【参赛】用电视高频头+车机高频头，打造0-30MHz短波四次变频，宽频接收机

炫彩

《★Radiocom新作★用电视高频头+车机高频头，精心打造0-30MHz短波四次变频，宽频接收机》

—技术篇

这是一部迟来的收音机，因他错过了短波广播最辉煌的年代；
这是一款简约的收音机，模块化设计，一块万用表完成全部调试；
这是一台神奇的收音机，性能优异，接收效果堪比专业短波机!

恰逢矿坛第六届DIY大赛，开源分享，让更多爱好者体验DIY的乐趣，"Follow me"自制一台短波机，实现聆听世界的梦想！





创作灵感

收音机是艺术品，涵盖无线电、声学、美学等多门类学科。

这款短波四次变频接收机的电路设计，灵感源自两台著名的短波接收机。由柯林斯（Collins）公司在上个世纪五十年代设计制造的R-390A电子管接收机；和八重洲（YAESU）公司七十年代出品，基于Wadley loop架构的FRG-7晶体管接收机。他们分别代表了电子管与晶体管时代的顶级设计，这让我从中汲取了很多的养分。



外观设计，融入了早期无线电设备的零部件造形元素，复古的频率度盘、表头、旋钮，还有外壳上闪闪发光的螺钉，金属构件等，它们都是具有时代特征的元素。色彩方面以机箱的暖白色为主色调，搭配黑色和深浅咖啡色的旋钮，再点缀一点儿红，顿时活跃起来。使同色系的色彩搭配层次丰富，又不至沉闷而死，整体表现温馨典雅。



各功能元素在分布上首先考虑人体工程学，便于把持、操控调整。其次沿用美学中的对比手法来增加设备的美感，旋钮有大有小，插座有高有低，排列有疏有密，错落有致，形成美学中的疏密留白关系。个别旋钮被刻意安放在黄金分割线上，外观自然就美了起来。





一、整机性能

频率范围:
100KHz–30.000 MHz (AM)
88.0MHz–108.0 MHz (FM)

工作模式:
上边带(USB)，下边带(LSB)，等福报(CW)，频移键控(FSK)，双边带调幅(AM)，宽带调频(WFM)

天线接口:
BNC (50Ω for HF)
BNC (50Ω for VHF)

天线阻抗:
50Ω不平衡
200Ω平衡(4:1巴伦阻抗变换)

工作温度范围:
0℃ to +50℃

频率漂移:
小于±1.0KHz (at 25℃) 预热(30 minutes)

频率步进:
连续调谐

电源电压:
13V(AC)/18V(DC)

工作电流:
350mA(AM/SSB)
230mA(FM)

尺寸:
200(W)×120(H)×75(D) mm

重量:
2kg

接收系统:
四次变频超外差电路(AM/SSB)
单次变频超外差电路(FM)

中频:
HF
第一中频1st: 50.0-80.0 MHz
第二中频2nd: 38.3-39.3 MHz
第三中频3rd: 0.7-1.7 MHz
第四中频4th: 450 kHz
VHF
第一中频1st: 10.7MHz

灵敏度:        
0.100-1.799MHz  4μV (AM)
1.800-29.999MHz 1.0μV (AM,SSB,CW)
88.0-108.0MHz  1.4μV (WFM)

SSB,AM BW=6.0kHz at 10dB S/N,
WFM BW=180kHz at 12dB SINAD

选择性:
SSB (BW=6kHz)        高于6.0kHz/-3dB, 低于18.0kHz/-60dB
AM  (BW=6kHz)        高于6.0kHz/-3dB, 低于18.0kHz/-60dB
WFM (BW=180kHz) 高于150kHz/-6dB, 低于360kHz/-40dB

镜像抑制:
高于45dB

音频输出功率:
4Ω负载上失真1%时，不小于5W

音频输出阻抗:
4-8Ω

二、电路框架

但凡专业的短波设备，其电路的复杂程度让人咋舌，作为业余爱好者在没有仪器和技术条件下很难仿制成功，如何造出一台简约不简单的短波设备，着实让我苦恼了一阵子。最终还是沿袭模块化的设计风格，采用质优价廉的电视高频头+车机高频头方案，不但结构紧凑还免去了调试高频通道的麻烦，通过巧妙的变频，实现了专业短波接收机的效果。



三、原理概述

电视高频头和车机高频头均为成熟的产品，有着非凡的表现，但接收频率都不在短波范围内，变频是衔接他们的唯一手段。

天线信号经RF.Preselect（高频预选、高放）及0-30MHz切比雪夫LPF低通滤波器后，在SBL-1二极管平衡混频器中与来自有源晶振的50MHz信号混频，将0-30MHz中短波频谱上移，得到50-80MHz一中频基带信号，50-80MHz恰巧落在电视高频头L段接收频率低端，高频头使用0-8V的调谐电压就能覆盖，而不必使用33V升压电路，且该段频率不受FM广播干扰相对安静。


50-80MHz一中频基带信号，在电视高频头中选频放大、二次变频，声表面滤波输出38.3-39.3MHz带宽1MHz的二中频信号，再次送入SBL-1二极管平衡混频器，与40MHz本振混频输出0.7-1.7MHz三中频信号，至此0-30MHz的短波信号已经分段转换成，车机高频头能接收到的0.7-1.7MHz中波信号。


后续电路是大家熟悉的一套完整的中波收音机电路，450KHz在这里统称为第四次变频，BFO信号从450KHz滤波器注入，检波输出的音频信号，流入NE5532提升20dB电平后兵分两路，一路LINE OUT输出，一路送入音频功放推动扬声器和耳机。


这套四次变频接收机方案的表现究竟如何呢？还是先听听录音吧，手机录制略有失真，实际收听效果可用“震撼”二字来形容。

四次变频短波接收机 2015-02-07 18-33-29 短波49公尺国际米段扫描
四次变频短波接收机 2015-02-07 18-36-24 短波41公尺国际米段扫描
四次变频短波接收机 2015-02-07 18-40-30 短波31公尺国际米段扫描

下图是电源、调谐、波段转换、功能切换电路的汇总，画在一起思路更清晰。


四、聊聊单边带

细心的朋友会发现Frontend电路图中有一个叫做“BFO”的电路，那位说对了“BFO”是拍频振荡器的意思，单边带接收的重要单元。


什么是单边带呢？单边带英文缩写SSB，全称 single sideband，在无线信号传输或发射过程中只保留了调幅波的上边带（USB）或下边带（LSB）频谱称为单边带信号。国际协议规定，短波通信必须使用单边带调幅方式（SSB），只有短波广播节目可以使用双边带调幅方式即AM广播。因此，国内外使用的短波电台都是单边带电台。

单边带信号在发射前，已将调幅波中的载波和一半的边带频谱去除以节约频带和发射功率，AM检波方式不能解调单边带。正确的做法是在检波前先还原一个载波频率，与SSB信号同时送入检波电路混频，才能解调出音频信号。

本机使用最经济的载波还原方式，直接从450KHz中频滤波器输入端注入拍频信号，且BFO输出幅度可调，信号强则调强，信号弱则调弱，这样就不会影响AGC电路，也不会降低机器的灵敏度。收到SSB信号后，适当调整BFO的幅度使检出的声音刚好不失真，FINE旋钮微调接收频率能让语音清晰可懂。

继续听录音，感受一下单边带的魅力，听听火腿们在聊什么？好就点个赞吧！

四次变频短波接收机 2015-02-10 18-10-28 SSB单边带HAM呼叫
四次变频短波接收机 2015-02-07 18-01-55 SSB单边带HAM通联（中国）
四次变频短波接收机 2015-02-07 18-11-50 SSB单边带HAM通联（日本）
四次变频短波接收机 2015-02-12 17-17-37 SSB单边带通联与SSTV慢扫描电视
四次变频短波接收机 2015-02-08 18-24-34 CW等福报
四次变频短波接收机 2015-02-07 18-15-30 CW等福报CQ CQ CQ
四次变频短波接收机 2015-02-11 18-39-02 HF-FAX短波气象传真
四次变频短波接收机 2015-02-12 17-41-41 RTTY无线电传

单边带通信内容多样，不仅仅局限在语音和电报通信，还有好多有趣的信号，需要借助电脑软件才能还原。下图是2005年用ICOM IC-M700TY接收录制的日本JHM发布的HF-FAX气象传真图片，使用Mscan Meteo Pro软件。







下面这几张图是2005年用ICOM IC-M700TY接收录制的，日本火腿传输的SSTV慢扫描电视图像，使用Jvcomm32软件。









五、精心制作

经过一个多月的纸上谈兵，反复推敲了这款电路的可行性，该付诸实践了，精心制作，细节决定成败!

主要零部件：

1、电视高频头，在这里没有特殊要求，任何一款只要L段好用，有一定增益的就可以，因为他只接收50-80MHz的信号，H段和U段不用。我选的是以前做FM宽频机时的增补频道高频头TDQ-3B6，基于TDA5736方案，灵敏度高，有23dB增益。



2、车机高频头，也无特殊要求，随便一款电调中波头（电调中波收音机板）都可以，这里用的是阿尔派车机高频头，基于LA1888方案，功能多音质好噪音低，还有约55dB的AGC控制范围，接收短波还真需要强大的动态控制，这样短波电台听起来个个都像本地台。





3、二极管平衡混频器，他算是本机的关键部件了，选用了一款MCL的SBL-1型混频器，带宽0.5-500MHz，这东西可真TMD贵，有兴趣的朋友不妨自制，甚至改用NE602替换，不过NE602恐怕噪音和动态指标不敌二极管混频器哦。



4、有源晶振，是个好东西，通电后直接输出方波振荡信号，强度达到120dBuV（+13dBm）以上，能完美驱动LO电平在+7dBm的二极管平衡混频器，我把有源晶振用做本机振荡不知算不算首创呢，查了很多资料好像没人这么做，估计是怕谐波干扰吧。

5、声表面滤波器，很让人头疼的器件，在制作FM宽频机的帖子里提到过，那时可以省略，在这里必须要用，因它决定着三次变频的镜像抑制比。本机需要38.3-39.3MHz带宽1MHz的声表面，市面上根本找不到，无奈的情况下找到一只标称频率38.9MHz的电视声表面（F5316、K2955、L38.9），仔细研读它的幅频特性曲线，发现39.3MHz已经处在曲线的下降边沿上，有-10dB的衰，好在40.7-41.7MHz以上的镜像频率有-45dB的衰减，可以解决镜像抑制问题，算是打了个擦边球吧。对于39.3MHz的-10dB衰减，后级的AGC增益控制可以弥补，实际收听并没什么影响。



6、电位器，这里重点指用在主、副调谐的两只电位器，质量要好，滑片稍有接触不良，调谐频率便跟着抖动，我就图便宜选了一款杂牌的RV24YN型电位器，外观做工挺漂亮，但偶尔会出现抖动，先凑合用着，等淘到TOCOS的再替换之。



7、机箱，选用200*120*75mm防水盒一枚，天下防水盒本来是一家，但国产的要缩水2mm，他可不是为了什么吉祥数字，就为了注塑时省那么点儿工程塑料。



组装单元板：

按电路功能划分，把元件装在不同的单元板上各自为营，先易后难，从直流到音频、最后到高频板的顺序逐一完成焊接，这样能够保持思路清晰，焊一块调一块随时可以发现纠正问题。

电源是基础，用料扎实。音频功放也安排在电源板上，靠近电源滤波电容，最大程度的退耦合，有助于提升音质防止自激。





功放采用TDA7297方案，BTL桥接，功率强劲，把直径40mm的小喇叭推得震天响。功放的耳机输出接成OTL形式，那么问题来了，带上耳机一听，本底噪音太大，超乎我的想象，怎么办？方案都定了，板子也焊好了没法儿改了，对着机器相了半天面，发现耳机插座那儿还有点儿空间，又经过半天的折腾，一个堪称世界上最小的独立耳放横空出世!





他真的很小啊，我都爱不释手了。



装到前面板上一点儿都不占地方，庆幸啊，不然真不知道该怎么办了。





NE5532音质没说的，关键是噪声低不可闻，和我的耳机搭档，真是天生一对儿。



这是电路图，单电源供电，输出串接51-220欧姆电阻做耳机保护。



车机高频头单元板，包含两只NE5532双运放，其中一只担负场强表和调谐指示灯的驱动。





BFO做成独立的小单元板，也被安放在车机高频头单元板上，即靠近450KHz中频滤波器，还能缩短与幅度调整电位器的连线。







接下来组装电视高频头单元板，前三级变频都集中在这块板上。看着板上大大小小的金属盒，还真有点儿专业机的味道。







截止发稿时，本机第一级调谐高放电路未完成组装，一是没有合适的高频变压器，二是机内已经没有空间来安放庞大的空气双联，只好改成电调谐了。虽然未加高放，从实际收听效果来看灵敏度已经达标，约1微伏。这个调谐高放就不急于安装了，待以后慢慢升级吧，或许做成像AOR LA320那样的有源小环天线，插在机箱的顶端，一定会很酷的。

少了前级的调谐高放，天线信号就直接送入0-30MHz低通滤波器，它的幅频特性对于一中频和镜像抑制变得至关重要了。调试滤波器要借助扫频仪，业余条件下没有扫频仪就用软件仿真计算。FilterSolution是一款不错的滤波器设计软件，设定滤波器的技术指标，瞬间就能得到电路图和幅频曲线。我根据手里的元件情况对电感、电容值做了调整，设计了一款6阶 切比雪夫滤波器。指标不算完美，对40MHz以上频率有45dB的衰减也够用了。









六、总装调试

连接各单元板，检查无误通电即能工作，高频通道是无需调试的。





























关键调整有两处：

1、校准调谐电压覆盖范围

0-30MHz被划分成A( 0-10MHz)，B(10-20MHz)，C(20-30MHz)，3个波段。一次变频后对应电视高频头的接收频率为A( 50-60MHz)，B(60-70MHz)，C(70-80MHz)。前文提到一本振50MHz和三本振40MHz使用了有源晶振，输出谐波丰富，这或多或少的会泄露到空中，经过空间耦合这些散落的谐波重新回到机内，在第一混频器内混频，那么高频头的接收频谱中就多了四个频率成分：
50MHz（50MHz基波）
60MHz（50MHz的二次谐波100MHz与40MHz差频）
70MHz（40MHz的三次谐波120MHz与50MHz差频）
80MHz（40MHz的二次谐波）
这不正是我们需要的频标吗，多么巧妙的设计啊，哈哈哈!

有频标就好办多了，旋转波段开关至A波段，反复调整A波段VR407、VR408两只3296型多圈电位器，使高频头的调谐电压在低端对应50MHz，高端对应60MHz。再同样方法调整B和C波段的覆盖，三个波段的就调好了。

上述调整之前，要先校准车机高频头的调谐电压范围，使接收频率覆盖0.7-1.7MHz范围，我是借助中波电台来校准的。



2、频率刻度校准

接收覆盖调好后，要校准MHz的刻度，有一个简易的办法，就是用有源晶振做标准信号源，这类似早期收信机中的“晶校”。一颗1MHz的有源晶振，可以连续发出1、2、3、4、5、......29、30MHz......序列波谱，我把它形象的称为梳状波发生器。

从BNC插座注入这个序列波谱，先将主(MHz)、副(KHz)调谐旋钮全部归零，再慢慢旋转主调谐旋钮，收到晶振信号后，在指针所指位置用铅笔标记，直到全部频点标记完毕，扫描这个铅笔标记图到电脑里，重新描绘并打印一张频率度盘。



至此一部优秀的短波四次变频接收机全部竣工!







★Radiocom 炫彩制造，聆听世界的声音。

2015.春

apple199

文字优美，知识面宽广，启迪智慧，引人遐想，是一个很好的作品。

海阳

思路清晰、制作精良，佩服不已、、、

qushuwen

仰慕！！！！！！！！！！！！！！！！！！！

吴洗成

大师制作，太完美了。

炫彩

在开关电源越来越普及的今天，电磁环境日益恶化，儿时宁静的天空一去不复返了。我们需要一副好天线来应对电磁雾霾，天线是一个庞大的工程，理论自成体系，不是一两句话能说的清楚，咱们就简单聊聊抗干扰的环形天线。


七、天线与巴伦

1、环形抗干扰天线

环形天线的抗干扰效果是有目共睹的，下图描绘了近场干扰信号（共模）和电磁波（差模）在环形天线中的不同电流走向，具有平衡传输特性的环形天线抑制了共模干扰信号，只保留有用的电磁波信号。



一根6m长导线围成的环形天线，面积约2.25平米，阻抗近似200欧姆，通过4:1的巴伦，与接收机50欧姆输入端口衔接，组成一个非调谐的天线系统。



2、制作巴伦
巴伦（ Balance-unbalance，BALUN）是英文“平衡－不平衡变换器”缩写的音译。它的作用除了平衡－不平衡变换之外，还承担阻抗变换的作用。自制一个巴伦很容易，准备一段双绞线，和一个节能灯里拆下来的磁环按下图制作。



用于接收的巴伦对功率没有要求，磁环可大可小，我喜欢厚重一些有质感的东西，选了一只大磁环绕制，装入一个废弃的变换器盒子里，配上BNC插头，一只完美的巴伦诞生了，拿在手里沉甸甸的。













八、聆听世界的声音

1、短波电台分布与传播规律

接收短波不但要设备精良，还要有副好天线，更需要天时地利，掌握传播规律才能网罗天下电波。多数人认为现在短波已经收不到什么电台了，看看下面不同时段的频谱图，短波信号依旧是密密麻麻的，传播也是有规律的。

这是晚间的短波频谱，信号集中在10MHz以下，尤其是中波频谱密不透风。



到了白天10MHz以上的电台传播好了起来，10MHz以下的信号开始销声匿迹，只剩下功率强大的本地台在值守了。



《全波段短波收音机调谐完全手册》有更详尽的描述，教你玩转短波接收。
《全波段短波收音机调谐完全手册》.rar (9.51 KB, 下载次数: 1993)

2015-3-5 19:01 上传

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2、短波猎奇

短波机装好后恰逢春节假期到来，这段日子太美了，我和机器夜夜笙歌伴君醉呀，很快就磨合了。发现这部短波机真的很好玩儿，扫描锁定电台十分迅速，给无线电猎奇增添不少乐趣。







你可以这样搜，例如要收听7.430兆赫的电台，首先把MHz主调谐旋钮调至7.0 然后把PRESELECT旋钮亦调至7MHz（高频预选暂时未加），再把KHz副调谐旋钮(刻度是000-999)慢慢旋转至430附近就能找到电台。



也可以这样搜，先把MHz主调谐旋钮调至7.0 然后把PRESELECT旋钮亦调至7MHz，再把KHz副调谐旋钮(刻度是000-999)从000-999KHz慢慢扫描，搜索7-8MHz范围内的全部信号，其他频段亦是如此。

还可以这样搜，先把KHz副调谐旋钮(刻度是000-999)旋转至500，再把MHz主调谐旋钮调至某个电台密集的国际米段中间，PRESELECT旋钮亦调至这个频段，这时你会发现该米段内的全部电台都集中在KHz旋钮的左右，哈哈一网打尽呐! 电台密密麻麻的，拧着都舒服啊，我经常这么干，爽翻天了。




九、制作花絮




















后记

这台短波机从外观构思、设计绘图，到电路方案的确定直至组装完成，历时两个多月，几乎耗尽我全部的业余时间，用一句话来形容当时的感受：

“痛！并快乐着”。

痛苦的是精力不比学生时代了，琐事缠身。再加上某些工具又不凑手，耗费了不少时间，真是为伊消得人憔悴啊。
快乐在于这段潜心专研的日子，思如泉涌，灵感接踵而来，就像“尼古拉.特斯拉”那样不倦的探索着......





★Radiocom 炫彩制造，聆听世界的声音。

2015.春

vzcxmbn

单边带和CW效果一般哈，其他很好，赞一下

炫彩

vzcxmbn 发表于 2015-3-5 19:11
单边带和CW效果一般哈，其他很好，赞一下

感谢加分鼓励。

kingokkingok

精彩

liu9020360

我是外行就知道看着漂亮

001

这个真不错。。。。。。。。佩服。

X哥

估计这次大奖是你的了，我感觉电路板应该设计的再专业一些就更完美了，因为高频电路里，有时元件位置都可能影响接收效果

ym78321

设计巧妙,制作精良,是个大作!

炫彩

X哥 发表于 2015-3-5 20:54
估计这次大奖是你的了，我感觉电路板应该设计的再专业一些就更完美了，因为高频电路里，有时元件位置都可能 ...

X哥意见中肯，接下来我按你说的重新设计PCB，还有加工PVC面板，亚克力圆盘指针，度盘照明灯，很多地方有待完善，感谢支持

文立刀

漂亮极了！高手中的高人！敬仰！组织一下套件，该能让爱好者多满足啊！

其实不想走

看这样的帖子真是赏心悦目啊~
图片照的真漂亮，更显得专业，还有那种黄底的图片看着很舒服，不知道怎么做的。
佩服楼主的专业和耐心，到时候一定投你一票。

榴莲

很给力，有点复杂。

炫彩

其实不想走 发表于 2015-3-5 21:53
看这样的帖子真是赏心悦目啊~
图片照的真漂亮，更显得专业，还有那种黄底的图片看着很舒服，不知道怎么做的 ...

谢谢支持哈~
图片是在射灯下拍的，光源色温偏暖，加上拍摄时使用RAW文件格式，后期用Lightroom矫正了下白平衡及色阶，又加了点儿暗角突出主题，就成这效果了。

黄底图是这么合成的，从素材库里找了张老旧纸张图片，在PS里把手绘稿与旧纸张叠加在一起，并设置手绘稿图层正片叠底就OK了。