如何能够得到灵敏度更高的150kHz导航信号检测板？

Posted 2021-05-22 卓晴

简 介： 本文描述了在电路板上焊接150kHz再生放大接收电路的过程，并给出了电路的调整步骤。通过恰当的调节过程，可以使得电路接收灵敏度达到最高，同时也会避免电路自激振荡。

关键词： 导航信号，再生放大，150Khz，智能车竞赛，节能信标

 

§01 导航信号接收板

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  分别在 对于150kHz导航信号放大接收模块测试实验 以及 全距离测量150kHz导航信号放大检波能力 对于基于JFET的导航信号放大检波特性进行了测试。下面对于来自于LQ寄送的制作电路板进行焊接和调试。

1、电路设计

（1）原理图与PCB

  接收电路与制作的PCB分别为：

^{▲ 基于JFET直接放大与检波电路原理图}

^{▲ 制作的PCB电路板560}

^{▲ 电路板正面的布局}

（2）实际焊接电路及其元器件参数

  下面是实际焊接的电路图和与器件参数。对于$T_1,T_2$使用2SK241替换。这个电路在 全距离测量150kHz导航信号放大检波能力 进行了测试。

^{▲ 焊接电路及其元器件}

2、电路焊接

  组装完后的电路板如下图所示。电路中的各个元器件参数为：

   元器件参数：

天线L1： 1064.5uH，Rs=6.69欧姆，Q=149.9
固定谐振电容C1：标称值1nF，实测值974pF
可调电容C2： 5pF～51pF
T1,T2：2SK241
扼流圈L2： 色码电感 4.7mH
D1,D2： BAT54

^{▲ 焊接完之后的电路板}

  需要注意，在焊接扼流圈L2的时候使呈现垂直状态，具有与接收天线L1有正反馈磁耦合，这样可以增加接收电路的灵敏度。具体调节方式参加【2-接收电路调试】中的介绍。

  外部施加 +5V～+12V 工作电压，电路板的静态电流大约为 3.5mA～5mA ，这个电流大小是由2SK241的等级决定的。

 

§02 接收电路调试

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1、调节的重要性

  由于在电路板上具有两个电感，一个是作为接受信号天线的L1，一个是作为 JFET（2SK241） 漏极负载L2，它们之间存在着磁耦合。通过调整L2垂直的角度，来调节L1，L2之间的互感量，使得接收放大电路存在一定量的正反馈（高频再生信号），使得接收电路的增益得以提高，同时又要避免电路自激振荡。

  利用正反馈形成的再生信号提高接收电路的增益在早期的单管调幅收音机中就有应用。比如下面的基于MPF102 单管调幅收音机就是利用这个原理。电路中使用电位器R3来调整高频信号的再生量，在提高接收灵敏度和电路振荡中间取得平衡。

^{▲ 带有再生回路的单管JFET调幅收音机}

  在对导航信号接收电路中，则是通过调整L2与L1之间的夹角来改变高频再生比例。

2、电路调节方法

  电路调节包括以下三个步骤。在这个过程中，需要准备节能信号灯无线充电线圈放置在周围3米的位置。在下面的调试过程中，假设电路的工作电压为+12V。

（1）确定L2的上下方向

  先将无线充电线圈关闭，在这种情况下确定L2的上下的正确方向。

  首先保持L2电感垂直，也就是与L1平行。此时如果输出电压超过10V，表明此时电路处在自激振荡状态，将L2上下颠倒一下。

  如果此时输出电压接近于0，则说明L2的上下方向正确。

^{▲ 调节接收板的增益}

（2）调节L2角度

  将位于 2米～3米 附近的无线线圈打开，使其正常工作。然后调节L2前后的角度，使得放大检波输出电压达到最大，同时又不会超过5V。

  如果超过5V说明再生比例太大，电路容易进入自激振荡状态。

^{▲ 调节L2前后倾角}

（3）调节接收天线谐振电容

  使用塑料无感改锥，调节天线谐振电容C7，使得电路输出电压达到最大。

  如果此时输出电压超过5V，可以重新第二步的调节，使得电路增益达到适当大小，而又距离自激振荡具有一定距离。

  比如在无线充电线圈距离3米的距离，使得接收电压输出达到2V左右。

  在确定调整完毕之后，可以使用热熔胶等对于L2进行固定。或者将电路板装进小的塑料盒，以保护L2的方向不再被外力改变。

 

※ 制作总结 ※

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  在前面的文章中对于制作高灵敏度的150kHz导航信号电路板进行了叙述，其中影响接收电路性能的是在第二步的电路调节过程。通过调节L2的方向，使得电路再生放大系数达到一个合适的大小，此时电路的接收灵敏度和工作稳定性达到均衡。

  这个电路可以工作在 +3V～+12V 之间，具有很宽的工作电压范围。在后期将输出电压送到单片机接收端口前，还需要根据电路板的最大输出对输出电压进行适当的衰减，以满足单片机ADC转换的范围。

1、对于电路板修改建议

  为了方便焊接14×19工字型骨架的引脚，修改L1的管脚间距以及焊盘的内孔。特别是焊盘内孔需要大于1mm。

  为了方便调节L1，L2的相互之间的耦合，将L1，L2位于电路板上的位置按照下面的位置进行摆放。

^{▲ 修改L1、L2的管脚间距与位置}

 

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  ■ 相关文献链接:

• 对于150kHz导航信号放大接收模块测试实验
• 全距离测量150kHz导航信号放大检波能力