直放式載波信息接收機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

林 新　歐陽寧

直放式載波信息接收機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

林 新1,2歐陽寧1

（1.桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院，廣西 桂林 541004；2.廣西廣播電視玉林二四一臺，廣西 玉林 537000）

文章研發(fā)了一種直放式載波信息接收機(jī)，主要用于從空中接收中波廣播載波信號，其特點(diǎn)是接收天線磁棒線圈采用獨(dú)特的密繞方式，對接收到的載波信號通過單片機(jī)處理可得出載波功率大小、調(diào)制度和頻率信息，真實(shí)反映空中載波情況，其優(yōu)點(diǎn)是在發(fā)射天線附近、在功率相差10倍、頻率差只有45kHz的兩個同時(shí)播出的載波中接收都不串臺，為無線監(jiān)測載波提供準(zhǔn)確的載波信息。

直放；載波信息；頻率檢測；單片機(jī)處理

廣播電視無線發(fā)射臺站在運(yùn)行中，需要通過接收機(jī)接收發(fā)射機(jī)從發(fā)射天線發(fā)射出的信號對發(fā)射機(jī)播出質(zhì)量和播出效果監(jiān)測，以便實(shí)時(shí)了解地了解發(fā)射機(jī)播出服務(wù)區(qū)信號接收的效果。

對載波接收得出音頻信號已是很成熟的技術(shù)，已有許多現(xiàn)成產(chǎn)品，比如收音機(jī)，包括整機(jī)或一定功能的集成電路。但這類產(chǎn)品一般都是超外差式，接收后得到的是465kHz的中頻信號，不能得出載波頻率，而且收音機(jī)接收載波都有自動增益控制功能，得不到載波功率的大小信息，不能真實(shí)反映空中載波情況。為了實(shí)現(xiàn)在發(fā)射天線附近監(jiān)測載波的目的，本文自主設(shè)計(jì)了直放式載波信息接收機(jī)，可從空中直接接收載波信號，通過單片機(jī)處理得出載波功率大小、音頻和頻率信息，其優(yōu)點(diǎn)是電路選擇性很高，在發(fā)射天線附近、在功率相差10倍、頻率差只有45kHz的兩個同時(shí)播出的載波中接收都不串臺，為發(fā)射機(jī)播出異常提供告警信息。

1　載波信息接收機(jī)的介紹

載波信息接收機(jī)是一種從調(diào)制有音頻的（空中）載波得到載波頻率、載波調(diào)制度、載波發(fā)射功率的一種設(shè)備，適用于載波監(jiān)測，相比收音機(jī)功能更全面，而收音機(jī)只能完成很有限度的語音接收。

2　直放式載波信息接收機(jī)的設(shè)計(jì)

2.1方案設(shè)計(jì)

要在發(fā)射天線附近正確接收載波，接收機(jī)需滿足如下技術(shù)要求：（1）選擇性要好。因?yàn)橹胁ㄐ盘柌コ龉?jié)目有的載波頻率相差只有45kHz～50kHz，而載波功率可能相差10倍甚至更大，這樣大功率節(jié)目就很容易對小功率鄰近載波造成干擾，只有選擇性高才能避免串臺干擾。（2）電路不能有自動增益控制功能。因?yàn)榻邮盏妮d波還要反映載波功率的大小，有了自動增益控制功能是無法從接收信息得出功率信息的；（3）不能進(jìn)行變頻（即直放式）。因?yàn)樽冾l會對載波信息造成影響。（4）要有載波頻率監(jiān)測功能。這是因?yàn)榻邮諜C(jī)接收的鄰近頻率太近，諧振電容或電感會隨季節(jié)溫度變化而有所變化，造成接收頻率偏移，影響告警的準(zhǔn)確性，所以需要對頻率信息進(jìn)行接收?；谝陨弦?，本文提出了直放式載波信息接收機(jī)的設(shè)計(jì)方案。

圖1　載波信息接收機(jī)系統(tǒng)框圖

如圖1所示，載波信息接收機(jī)由載波接收、頻率檢測、單片機(jī)處理電路構(gòu)成，一臺載波接收機(jī)只接收一個節(jié)目載波，通過單片機(jī)處理取得所接收的載波功率、頻率、調(diào)制度信息。

2.2直放式載波信息接收機(jī)電路原理

如圖2所示，載波接收電路由高放、檢波和低放三部分組成，其中雙柵場效應(yīng)管VT1（BF961）擔(dān)任高頻放大，對接收到的載波信號直接放大。磁棒天線L1及場效應(yīng)管BF961、C2、C3、R5、C4構(gòu)成高Q值諧振無線接收回路。L1的繞制由多股紗包線充分密繞在錳鋅鐵氧體磁棒的一端上，有很高的Q值，場效應(yīng)管BF961的輸入阻抗達(dá)到1010歐，使諧振電路選擇性很高。輸出回路由R4、C5阻容耦合輸出，因?yàn)槭窃谂_區(qū)接收，靈敏度不是主要的，防止串臺是主要問題，線路過長過大都會引入干擾，用阻容耦合線路最短。

輸入調(diào)諧部分電路由U5、R16、L2、R1、D1、C2構(gòu)成，調(diào)節(jié)R16的阻值，可調(diào)諧接收在某個頻率上。

載波接收放大后直接送頻率計(jì)數(shù)器電路，HD74LS14及R34構(gòu)成高速正弦信號變方波脈沖信號變換電路，脈沖送14位計(jì)數(shù)器CD4020，CD4020的計(jì)數(shù)值由Q4-Q14 輸出送到單片機(jī)由單片機(jī)處理得出與頻率有關(guān)的信息。

D2、D3、C7、R6構(gòu)成倍壓檢波電路得出檢波電壓，經(jīng)LM324放大后送單片機(jī)AD輸入接口，由單片機(jī)處理得出載波幅度、調(diào)制度信息。檢波電壓不經(jīng)電容隔直送到由LM324構(gòu)成的直流放大電路，經(jīng)P10 送到單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行AD模數(shù)轉(zhuǎn)換取得檢波電壓數(shù)據(jù)。

接收調(diào)諧自動微調(diào)部分實(shí)現(xiàn)對載波頻率的監(jiān)測，由單片機(jī)端口P11、P12 、P13 、P14、DA轉(zhuǎn)換器U6、放大器U4--（12、13、14）、R11、放大器U5等構(gòu)成調(diào)諧自動微調(diào)部分。檢波信號分一路到U4放大后送單片機(jī)進(jìn)行AD采樣，以便單片機(jī)進(jìn)行調(diào)諧微調(diào)。在手動調(diào)諧的基礎(chǔ)上，單片機(jī)定時(shí)發(fā)出一列小范圍控制數(shù)據(jù)控制U6的輸出進(jìn)行調(diào)諧操作，調(diào)諧時(shí)各控制數(shù)據(jù)下的載波平均幅度被采樣到單片機(jī)，單片機(jī)程序會記下使載波平均幅度最大的控制數(shù)據(jù)值，最后以這組控制數(shù)據(jù)控制U6的輸出，使載波輸出最大。U6在單片機(jī)的軟件控制下進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換。

圖2　雙柵場效應(yīng)管直放式載波接收電路

檢波電壓經(jīng)C6 得出音頻供一般的收聽用。LM386是音頻集成電路。

3　直放式載波信息接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)

3.1元器件選擇

為抑制載波接收時(shí)的鄰頻干擾，須提高電路的選擇性。合理地選擇元器件對保證良好的選擇性也是很重要的。如設(shè)計(jì)高頻放大器時(shí)，選用二階曲率特性的場效應(yīng)管，適當(dāng)提高調(diào)諧回路的有效Q值。本設(shè)計(jì)中，高頻放大元件選用高阻抗輸入的雙柵場效應(yīng)管BF961，電路有很高的Q值，選擇性很高，抗干擾能力強(qiáng)。

3.2電路板制作

制作電路板時(shí)首先要考慮到串臺的問題，高放與檢波部分線路要盡量短小緊密，防止引線過長引起串臺。

3.3接收磁棒天線的制作

在選擇磁棒時(shí)，錳鋅鐵氧體磁棒、鎳鋅錳鋅鐵氧體混合磁棒都可選擇，但不要選擇應(yīng)用于短波的鎳鋅磁棒。中波低頻端選擇錳鋅鐵氧體磁棒，中波高頻端選擇鎳鋅錳鋅鐵氧體混合磁棒。線材選用7股到14股紗包線，比用單股同導(dǎo)體載面的包線具有更小的趨膚效應(yīng)、更高的Q值。

繞線時(shí)紗包線應(yīng)密繞在磁棒的一端上，紗包線要以疊高式緊密繞在一起，越密越好，這樣Q值就越高。普通收音機(jī)的繞線是順繞在磁棒上，順繞外觀雖好看，但會降低選擇性，如果紗包線象普通收音機(jī)順繞線在磁棒上，則Q值低，小功率電臺難收到信號， 并且很容易受大功率臺串臺干擾。同時(shí)，紗包線放于磁棒一端比放在磁棒中間好，選擇性密繞比順繞的Q值會高許多。繞線時(shí)，可在直經(jīng)10MM，長度140MM的磁棒上繞40圈作為接收測試的開始。

3.4 回路的調(diào)試

回路調(diào)試有時(shí)也是制作成功與否的關(guān)鍵，回路調(diào)試與觀察回路Q值有關(guān)。輸入回路的Q值很高時(shí)，要觀察回路的Q值就不能用輸入內(nèi)阻小的示波器。一般的晶體管示波器是不適用的，可用電子管示波器。因?yàn)槭静ㄆ鞯妮斎刖€存在較大的電容，直接接入對調(diào)諧點(diǎn)有影響，在天線磁棒繞5～10圈進(jìn)行磁耦合輸出到示波器就行了。信號發(fā)生器輸出接到另一磁棒線圈上，適當(dāng)靠近被測磁棒線圈，信號就可磁耦合到被測磁棒線圈。

LC回路調(diào)試連線圖如圖3所示，用頻段式手搖信號發(fā)生器很容易進(jìn)行頻段切換，從低頻率檔位到高頻率檔位按頻率大小不斷手搖輸出一個頻率信號到被測LC回路，可找到一個在示波器顯示屏上幅度由小到大，由大到小的頻率點(diǎn)，這就是回路的諧振點(diǎn)，調(diào)諧電容調(diào)到最大與最小之間的諧振點(diǎn)，就是接收的頻率范圍。調(diào)試時(shí)，可通過增加或減小線圈繞數(shù)改變接收的頻率，繞數(shù)越多接收的頻率越小。

接收到所需的電臺信號后，將接收到的載波信號送去單片機(jī)處理得出載波的頻率、功率和調(diào)制度信息。

圖3　LC回路Q值測試觀察接線圖

4　結(jié)論

與現(xiàn)有收音機(jī)相比，本載波信息接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于選擇性高，可對空中載波直接接收，得到載波頻率、功率大小、調(diào)制度的實(shí)時(shí)信息，且在功率相差10倍，頻率差只有45kHz的兩個同時(shí)播出的載波中接收都不串臺，這對無線監(jiān)測載波有一定的參考價(jià)值。

［1］ 房玉東.提高現(xiàn)代收信機(jī)選擇性的途徑［J］.泰山學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，25（6）：69-72.

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Design and implementation of direct-amplified carrier information receiver

This paper developed a direct-amplified carrier information receiver which is used for receiving the mid-wave broadcasting carrier singal in the sky. Its feature is that the magnet coil of receiving antenna is coiled closely， which is unique.We can gain the information of the power， modulation and frequency from the carrier singal through MCU processing， which reflects the real situation of the carrier in the sky. Its advantage is that it can receive the carrier singal correctly near the transimitting atenna between the two broadcasting carrier of which the deviation of the power is ten times and the deviation of the frequency is forty-five kHz without interference.It can provide the carrier information for wireless monitoring correctly.

Direct-amplified； carrier information； frenquency detection； MCU processing

TN92

A

1008-1151（2016）02-0003-03

2016-01-10

林新，女，桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院在職工程碩士，工程師，研究方向?yàn)闊o線電；歐陽寧，男，桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院教授，研究方向?yàn)閳D像處理、數(shù)據(jù)融合、智能信號處理。