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積分式靜音線路 --
監視散亂型 E 電離層傳導狀況

No.44   1996 Sep.   p133~135,   by 編輯部



    散亂型 E 電離層對超高頻與極高頻電波傳導的影響,就如它的名稱一樣,既「散」又「亂」;雖然發生散亂型 E 電離層有它的季節性及一些規則性的脈絡可循,但是沒人能夠真正抓住何時會有散亂型 E 電離層傳導狀況發生。


監視散亂型 E 電離層傳導狀況

    散亂型 E 電離層的影響,大都是發生在 10 米或 6 米波段,有時也會影響 2 米波段,偶而對 70 公分波段也會有影響。你當然不可能整天都待在接收機旁或調轉頻率旋鈕,或是注視著接收機的訊號強度指針,甚至傾聽接收機喇叭發出的聲音,來爭取可能只有出現幾分鐘的電波傳導。

    那麼有什麼方法可以不用那麼吃力地監視散亂型 E 電離層傳導狀況嗎?當然可以,以業餘的方法,可以在接收機上加個積分式的靜音線路。下面要介紹的這個積分式靜音線路,平常接在打開的接收機上,一旦散亂型 E 電離層發生時,它可以發出警報聲。因此這個線路對於喜愛極高頻或是超高頻遠距離通訊的朋友,可以說是必備的,有了它,很容易就可以抓住散亂型 E 電離層狀況。

    不僅老式的接收機上往往沒有靜音線路,就算是有靜音線路的接收機,機上所附的靜音線路,往往也不符需要,因為一般的接收機靜音線路,不只對於微弱訊號的反應不夠靈敏,反而對於短的脈衝雜訊會有過度反應,這也就是為什麼不能使用接收機上的靜音線路來監聽散亂型 E 電離層傳播的訊號,而要利用這高靈敏度的積分式靜音線路。

    這裡的積分式靜音線路,並不是要用作一般通訊時的靜音功能,而是可以在進行 CW、SSB 遠距離通訊,出現有微弱訊號時,提供警報功能。


線路特性

    這積分式靜音線路是接在接收機的喇叭輸出上,所以使用時不需要更改接收機線路。供電是使用 +12 伏特電源。考慮到有時通訊實驗都是在野外進行的 (例如每年舉辦的中、日、韓極、超高頻通訊實驗),因此可以蓄電池供電,很方便在野外使用。

    整部積分式靜音線路的核心是以運算放大器組成的積分器,這積分器的特性是有記憶作用以及兼有反應慢的特色,所以一般容易出現的爆米花式的短而尖脈衝雜訊 (QRN),不會影響本線路的正常操作,但是一有訊號,就算這訊號非常微弱,只要訊號維持幾秒的時間,因為設計獨特的積分線路作用,就可以觸發這積分式靜音線路,產生警報聲,告知有散亂型 E 電離層發生。

    這積分器線路的充電時間與訊號強弱及週期比有關,輸入強的訊號,幾乎可以瞬間就啟動警報;而因為積分器上的記憶效應,就算是微弱的 SSB 語音訊號或滴滴答答的 CW 訊號,也都可以正常反應過來,只是時間慢了些,不過這也有助於抓住瞬間的微弱訊號。

    沒有這積分式靜音線路的瞥報,很可能就會錯過了這些微弱訊號;就算是訊號突然消失,這積分式靜音線路也可以保持幾秒鐘,等待可能隨後又出現的微弱訊號而觸發警報聲。

    積分式靜音線路被觸發之後,會有聲頻的警報聲,同時也可以觸動警示燈亮起,如果有必要的話,也可以觸發外接的蜂鳴器,或其他遙測警報訊號,例如對於真正發燒的朋友,這個外接控制器,可以接到門鈴或是全家的照明電源,這樣一來,只要發生有散亂型 E 電離層,不論你在家裡的哪一個角落,都可以聽到門鈴聲,或者是看到照明燈閃爍著。


線路說明

    附圖是完整的積分式靜音線路,接收機的聲音經由靜音開關 S1,再到繼電器 K1,這控制了接收機的聲音訊號到喇叭輸出。

    這裡使用了一只小型的聲頻變壓器,此處用法與一般的相反,這可以升高聲頻訊號的振幅。而觸發位準調整是用來調整檢波器 D2 輸出的,這訊號用來推動積分器 U1A 的反相輸入端,只要檢波器出現達到觸發位準的電壓,就可以使積分器輸出跳到高電位;平時沒有訊號時,因為積分器的正相輸入端有些許的偏壓存在,所以會讓積分器的輸出保持低電位,提供這積分式靜音線路的放電及重置 (RESET) 功能。

Fig 01
積分式靜音線路的完整線路

    積分器的輸出則送到一比較器 (U1B) 的反相輸入端,沒有訊號時,正相的微小偏壓,可以保持比較器的輸出在低電位,當有訊號推動積分器,讓積分器的輸出電壓高出比較器的參考電位時,比較器的輸出會跳到高電位,同時也觸動了繼電器 K1。

    C2 及 D2 構成了一個檢波器,因為 U1A 是運算放大器,所以有很高的輸入阻抗,與檢波器輸出所構成的時間常數,可以大到讓整個訊號週期內的尖峰訊號都有機會對積分器充電。

    積分器的充電速率,是由 R1 及 C1 所構成的時間因數,以及檢波器的輸出振幅 (相當於訊號強度) 來決定的。U1A 實際上是充電時的電流源,也是放電時的納電流桶。積分器的正相輸入端偏壓,要盡量保持在最低的電位,才能有最好的靈敏度,這樣就算是輸入音量很低時,可以確保這積分或靜音線路依然正常運作。

    繼電器 K1 沒被觸動時,R3 就當成是接收機聲頻輸出訊號的負載,這樣才可以讓檢波器的輸入訊號保持固定,不會因為觸發動作 (負載轉到喇叭上) 而影響了檢波器的輸入訊號位準。如果沒有這負載電阻,一旦訊號被接上喇叭時,檢波器的輸入訊號位準就會下降,這樣會使繼電器出現像是「振盪」的運續「開」、「關」動作。這裡的 R3 電阻值,一定要與喇叭的阻抗匹配才行。

    為了不讓繼電器有彈跳現象,就加了 R2,這電阻不能像是其他線路的阻值一樣,是因為這電阻會讓積分式靜音線路的靈敏度降低;也因為加了這電阻的關係,觸發電位是 2 伏特,但是要降到 1.9 伏特時才會釋放。


裝組

    零散或隨處蒐集的老舊電阻,可能會有過大的誤差,因此最好使用新購的電阻。指示燈的燈座,可以選用有黃色燈罩的燈座,這樣可以讓燈亮起時,有明顯的警示作用。穩壓 IC 78L05 不難買到,使用 78M05 或是 7805 也未嘗不可,也許你的零件盒內就有現成的。至於鍺質二極體,因為量小,電子零件材料行可能要多問幾家,購買時,若商家有三用電表,不要忘了量看看這二極體的順向偏壓,應該低於 0.3 伏特。

    表頭當然也有許多選擇,這裡的表頭是使用 0-100uA,也可以自行決定,只要能方便串接電阻讓表頭的滿刻度是 4~5 伏特就可以了。至於表頭上的刻度,那是無關緊要的,因為要看的是表頭內指針的上下移動,而不是指針在刻度上的位置;而且比較器的觸發點是 2 伏特,已經接近表頭的中央位置。表頭的作用只是要看到訊號的充放電傾向,這對於校正訊號時有很大的幫助。表頭在這裡並不是測量用的,沒有必要講求精確刻度。

    推動繼電器的電晶體 Q1 是 NPN 型的 2N2222,不過只要任何額定電壓 25 伏特,電流 600 毫安培的 NPN 電晶體都可以適用。這裡使用的警示裝置 LS1 採用壓電式的蜂鳴器,足以產生夠大的警示作用。

    一般而言,整個線路包括積分器、繼電器、警示燈等,以 12 伏特 500 毫安培供電應該就夠用了。如果要利用遙測的警示裝置,或者是吃電很兇的警報裝置,那麼就應該獨立供電。例如利用現成的汽車煞車燈,當在 6 公尺波段操作時,把積分或靜音線路與煞車燈警示裝在 2 米波段接收機上,一有可供 2 米波段通訊的散亂型 E 電離層出現,這警示燈一定會提醒而不會錯失掉任何機會。

    整個製作並不難,在一個小時之內就可以把各電子零件的接腳拉線銲接完成,使用的是萬用線路板,完成後,可以把線路板子裝在塑膠盒內。


測試與操作

    當積分式靜音線路裝妥在收發機後,在沒有訊號的情況下,表頭的讀數應該是 0,調到一處有穩定載波的訊號,表頭指針會隨著上升,指針上升的速度與訊號強度成正比,訊號微弱的話,C1 的充電時間要長一些,大約 3 秒鐘左右才能達到觸發線路的參考電壓 2 伏特,然後這電壓就會觸發比較器,這電壓會持續上升,直到約 3.5 伏特左右;把接收機調開這訊號,這電壓會往下降,從 3.5 伏特降到 2 伏特大約要花 6 秒鐘,這時候會讓比較器反過來,結束剛剛的觸發。

    由於這積分式靜音線路的充電反應曲線比放電的陡峭,因此放電過程當中一個 CW 的「滴」聲的充電作用,會比「滴」聲之間的放電作用還強,也就是充電電壓會反過來爬升。

    把這積分式靜音線路關掉,並且不讓訊號輸入。先調整接收機的音量,讓喇叭發出稍微的背景雜音就可以了,此時把積分式靜音線路電源打開,調整積分式靜音線路的觸發位準,調整的要訣是,讓指針好像要開始爬升,但卻不爬升。實際使用時,接收機的 AGC 自動增益功能要關掉,或者是把射頻增益鈕稍微往下降,以免因為微弱訊號出現時,被自動增益功能給吃掉了。要是接收機有雜訊去除 (Noise Blanker) 功能的話,應該打開,讓它起作用;至於有些雜訊去除功能還伴隨有雜訊位準的調整,如果有的話,把它擺在中間位置就可以了。

    別忘了,一味地在接收機旁守聽,散亂型 E 電離層就是不來,最好是配合經驗,當發現有某些前奏時,就應該善用這積分式靜音線路,先把接收機調整在一般的國際呼叫頻率,例如 10 米波段的 FM 就是 29.6MHz,而 6 米波段也有許多國際訊標頻率;2 米波段或 70 公分波段,也有國際訊標台,不過,還有一項可靠的資源,那就是中繼台訊號,例如在 29.650 就有日本的 10 米波段中繼台。


結果

    只要細心調整,這積分式靜音線路對於像是只比雜訊高出 1dB 的訊號都能反應過來,當然,實際的應用狀況就還不如測試時的理想狀況,因此使用這積分式靜音線路與當地的背景雜訊是息息相關的,例如會發出極強雜訊的大卡車路過時,往往會讓這積分式靜音線路發出警報聲。

    把這積分式靜音線路打開時,你可以盡情地專注於週末的電子製作,可以毫不掛慮地倘游於喜愛的雜誌內容裡,也可以在花園裡移花弄草;最重要的是,這積分或靜音線路能幫你抓住散亂型 E 電離層出現的時機,就算是很短暫的出現也不例外。 END



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