All-Band-Direktumwandlungsempfänger - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:18

Dieses Instructable beschreibt einen experimentellen "Direct Conversion" Allband-Empfänger für den Empfang von Einseitenband-, Morsecode- und Fernschreib-Funksignalen bis zu 80 MHz. Abgestimmte Schaltkreise sind nicht erforderlich!

Dieses fortgeschrittene Projekt baut auf meinem ersten Instructable auf

Das Konzept für diesen Empfänger wurde erstmals 2001 veröffentlicht: „Produktdetektor und Methode dafür“, Patent US6230000 B1, 8. Mai 2001, Daniel Richard Tayloe,

Schritt 1: Theorie

Die obige Schaltung zeigt einen Schalter, einen Widerstand und einen Kondensator, die in Reihe geschaltet sind.

AC (Wechselstrom) Sichtpunkt

Wenn wir den Schalter schließen und ein Wechselstromsignal an den Eingang anlegen, erscheint am Kondensator eine Wechselspannung, deren Amplitude aufgrund der Spannungsteilerwirkung mit zunehmender Frequenz abnimmt.

Von besonderem Interesse für uns ist die Frequenz, bei der die Wechselspannung am Kondensator auf 70 % des Eingangs abfällt. Diese Frequenz, die als "Grenzfrequenz" bekannt ist, tritt auf, wenn die Reaktanz Xc des Kondensators gleich dem Widerstand R ist. Frequenzen über der Grenzfrequenz werden mit einer Rate von 6 dB/Oktave gedämpft.

Die Grenzfrequenz für meine Schaltung wurde auf 3000 Hz eingestellt, was bedeutet, dass es für Sendefrequenzen und darüber keinen AC-Ausgang gibt.

Blickwinkel DC (Gleichstrom)

Wenn wir den Schalter schließen und eine Gleichspannung an den Eingang anlegen, beginnt der Kondensator, sich auf diesen Wert aufzuladen. Sollten wir den Schalter öffnen, bevor der Kondensator vollständig aufgeladen ist, bleibt die Spannung an C konstant, bis der Schalter wieder geschlossen wird.

Empfangen eines Hochfrequenzsignals

Lassen Sie uns nun ein Hochfrequenzsignal durch einen Schalter leiten, der sich öffnet und schließt, so dass der gleiche Teil des eingehenden Signals dem oben beschriebenen RC-Netzwerk präsentiert wird. Obwohl das eingehende Signal deutlich über der Grenzfrequenz von 3000 Hz liegt, wird dem Kondensator immer die gleiche unipolare DC-Wellenform präsentiert und er lädt sich auf den Durchschnittswert dieser Wellenform auf.

Sollte das eingehende Signal geringfügig von der Schaltfrequenz abweichen, beginnt der Kondensator sich aufzuladen und zu entladen, wenn er auf unterschiedlich geformte Segmente des eingehenden Signals trifft. Wenn die Differenzfrequenz beispielsweise 1000 Hz beträgt, hören wir über den Kondensator einen Ton von 1000 Hz. Die Amplitude dieses Tons fällt schnell ab, sobald die Differenzfrequenz die Grenzfrequenz (3000 Hz) des RC-Netzwerks überschreitet.

Zusammenfassung

• Die Schaltfrequenz bestimmt die Empfangsfrequenz.
• Die RC-Kombination bestimmt die höchste hörbare Audiofrequenz.
• Verstärkung ist erforderlich, da die Eingangssignale sehr schwach sind (Mikrovolt)

Schritt 2: Schematische Darstellung

Die obige Schaltung hat zwei geschaltete RC-Netzwerke (Widerstand - Kondensator). Der Grund für zwei Netzwerke ist, dass alle Wellenformen eine positive Spannungswellenform und eine negative Spannungswellenform haben.

Das erste Netzwerk umfasst R5, den Switch 2B2 und C8 … das zweite Netzwerk umfasst R5, den Switch 2B3 und C9.

Der Differenzverstärker IC5 summiert die positiven und negativen Ausgänge der beiden Netzwerke und leitet das Audiosignal über C15 zum "Audioausgang"-Anschluss von J2.

Bemessungsgleichungen für R5, C8 und R5, C9:

XC8=2R5 wobei XC8 die kapazitive Reaktanz 1/(2*pi*cutoff-freq*C8) ist

Die Werte von 50 Ohm und 0.47uF ergeben eine Grenzfrequenz von 3000Hz

Der Grund für den 2*Multiplikator ist, dass das Eingangssignal jedem Netzwerk nur für die Hälfte der Zeit präsentiert wird, was die Zeitkonstante effektiv verdoppelt.

Bemessungsgleichungen für R7, C13

XC13=R7 wobei XC13 die kapazitive Reaktanz 1/(2*pi*cutoff-freq*C13) ist. Der Zweck dieses Netzwerks besteht darin, Hochfrequenzsignale und Rauschen weiter zu dämpfen.

Der Audioverstärker:

Die Audioverstärkung des Operationsverstärkers IC5 wird durch das Verhältnis von R7/R5 eingestellt, was einer Spannungsverstärkung von 10000/50 = 200 (46 dB) entspricht. Um diese Verstärkung zu erhalten, wurde R5 mit dem niederohmigen Ausgang des HF-(Hochfrequenz-)Verstärkers IC1 verbunden.

Der HF-Verstärker:

Die Spannungsverstärkung von IC1 wird durch das Verhältnis von R4/R3 eingestellt, das 1000/50 = 20 (26 dB) entspricht, was eine Gesamtverstärkung von annähernd 72 dB ergibt, die für das Hören über Kopfhörer geeignet ist.

Die Logikschaltungen:

IC4 fungiert als Pufferverstärker zwischen dem 3-Volt-Spitze-Spitze-Signal aus der Synthese und der 5-Volt-Logik für IC2. Der Pufferverstärker hat eine Verstärkung von 2, die durch das Verhältnis der Widerstände R6/R8 eingestellt wird.

IC2B ist als Teiler durch zwei verdrahtet. Dadurch wird sichergestellt, dass die Kondensatoren C8 und C9 gleich lange mit R5 verbunden sind.

Schritt 3: Leiterplatte

Ansicht von oben und unten auf die Leiterplatte vor und nach der Montage.

Ein vollständiger Satz von Gerber-Dateien ist in der angehängten ZIP-Datei enthalten. Um Ihre eigene Leiterplatte zu produzieren, senden Sie diese Datei einfach an einen Leiterplattenhersteller … holen Sie zuerst ein Angebot ein, da die Preise variieren.

Schritt 4: Lokaler Oszillator

Dieser Empfänger verwendet den in https://www.instructables.com/id/Arduino-Frequency-Synthesiser-Using-160MHz-Si5351. beschriebenen Frequenzsynthesizer

Die angehängte Datei "direct-conversion-receiver.txt" enthält den *.ino-Code für diesen Receiver.

Dieser Code ist fast identisch mit dem Code für den obigen Frequenzsynthesizer, außer dass die Ausgangsfrequenz das Doppelte der Anzeigefrequenz beträgt, um die Division-durch-zwei-Schaltung auf der Empfängerplatine zu ermöglichen.

2018-04-30

Originalcode im.ino-Format angehängt.

Schritt 5: Montage

Das Hauptfoto zeigt, wie alles miteinander verbunden ist.

SMDs (Surface Mount Devices) wurden gewählt, da man beim Umschalten auf 80MHz keine langen Leitungen haben möchte. 0805 SMD-Bauteile wurden gewählt, um das Handlöten zu erleichtern.

Beim Handlöten ist es wichtig, ein temperaturgesteuertes Bügeleisen zu kaufen, da zu viel Hitze zum Anheben der Leiterbahnen führt. Ich habe einen 30W temperaturgesteuerten Lötkolben verwendet. Das Geheimnis besteht darin, viel Gelflussmittel zu verwenden. Erhöhen Sie die Löttemperatur, bis das Lot gerade schmilzt. Tragen Sie nun Lot auf ein Pad auf und schieben Sie mit dem Lötkolben noch auf dem Pad das 0805-Bauteil mit einer Pinzette gegen den Lötkolben. Wenn das Bauteil richtig positioniert ist, entfernen Sie den Lötkolben. Löten Sie nun das verbleibende Ende und reinigen Sie Ihre Arbeit mit Isopropylalkohol, den Sie bei Ihrem örtlichen Apotheker erhalten.

Schritt 6: Leistung

Was soll ich sagen … es funktioniert !!

Die beste Leistung wird erzielt, wenn eine Resonanzantenne mit niedriger Impedanz für das interessierende Band verwendet wird.

Anstelle von Kopfhörern habe ich einen 12-Volt-Audioverstärker und einen Lautsprecher hinzugefügt. Der Audio-Vorverstärker hatte einen eigenen eingebauten Spannungsregler, um die Wahrscheinlichkeit einer Gleichtakt-Rückkopplungsschleife durch die 12-Volt-Batterieversorgung zu reduzieren.

Die beigefügten Audioclips wurden unter Verwendung einer im Innenbereich abgestimmten Drahtschleife mit einem Durchmesser von etwa 2 Metern erhalten. Die Mitte der Schleife wurde durch ein Loch eines Zweiloch-Ferritkerns mit einer zwischen Masse und dem Empfängereingang geschalteten Sekundärwicklung mit 10 Windungen geführt.

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