中波開(kāi)源網(wǎng)絡(luò)分析儀的改造及天調(diào)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周偉

摘要：本文利用貼片元件體積小、制作成線路板方便攜帶的特性，使用KiCad軟件設(shè)計(jì)原理圖，制作印刷電路板并焊接貼片元件，完成模擬中波發(fā)射機(jī)機(jī)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)、天調(diào)網(wǎng)絡(luò)和天線的線路板。該試驗(yàn)板沒(méi)有天調(diào)網(wǎng)絡(luò)里高電壓、大電流的網(wǎng)絡(luò)元器件，使得天調(diào)網(wǎng)絡(luò)小型化，只需改變跳線帽的連接即可模擬網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的調(diào)整，能在頻率改頻、調(diào)整天調(diào)網(wǎng)絡(luò)等工作中提供幫助。通過(guò)對(duì)軟件和硬件進(jìn)行改造，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槭噶烤W(wǎng)絡(luò)分析儀，具有便攜和直觀的優(yōu)點(diǎn)，且具備較強(qiáng)的抗干擾性能，能夠在存在同頻干擾的情況下完成網(wǎng)絡(luò)調(diào)整與改造。

關(guān)鍵詞：中波；網(wǎng)絡(luò)分析儀；天調(diào)網(wǎng)絡(luò)；設(shè)計(jì)

一、引言

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信領(lǐng)域的發(fā)展在現(xiàn)代社會(huì)中扮演著重要的角色，使得人們?cè)诳缭綍r(shí)空的同時(shí)，能夠互相交流和分享信息。然而，網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和維護(hù)對(duì)于確保其穩(wěn)定性和效率至關(guān)重要。本文旨在探討網(wǎng)絡(luò)分析儀的改造和網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)板的設(shè)計(jì)，以提高網(wǎng)絡(luò)調(diào)整和設(shè)計(jì)的能力。

二、網(wǎng)絡(luò)分析儀的改造

本次改造的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀參考了相關(guān)開(kāi)源項(xiàng)目設(shè)計(jì)，并修改了部分電路。增加了電池管理電路并重新設(shè)計(jì)了PCB電路板。測(cè)量范圍為10KHz-1.5GHz，利用si5351芯片的奇次諧波擴(kuò)展支持到1.5GHz的測(cè)量頻率。Si5351直接輸出的50KHz-300MHz頻段能提供優(yōu)于70dB的動(dòng)態(tài)性能，而擴(kuò)展的三次諧波300M-900MHz頻段和五次諧波900M-1.5G頻段能提供優(yōu)于60dB和40dB的動(dòng)態(tài)性能。對(duì)于中波525KHz-1605KHz范圍和發(fā)射機(jī)機(jī)內(nèi)三次諧波小于6M已足夠使用。

在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在非發(fā)射臺(tái)區(qū)內(nèi)使用時(shí)儀器的精度和抗干擾性都很好。一旦在發(fā)射臺(tái)區(qū)使用，抗干擾性能就不理想，儀器無(wú)法穩(wěn)定工作。為了增強(qiáng)抗干擾能力，打算通過(guò)修改網(wǎng)絡(luò)分析儀固件程序編碼。經(jīng)過(guò)半年的試驗(yàn)，抗干擾能力有所改善，但未達(dá)到預(yù)期效果。因此，考慮從網(wǎng)絡(luò)分析儀的硬件方面下功夫，以增強(qiáng)抗干擾能力。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分析儀原理圖，C39、C42、C48、C51、C57、C60是耦合電容。因此，考慮改變耦合電容的參數(shù)以達(dá)到衰減2MHz以上諧波干擾的目的。網(wǎng)絡(luò)分析儀使用了3個(gè)SA612AD雙平衡混頻器，其中1、2腳是輸入端，輸入阻抗約為1.5KΩ。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用Multisim仿真分析軟件模擬在1.5KΩ負(fù)載下的100nF、200nF、500nF和0.1uF耦合信號(hào)大小變化情況，并沒(méi)有明顯變化。

在網(wǎng)絡(luò)分析儀原理圖中，3個(gè)SA612AD雙平衡混頻器的8腳Vcc供電濾波電路由100nF、100pF電容和4.7uH電感組成。經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)該濾波電路對(duì)中波頻率的濾除不太干凈。因此，使用Multisim仿真分析軟件模擬了該濾波電路，在仿真中發(fā)現(xiàn)500KHz-3MHz頻率范圍內(nèi)的干擾無(wú)法有效濾除。為了解決這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了在該濾波電路中增加一個(gè)容量為10uF的濾波電容C3，這樣就可以有效濾除500KHz-6MHz頻率范圍內(nèi)的干擾。

做好以上準(zhǔn)備后，開(kāi)始改造網(wǎng)絡(luò)分析儀。增加了TX頭到U7（SA612AD）雙平衡混頻器1、2腳的線路板連線，并使用覆銅加固，以提高信號(hào)傳輸質(zhì)量。還加強(qiáng)了3個(gè)SA612AD雙平衡混頻器和模擬電路的信號(hào)屏蔽，通過(guò)在8腳供電濾波電路的100nF電容上增加5-10uF電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。

除此之外，還對(duì)C45、C46進(jìn)行了處理，將其焊接在C46焊盤(pán)上，并在C46焊盤(pán)上焊接了5-10uF電容。同樣的方式處理了U7（C36、C37）和U9（C54、C55）的濾波電容。此外，將R36、R39、R42、R44、R47、R48、R49拆卸，并通過(guò)打磨焊盤(pán)之間的絕緣層，并使用含銀焊錫加固，以增加橫截面面積，然后將所有電阻重新焊接。

在通電測(cè)試中檢查網(wǎng)絡(luò)分析儀是否正常工作，并給3個(gè)SA612AD和模擬電路加裝信號(hào)屏蔽裝置。經(jīng)過(guò)軟件和硬件方面的改造，改進(jìn)效果如圖所示。重新校準(zhǔn)后，在中波發(fā)射臺(tái)區(qū)進(jìn)行測(cè)試，抗干擾能力得到明顯改善。

三、天調(diào)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

中波天調(diào)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的調(diào)整能力是各個(gè)臺(tái)站的技術(shù)短板，該項(xiàng)技能在頻率改頻和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中非常重要。由于廣播時(shí)間的限制，在調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)時(shí)，RLC測(cè)試儀受到同頻干擾的影響比較嚴(yán)重，調(diào)整過(guò)程繁瑣且復(fù)雜，很少有機(jī)會(huì)鍛煉調(diào)整天調(diào)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的技術(shù)，同時(shí)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的過(guò)程也非常耗時(shí)。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)和探究，發(fā)現(xiàn)使用貼片元件可以制作出體積小且工作穩(wěn)定的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)。因此，使用KiCad軟件設(shè)計(jì)了中波天調(diào)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)板，并成功制作出來(lái)，使用效果非常理想?，F(xiàn)將元器件選擇和中波天調(diào)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)板的原理圖、PCB圖分享給大家。

（一）元器件的選用

在前期試驗(yàn)中，先使用電感、電容和撥碼開(kāi)關(guān)模擬中波天調(diào)網(wǎng)絡(luò)，效果比較理想。但是線路板體積較大，不便攜且不美觀。因此考慮使用0805貼片元件設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)板，以達(dá)到便攜、美觀、通俗易懂、易操作的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

（二）元器件的使用

電容選用0805貼片高頻電容，電阻選用0805貼片電阻，電感一定要選擇0805高頻繞線電感。經(jīng)多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)雙針插排比撥碼開(kāi)關(guān)更為方便、穩(wěn)定。

每個(gè)可調(diào)電感都是由1uH、10uH、100uH三種電感（每種有9個(gè)）串聯(lián)而成，可以實(shí)現(xiàn)1-999范圍內(nèi)的調(diào)整；每個(gè)可調(diào)電容都是由10pF、100pF、1000pF三種電容（每種有9個(gè)）并聯(lián)而成，可以實(shí)現(xiàn)10-9990pF范圍內(nèi)的調(diào)整；每個(gè)可調(diào)電阻都是由1Ω、10Ω、100Ω三種電阻（每種有9個(gè)）串聯(lián)而成，可以實(shí)現(xiàn)1—999Ω范圍內(nèi)的調(diào)整。

（三）中波天調(diào)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)板原理圖設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)思路，使用KiCad軟件繪制出電路板原理圖，中波天調(diào)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)板原理圖共分四個(gè)部分[1]：中波發(fā)射機(jī)機(jī)內(nèi)Г形網(wǎng)絡(luò)原理圖、匹配網(wǎng)絡(luò)原理圖、吸收網(wǎng)絡(luò)原理圖、模擬發(fā)射天線原理圖。

1.中波發(fā)射機(jī)機(jī)內(nèi)Г形網(wǎng)絡(luò)原理

J13為機(jī)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的輸入端，經(jīng)可調(diào)電感J6、J7、J8、J9、J10、J11到達(dá)J5-2輸出端[2]；可調(diào)電感J21、J22、J23和可調(diào)電容J31、J32、J33組成三次諧波吸收；J1、J14、J15、J24為Г形網(wǎng)絡(luò)的跳線連接；TP3、TP5為Г形網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試點(diǎn)；J5為輸出到50Ω負(fù)載和下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的跳線。

2.匹配網(wǎng)絡(luò)原理

J37、J39為匹配網(wǎng)絡(luò)輸入端，J35、J36為匹配網(wǎng)絡(luò)輸出端[3]；可調(diào)電感J25、J26、J27或可調(diào)電容J40、J41、J42為匹配網(wǎng)絡(luò)串臂；可調(diào)電感J45、J46、J47或可調(diào)電容J54、J55、J56為匹配網(wǎng)絡(luò)并臂，J38、J34、J52為匹配網(wǎng)絡(luò)并臂、串臂的容性、感性選擇；J43用來(lái)選擇Г型和倒Г型匹配網(wǎng)絡(luò)，利用J63-1、J63-2腳跳線連接至J35的1-6腳可把Г型網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)棣靶途W(wǎng)絡(luò)；TP6、TP7為匹配網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試點(diǎn)。

3.吸收網(wǎng)絡(luò)原理

J44-1為吸收網(wǎng)絡(luò)輸入端；J48、J49、J50 為可調(diào)電感，J57、J58、J59為可調(diào)電容，J60、J61、J62為可調(diào)電感，J64、J65、J66為可調(diào)電容，它們組成串聯(lián)混聯(lián)吸收網(wǎng)絡(luò)[4]；J51、J53、J63為組成串聯(lián)混聯(lián)吸收網(wǎng)絡(luò)的跳線；TP8、TP9、TP10為吸收網(wǎng)絡(luò)測(cè)試點(diǎn)；J44為吸收網(wǎng)絡(luò)和其他網(wǎng)絡(luò)之間的連接跳線。

4.模擬發(fā)射天線原理

J12為模擬發(fā)射天線輸入端；可調(diào)電阻J2、J3、J4與可調(diào)電感J18、J19、J20和可調(diào)電容J28、J29、J30串聯(lián)組成R+X的模擬天線[5]；J16為天線虛部，用來(lái)選擇感性和容性；J17是模擬天線與其他網(wǎng)絡(luò)連接接跳線。

（四）試驗(yàn)板的仿真與制作

（一）試驗(yàn)板的仿真

KiCad軟件內(nèi)包含一個(gè)3D查看器功能，可以使用它在交互式畫(huà)布中檢查設(shè)計(jì)缺陷?？梢孕D(zhuǎn)和平移，彌補(bǔ)在2D視圖上難以檢查的細(xì)節(jié)。多種渲染選項(xiàng)可以修改電路板的美學(xué)外觀，隱藏或者顯示功能部件，以便于檢查各條線路。電氣規(guī)則檢查會(huì)自動(dòng)驗(yàn)證原理圖連接，檢查輸出引腳沖突、驅(qū)動(dòng)器丟失和引腳未連接等情況。制作完成原理圖后，可以使用KiCad軟件內(nèi)置的3D查看器進(jìn)行仿真，確認(rèn)PCB板設(shè)計(jì)是否正確。PCB板尺寸為：30×13cm。

（二）試驗(yàn)板的制作

PCB板經(jīng)過(guò)印刷后得到線路板，將購(gòu)買(mǎi)的貼片電阻、電感、電容等元器件按照原理圖焊接到位后完成網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)板的制作。

（三）跳線帽和TP點(diǎn)用處

中波網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)板中各種顏色的跳線帽和TP點(diǎn)有不同的用途：黃色跳線帽用于調(diào)整可調(diào)電容，需要將多個(gè)跳線帽并聯(lián)以達(dá)到目標(biāo)容值；藍(lán)色跳線帽用于調(diào)整可調(diào)電感，因?yàn)殡姼惺谴?lián)的，需要直接插入相應(yīng)的閱讀位置來(lái)選擇合適的電感值，當(dāng)不需要電感時(shí)，應(yīng)插入0位置以保持電感串聯(lián)；黑色跳線帽用于調(diào)整可調(diào)電阻，因?yàn)殡娮枰彩谴?lián)的，需要直接插入相應(yīng)的閱讀位置來(lái)選擇合適的阻值，當(dāng)不需要電阻時(shí)，應(yīng)插入0位置以保持電阻串聯(lián)；紅色跳線帽用于將單個(gè)網(wǎng)絡(luò)組成并提供各個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的連接；橙色TP點(diǎn)為測(cè)試點(diǎn)，綠色TP點(diǎn)為接地點(diǎn)。改造后的網(wǎng)絡(luò)分析儀及天調(diào)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)板完成后的使用效果如圖2所示。

五、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)這套網(wǎng)絡(luò)分析儀的改造和網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，熟悉了KiCad軟件的使用和在高頻網(wǎng)絡(luò)的選擇和使用貼片元件的方法。對(duì)于機(jī)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)、天調(diào)網(wǎng)絡(luò)以及發(fā)射天線的調(diào)整也有了更深入地認(rèn)識(shí)。所制作的網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)板能夠真實(shí)地模擬各種網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)特性，方便隨時(shí)隨地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)整和設(shè)計(jì)。這對(duì)于維護(hù)人員在調(diào)試網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)板時(shí)提高對(duì)中波天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)非常有幫助，還可以鍛煉他們?cè)谔煺{(diào)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整方面的技術(shù)能力，從而有效保障安全播出。改造后的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀具備很強(qiáng)的抗干擾性能，適用于網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整和改造。它方便了技術(shù)維護(hù)人員學(xué)習(xí)和理解天調(diào)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整的過(guò)程，促進(jìn)了他們?cè)谥胁ㄌ煺{(diào)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整方面的技術(shù)進(jìn)步。同時(shí)，在實(shí)際維護(hù)工作中發(fā)揮了重要作用，也節(jié)省了維護(hù)經(jīng)費(fèi)。

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