單邊帶收發(fā)信機(jī)的工作原理解析

一、人耳能聽(tīng)到什么？

所有的傳遞語(yǔ)音的無(wú)線電設(shè)備，包括手機(jī)、對(duì)講機(jī)、無(wú)線話筒、廣播電臺(tái)，其目的都是為了讓雙方能夠理解彼此的聲音信息。人耳能聽(tīng)到的聲音頻率在0.02K-20K，也就是說(shuō)無(wú)線電最多只需要傳遞這20K帶寬的信息，再傳多了也沒(méi)用，咱聽(tīng)不見(jiàn)。我這里普及一下帶寬，人耳聽(tīng)到的聲音在0.02k到20k這個(gè)頻率區(qū)間的每一個(gè)頻率點(diǎn)都含有信息，這么一段寬度的頻率段把他叫20K的帶寬。我們能夠區(qū)分不同的人講話的聲音，就是因?yàn)檫@段帶寬包含音色、音調(diào)等信息。

二、電波傳遞了什么？

雖然人耳聽(tīng)到0-20K的聲音，但是0-3k這段區(qū)間帶寬已經(jīng)可以大體反映出音色音調(diào)等信息了，一般在短波機(jī)中我們只傳遞這3k帶寬聲音信息。原因很簡(jiǎn)單，短波的頻率資源有限，如果你通信傳輸用20k帶寬，人家才用3k，你一個(gè)人通話就占用了別人將近7個(gè)人的資源，面對(duì)有限的短波資源，大家慢慢形成了約定都只占用3k帶寬。這里再普及一下短波，短波是指3mhz-30mhz頻率段的電波。大家想想27m短波的帶寬，理論上最多能容納多少個(gè)3k？而這個(gè)問(wèn)題放在UV段，就不存在了，拿國(guó)內(nèi)常用U段400-470m來(lái)說(shuō)，就有70m的帶寬夠用了。更重要的是UV段由于傳播特性，距離發(fā)射不是很遠(yuǎn)，可以分區(qū)復(fù)用，比如深圳的某人用個(gè)435m-436m這一段，而湖北的人照樣可以用這一段頻率，互不干擾。而短波就不行，動(dòng)輒傳播幾千公里，新疆的人用了7.050m，海南的人再用這個(gè)頻點(diǎn)，那就很可能要信號(hào)打架了。

三、調(diào)制是什么？

對(duì)于語(yǔ)音通信來(lái)說(shuō)，所謂的調(diào)制就是想辦法把語(yǔ)音信號(hào)混合到高頻信號(hào)中去。為啥要混合到高頻信號(hào)去，因?yàn)楦哳l率的信號(hào)容易形成無(wú)線電波被發(fā)射出去，因?yàn)檫@個(gè)高頻信號(hào)攜帶承載了有用的聲音信號(hào)，把它叫載波。發(fā)射機(jī)是老公，載波是郵差，聲音是情書，接收機(jī)是老婆。如果老公老婆離得很近，就間距0.5米，那么老公可以直接把情書遞給老婆，這時(shí)候我們不需要郵差。但如果是遠(yuǎn)距離通信，老公在海南老婆在新疆，老公需要郵差帶著信送到新疆，老婆見(jiàn)到郵差后才能取到信。老公讓郵差帶上信的過(guò)程就是調(diào)制，郵差取出信給老婆的過(guò)程就是解調(diào)。我們經(jīng)常聽(tīng)到收音機(jī)里說(shuō)：這里是調(diào)頻立體聲fm88.6，這里的fm就是一種調(diào)制方式。我們經(jīng)常見(jiàn)到的FM是調(diào)頻，AM是調(diào)幅。調(diào)頻的意思是載波的頻率隨聲音不同而變化，比如載波是400m，聲音大的時(shí)候變成400.003m，聲音小的時(shí)候變成399.997m，總之就是通過(guò)載波頻率的變化反映要發(fā)射的聲音。調(diào)幅的意思是載波的幅度（也就是大小或者說(shuō)強(qiáng)度）隨聲音不同而變化，比如載波是沒(méi)聲音的時(shí)候發(fā)射幅度是10v，聲音大的時(shí)候變成10.5v，聲音小的時(shí)候變成9.5V，也就是通過(guò)發(fā)射的信號(hào)的強(qiáng)弱改變來(lái)反映聲音特征。無(wú)線信號(hào)傳遞到了接收機(jī)，接收機(jī)要按照不同的調(diào)制方式做出不同的解調(diào)處理才能提取出正確的聲音信息。

四、單邊帶是什么？

假設(shè)有兩個(gè)頻率，一個(gè)是載波，其頻率是f1，一個(gè)是要發(fā)送的聲音，其頻率是f2，f1是高頻，f2是低頻，那么他倆結(jié)婚后的家庭里會(huì)出現(xiàn)四個(gè)人，一個(gè)老爹f1，一個(gè)是老媽f2，一個(gè)大兒子f1+f2，一個(gè)是小兒子f1-f2，這時(shí)候你會(huì)發(fā)現(xiàn)老大和老小站在老爸兩邊剛好是對(duì)稱的。f1+f2頻率高于f1，叫做f1的上邊帶USB，f1-f2頻率低于f1，叫做f1的下邊帶LSB，這兩小寶貝合在一起叫雙邊帶DSB。因?yàn)榇髢鹤雍托鹤佣己欣习掷蠇尩慕M合基因信息，理論上任何一個(gè)都可以提取出老媽的基因出來(lái)。而老爸本身f1是無(wú)論如何取不出老媽f2的基因的。所以如果我們需要取得老媽的基因（也就是聲音），只需要把大兒子或者二兒子送一個(gè)過(guò)來(lái)就行了。當(dāng)然如果你把老爸老大老二這三人都送過(guò)來(lái)也沒(méi)關(guān)系，問(wèn)題是路費(fèi)不劃算啊，所以為了省路費(fèi)，只送老大或者老二就行了。這里的路費(fèi)就是發(fā)射功率。單邊帶的發(fā)射因?yàn)槿サ袅溯d波和一個(gè)邊帶，大部分無(wú)用損耗都避免了，功率利用率特別高。只送老大或者老二過(guò)來(lái)的過(guò)程就是單邊帶發(fā)射。補(bǔ)充一句，單邊帶本質(zhì)上是一種調(diào)幅調(diào)制。也就是說(shuō)最終發(fā)出去的那個(gè)邊帶也是靠調(diào)整發(fā)射信號(hào)的幅度來(lái)反應(yīng)聲音高低的。

五、電路上如何產(chǎn)生單邊帶？

我們先從框圖說(shuō)起，前面我們說(shuō)到帶邊帶的概念，那么它從電路上是怎么生成的呢？還是拿老爸和老媽說(shuō)事，還是f1是載波，f2是聲音。得益于技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了混頻調(diào)制芯片，這種混頻芯片作用是把f1和f2放在一起爆炒，但是最后出鍋的并不是上文提到的一大家子，出爐的是老大和老二，也就是輸出f1-f2和f1+f2，這是個(gè)雙邊帶信號(hào)。你可以想象為芯片里面有個(gè)惡棍，只允許小朋友出去活命，老爸老媽已經(jīng)在里面被惡棍吃掉了。我們已經(jīng)不用去關(guān)心惡棍是怎么吃掉爸媽的，我們只要知道它可以讓爸媽生孩子，而且還生了二胎，最后只放出兩個(gè)小朋友就行了。典型的這種芯片是NE602，后期又發(fā)展了SA602，SA612等，都是差不多的東西啦。

好啦，現(xiàn)在兩位小朋友逃出來(lái)了，更嚴(yán)酷的事實(shí)來(lái)了，惡棍在外頭還有個(gè)老婆叫巫婆，巫婆愛(ài)吃小朋友，原來(lái)惡棍放小朋友出來(lái)不是心善，而是為了討好她老婆！巫婆攔住兩個(gè)小朋友說(shuō)：你倆只能活一個(gè)過(guò)去！并不是因?yàn)槲灼判纳品抛咭粋€(gè)，而是她想保持身材，不想吃太多！這個(gè)惡婆娘就是窄帶濾波器。假設(shè)高頻f1是4m，低頻f2是0-3k，那兩個(gè)小朋友就是4-3.997m和4-4.003m，兩個(gè)頻率段相隔的太近了，最優(yōu)秀的lc濾波器也沒(méi)辦法剝離這一對(duì)親密的難兄難弟！就像孿生姐妹長(zhǎng)得太像了，實(shí)在難以分辨。把頻率如此接近的兩個(gè)信號(hào)剝離，這在幾十年前是天大的難事，好在時(shí)代的進(jìn)步讓我們現(xiàn)在不必如此為難，晶體濾波器以其極高的Q值和極窄的帶寬成為惡婆娘吃掉一個(gè)兄弟的不二武器！晶體濾波器帶寬為3k左右，剛好是單邊帶傳輸?shù)膸?，晶體濾波器就像是一個(gè)門框，高一點(diǎn)肥一點(diǎn)都被擋在門內(nèi)了，這個(gè)門框就是給這兩兄弟中的一個(gè)量身定做的，剛好只有一個(gè)可以溜過(guò)去！雙邊帶變成了單邊帶信號(hào)了！

六、單邊帶信號(hào)產(chǎn)生后還要做什么？

按道理呢，單邊帶信號(hào)產(chǎn)生以后可以直接發(fā)射出去，但是存在兩個(gè)問(wèn)題，第一頻率不合適，就像上面的4-3.997m信號(hào)，發(fā)出去可以，問(wèn)題是幾乎沒(méi)人在這個(gè)頻率守候，根本沒(méi)人鳥(niǎo)你，所以我們要把這個(gè)單邊帶信號(hào)挪到我們想發(fā)射的頻率去。第二功率太小，信號(hào)極其微弱，可能接收機(jī)要離你一米才能收到信號(hào)。拜托，短波是用來(lái)通聯(lián)千里之外的武器，一米通聯(lián)不如用喊還來(lái)的實(shí)在點(diǎn)，所以我們需要功率放大！

那么如何把單邊帶信號(hào)挪到我們想要發(fā)射的頻率去呢？這里要再次惡魔出場(chǎng)！大家應(yīng)該記得雙邊帶的產(chǎn)生是把f1和f2丟到惡魔（混頻芯片）手里去爆炒的事吧？最后出鍋了f1+f2和f1-f2。那么我們這里要再讓惡魔先生表演一次殘酷的吃爸媽慘??！假設(shè)巫婆吃掉了f1+f2，讓f1-f2也就是小兒子活下去了，我們還是用f1=4m，f2=0.003m來(lái)計(jì)算，那么4-0=4m，4-0.003=3.997m小兒子的參數(shù)應(yīng)該是4m到3.997m這一段頻率。如果我們想發(fā)射的頻率是10m整怎么辦？簡(jiǎn)單，我們給小兒子找一個(gè)媳婦f3=6m，然后再把小兒子和他媳婦一起送給惡魔先生再次爆炒，出鍋兩個(gè)孫子，10到9.997m（這么來(lái)的6+4=10m，6+3.997=9.997m，）和2-2.003m（這么來(lái)的6-4=2m，6-3.997=2.003m），猶豫兩個(gè)孫子之間的頻率段差距很大，用常見(jiàn)的lc濾波器就能把2到2.003m這一段濾除，把10到9.997m頻率提取出來(lái)。這樣就完成了頻率的挪動(dòng)！

最后這個(gè)挪動(dòng)完畢的頻率送去功率放大模塊放大功率后發(fā)射出去，功放模塊的功率根據(jù)需求不同設(shè)計(jì)，想玩QRP那就5W甚至1W就行了，想玩重火力，自己買個(gè)外置功放（ham把這種功放叫烏龜，我不知道為什么）。這樣，一個(gè)完整的單邊帶發(fā)射機(jī)就完成了。這個(gè)流程是不是沒(méi)有想想中的復(fù)雜？至少我是這樣的感覺(jué)。

七、匯總整理發(fā)射流程。

為便于大家理解，我手繪了一個(gè)發(fā)射流程簡(jiǎn)圖，字比較丑，見(jiàn)諒。

由話筒傳來(lái)的聲音信號(hào)0-3k和一個(gè)振蕩器產(chǎn)生的4m信號(hào)一起送給混頻器調(diào)制，調(diào)制出來(lái)的兩個(gè)頻率是頻和4-4.003m、頻差4-3.997m，這兩個(gè)頻率是雙邊帶信號(hào)DSB，由于他們靠的太近，需要利用晶體濾波器極窄的帶寬特性，濾除其中一個(gè)邊帶，這里圖示的例子濾掉了4-4.003m，為了把這個(gè)信號(hào)調(diào)整到我們需要發(fā)射的頻率（假設(shè)我們要去10m發(fā)射），需要進(jìn)行二次混頻處理，再次引入一個(gè)6m振蕩器，混頻后又產(chǎn)生一個(gè)雙邊帶信號(hào)10-9.997m和2-2.003m，但是這次我們不用晶體濾波器了，因?yàn)樯线厧Ш拖逻厧У男盘?hào)頻率差距很大，用lc做一個(gè)10m的帶通濾波器把2-2.003這個(gè)邊帶的頻率濾除。最后得到10-9.997m的單邊帶頻率。這個(gè)信號(hào)送到功放進(jìn)行功率放大后，為減少雜散發(fā)射，經(jīng)過(guò)一個(gè)10m濾波器后，濾除其他頻率的信號(hào)，然后送到天線發(fā)射出去。這里舉例的10m發(fā)射在國(guó)內(nèi)是不合法的發(fā)射頻段，我僅僅為了偷懶舉了個(gè)容易計(jì)算的頻率而已，請(qǐng)大家注意合法發(fā)射。

八、接收流程怎么整？

理解了發(fā)射流程以后，接收就很容易自己就琢磨出來(lái)了，接收完全是發(fā)射的反流程而已。

由天線感應(yīng)到的信號(hào)（假設(shè)要接收的信號(hào)是10-9.997m），這個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)寬帶濾波器后濾除其他頻率。寬帶濾波器是相對(duì)于窄帶濾波器而言，我們有提到晶體濾波器是可以通過(guò)的帶寬是3k左右，而這里的寬帶濾波器可以通過(guò)的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于3k。濾波后的10-9.997m信號(hào)與本地的一個(gè)6m振蕩器爆炒，出來(lái)一個(gè)合頻的大兒子16-15.997m，還有一個(gè)差頻的小兒子4-3.997m，把這兩個(gè)兒子送到晶體濾波器，得到純凈的4-3.997m信號(hào)，這個(gè)信號(hào)再與本地的一個(gè)4m振蕩器進(jìn)行二次混頻，又出來(lái)兩個(gè)孫子，合頻的8-7.997m大孫子，0-0.003m的小孫子，由于這兩個(gè)頻率段差距非常大，用簡(jiǎn)單的rc濾波就能濾除大孫子，然后把0-3k這個(gè)小孫子送去語(yǔ)音功放芯片做功率放大，然后推動(dòng)喇叭發(fā)生，還原成語(yǔ)音信息。

九、如何整合成完整的收發(fā)信機(jī)？

由上面兩個(gè)收發(fā)流程可以看出其實(shí)有很多公用部件。例如天線、10m濾波器、6m振蕩器、4m振蕩器、晶體濾波器，如果兩個(gè)混頻器都有雙通道，那么連兩個(gè)混頻器都能公用。我們需要做的僅僅是增加幾個(gè)繼電器，通過(guò)合理的控制邏輯，讓收發(fā)流程能盡量共用器件。首先天線的收發(fā)要用繼電器隔開(kāi)，發(fā)的時(shí)候不能收，收的時(shí)候不能發(fā)。其次要在寬帶濾波器兩端用繼電器切換收發(fā)通道。這僅僅是單頻段SSB收發(fā)信機(jī)的最小系統(tǒng)。

十、發(fā)散思維，呵呵！

看完之前九個(gè)章節(jié)，相信大家都已經(jīng)熟悉了單邊帶收發(fā)信機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。但是您真的理解了嗎？問(wèn)一問(wèn)自己下面幾個(gè)問(wèn)題，如果能答得上來(lái)，那說(shuō)明您真的已經(jīng)吃透了，恭喜！

1、如果我想把發(fā)射頻率改到14m，應(yīng)該改動(dòng)哪些參數(shù)？

2、如果我想把例子中發(fā)射的10m下邊帶變成10m的上邊帶，需要改哪些參數(shù)？

3、上邊帶發(fā)射的信息，如果用下邊帶模式接收，能解析出語(yǔ)音嗎？

4、為什么發(fā)射和接收需要二次混頻？如果直接用音頻和可調(diào)頻率的本地振蕩器進(jìn)行一次混頻，晶體濾波后就發(fā)射，會(huì)帶來(lái)什么問(wèn)題？（比如想要10m發(fā)射，為啥沒(méi)有直接用3k的音頻和10m振蕩器混頻獲取到10-9.997m去發(fā)射？）

審核編輯：湯梓紅