。常规1、频率范围：接收：100khz30mhz发射：在接收范围内的所有hamft段2、发射模式：lsb/usb/cwitune3、射频输出功率：最大10w4、内置键控器：自动键、手键；具有适应vox寸间的防干扰cwi控功能5、接收滤波器：具有宽/中/窄三种带宽的三个可调滤波器，默认带宽2.

2、3khz/1.7khz/700khz , 滤波器是独立于发射模式的。整形系数良好，用户可调。6、agc有快/慢两种模式7、双vfm dd跳制，具有异频收发功能8、7位数字频率显示，10hz示分辨率9、三种vfos谐速度，慢/快/很快，并具有vfo1定功能，调谐步长：10khz（很快），100hz,10hz10、具有rit （接收微调）调谐旋钮，调谐范围土 1khz, rit旋钮与rit按键分开11、图形 s表，范围 s1 s9+40db 图形 lcd 条显示，s9 = 50uv,范围 s1 s9+40db-120dbm-33dbm）12、具有用于vfo操作模式、设置和校准的eeprom13、供

3、电电压：直流13.8v（11 15v）; 标称电流：接收0.4a, 发射 3a14、外型尺寸：宽215mmi高80mmi深190mm15、前面板连接器：gx123芯航空插座，用于驻极体话筒输入或线路输入和连接ptt16、后面板连接器：3.5mmr体声插座四个，分别为：耳机/扬声器输出插座；电键/键控输入插座;rs-232插座;aux插座（用于ptt/key俞出或音频i/q输出）17、天线连接器：m形（sl- 16）天线座，标称阻抗50 q18、显示屏：蓝/ 白 lcd 屏（可选绿 / 黑屏），亮度和对比度可调。主页面显示s 表、模式、滤波器、频率、vfo vfo长；次页面显示射频输出功率、sw

4、r电源电压、功放漏极电流。19、接收灵敏度：典型值-130dbm20、 imd3 动态范围：典型范围大于100db21、镜像和中频抑制：无镜像频率响应，没有中频频率响应（基带中频解调）。22、静噪功能（cw speed按钮的第二功能）23、 ssb 发射带宽：标称2.4khz24、cw上升/下降时间：标称5ms25. ssb 载波抑制：典型值优于60db26、语音处理器：6db/oct 高频预加重话筒音频处理27、cw偏移/侧音：默认700hz,可调（二）可配置的性能：1、agc快/慢2、lpf:拐点频率设定3、发射音色处理器：on/off4、话筒输入电平：mic/line5、键控器：自动键/

5、 手键6、rs232模式：voice mem/yaesu cat/test 等，可使用 pcs时操控本机。7、显示：亮度/ 对比度 / 背光关闭延时8、校准/服务模式：基准振荡器软件校准、s表软件标定、正向功率表软件标定、供电电压显示软件标定、发射电流显示软件标定、驻波保护值设定，高低电压保护值设定，确认提示音长度设定、恢复工厂设定等。（三）选装件1、vmg音存储器才s件：共有10个存储器，#1#9容量10秒，#10容量120秒。可以使用本机 麦克风录音，也可以把本机接收下来的音频录音，并可以把录下来的内容从喇叭中回放，也可以通过调制发射向空中，由此实现自动 cq乎叫器功能。2、外置语音记存储

6、器控制装置：不是必须，也可以由pcl替代，用于操控vmg音存储器插件。（四）固件软件升级：可以同过rs-232接口用引导加载程序将he双件上载。提供最近更新的软件 固件。升级固件时，用户不需要任何特殊工具，只需用内置刷新程序和电脑的串行电缆就可以方便地升级。控制软件（固件）用c言写成，可以提供基础的源代码用于爱好者进一步试 验。电路设计本机由ddse制电路板、主板、射频低通滤波器板、功放板、外接接品板共5个pc阪组成， 其中主板上还有两块一模一样的多样板， 和一块音频滤波器板。 这样， 本机一共有大小8个 pcb板。（一）ddss制电路板说明dds方空制电路板的关键元件是 dspic30f60

7、14a微处理器。2x 16字符lcd显示屏、编 码器、按键开关、电位器、ad9851型号的dds芯片、30mhz的基准振荡器和rs232驱动芯片 等这些元件和存储在dspic30f6014a 存储器中超过3000 行的软件代码构成了本机控制单元。本电路板主要功能：1、通过 lcd 显示屏、按钮和电位器提供用户界面功能2、生成用户界面的提示音和cw 侧音3、为主板提供的i/q 本振频率4、为主板scaf 滤波器提供时钟频率5、测量来自主板和功放板的模拟输入信号6、读取和处理vfo 编码器7、为主板和功放板的控制提供数字控制信号8、提供rs232 串行接口连接外部设备9、提供cw键控功能本电路板各

8、单元说明：1、稳压器 / 电源开关dds方空制电路板的主工作电压为+5v,由电源卒入端的+14v线性稳压器供电。线性稳压 器的优点是低噪音输出，缺点是效率低、发热高。为确保最大程度散热，用户可自行diy,将dds板的+5v稳压器改装在机箱的铝制框架上。电源启动由按键、 fet 开关和软件执行，这种组合可以让用户以多种方式使用电源按键（详见操作部分）。软件可以探测电源开关按键的状态 （pwr-s摘号），按键也直接激活fet 开关，这一功能是dds板加电和软件运行所需要的。软件运行时，pwr-onk字输出信号使电源 fet 开关保持 on 状态，当用户决定关机时，软件执行电源关闭任务，并取消 pw

9、r-on 信号。2、lcd显示屏2x16字符的lcd显示屏用于显示用户界面，少数特殊字型加载到lcd显示屏的ram字符发生器，供s表显示图形。lcd模块的供电端有简单的rc滤波器，以减少射频干扰。 lcd显示屏的对比度电压和背光电流是由一个pwm型dac产生的，pwm da（ft软件、dspic30f6014apwm俞出和其它几个元件形成，rc滤波器和缓冲放大器ic3a用于对比度电 压，rc滤波器和电流发生器ic11a和q3用于lcd背光。典型的控制电压约0.5v ,背光 电流0100ma可调，通常为2050ma 3、按键开关用户界面的按键开关sw1sw6连接到dspic30f6014a的数字

10、输入端，所有输入端都由 上拉电阻保持在高电位（ 1 ）。当按下开关时，输入状态变为低电位（0）。按键的功能在软件逻辑中定义。4、vfo编码器本机普及型使用普通机械编码器，也可以选装高级高分辨率光电编码器。这个编码器安装在 dds 板上，其主要用途是vfo 调谐，也可以用来在不同的用户界面中配置功能。编码器产生两个相位正交的逻辑电平信号，软件通过相位来检测旋转方向，两种编码器信号连接到 dspic30f6014a 的中断引脚， 编码器的处理过程是由软件中断完成的， 即使在快速旋转编 码器的情况下，也可以获得平稳可靠的操作。5、模拟输入模拟信号由 dspic30f6014a 的 a/d 转换器进行

11、测量， a/d 转换器的基准电压直接由avdd +5v电源导出，dds板的电源稳压器是普通的7805。不过，应该在这里使用高品质的 元件，以保持模拟测量的精度。dds板+5v电源的电压应该是5v 0.05v或更加稳定。模拟信号共有七个，详细说明如下：电位器：cw speew rit这两个电位器直接连接到dspic30f6014a的模拟输入端，这样的安排使软件以数字格式读取电位器的位置。正向功率和反向功率：功放板上带有 swr电桥、功率峰值检测器和缓冲放大器。放大器的输 出标定为10w2.05v模拟输入。id （漏极电流）：功放板包含测量分流电阻、功率峰值检测器和缓冲放大器，放大器的 输出标定为

12、1.21v/a模拟输入。s表：主板音频agc电路产生s表电压，s9对应1v左右模拟输入。batt （供电电压）：这项测量是通过分压器取得 dds6电源的输入电压，14v俞入电压产 生3.25v模拟输入。侧音发生器：用户界面提示音和cwm音由dspic30f6014a勺计时器系统产生，侧音信号作 为5建辑信号传送到主板进行调节、滤波，并叠加到音频电路中。scaf*波器时钟发生器：开关电容（scaf滤波器用于发射通道和接收通道，sca睡波 器是一个低通滤波器，其频率响应由滤波器的时钟频率决定。滤波器的时钟由dspic30f6014a 的计时器系统产生，详见手册中操作说明的滤波器调整部分。6、数字控

13、制信号各个数字控制信号由控制软件读取和生成，其中有些信号直接连接到dspic30f6014a勺通 用数字i/o端，其它的数字信号在主板和全波段模式滤波器板中生成，数字输出通过 spi总线 控制。直接连接的i/o信号：ptt in/out :发射时，控制软件获得ptt_in言号，并进行所需要的操作，ptt_out号使 软件能够控制发射，这是cw#控器操作所需要的。dash/dotdash口dot1电键的状态输入，用于键控器软件。输入采样的时间间隔为1m&电键：电键输出控制主板上的cwi制器，信号由cw控软件和调制方式逻辑激励。主板和功放板spi总线：spi总线有四种格式，spi_sdi、spi_

14、sdo spi_clk spi_lathc 其中spi_sdi不用。spi信号受控于dspic30f6014aspi i/o 块和控制软件。为了尽量减少射 频噪声，在主板或功放板输出状态下，spi总线只在需要变换时激活。主板spi总线控制的数字输出：ssb/cw选择主板的ss城cwm乍模式sb-select 选择边带 lsbe usbnar选择ss嗽cwh!滤波器fast-agc 选择 agcs 度proc-qn选择发射语音处理器on/offnr选择噪声消除器选项on/offmic/line:选择话筒输入信号电平7m选择两波段功放板上3.5mhzl7mhz勺射频滤波器全波段滤波器和功放板数字输

15、出：输出i/o寄存器位于射频滤波器板，有两个控制信号连接到功放板：26. br b1、b2e字节二进制编码滤波器选择。详见滤波器板电路原理图。27. att-0、att-1二字节二进制编码射频衰减器控制，用于功放板。详见电路原理图。7、dd尔振analog devices公司的ad9851 dd芯片用于产生本振频率，检波混频器在一个本振周期 需要四种不同的状态（象限）。ad9851!dd做字输出是2x本振频率。ad985的输出信号和输出补码信号用于为ic7a和ic7b触发器提供时钟，触发器连接成使输出为正交信号（i/q）, 供接收和发射混频器使用。主板上的模拟开关ic8用于选择本振-a和本振-

16、b信号进入混频器的顺序。本振信号的顺序 选择所需要的边带。ad9851 dds5片由30mh基准振荡器提供时钟，基准时钟频率x 6获得dds 芯片所需的180mh内部时钟速率。ddse片由控制软件通过串行总线控制。有关详细信息， 请参阅软件的源代码和 analogdevices公司的ad985数据表。analog devices公司还在网站上 发布了非常好的应用备忘录和ddsj程。8、30mh基准振荡器生成30mh基准频率需要一个高品质晶体振荡器，最重要的参数是振荡器的相位噪声， 因为频率和错误在dds5片内都被同样放大6倍。频率精度并不那么重要，因为可以用校准设置 予以修正。良好的热稳定性是

17、必须的。dspic30f6014afc由这个基准振荡器提供时钟。当前版 本的软件运行在30mhz寸钟下。30mh颜率通过0rb线r54接到微处理器。9、话筒/线路输入话筒输入是为使用驻极体话筒设计的，驻极体话筒可以直接连接。话筒输入也可以用其 它类型的信号源。输入灵敏度级别可以用软件控制。话筒输入是gx12亢空插座。1空着不用，2接pttw号,3接地，4接话筒。10、rs23筮口dspic30f6014awar川rs232攵发器ic10缓冲。uart # 1通过主电路板和连接器板连接 到主机的后面板。这个rs232i/o可以用于pc及端连接，或者用于主机外部录音控制键盘的 连接。详见操作说明和

18、软件源代码。 uart2 2连接到j1的引脚，留作将来使用。11、选装板连接在dd敲后面的连接器（排针）j5、j8、j7,用于连接各种选装件。j5提供话筒/线路输入电路的接入。j8提供音频输出通道的接入，如果没有选装件，则应跳接（短路）j8-1和j8-2,将接收的音频信号连接到音频增益电位器。j7提供数字i/o控制和选装件电源的接入，供将来使用的 dspic30f6014a dc接口（编码/ 解码器接口）也要接线到j7。j19 （icd选接器）用于icd2的调试/编程器，如果没有板上刷新器可用或刷新器损坏， 就需要用到icd2。详见microchip的网站。（二）主板电路说明本机使用低噪声移相

19、正交采样技术进行检波和调制。主板为接收和发射处理所有的射频 和音频激励功能。一、接收部分为了得到良好的动态范围，来自天线的射频信号直接进入宽带变压器 t1,t1将50q不平 衡信号转换成200q平衡信号，然后输入到双平衡检波器（接收混频器） ic1, ic1是高速低 阻抗模拟多路调制器，受控于两个相位差为 90度的本振信号。这两个本振信号i和q来自dds 板，天线信号进入四个采样电容c4 cs c6 c7,由检波器ic1进行采样，电容中的信号在基 带频率范围内，即15kh4所有电容的具有相等的信号，但相位不同，分别是0度、90度、180 度、270度，这些信号都是完整的信号，被称为i和qj号及

20、它们的补码信号。i和qj号在差分前置放大器a1和a2中放大，放大器的增益通过反馈电阻 r” r8（精度 0.1%）设置为精确相等，信号放大后输入到到接收多相组件，q号比i信号按比例延迟了 90度（详见多相组件的说明）。多相后的信号进行缓冲，并由检测仪表型放大器a3wa4-a进一步放大。a4-a放大器输出的是15khz带宽的解调ss匿频信号，彳9号随后经ssb/cw 1st8波器组件 滤波，1st滤波器有两种带通范围，300hz2.5khz用于ssb 300hz1khz用于cw 带宽由滤 波组件的5脚选择。详见1st滤波组件的说明。经过1st滤波器后信号输入到ag（fe路，ag（fe路由可变增益

21、放大器a4-b、全波检波放大器a& agcb升/下降定时元件r44 r45 r46 r47； r67； c34 c3的成。在fastagci式，场效应 管tr6等电阻r67t计时电路并联，来自计时组件的 agc1制电压，决定反馈场效应管tr4勺电 阻，从而决定agct变增益放大器的增益。s表的信号是由直流放大器a7#理来自agce制电 压获得的，标称sft输出电压为1v寸，信号强度为s9 （50uv）; ss输出电压为2v寸，信号强 度为 s9+40db。agc勺阈值由调整电阻设定，调整可以通过在天线输入50uvj号并调节微调电阻r5侄js表读数为1v勺方法完成，读数s9a于lceh形条的中间

22、，用两个点标记。可变增益放大器a4-b的输出音频电平控制在510mv围内，后置放大器a5-a再放大到合 适的200500m瞅给开关电容滤波器（scaf ic10。sca是一个可变8阶椭圆函数低通滤波器， 拐角频率由来自dd敲的cpu寸钟频率设定，因此，用户可以设置最终接收选择性。sca的输出送到dd敲上的音频增益电位器，再输入到主板上的扬声器放大器a12。来自dds6的cvw音和提示音通过电阻r5劾口到后置放大器的音频信号中。i/q信号缓冲放大器a13-a和a13-b带宽 15khz, i和q号可以通过选择相应的auxft线从 后面板的auxs座获得。i/q输出可以用于软件检波，通过将i/q信

23、号输入到电脑的声卡予以实 现。analog measoements from pa bojrd. porir. swr. 10. volugft28khzlpf txscaft/r witchrxsc6a”祥乜2 lpfacttve ss8/cwbpfo. a)mmsiqfupflc*main board30 mhzrehrenoedds0 gcmhzoption bo jr(s)5vdcpsumicrocontroller16 = 179.999.100hz然后调节vfo旋钮到这个频率。按fast键：存入校准值并返回普通操作模式。有经验的爱好者也可以接收标准时间、标准频率发播台的信号进行基准

24、的校准。 常见问题：1、上电无反应。请检查功放板上的f1保险管是否已熔断？电源是否已进入到前面板 j4 位置？也可以直接短接j4测试：这样，一上电就自动开机。一般在大套件发货前都会进行测 试，除非接错电源，否则不会出现不能开机的情况。散件组装过程中，常见的是q1损坏，f1保险管熔断。2、外接音箱无声。一般情况下为连接器板的插座接触不良。 由于这个插座使用的是立体 声插座，如果使用单声插头，需要注意正确联线。再者检查前面板的音量电位器 r30是否焊 接良好？如果没有安装内置语音录放板 vm选件，需要把前面板的j8的1和2脚短接才会出声。3、无声。检查主板上正reg1的第1、2脚5v和reg2的1

25、脚正10v输出是否正常？ reg1 的第8脚和reg2的第8脚是否有正电源引入？ tr8是否损坏引起tr7无法导通？音频功放 a12的第6脚是否加电了？散件组装中，可以用银子轻触这个音频感应法一级级排查，从主板 a12的第3脚，音量电位器的中心抽头，主板ic10的第5脚，主板ic10的第2脚，主板a5的第2 脚，主板a4的第6脚，主板a4的第1脚，主板a3的第2脚，主板a2的第7脚，主板a2的第5脚， 主板c3等一级级由后往前查找故障。散件组装中，发现ic1这个fsts3253损坏较常见。估计 是这个ic的耐热能力差，在回流焊中被损坏了。故障现象为无法接收空中的信号或是接收灵 敏度差。同样型号

26、的ic2弱损坏也会引起单边带发射功率小。4、在调整发射时，也可以使用外接cw电键测试载波功率。注意要在菜单中正确选择cw 电键类型。小结：经过以上的调整，本机即可进行正常的接收和发射了。如果需要精确调校本机，可使用测量仪器，进入本机维修模式进行以下项目的精细调校标定：电源电压表提示音（beep ）长度s表定标正向功率表定标功放漏极电流表定标本机射频输出在10w左右，属qrp小功率发射级别，如果没有一副好的谐振天线，实际通联中会感觉吃力：对方抄收比较困难。如果需要更高功率发射，可以配接本机配套的pa100d 功率放大器，获得最高近150w 的输出功率。（选件及电脑操控篇）选件篇在平时实际空中通联或是参加业余无线电比赛时，很多朋友希望能拥有一个简单的录放音设备，这样既可以实现多段自动呼叫，又可以在信号不太好时，录下通联内容事后回放，以便确认抄收正确的内容登记通联日记。高性能移相式短波单边带收发信机中内置一块语音存储器板vm（voice menory ）组件，即可以实现这样的功能。选件 1 ： vm 语音存储器选件语音存储器是一个附加的电路板，可以装在本机ddse制板的后面。语音存储器板的核 心部分是isd1724m音录音芯片。在控制软件中，isd17240i勺内存被分为10部分，其中一个 时长约120s,其它的短一些，约11s,所有存储器的控制功能是