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PAUL's BASICS:
低功率通訊萬用測試盒

No.43   1996 Aug.   p106~109,   by 林茂榮 / BV5OC



    本製作把操作低功率通訊時常碰到的問題之解決工具,設計成一部低功率通訊萬用測試盒,不僅攜帶方便,而且經濟實用。參看圖 1 是詳細線路,包括有射頻場強度表、天線假負載、及駐波比值電橋、標準訊號產生器,以及斷線測試器等。

Fig 01
圖 1:低功率通訊萬用測試盒詳細線路圖。



射頻場強度測試

    要測試天線性能及輻射圖案特性時,如是有個相對的射頻場強表是最方便不過了,一般說來,相對射頻場強表可以用來確定天線的調諧系統是否理想,也可供一般的相對射頻輸出功率的參考。同時因為有調諧裝置,還可以監視操作頻率,以防萬一不慎超出業餘波段;修理發射機時,也可以暫時作為射頻訊號偵測器。

    射頻場強表線路參看圖 1,有兩個測試範圍,當 S3 開路時,是低檔,頻率範圍介於 2.6MHz~10.5MHz 之間,適用於 80、75、40、及 30 米波段;當 L1 與 T3 並聯時則是高檔,測試頻率範圍是 6.9MHz~25.4MHz 之間,可以供 40、30、15、及 12 米波段使用。

低頻範圍
波段(m) C1設定(時鐘位置)
80 12:30
40 2:30
30 3:00
高頻範圍
波段(m) C1設定(時鐘位置)
40 12:30
30 12:30
20 2:00
15 2:30
12 3:00
表 1:射頻場強表的設定範圍。

    C1 是小型廣播波段收音機用的選台電容,其他形式的電容也可以用,只要最大電容量在 365pF-400pF 之間,而最小的電容值則要 20pF 以下,如果有廢棄不用的小型 AM 收音機,裡頭選台用的可變電容也可以拿來用,把這電容並聯接用 (這類電容通常有兩只可同步改變電容,一個供本地振盪線路使用,以提供選台;另一個則連接射頻放大調諧線路,以增加接收機的選擇性),這類電容可以提供約 225pF 左右的最大電容值。

    前面說過,可變電容必須要有 400pF 左右的最大值,225pF 當然不夠用,因此會影響到射頻場強表的調諧範圍,但是可以利用開關在 C1 上頭並聯加入一固定電容,就可以把低頻延伸到我們想要的範圍。這時候表 1 所示的參考資料也就不能用了。

    T3 的次級線圈提供了 D1 及 D2 所需要的低阻抗,這線路同時還有預防調諧線路輸出超過負載,這樣線路的 Q 質才能保住,Q 質太低會影響這萬用測試儀器的靈敏度。

    D1 及 D2 構成了電壓倍增線路,射頻訊號經過整流檢波之後,就直接驅動 M1 表頭的指針,因此射頻場強度越大,表頭的電流讀數就越高。C1 可以調整讓指針讀數最高,而 R6 則是表頭的靈敏度調整,可以防止表頭指針超過刻度範圍,拉出總長約 60 公分左右的伸縮天線接在 J1 上,應該足供大多數情況的射頻場強測試。


天線假負載

射頻功率 (W) 表頭刻度
5 10
4 9
3 8
2 7
1 5
0.5 3.5
0.25 1.5
0.1 1
表 2: 200 微安培表頭的校正讀數。

    圖 1 內所示的天線假負載線路,是使用 4 只 200 歐姆的電阻 (R1~R4) 並聯起來,每只電阻的額定功率 2 瓦。假負載上的射頻訊號經過 D3 檢波及 C4 濾波,所得到的直流電壓訊號經由 S1 開關,可以加到 M1 表頭上,表頭線路與天線假負載之間由 R5 做隔離,可以使表頭顯示有更好的線性曲線,從表頭就可以看出發射機的輸出功率大小。

    如果要知道表頭顯示的正確功率值,就必須要做校正:拿一已知功率的訊號加到這天線假負載上,然後調整 R6 到 5 瓦的刻度,再把功率以 1 瓦大小逐步降低,這樣就可以校正出整個表頭的刻度,這些結果可以記錄下來供日後參考,參看表 2。你可以直接以轉印紙標在表頭刻度上端或表頭的面板上。

    駐波比值電橋有很多種,這裡選用天線假負載兼做駐波比值電橋,使整個線路更簡化不少。


駐波比值電橋

    有好幾種駐波比值電橋線路可以選擇,可以選用電阻性的電橋,這裡使用環型變壓器為主的駐波比值電橋,之所以選用這個線路是因為它的測量範圍廣,所需的功率可以在 350 毫瓦到 25 瓦之間。

    D4 及 D5 可以透過 S2 開關把順向或折射的射頻訊號做整流,之後直流電壓也是被送到表頭線路。微調電容 C5 及 C6 與 C9 構成了分壓網路,這些微調電容是要在 J3 及 J4 接用 50 歐姆負載時,調整到駐波比值電橋有最深的共振。調整駐波比值電橋共振時,在 J2 及 J3 或 J4 之間,必須要有同軸電纜線連接在一起。

    調整電橋時,先把 S2 放在 FWD 位置,在 J4 加上 50 歐姆的假負載,然後從 J3 加入發射訊號,調整 R6,使表頭 M1 指針達到滿刻度。之後,把 S2 扳到 REF 位置,然後調整 C6,使指針讀數為零。接著把 J3 及 J4 的接線互相交換,也就是 J4 接發射機,而 J3 接假負載,此時 S2 又要扳回到 FWD 位置,發射機起動,調整 C5,此表頭指針讀數為零。為了完全去除 C5 及 C6 的交互影響,這種調整手續需要再一次調整。


表頭線路

    M1 所使用的是 200 微安培的表頭,除了傳統的表頭,在電子材料行也可以買到扁平狀的表頭,這些表頭大多數是供 FM 選台器或 CB 機訊號強度指示用的。選用 50 微安培或是 100 微安培的表頭也可以,這會使靈敏度增加,對於測量射頻場強度或駐波比值特別有利。一般傳統的表頭指針阻尼設計都不錯,因此也比長方形的表頭更容易讀取數值。

Fig 02
圖 2:低功率通訊萬用測試盒完成後的外觀與內部情況。



100KHz 標準訊號產生器

    表面上看來標準訊號產生器似乎沒有什麼用途,但是針對低功率電臺操作而言,操作發射機時,尤其是自製的可變頻率振盪器,為了簡化線路,往往都會省去繁複的補償,所以如果溫度產生大變化,或受到碰撞等,輸出的頻率往往有很大的偏移。當然這類的問題也不僅止於自製的發射機,一些低功率通訊用的收發機套件,也都會有類似的問題。

    基本上這些包括自製的簡易收發機,例如可變電容,或是富有鐵粉芯的電感,受到強烈撞擊時,為了要確保刻度上的指示還算正確,就必須要常常利用標準訊號產生器來做校正。

    圖 1 線路中,標準訊號產生器線路主要就是提供這類校正用的,Q1 是 100KHz 的石英振盪器線路,C10 及 C12 是回饋電容,以保證這線路投入電源時可以產生振盪。這兩枚電容可能因為使用的石英晶體種類不同而需要修正。

    Q2 是寬頻帶放大器,利用它來產生輸出更強的 100KHz 訊號,這樣才能讓 D6 及 D7 產生更多階的諧波,以便產生更高頻率的諧波。利用二極體讓 Q2 的輸出訊號產生失真,就可以製造出類似梳狀訊號產生器的作用,Q2 輸出訊號要夠強,才能產生有用的標準訊號,尤其是 40 公尺波段以上的訊號,在有很強的 QRM 及 QRN 情況,這標準訊號產生器的訊號也許敵不過雜訊,而無法讓接收機收聽到,而必須要把天線拆除。

    T2 可以調整的範圍很大,以便和 C16 產生共振。R13 從 D6 及 D7 取得直流偏壓,成為 Q2 的負載。

    這標準訊號產生器是靠 9V 電池供電,一般狀況很容易忘了把 S4 關掉,這樣標準訊號產生器一直打開,電池很容易把電耗罄。所以攜帶外出時,別忘了帶一只 9V 電池備用。

Fig 03
圖 3:標準訊號產生器線路。

    買全新的 100KHz 石英晶體可能很昂貴,可以從古老的接收機或收發機中找到舊品,如果沒有的話,也可以選擇比較便宜的石英晶體,也許它的額定頻率是 500KHz 或是 1MHz,但可以利用除頻線路把它降到 100KHz,這一定會比買全新的 100KHz 石英晶體更經濟。要不然,也可以利用更經濟的 LC 振盪線路,如圖 3 所示,一定要隨時與標準頻率發播台的訊號比較,以確定振盪頻率的精確及穩定。

    這裡標準訊號產生器線路可以利用同軸電纜接到 J5 及可以接收標時台訊號的接收機來做校正,把接收機頻率調到標時台,然後調整 C11,使標準訊號產生器的訊號與標時台訊號出現零拍頻。這樣的校正,至少每個月要做一次,以確保標準訊號產生器輸出頻率準確的訊號。

    要校正接收機時,利用同軸電纜把 J5 接到接收機天線輸入端,如果發現校正訊號太強,可以降低 C16 的電容值,把接收機調到剛好是 100KHz 整數倍的頻率上頭,然後調整接收機的微調產生零拍頻,這樣接收機就算完成了校正,校正過的接收機可以用來核對發射機輸出訊號的頻率。


斷線測試器

    在線路上添加 R14 及 J6 與 J7,這樣就可以利用表頭來做斷線測試器,這樣簡單的線路,只要加上 BT2 乾電池,就可以知道接在 J6 及 J7 之間的導線是斷路或短路,表頭指針滿刻度表示短路,指針不動表示斷路。

    因為斷線測試器所需要的電源是串連的,所以不需要電源開關,要待測的 J6 及 J7 之間短路,電池才會耗電。R14 是針對 200 微安培表頭而言的,不同的表頭,R14 需要更換不同值。做斷線測試時,S1 擺在哪個位置都可以,接在 S1 開關上的二極體,是為了防止 BT2 的電流跑到別的線路裡頭。


注意事項

    圖 1 電子線路用的線路板如圖 4 所示,零件的擺放參看圖 5 所示。R14 並沒有放在線路板上,而是直接焊在 J6 及 R6 上頭。所有在線路板上的環型磁環變壓器都是垂直安放,利用膠水或螺絲固定劑來固定也可以。

Fig 04
圖 4:製作圖 1 線路的線路板 (1:1)。

Fig 05
圖 5:圖 4 線路板的零件擺放。

    在面板上的安排,常用的開關及旋鈕都在面板上,標準訊號產生器的電源開關 S4 則放在背板上,9V 電池使用 U 型固定架,BT2 是 1.5V 電池,可以買到單枚的電池盒來用。

    參看圖 1B,從 J1 出來串上了一只 6.8pF 電容,如果測試射頻場強表時使用的是長天線,就必須要加上這只電容;或利用這射頻場強表當作射頻訊號偵測器時,也要加上這只電容,以做有效隔離,不讓調諧線路與天線或偵測線路彼此產生太大的影響,如果沒有添加這只電容,會使射頻場強表的測量頻率受到很大的限制,同時也會使 Q 質降低。

    駐波比值電橋的最大靈敏度是 350 毫瓦,這已經足夠大多數低功率通訊使用。如果要使天線假負載的表頭線路更靈敏,可以降低 R5 電阻值,根據線路上的 R5 電阻值,電表線路的最大靈敏度是 100 毫瓦。

    天線假負載的額定功率是 4 瓦,如果超過 4 瓦,必須要斷續使用,例如持續 30 秒之後,必須要中斷一些時間,讓電阻冷卻下來。

    如果要讓射頻場度表涵蓋 10 米波段,可以除掉 L1 線圈 2 圈,這裡之所以不包括 10 米波段,是因為時值太陽黑子低潮,根本沒有機會用到 10 米波段,尤其是低功率。 END



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