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239 型收信機改造為 CW/SSB 收發信機

No.26   1995 Mar.   p100~105,   by 劉起義 / BZ6QA



    早在無線電通信初期,人們就已經認識調幅通信的頻譜中,存在著載頻及其上、下兩個邊頻,而兩個邊帶又是完全對稱的,都同樣可以反映調制信號的訊息,因此,人們設想,只要發送一個邊帶,就可以完成訊息的傳遞任務,並推斷 SSB 單邊帶通信具有占用頻帶窄、節省功率的特點。這就意味著在一定的頻率裡,SSB 可較 AM 方式同時工作的數目多增加一倍;而在滿足相同的 S/N 信噪比、同樣的功率下,SSB 的通信距離更遠。

    隨後,這一理論很快就被越來越多的人們所證實。從理論上來講,單邊帶技術指標要求較高,但是受到當時工藝等方面的限制,認為單邊帶通信設備非一般條件所能研製,困難較大;因此,單邊帶通信的發展較慢。隨著無線電技術的發展,新器件的出現,工藝水平的不斷提高,逐漸導致成本下降。這一切發展變化,亦為目前推廣應用單邊帶技術,創造了良好的條件。

    筆者以為,心理因素非常重要,對待事物既不能過於輕視,更不能畏重而懼之。對於我們業餘者來說,理論的學習固然重要,但更重要的是實踐,在實踐中成長,培養自己動手能力,力爭所想要的並加以完成,且適中地把握技術關鍵所在,投入精力、資力,才能滿足「阻抗匹配」,以求得最大「功率輸出」的務實高效。業餘無線電愛好者可以根據自己的條件,適當地選擇實驗製作的台階,逐步提高,並向更高的目標發展。

    筆者就以 239 型收信機改造成單邊帶 SSB 收發信機為例,與各位業餘家們一起分析,並將實際電路原理圖一併介紹,拋磚引玉,跟大伙交流、共勉。

    首先,我們來看看 239 型收信機的工作程式及原理。


239 型收信機的電路分析

主要技術性能

    頻率範圍:1.5MC~30MC,共分六個波段。
    中頻頻率:第一中頻 (1335KC);第二中頻 (465KC)。
    通頻帶與選擇性 (衰減 6dB):寬帶 ≧ 5KC;窄帶(1) ≧ 1.5KC;窄帶(2) ≦ 400Hz
    靈敏度:(S/N 為 3:1 時) 一般都小於 3uV。
    電源:-12V 供電;3V 機內照明。

電路分析:

    該機的工作原理見圖一所示,電波由天線接收,經高頻放大後送至混頻器,與第一可變頻率振盪信號進行混頻,得到第一中頻信號 1335KC;經一級放大後,又送往第二混頻器,與第二本地振盪器 1.8MC,進行第二次的頻率搬移;取出 465KC 的第二中頻信號,再經過中頻第三級放大後,送至檢波級;最後由低頻放大後,推動耳機,發出音頻信號。

    由於在檢波級設有拍頻振盪器 (中心頻率為 465 ± 3KC),能調解一般 AM 調幅外,還可以接收 CW 等幅報、SSB 單邊帶的信號。

Fig 01
圖一:239 型收信機的電路原理。



單邊帶發信機電路分析

單邊帶發信機的技術要求:

    頻率穩定。載頻、無用邊帶抑制度:-30dB ~ -60dB。線性好、失真小。

單邊帶發信機的組成原理:

    單邊帶發信機的方框圖見圖二所示,一般由單邊帶信號產生器、混頻器、可變頻率振盪器、選頻回路、高頻放大以及天線調諧器組成,語音信號經拾取放大後,與載頻信號一同送至環型調制器,進行第一次的頻率搬移,得到雙邊帶 DSB 的信號,即 F1 ± FA,經過窄帶濾波器選出一個邊帶 (USB 或 LSB) 的信號。

    同時,抑制載頻及另一個邊帶信號,再經過中頻放大,送至第二混頻器,再將此單邊帶信號 (筆者取用 1.4MC) 與可變頻率振盪器 (Q1) 輸出的信號 (F2) 進行混頻,完成第二次頻率搬移,將單邊帶中頻信號,移至所需要的工作頻率上,經選頻回路選出工作頻率,濾掉假像頻率及其他殘留信號,再送入高頻線性放大器;最後,經過天線調諧器,由天線向外輻射電磁波。

Fig 02
圖二:單邊帶發信機的方框圖
Fig 09
單邊帶信號產生器

    以上為常用的單邊帶信號發射過程;當然,亦有另外形式,如移相法、濾波移相法等,均可產生單邊帶信號。目前,由於濾波法電路簡單、性能非常穩定、指標高等特點,被廣泛採用。


單邊帶收發信機改製電路分析

    前面我們分別分析了 239 型收信機與單邊帶發信機的電路,從圖一、圖二的分析對比,我們可以發現,這兩者之間有很多類似之處,如收信機設有:選頻回路、可變頻率振盪器、混頻器和濾波電路等;在發信機亦有選頻電路、可變頻率振盪器、混頻器和濾波等。而業餘通信均採用收發同頻,根據這一特點,可以得出以下結論及改製後的電路原理框圖 (圖三所示)。

Fig 03
圖三:改製後的電路原理框圖 (虛線內為原收信機電路)。

    如果要求製作的收發信機保證能夠收發同頻,可取單邊帶發信機中頻信號的頻率,與收信機第一中頻頻率完全相等,那麼,它們各自的可變頻率振盪器的工作頻率,就必然是相等的,收、發信機就可以共用一個可變頻率振盪器 (圖三中的第一本振)。

    為考慮到在改製後,不對原 239 型收信機的性能產生較大的影響,應儘量減少對原線路的更動。其具體方法是:由於該收信機的第一中頻是 1335KC,筆者選用能買到頻率最接近的 1400KC 晶體濾波器,當然,自製晶體濾波器也是可以的 (據了解,BA1CD / 劉振達等老業餘家就是採用自製的晶體濾波器,建議初學者暫時先不要自製)。

    1400KC-1335KC=65KC,頻率相差不太多,這樣就可通過改變收信機第一中頻選頻回路的參數,使其由原來的 1335KC 改變為 1400KC。對於 239 型收信機,只要調整 B25-1、B20-1、B20-2,即可解決此問題,這樣,就保證了單邊帶產生器的標稱頻率,與收信機第一中頻頻率相等的要求。

    但也因此產生新的問題,239 型收信機採用兩次變頻的程式,它的第二本振頻率是固定的 1800KC, 1800KC-1400KC=400KC,與原第二中頻 465KC 相差 65KC,對於這種情況,可以採取此種方法解決:

  1. 將第二本振的石英晶體從密封盒中取出,再用金相砂紙小心研磨石英體,並不斷用頻率計檢測,直至頻率計顯示 1865.00KC 為止 (筆者採用此法)。

  2. 可找來 465KC 的陶瓷濾波器,按圖四所示參考電路,製成振盪電路,它的四次倍頻由兩級選頻回路及一級陷波選出 1860KC 的信號。調整電容 C,使其為 1865KC,再將電路取代原電路裝入屏蔽銅罐內即可 (此方法未試,但理論上是可以的,不妨試試)。這樣,信號便可滿足下級的要求,順利通過第二中放,經檢波、放大後,推動揚聲器發音。



增加電路、改動方法

單邊帶信號產生器:

    單邊帶信號產生器是單邊帶發信機最重要的組成部分,產生單邊帶的方法有:濾波法、移相法、綜合法。

  1. 濾波法:使用晶體或機械濾波器及陶瓷濾波器,對載頻及不需要的邊帶進行抑制。
    特點:對不需要邊帶抑制度大、穩定性非常高、價格也較貴。

  2. 移相法:採用兩個調製器,其中一路,將輸入信號移相 90 度,再將這兩個調制器的輸出信號疊加,抵消了一個邊帶,以得到單邊帶信號。
    特點:不需要陡峭的邊帶濾波器,價格較低,但對不需要邊帶抑制度較低,一般在 30dB 左右。

  3. 綜合法:即移相濾波法,它是在移相法的基礎上演變而來的。
    特點:既不需要頻率陡峭的邊帶濾波器,也不必採用要求嚴格的寬帶移相網路,但仍不如濾波法的效果好。

    在這裡,筆者採用濾波法,其電路原理如圖四所示,當語音信號經受話器拾取後,送入由 LM386 等線路組成的音頻放大器,將語音信號放大到環形調制器所需要的電平。

    圖四:用濾波法產生單邊帶信號的電路原理 (請自行用300dpi列印)

    圖中的 D1、D2、R1、R2 組成信號壓縮器,以平均話音功率,改善通信效果;Q1、R3、R4、R5、C3 組成跟隨器,用來與環形調制器匹配,也起隔離作用;Q2、D7、 D8、R6、R7、B2 等則構成載頻振盪器。

    D3、D4、D5、D6、B1 等組成環形調制器,其作用是:抑制載頻的輸出,得到雙邊帶信號,是產生單邊帶信號,進行頻率搬移的重要環節。雙邊帶信號由 B1 送給下一級的邊帶濾波器,濾除載頻及無用邊帶;這裡採用 1400KC 的上邊帶晶體濾波器,保證上邊帶信號通過並進入後級,對單邊帶信號進行放大輸出。

改製電源:

    原 239 型收信機的電源,是裝置於可插入機體的扁平長方形金屬盒裡。將原電路拆除,只留電源進出口端,再將單邊帶產生器、一級寬頻放大器裝入該盒;注意屏蔽,電源引入線也必須用兩心屏蔽線,這一點非常重要,電源另由金屬盒盛入 (如圖五)。

Fig 05
圖五:原外接電源改製為綜合線路盒

主要元件的選擇與安裝:

  1. 邊帶濾波器:可選用市場上有出售的 1400KC 成品晶體濾波器。
  2. 繼電器:所有繼電器均採用微形 (筆者採用 JRC-5M),安裝時用膠水將其浮貼在屏壁上,位置以各引出線較短為準。
  3. 高頻饋電線:採用 75Ω --2,或 50Ω --2 的同軸電纜;盡可能沿四壁行走。
  4. 晶體三級管:如圖所示。
  5. 晶體二級管:均採 1N4148。
  6. 電阻:全部採用 1/8 瓦。

調試:

    由於大部分的大陸愛好者,都沒有較齊全的測量儀器,一般僅有萬用電表,這給調試工作無疑帶來較大的困難。下面筆者僅以萬用電表等簡單工具作調試為例,說明調試步驟:

  1. 所需測量設備、工具:萬用表、中波段收音機 (加裝拍頻振盪器)、五金工具。

  2. 按照電路原理圖,準備所有零件,並檢查是否良好。

  3. 製作單邊帶信號產生器:

    Fig 06
    圖六:239 底視圖(部分)。

    1. 合理安排電路印製板的零件,所選用的邊帶濾波器等的幾何尺寸因不同者可能有所不同,筆者在此僅就各部份的安排提出建議,如圖六所示,各級都應嚴格屏蔽。

    2. 建議安裝順序:音頻、載頻振盪、環形調制器、濾波器、線性放大,按順序逐級安裝,裝完一級調一級。

      將電路板接通電源,靠近中波收音機,調調收音機的頻率至 1400KC。此時,在收音機裡,一般都應能聽到載頻信號與拍頻差出的音頻信號,調諧 Ca 使聲音最小 (一部份信號有可能直接由載頻振盪串出)。這時,對著話筒講話,收音機將會發出聲音,此級即告調試完畢。中波收音機的改製,就是在檢波級加入中頻信號,± 3KC 即可。

    3. 在改製後,空中有很多愛好者問,你的本振信號是如何引出的。其實,也許你已經從圖三上看出,因混頻級、本振級均為共用,故無需再引出本振信號。

Fig 07
圖七:將原 239 型的六個波段改為六個業餘頻段方法:將鼓形波道開關的各級上蓋打開 (由四個 3mmØ 的螺釘固定),在相對應的各級,串並聯二個微調電容 10/33P;如果頻率與所需相差較遠,必須在主回路上加減電容量。如在 20 米波段,在如圖中 x 處串入 10/33P,之後再並聯一個 10/33P 的電容對地,並在主回路上並聯一個 68P 的雲母電容即可。按此方法,也可對其他型號的收信機進行改製。
Fig 08
小信號高頻寬帶放大器

    239 型收信機的頻率分為六個波段,先將這六個波段改為六個業餘頻段,即 80、40、30、20、15、10 米。方法如圖七所示。

    考慮到不同業餘頻段的工作方式也不一定相同,為了簡便,筆者採取以下方法:

    大家知道,如果業餘的話務通信頻段在 7MHz (40 米) 以下,一般都採用下邊帶 LSB 的方式;7MHz 以上則採用上邊帶 USB 的方式。筆者在 7MHz 以上工作時,將本振的頻率低於通信頻率一個中頻 (這裡是 1400KC)。這樣,在發射狀態時,本振頻率 F 加上上邊帶的中頻信號,即可得到通信頻率的上邊帶信號。

    在接收狀態時,工作程式變為 (低外差)。在 7MHz 以下工作時,將本振頻率調至高於通信頻率一個中頻。這樣,在發射狀態時,本振頻率減去一個中頻上邊帶信號,得到的是下邊帶信號。在接收狀態時,本振信號頻率減去通信頻率,正好等於收信機第一中頻 (即超外差),也滿足了收發同頻的要求,省去上、下邊帶轉換開關。


體會

    單邊帶信號產生器是單邊帶機器的心臟,它的性能好壞直接影響通信品質。這部份的調選器件、製作、調試都應格外用心,但最重要的是各級的屏蔽,不可大意。

    筆者用近兩個月的時間將其改製完畢,後又多次反覆調整,有些參數可能略有變化,特提醒同好們注意。

    該機改製後,曾與中國大陸、台灣以及日本、馬來西亞的業餘家們進行 QSO 通話試驗。其中,使用該機最早聯絡的對象是台灣的 BV2LS / 周啟宗,使用頻率 14.180MHz, USB。

Fig 10
BZ6QW 劉起義 (右) 於 1994 年 3 月帶領學生寶驗測試自製的 SSB 收發信機

    能使用自己製作或改製的設備與外界溝通,心情格外激動,真誠的希望您也來分享這一感受。筆者在整理該機資料時,正值工作較忙,不盡之處還望諒解,並期盼同行們的高見,願與各界同好暢述業餘的體驗,交流經驗,謝謝。

    1994 年 3 月於湖北武漢使用該機,輸出 15W,在與廣州 BA7KE / 黃世澄、北京 BA1CY / 周海嬰、 BA1BA / 劉淳以及蘇州的 BY4STV / 高軍進行 QSO 時,信號最好時對方報出 57 ~ 59 的強度,一般在 52 以上;也有我聽對方為 54 左右,對方卻聽不清本台信號 (51~52)。

    但值得一提的是:1994 年 6 月本人用 1W 的功率時,再次遇到 BY4STV,報出 57 的信號強度。 END



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