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簡單高效之副音頻產生器

No.30   1995 July   p48~50,   by 李錦鴻 / VR2GY, P.O. Box 73328 Kowloon Hong Kong



    副音頻 (SUB-AUDIO TONE) 控制電路被廣泛應用在各種無線電收發機上,尤其是在 144MHz 的 2 米波系統上。

    香港有一個著名的 2 米波轉播站,呼號 VS6KP (Kowloon Peak),開放給所有註冊業餘電台免費使用,由於它的位置在 500 公尺的山上,所以涵蓋範圍很廣泛,除了香港很多地方能觸發這個轉播站外,廣州的 BG7JG 及 BG7JA,亦常能通過它與香港的電台 QSO。

    它的上聯頻率是 145.050MHz,下聯頻率是 145.650MHz,雖然功率只有 10W,但相信在良好的傳播條件及有高增益定向天線配合時,在台灣的 BV 電台是極有可能觸發 VS6KP 這座中繼站的。最低限度,應該也能接收它的中繼訊號,希望各位 BV 電台嘗試一下。

    為了避免非註冊電台或各種非惡意的干擾 (可惜惡意干擾仍經常存在),所以 VS6KP 並不採用最常見及簡單的載波提取方式 (CARRIER ACCESS),而是採用副音頻提取的方法 (SUB-AUDIO TONE ACCESS),如圖 1 所示。

Fig 01
圖 1:VS6KP 採用副音頻提取的方法作中繼。

    前者的情況比較簡單,當我們希望經 VS6KP 中轉訊號時,就發射 145.050MHz 電波 (甲台) 到轉播站的接收部份,接收電路除了將高頻 FM 訊號還原出原來的聲音訊號外,還檢測載波的訊號強度,當達到足夠電平時,就觸發 145.650MHZ 的發射部份,並將原來的聲頻用 FM 的調制方法再發射出去。因此,其他收發機 (乙台) 便可在 145.650MHz 上收到原來甲台在 145.O50MHz 上發射的訊號。而乙台要回應甲台時,同樣是利用上述過程進行的。這種方法的好處是電路簡單,而各個電台都很容易利用它來中轉,但亦由於太過方便,便很容易出現香腸 族使用的次數更多於註冊電台。因此,為了減少這種情況 (減少而已),便在 VS6KP 的轉發過程中加入副音頻檢波器 (SUB TONE DETECTOR)。

    副音頻檢波器的作用是只有當接收訊號中有特定的副音頻,例如是 110.9Hz,同時伴在正常的音頻中時,才能使檢波器動作,去 KEY 發射部份電路。否則,發射機便沒有功率輸出。換言之,甲台如果要使用 VS6KP 的話,它的發射部份除了產生 145.050MHz 的 FM 訊號外,還要多加一個 110.9Hz 的副音頻,才能使中繼站 QSP 訊息。

    為何叫這個 110.9Hz 訊號做副音頻呢?原來正常人類的音頻頻譜大致集中在 300-3000KHz 上,300Hz 以下的頻率即使被消除,亦不會影響聲音的理解度。因此,當年 MOTOROLA 就用 67.0-250.3Hz 的音頻做各種控制電路,由於它的安排很合理,所以逐漸成為世界流行的標準。同時因為它比 300Hz 的音頻為低,所以叫做副音頻。

    讀者可能認為,如果 110.9Hz 伴著聲頻一起發射出去,豈不是下聯頻率訊號中也有這個訊號,而使乙台聽到極不舒服的「胡胡」聲嗎?要解決這個問題很簡單,只要在中繼站接收機的聲頻輸出端,加上一個 300Hz 的高通濾波器便可,它的作用是對 300Hz 以下的訊號呈現高阻狀態,而讓 300Hz 以上的聲頻通過,而排除 110.9Hz 副音頻。

    該如何產生 67.0-250.3Hz (含 110.9Hz) 的副音頻呢?當然最簡單的方法就是購買一個原廠出品的附加 TONE CARD 便可,但是一來這些 TONE CARD 並不算便宜,當您已有幾台機器,再買起來就有點心疼;二來有一些舊式收發機或自製的收發機,就很難找到適合的 TONE CARD。因此,現在向大家介紹一個簡單、價廉、體積又小的副音頻產生器,就如同我們以前所介紹的 DTMF 方法一樣,用外接拖咪的形式,只要配合不同的咪插頭,就不用管原來的機器是手機、台機或其他形式,都可以加入 110.9Hz 的副音頻,從而觸發 VS6KP 代為中繼訊號。

    整個電路如 [ 圖 2 ] 所示,主要由兩個 IC 組成。MC4060 負責振盪及 16 次分頻,即是配合很容易買到的彩色電視機副載波的石英晶體,振盪出 3579545Hz 訊號,並進行 16 次分頻,得出 223721.5Hz 訊號在第 7 腳的 Q4 端輸出。跟著是一個可變分頻系數的 IC TC 9122,它的分頻率數由 0-3999,並且採用簡單的 BCD 編碼 (BINARY-CODE-DECIMAL) 方式,這比傳統的純二進制方式方便得多。

    用計數機一按,就可知要得出 110.9Hz 的訊號,TC 9122 的分頻系數就應是 223721.5 ÷ 110.9= 2017.5 左右,現在就取 2017,這樣就在 TC 9122 的 17 腳輸出端得出很接近 110.9Hz 的訊號。

    由於 VS6KP 的副音頻選擇能力在± 2Hz 以內 (合規格的),因此少許誤差完全不成問題。TC9122 輸出的訊號由於是方形波,含有很多高次諧波,本來要加入 110.9Hz 的帶通濾波器去改善成為正弦波,但由於諧波成分主要集中在 3 次及 5 次頻率上,為了簡化電路及減少體積,故此採用簡單的 4.7K x 2 和 5uF x 2 組成的 RC 濾波電路。經濾波後的 110.9Hz 訊號與電容咪的聲頻相混合,便可輸入到收發機的 MIC IN 端進行調制。

    為了避免副音頻的成分超過聲頻而產生「胡胡」聲,所以商品化的 TONE CARD 會把 SUB TONE 的調頻指數定在± 500Hz 左右 (正常聲頻是± 4.5KHz),但是測定偏頻量的儀器不算便宜,相信很多 HAM 都沒有這個儀器。我們唯有在非繁忙時間,用另一收發機收聽 VS6KP 的下聯頻率,然後使用本電路 KEY 收發機迅速調節 5K VR,到能觸發中繼站,而 110.9Hz 的「胡胡」聲亦能被抑制為止。

    副音頻的調制偏頻量不妨適當調高些,因為在同等功率或是 QRM 較大時,這是較容易觸發 VS6KP 的,但這個方法千萬不要濫用。

    由於中繼站的副音頻在適當時間是會更改的,到時我們只要改變 TC9l22 的分頻系數,就能很容易地解決。在電路圖上,虛線的部份代表短路,否則空接就可以了。

    實際上,筆者是將以前介紹的 DTMF 電路和本電路一同裝在一個小型塑料盒上的,這樣用起來就更方便。IC4060 及 3.58MHz 的晶體應該很容易找到,至於 TC9122 的可變分頻器,亦經常用在收音機上,如果的確難找的話,可用 MC 4059 代替,但體積較大,接腳亦需更改。

    本電路耗電在 10mA 以下,所以無需特設電源,就由收發機的咪插頭中取得便可。 END



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