直放式载波信息接收机的设计与实现

林 新　欧阳宁

直放式载波信息接收机的设计与实现

林 新1,2欧阳宁1

（1.桂林电子科技大学信息与通信学院，广西 桂林 541004；2.广西广播电视玉林二四一台，广西 玉林 537000）

文章研发了一种直放式载波信息接收机，主要用于从空中接收中波广播载波信号，其特点是接收天线磁棒线圈采用独特的密绕方式，对接收到的载波信号通过单片机处理可得出载波功率大小、调制度和频率信息，真实反映空中载波情况，其优点是在发射天线附近、在功率相差10倍、频率差只有45kHz的两个同时播出的载波中接收都不串台，为无线监测载波提供准确的载波信息。

直放；载波信息；频率检测；单片机处理

广播电视无线发射台站在运行中，需要通过接收机接收发射机从发射天线发射出的信号对发射机播出质量和播出效果监测，以便实时了解地了解发射机播出服务区信号接收的效果。

对载波接收得出音频信号已是很成熟的技术，已有许多现成产品，比如收音机，包括整机或一定功能的集成电路。但这类产品一般都是超外差式，接收后得到的是465kHz的中频信号，不能得出载波频率，而且收音机接收载波都有自动增益控制功能，得不到载波功率的大小信息，不能真实反映空中载波情况。为了实现在发射天线附近监测载波的目的，本文自主设计了直放式载波信息接收机，可从空中直接接收载波信号，通过单片机处理得出载波功率大小、音频和频率信息，其优点是电路选择性很高，在发射天线附近、在功率相差10倍、频率差只有45kHz的两个同时播出的载波中接收都不串台，为发射机播出异常提供告警信息。

1　载波信息接收机的介绍

载波信息接收机是一种从调制有音频的（空中）载波得到载波频率、载波调制度、载波发射功率的一种设备，适用于载波监测，相比收音机功能更全面，而收音机只能完成很有限度的语音接收。

2　直放式载波信息接收机的设计

2.1方案设计

要在发射天线附近正确接收载波，接收机需满足如下技术要求：（1）选择性要好。因为中波信号播出节目有的载波频率相差只有45kHz～50kHz，而载波功率可能相差10倍甚至更大，这样大功率节目就很容易对小功率邻近载波造成干扰，只有选择性高才能避免串台干扰。（2）电路不能有自动增益控制功能。因为接收的载波还要反映载波功率的大小，有了自动增益控制功能是无法从接收信息得出功率信息的；（3）不能进行变频（即直放式）。因为变频会对载波信息造成影响。（4）要有载波频率监测功能。这是因为接收机接收的邻近频率太近，谐振电容或电感会随季节温度变化而有所变化，造成接收频率偏移，影响告警的准确性，所以需要对频率信息进行接收。基于以上要求，本文提出了直放式载波信息接收机的设计方案。

图1　载波信息接收机系统框图

如图1所示，载波信息接收机由载波接收、频率检测、单片机处理电路构成，一台载波接收机只接收一个节目载波，通过单片机处理取得所接收的载波功率、频率、调制度信息。

2.2直放式载波信息接收机电路原理

如图2所示，载波接收电路由高放、检波和低放三部分组成，其中双栅场效应管VT1（BF961）担任高频放大，对接收到的载波信号直接放大。磁棒天线L1及场效应管BF961、C2、C3、R5、C4构成高Q值谐振无线接收回路。L1的绕制由多股纱包线充分密绕在锰锌铁氧体磁棒的一端上，有很高的Q值，场效应管BF961的输入阻抗达到1010欧，使谐振电路选择性很高。输出回路由R4、C5阻容耦合输出，因为是在台区接收，灵敏度不是主要的，防止串台是主要问题，线路过长过大都会引入干扰，用阻容耦合线路最短。

输入调谐部分电路由U5、R16、L2、R1、D1、C2构成，调节R16的阻值，可调谐接收在某个频率上。

载波接收放大后直接送频率计数器电路，HD74LS14及R34构成高速正弦信号变方波脉冲信号变换电路，脉冲送14位计数器CD4020，CD4020的计数值由Q4-Q14 输出送到单片机由单片机处理得出与频率有关的信息。

D2、D3、C7、R6构成倍压检波电路得出检波电压，经LM324放大后送单片机AD输入接口，由单片机处理得出载波幅度、调制度信息。检波电压不经电容隔直送到由LM324构成的直流放大电路，经P10 送到单片机，由单片机进行AD模数转换取得检波电压数据。

接收调谐自动微调部分实现对载波频率的监测，由单片机端口P11、P12 、P13 、P14、DA转换器U6、放大器U4--（12、13、14）、R11、放大器U5等构成调谐自动微调部分。检波信号分一路到U4放大后送单片机进行AD采样，以便单片机进行调谐微调。在手动调谐的基础上，单片机定时发出一列小范围控制数据控制U6的输出进行调谐操作，调谐时各控制数据下的载波平均幅度被采样到单片机，单片机程序会记下使载波平均幅度最大的控制数据值，最后以这组控制数据控制U6的输出，使载波输出最大。U6在单片机的软件控制下进行DA转换。

图2　双栅场效应管直放式载波接收电路

检波电压经C6 得出音频供一般的收听用。LM386是音频集成电路。

3　直放式载波信息接收机的实现

3.1元器件选择

为抑制载波接收时的邻频干扰，须提高电路的选择性。合理地选择元器件对保证良好的选择性也是很重要的。如设计高频放大器时，选用二阶曲率特性的场效应管，适当提高调谐回路的有效Q值。本设计中，高频放大元件选用高阻抗输入的双栅场效应管BF961，电路有很高的Q值，选择性很高，抗干扰能力强。

3.2电路板制作

制作电路板时首先要考虑到串台的问题，高放与检波部分线路要尽量短小紧密，防止引线过长引起串台。

3.3接收磁棒天线的制作

在选择磁棒时，锰锌铁氧体磁棒、镍锌锰锌铁氧体混合磁棒都可选择，但不要选择应用于短波的镍锌磁棒。中波低频端选择锰锌铁氧体磁棒，中波高频端选择镍锌锰锌铁氧体混合磁棒。线材选用7股到14股纱包线，比用单股同导体载面的包线具有更小的趋肤效应、更高的Q值。

绕线时纱包线应密绕在磁棒的一端上，纱包线要以叠高式紧密绕在一起，越密越好，这样Q值就越高。普通收音机的绕线是顺绕在磁棒上，顺绕外观虽好看，但会降低选择性，如果纱包线象普通收音机顺绕线在磁棒上，则Q值低，小功率电台难收到信号， 并且很容易受大功率台串台干扰。同时，纱包线放于磁棒一端比放在磁棒中间好，选择性密绕比顺绕的Q值会高许多。绕线时，可在直经10MM，长度140MM的磁棒上绕40圈作为接收测试的开始。

3.4 回路的调试

回路调试有时也是制作成功与否的关键，回路调试与观察回路Q值有关。输入回路的Q值很高时，要观察回路的Q值就不能用输入内阻小的示波器。一般的晶体管示波器是不适用的，可用电子管示波器。因为示波器的输入线存在较大的电容，直接接入对调谐点有影响，在天线磁棒绕5～10圈进行磁耦合输出到示波器就行了。信号发生器输出接到另一磁棒线圈上，适当靠近被测磁棒线圈，信号就可磁耦合到被测磁棒线圈。

LC回路调试连线图如图3所示，用频段式手摇信号发生器很容易进行频段切换，从低频率档位到高频率档位按频率大小不断手摇输出一个频率信号到被测LC回路，可找到一个在示波器显示屏上幅度由小到大，由大到小的频率点，这就是回路的谐振点，调谐电容调到最大与最小之间的谐振点，就是接收的频率范围。调试时，可通过增加或减小线圈绕数改变接收的频率，绕数越多接收的频率越小。

接收到所需的电台信号后，将接收到的载波信号送去单片机处理得出载波的频率、功率和调制度信息。

图3　LC回路Q值测试观察接线图

4　结论

与现有收音机相比，本载波信息接收机的优点在于选择性高，可对空中载波直接接收，得到载波频率、功率大小、调制度的实时信息，且在功率相差10倍，频率差只有45kHz的两个同时播出的载波中接收都不串台，这对无线监测载波有一定的参考价值。

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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，桂林电子科技大学信息与通信学院在职工程硕士，工程师，研究方向为无线电；欧阳宁，男，桂林电子科技大学信息与通信学院教授，研究方向为图像处理、数据融合、智能信号处理。