适用于FT-817的Funcube Dongle泛用适配器

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方案1：2020年低成本版本
全表面贴装印刷电路板（PCB）

图中展示了一个表面贴装版本泛用适配器板的原理图，具体说明如下：

• 电源部分：+5V（+RxB）电源通过电容C6（0.1μF）和C7（1000pF）进行滤波。
• 输入部分：信号从“to 817 Coax”输入，经过电阻R1（推荐值为150Ω，用于减小负载）和电容C4（1000pF），然后进入MMIC MAR-6放大器。
• 滤波器部分：滤波器由电感Lf和电容Cf组成，有两种配置选项：18nH电感和330pF电容，或者24nH电感和270pF电容。此外，还有一个由电感L2（120nH）和多个电容（C5、C1、C3、C2等）组成的滤波电路。
• 衰减器部分（可选）：用于5dB的衰减，电阻R4为27Ω，R3和R5为180Ω。
• 输出部分：信号经过“OUT Coax”输出到“SMA”接口。

该原理图来源于W1GHZ 2020（N1JEZ 2011）。

图5 - 表面贴装版本泛用适配器板原理图

这个板子是从FT817中频信号引出然后接入到电路图的输入中，请结合这个图说明一下这个板子的原理和作用。

这个Funcube Dongle泛用适配器板主要用于将Yaesu FT-817业余无线电收发器的中频（IF）信号引出并适配到Funcube Dongle等软件定义无线电（SDR）接收器。以下是结合电路图对其原理和作用的详细说明：

原理

1. 信号引出：从FT-817的中频输出端引出的信号首先通过同轴电缆（to 817 Coax）进入适配器板。
2. 阻抗匹配和缓冲：
   • 电阻R1（推荐150Ω）用于减少负载对FT-817输出级的影响，起到一定的阻抗匹配作用，确保信号能够稳定传输。
   • MMIC MAR-6是一个微波单片集成电路放大器，用于对引出的中频信号进行缓冲和初步放大，以提高信号的驱动能力，同时减少后续电路对FT-817输出信号的干扰。
3. 滤波：
   • 滤波器部分（由Lf、Cf等元件组成）用于滤除中频信号之外的杂散频率成分。通过选择合适的电感（Lf）和电容（Cf）值，可以调整滤波器的中心频率和带宽，使其适应Funcube Dongle等SDR接收器的输入要求。
   • 额外的滤波电路（由L2、C5、C1、C3、C2等组成）进一步对信号进行滤波处理，去除可能存在的谐波和其他干扰信号，提高信号的纯净度。
4. 衰减（可选）：如果信号幅度过大，可能会导致SDR接收器过载。此时，可以通过可选的衰减器部分（R3、R4、R5）对信号进行5dB的衰减，以确保输入到SDR接收器的信号幅度在合适的范围内。
5. 信号输出：经过处理后的中频信号通过同轴电缆（OUT Coax）输出到SMA接口，以便连接到Funcube Dongle等SDR接收器进行进一步的处理和解调。

作用

1. 信号适配：将FT-817的中频信号适配到Funcube Dongle等SDR接收器的输入要求，使得SDR接收器能够接收和处理FT-817的中频信号。
2. 信号增强和净化：通过放大和滤波处理，增强信号的强度并去除干扰信号，提高信号的质量和信噪比，从而提升SDR接收器的接收效果。
3. 保护SDR接收器：可选的衰减器可以防止过强的信号损坏SDR接收器，确保接收器的安全运行。

总体而言，这个适配器板起到了桥梁的作用，使得FT-817的中频信号能够有效地被Funcube Dongle等SDR接收器接收和处理，扩展了FT-817的功能和应用场景。

以下是从电路设计、性能提升、兼容性和实用性等角度，对Funcube Dongle泛用适配器板可能存在的优化方向：

电路设计方面

• 电源滤波优化：虽然已有C6和C7进行电源滤波，但可以增加更多不同容值的电容，如添加几个nF级别和μF级别的电容，形成多级滤波，以更好地滤除电源线上的高频噪声和低频波动，为MMIC MAR - 6放大器提供更纯净的电源，进一步提高信号质量。
• 布局优化：检查印刷电路板（PCB）布局，确保信号路径尽可能短且直，减少信号在传输过程中的损耗和干扰。特别是输入和输出信号线，应避免与其他高频或大电流线路平行走线，必要时可以采用地线隔离。

性能提升方面

• 可变衰减器：将固定的5dB衰减器改为可变衰减器，例如使用数字电位器或可变电阻，用户可以根据实际输入信号的强度灵活调整衰减量，以适应不同场景下的信号输入需求，更好地保护SDR接收器。
• 增益可调：目前放大器MMIC MAR - 6的增益是固定的。可以考虑增加增益控制电路，如通过数字控制或模拟电压控制来调整放大器的增益，使适配器能够适应更广泛的信号强度范围。

兼容性和实用性方面

• 输入输出接口多样化：除了SMA接口，可以增加其他常见的接口类型，如BNC接口，以提高适配器与其他设备的兼容性，方便用户根据手头的设备选择合适的连接方式。
• 状态指示：添加一些状态指示灯，例如电源指示灯、信号强度指示灯等。电源指示灯可以方便用户确认适配器是否正常通电；信号强度指示灯可以根据输入信号的强度显示不同状态，帮助用户快速了解信号情况。
• 防护设计：在输入输出端口增加过压、过流保护电路，防止因意外的高电压或大电流损坏适配器内部的元件，提高适配器的可靠性和稳定性。

调试和测试方面

• 测试点预留：在关键节点，如放大器的输入输出端、滤波器的输入输出端等位置预留测试点，方便用户在调试和测试过程中使用示波器、频谱分析仪等仪器进行信号测量和分析，以便更好地优化适配器的性能。

方案2：

以下是对这两个适配器缓冲电路设计的对比分析，判断哪个方案更优需综合考虑多种因素：

电路结构与元件使用

• 前一个设计（Funcube Dongle Panadaptor for FT - 817）
  • 结构相对复杂，包含了多级滤波电路（由多个电感和电容组成的滤波器）、一个MMIC放大器（MAR - 6）以及可选的衰减器部分。
  • 使用了较多的元件，如多个不同容值的电容（C1 - C7等）、电感（L1 - L3等）和电阻（R1 - R5等）。这种多级滤波和放大结构能够更精细地处理信号，对杂散频率成分的抑制能力可能更强。
• 当前设计（PY2KLA的Panadapter BUFFER FT - 897, 817, 857）
  • 结构较为简洁，主要由一个晶体管（Q1，BFS17或PRF957）作为放大器，搭配少量的电阻（R1 - R4）、电容（C1 - C3）和电感（L1）构成。
  • 元件数量较少，电路布局相对简单，这可能使得电路的调试和维护相对容易，成本也可能较低。

信号处理能力

• 前一个设计
  • 多级滤波可以更有效地针对特定频率范围进行优化，能够更好地去除干扰信号，提高信号的纯净度。
  • MMIC放大器具有较好的放大性能和稳定性，能够对信号进行较为稳定的放大，适合对信号质量要求较高、干扰环境较复杂的情况。
• 当前设计
  • 晶体管放大器在成本和简单应用方面具有一定优势，但对于复杂的信号环境，其滤波和放大效果可能相对有限。
  • 由于元件较少，可能在对特定频率的精确滤波和信号增益控制方面不如前一个设计灵活。

兼容性与适用性

• 前一个设计
  • 专门为Funcube Dongle等SDR接收器设计，考虑了与FT - 817的连接以及信号适配到SDR接收器的要求，在与其他特定设备的兼容性方面可能更具优势。
• 当前设计
  • 标注适用于FT - 897、817、857等多种设备，具有更广泛的设备兼容性。如果用户需要在不同型号的设备之间切换使用适配器，这个设计可能更方便。

优化与调试

• 前一个设计
  • 由于元件较多、结构复杂，调试过程可能相对复杂，需要更多的测试和调整来确保各级电路的正常工作。
  • 但预留了更多的优化空间，例如可以通过调整滤波器的参数或放大器的增益来进一步优化性能。
• 当前设计
  • 结构简单使得调试相对容易，用户可以更快地确定电路的工作状态。
  • 然而，优化空间相对较小，可能难以进行深度的性能调整。

哪个方案更好

• 如果注重信号质量、在复杂干扰环境下使用，且对与特定SDR接收器的适配性要求较高：前一个设计可能更好。其多级滤波和稳定的放大器能够提供更纯净、更稳定的信号，适合对性能要求较高的应用场景。
• 如果追求成本低、调试简单、设备兼容性广泛：当前设计可能更合适。简洁的电路结构和广泛的设备适用性使其在一般应用场景中更具优势。

将这些适配器板接入到FT - 817的中频信号中，在合理设计和使用的情况下，通常不会对FT - 817的性能产生显著负面影响，但也存在一些潜在的影响因素：

可能产生的有利影响

• 信号提取与分析：适配器板可以将FT - 817的中频信号引出并传输到其他设备（如SDR接收器）进行进一步的分析和处理。这有助于用户更详细地观察和分析信号特征，例如进行频谱分析、解调测试等，从而更好地了解FT - 817的工作状态和性能。
• 功能扩展：通过适配器板，FT - 817可以与更多的外部设备进行连接和协同工作，扩展了其应用场景和功能。例如，结合SDR接收器可以实现更灵活的信号接收和处理方式。

潜在的不利影响

• 负载影响
  • 阻抗匹配问题：如果适配器板的输入阻抗与FT - 817的中频输出阻抗不匹配，可能会导致信号反射，影响信号传输效率，甚至可能对FT - 817的中频输出级造成一定的负载影响，改变其工作状态，进而影响输出信号的质量。
  • 增加负载电流：适配器板的存在会增加FT - 817中频输出端的负载电流。如果适配器板的输入电路设计不合理，可能会使FT - 817的中频输出级承受过大的电流，长期使用可能会对相关元件造成损害，影响其性能和寿命。
• 信号干扰
  • 外部干扰引入：适配器板的引入可能会引入外部干扰信号。例如，适配器板的电源部分如果滤波不好，可能会将电源噪声引入到中频信号中；适配器板的电路布局不合理，也可能会产生电磁干扰，影响FT - 817内部其他电路的正常工作。
  • 信号耦合干扰：适配器板与FT - 817之间的连接电缆如果过长或没有进行良好的屏蔽处理，可能会像天线一样接收外界的电磁信号，并将这些干扰信号耦合到中频信号中，导致信号质量下降。
• 稳定性问题
  • 工作点偏移：适配器板的接入可能会影响FT - 817内部电路的工作点。例如，中频信号被引出后，可能会改变中频放大器等相关电路的负载特性，导致工作点发生偏移，从而影响FT - 817的整体性能和稳定性。
  • 热稳定性影响：适配器板在工作过程中可能会产生一定的热量，如果与FT - 817距离较近，可能会影响FT - 817内部的温度分布，进而对其热稳定性产生影响，导致性能出现波动。

为了减少这些潜在的不利影响，在设计和使用适配器板时，应确保良好的阻抗匹配、合理的电路布局、有效的电源滤波和屏蔽措施等。

方案3：

以下是对这个Funcube Dongle Panadapter板新方案（Figure 1）的分析，以及它与前两个方案的对比：

新方案（Figure 1）原理和特点

• 开关控制：使用了Q4004晶体管作为开关（由Tap信号控制），可以选择是否将信号接入后续电路。这种设计增加了使用的灵活性，用户可以根据需要随时开启或关闭适配器功能，减少对FT - 817正常工作的潜在干扰。
• 放大与缓冲：采用4N33或LTC3083光耦合器以及MMIC MAR - 6放大器。光耦合器可以实现输入和输出之间的电气隔离，有效减少外部电路对FT - 817内部电路的干扰，同时MAR - 6放大器对信号进行放大和缓冲，提高信号的驱动能力。
• 滤波处理：使用MCL PBP - 70滤波器对信号进行滤波，去除杂散频率成分，提高信号质量，使输出到SMA接口的信号更加纯净，适合连接到Funcube Dongle等SDR接收器。

与前两个方案的对比

与第一个方案对比

• 隔离性：新方案通过光耦合器实现了电气隔离，这是第一个方案所没有的。电气隔离可以有效防止适配器电路的故障或干扰影响到FT - 817主机，提高了系统的稳定性和可靠性。
• 控制灵活性：新方案增加了开关控制功能，用户可以根据实际需求灵活控制适配器的开启和关闭，而第一个方案没有此类控制功能，信号会一直被引出和处理。
• 滤波方式：第一个方案采用了多级LC滤波电路，而新方案使用了专用的MCL PBP - 70滤波器。多级LC滤波可以根据具体需求灵活调整参数，但对设计和调试要求较高；专用滤波器则具有性能稳定、使用方便的特点。

与第二个方案对比

• 隔离与抗干扰：新方案的光耦合器隔离措施使其在抗干扰方面优于第二个方案。第二个方案结构简单，缺乏有效的隔离手段，更容易受到外部干扰的影响，也可能对FT - 817产生一定的干扰。
• 功能完整性：新方案包含了放大、缓冲、滤波以及开关控制等多种功能，功能更加完整。而第二个方案相对简单，主要侧重于基本的信号缓冲和一定的滤波，在功能的丰富性上不如新方案。
• 元件选择：新方案使用了光耦合器和专用滤波器等元件，在元件选择上更加多样化，能够更好地满足不同的性能需求；第二个方案元件较少且较为常规，在性能优化方面可能存在一定的局限性。

哪个方案更优

• 如果注重隔离性和功能灵活性：新方案（Figure 1）是更好的选择。其光耦合器隔离和开关控制功能可以提供更好的系统稳定性和使用便利性，适合对系统可靠性要求较高、需要灵活控制适配器工作状态的应用场景。
• 如果追求简单和经济：第二个方案可能更合适。它结构简单、元件少，成本可能较低，调试也相对容易，适用于对性能要求不是特别高、预算有限的情况。
• 如果对滤波和信号处理精度要求较高且不介意较复杂的电路：第一个方案的多级滤波设计可能能够提供更精细的信号处理，适合在复杂信号环境下使用，对信号质量有较高要求的场景。