在2021年,由於持續無法使用短波頻率,因此直接將所有短波廣播機出售,並開始嘗試一些較具挑戰性的頻段,以進行技術儲備。於是,我鎖定國內HAM頻段中相對容易入門的頻段,即1.3GHz的業餘頻段。試著打造一套自己的1.296 GHz廣播機。
1.3 GHz 的業餘頻段在國內的無線電頻帶劃分中屬於次要頻段,可使用的範圍為 1.240 GHz - 1.300 GHz。國際上通常 DX 運用 1.296 GHz。
1.3G業餘段目前能支援多模式的商品無線電非常稀少,常見的有Kenwood的TS-2000X和Icom的IC-9700。TS-2000X在國內的保有量非常少,而IC-9700除了價格昂貴外,還有頻率不穩的問題。因此,自行組裝可能更適合我。
參考了外國人的做法,都是使用144/430MHz的成品無線電,透過變頻器、濾波器和放大器來使用。但2021年,SDR技術已經非常成熟,因此不需要使用如此原始的方式,直接使用SDR進行接收是可行的。既然這樣,那就直接開始!
因為我畢業於軟體相關科系,沒有接觸過電路板設計,因此,決定先嘗試設計一個144MHz的放大器來測試看看。參考了G4DDK的方案,最終也成功製作出來,但尚未進行測試,本文就不再詳細說明了。
核心
首先是最核心的訊號頻率來源,這裡選擇了HackRF one作為核心,它具有豐富的GPID控制功能、良好的社群以及開發性。我可以直接在HackRF上實現sequencer,此外還可以透過介面導入高精度的時鐘,不用擔心頻率變動。但缺點是,不支持收發隔離...這有點麻煩,我還需要額外連接一個繼電器。
前端放大器
在設計前置放大器之前,我必須先明確我的目標輸出功率是多少?我設定的目標為150瓦。
PS:為什麼是150瓦?常用的電路板材質為玻纖混壓板(FR-4),因為1.2GHz已經屬於高頻的範圍,能量並不是隨著銅線傳輸,而是是在介質中移動。因此,在這種情況下,FR-4的缺點就非常明顯:首先是玻纖容易受潮,導致介電常數改變,進而影響阻抗。此外,FR-4的介質常數較大,損耗也略高,TG值較低,且發熱也不穩定。而且,可以參考MOSFET的版本,其P1dB約為150瓦。
我使用HackRF在1.296GHz上的輸出功率為11dBm,這是一個非常低的功率值。如果要達到MRF6S9160H理想的P1dB(52dBm),則至少需要32.5dBm。因此,在這個情況下,就需要設計一個前置放大器。

MRF6S9160H 的規格說明書
參考了W1GHZ使用 PGA103+ 設計 LNA 的經驗。 W1GHZ 設計連結我查閱了 PGA103+ 的資料表,並決定大膽地使用兩級 PGA103+ 作為前置放大器。首先,這管子的自激現象較小,且噪音也較低,而且在 HackRF 進行第一次放大後,幾乎可以達到第二次放大的 P1dB,最終可達 33dBm。因此,我先決定嘗試一下。

因此,我們設計出這個電路。 (附註:部分 LC 電路的設計參考了 BG3MDO 的設計)


在使用我的 CMU200 後進行測試後,增益表現非常好,達到 23.6dB 的增益,且沒有產生自激現象。效果良好(此處暫無圖)。
擴音器的核心放大功能
這個放大器的核心放大器使用了DF9IC的MRF6S9160方案,嗯,直接照搬,因為匹配比較複雜,另外,過大的焊盤對於阻抗控制也相當困難。目前還沒有找到任何適合仿真的軟體,只能靠經驗來判斷。 DF9IC 設計連結 為迎接農曆新年後,進行採購與組裝的準備。

擴音器的核心控制
放大器的核心控制主要包括 PTT 狀態、溫度和功率 (TX/SWR) 的監控與顯示,因此從目前來看,擁有豐富生態系統的 ATMega328P 才是最合適的選擇。
至於功率的檢測,我目前的方案是利用30dB的定向耦合器,將訊號功率與反射功率耦合出來,再透過衰減片,並使用AD8313將無線電頻率功率信號轉換為電壓信號。
對於 AD8313,其檢測的最大功率為 0dBm,此外輸出電壓幅度也較小,因此利用 LM358 將電壓變化放大,並透過 INA226 進行採樣,再以 I2C 連接至 ATMega328P 以計算最終的功率。
此外,ATmega328P還需要控制DPDT無線電同軸開關的切換以及LCD 1206的顯示。筆者目前已經繪製了一塊開發板,用於驗證此方案的可行性。

然而,這塊板子還是被放棄了,原因是放大電路的溫差過大,因此決定採用 AD8362 的方案,因為它本身就具有與功率相應的電壓值,並且可以直接利用單片機自身的 ADC 進行採樣。
因此,我們設計出了一塊新的板子,並採用了 STM32G030 的方案。

不過,在 SPI 螢幕的控制方面仍然存在問題。因此,主控部分先被擱置。
在此,我們重新回到擴大器的核心部分。
尚未完結,敬請期待…
特別感謝:BG5TOX、BG3MDO、W1GHZ、DF9IC