无线电场强仪原理

Moku:Go轻松助力校园无线电接收实验的教学Moku:Go将10几种实验室仪器结合在一个高性能设备中，具有2个模拟输入、2个模拟输出、16个数字I/O和可选的集成电源。 一． 介绍本实验的目的是介绍调幅无线电接收器的基本原理，并演示使用锁相放大器的基本原理。你将使用Moku:Go的锁定放大器、数字滤波器、频谱分析仪和集成电源来设计和优化AM无线电接收器。调幅(AM)无线电，虽然在很大程度上被调频(FM)无线电所取代，但它仍然是通过无线电波传输信息中非常有用的一种方法。本实验设计并实现一个调幅无线电接收器。可以学习到如何找到本地AM无线电频率，并使用锁定放大器实现无线电接收器。图1显示了使用频谱分析仪在澳大利亚堪培拉接收到的AM无线电信号。图1 堪培拉地区频谱分析仪的例子 扫码查看产品详情二． 背景2.1 调幅广播在调幅收音机中，信号的振幅是经过调制的；与调幅收音机相比，调频收音机的信号频率是经过调制的。这种差异可以从图2中看出，在调幅调制波形中，波的振幅明显变化，而在调频调制波形中，正弦波的频率随时间变化。两种类型的无线电传输都有优点和缺点。商业调幅广播电台工作在535kHz至1605kHz的范围内，因此与调频广播相比，其覆盖范围通常更大在88-108 MHz范围，但它更容易受到噪声的影响，与基于音乐的广播节目相比，更适合谈话广播。图2 使用Moku:Go上的波形发生器的调幅波形和调频波形示例。 AM收音机通过使用正弦载波工作，该载波由消息信号(音频信号)调制；正在发送的信息就是这个音频。在这种类型的调制中，载波的振幅被信息信号被改变(因此称为AM)。特定无线电台的调制信号在频域中可以清楚地被视为尖峰(例如图1)，尽管在时域中通常很难看到。Moku:Go的FIR滤波器生成器可以帮助我们在无线电台周围设置一个窄带通滤波器，去除电台以外的几乎所有信号。图3给出了一个例子，FIR滤波器生成器挑选出一个大约600 kHz的AM无线电台。蓝色轨迹中可以清楚地看到用语音信号调制的AM载波。红色的轨迹(天线输入)表明，如果没有窄带通，就不可能接收这个或任何其他电台；事实上，该信号完全由截图所在办公室的可调光LED照明的~25 kHz开关控制。 图3 FIR滤波器生成器将AM广播电台(蓝色轨迹)与背景信号(红色)隔离开来。 为了接收和收听消息信号，无线电接收器需要接收特定的AM无线电频率并对其进行解调，以从消息信号中分离出载波信号。简单AM无线电接收器的框图如图4所示。图4 调幅无线电接收器框图接收器通过使用无线电天线检测无线电波来工作；然而，这种信号通常相对较弱，因此需要一个RF放大器来增强信号，以便进一步处理。由于天线将捕捉所有可能的频率，因此需要一个调谐器来找到所需的特定频率。 图5 LC电路原理图示例 2.2 模拟解调模拟解调调谐器通常由一个LC(电感电容)电路组成，如图5所示。根据所用的电感和电容，电路将在特定频率下谐振。高于和低于该谐振频率的所有其他频率将被阻挡。消息信号可以被整流为仅给出DC信号，并通过二极管和旁路电容器从载波中解调。该信息信号然后可以被放大并发送到扬声器、耳机等。2.3 锁定放大器锁定放大器是一种功能强大的器件，可以从噪声背景中分离出调制信号，在我们的情况下，是从一系列信号中分离出特定的AM信号。这意味着锁定放大器可以作为无线电接收器，因为它包含无线电接收器的几个关键部件。Moku:Go的锁定放大器能够通过使用相敏检波器(PSD)解调调制信号，例如无线电波。它使用与载波信号频率相同的正弦参考信号。它可以跟踪参考信号的任何变化，因此能够跟踪频率漂移。PSD将两个信号相乘或“混合”在一起，产生两个信号的和项和差项。所需频率和参考信号由相同的频率组成，因此频率之间的差异为零。因此，所需的无线电波信号被设置为DC。混合信号然后通过低通滤波器发送，该低通滤波器去除调制信号的交流分量。这仅留下与信号幅度成比例的DC信号，在这里，信号然后可以使用直流放大器放大。输出幅度可以从通过混频器和低通滤波器发送的信号中找到。这些可以在直角坐标或极坐标中找到。振幅R可以通过坐标之间的转换得到，其中 。对于AM信号，只需要振幅或R(在极坐标中)；信号的相位可以忽略。三． 实验前练习找到并详细列出你所在地区的AM电台列表。你觉得什么信号会最强？为什么？实验装置成分：○ Moku:Go [2x]○ 天线○ 扬声器○ 低噪声放大器(可选)1○ 鳄鱼夹○ 实验室程序3.1 第一部分确保您拥有最新版本的在地址：Moku: desktop app2将磁性电源适配器插入每个Moku:去等待前面的LED变成绿色。这些最初的步骤将解决Moku:Go #1的配置问题。将天线连接到Moku:Go的输入1，如图6和图7所示。图6 第一部分照片Moku:去设置 1、常用的30分贝LNA。如需完整的物料清单，请联系我们。2、Moku:Go可以通过三种不同的方式连接到笔记本电脑:以太网、USB-C和Wi-Fi。请参考Moku:Go Quick StartGuide 如何连接你的Moku:去你的电脑。一旦连接，Moku:Go将出现在Windows或MacOS应用程序的设备选择屏幕上。图7 Moku：go:设置第1部分 双击频谱分析仪。找到调幅范围，并随意平均频谱，以改善图表。找到最主要的调幅无线电信号频率，你可以通过添加一个跟踪光标来完成。信号应在小于2 MHz的范围内。频谱分析仪和设置配置的示例如图8所示。 图8 如何配置频谱分析仪 ○ 将您的扬声器连接到Moku:Go #1的输出1。○ 返回仪器选择屏幕，双击锁定放大器。打开示波器部分，确保可以看到A和b。○ 将探针A添加到输入1(天线)○ 将探头B添加到输出1(扬声器)在图9中可以看到锁定放大器仪器页面的一个例子。 图9 锁定放大器解调AM广播电台的示例。上面(红色)的轨迹是天线信号，下面(蓝色)的轨迹是音频。 改变本地振荡器到你最主要的调幅信号的频率。首先将低通滤波器设置为12kHz。根据需要改变极性和增益。您可能需要改变低通滤波器和增益，以改善信号并产生尽可能清晰的声音。小心不要让信号饱和。图10给出了堪培拉地区各种变量的设置示例。 图10 堪培拉地区锁定放大器设置示例。 3.2 第二部分在第2部分中，我们将使用第二个Moku:Go作为数字滤波器来进一步增强接收到的无线电信号。将扬声器连接电缆移至Moku:Go #2的输出2。将一根电缆从Moku:Go #1的输出1连接到Moku:Go #2的输入2。这种设置可以在图11和图12中看到。 图11 Moku的照片:去设置第2部分 图12 Moku：go:设置第2部分 返回主屏幕，双击Moku:Go #2的图标。双击数字滤波器框。数字滤波器盒界面如图13所示。 图13 数字滤波器盒用户界面 将探针A添加到输入2，将探针B添加到输出2。首先，将滤波器改为贝塞尔带通滤波器，并根据需要改变增益。改变频率，仅隔离信息信号，即音乐或声音，从而尝试去除低频噪音。试着瞄准音乐和声音产生的频率。图14给出了堪培拉地区的数字滤波器盒变量。 图14 堪培拉地区的数字滤波器盒示例 3.2 第3部分将低噪声放大器连接在天线和Moku:Go #1的输入1之间。为低噪声放大器供电，将鳄鱼夹连接到电源连接和Moku:Go #1的背面。设置如图15所示。图15 Moku的框图:设置第3部分 确保它连接到PPSU2或类似的12 V电源。单击 打开电源，并将电压设置为12 V。电源弹出窗口可能如图16所示。 图16 PPSU的例子 根据需要改变数字滤波器盒和锁定放大器的变量，以产生尽可能清晰的信号。尝试改变你所在区域的其他AM信号，你能通过改变锁定放大器和数字滤波器盒中的变量来优化你的音质吗？3.3.1 摘要本实验探索在Moku:Go上使用锁定放大器作为AM无线电接收器。锁定放大器是一个强大的工具，帮助学生了解如何从嘈杂的背景中解调信号。此外，学生还能够学习如何利用许多其他工具进一步提高信号清晰度。在Moku: App中，通过截屏或文件共享可以轻松发布和报告结果。您可以通过点击屏幕顶部的云图标来完成此操作。Moku的好处:Go面向教育工作者和实验室助理有效利用实验室空间和时间易于实现一致的仪器配置专注于电子设备而非仪器设置最大限度地利用实验室助教的时间个人实验室，个人学习通过屏幕截图简化评估和评级对于学生来说各个实验室按照自己的节奏加强理解和保留便携式，选择实验室工作的速度、地点和时间，无论是在家里、在校园实验室，甚至是在熟悉的Windows或macOS笔记本电脑环境中进行远程协作，同时使用专业级仪器。3.3.2 Moku:Go演示模式您可以在Liquid Instruments网站下载适用于macOS和Windows的Moku:Go应用程序。演示模式操作不需要任何硬件，并提供了使用Moku:Go的一个很好的概述。关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是目前国内知名光电产品专业代理商，也是近年来发展迅速的光电产品代理企业。除了拥有一批专业技术销售工程师之外，还有拥有一支强大技术支持队伍。我们的技术支持团队可以为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等工作。秉承诚信、高效、创新、共赢的核心价值观，昊量光电坚持以诚信为基石，凭借高效的运营机制和勇于创新的探索精神为我们的客户与与合作伙伴不断创造价值，实现各方共赢！

一项在第二次世界大战期间帮助飞行员驾驶战斗机的技术创新如今正处于航空公司与美国电话电报公司和威瑞森电信公司因5G问题而发生的争执的核心。5G创新服务是为了加快移动装置的速度。冲突已存在多年，在近期发展到了关键时刻。继航空公司发出警告，称机场附近5G网络的潜在干扰可能导致飞机上一个关键设备失灵并迫使航空公司取消航班以来，美国电话电报公司和威瑞森电信公司同意采取限制措施。即使采取了机场限制措施，仍有一大批国际航空公司取消了飞往美国的航班，尽管其中部分航班已恢复。相关仪器就是无线电测高仪。这种仪器最早于20世纪20年代研发成功，如今仍在飞机上发挥重要作用，帮助飞行员确定飞机的飞行高度以及与其他物体之间的距离。在某些机型中，测高仪读数直接进入无需飞行员输入数据就能运行的自动系统。按照航空专家的描述，美国电话电报公司和威瑞森电信公司使用的5G网络与测高仪使用的系统有相似的频率。曾担任美国交通部负责研究新型技术的副部长戴安娜弗奇戈特-罗思说：“你不会希望搭乘降落时测高仪失灵的飞机。”她还说航空管理者提出有关5G的问题并采取适当的措施确保安全，这是正确之举。但是，电信专家说5G网络对测高仪几乎或完全不构成风险，而且航空业已经有好几年时间为所存在的微乎其微的风险做准备。曾经担任联邦通信委员会主席的汤姆惠勒11月份在写给布鲁金斯学会的一篇文章中写道：“科学定律是非常明确的——很难废除物理定律。”他指出联邦通信委员会的工程师们发现不存在真正令人担心的理由。航空安全专家所忧为何？测高仪的专利归劳埃德埃斯彭席德所有。这是一位多产的发明家，为美国电话电报公司著名的研究机构贝尔实验室工作了40多年。测高仪的工作原理是：发出无线电波，确定飞机相对于地面及其他物体的位置。前波音公司工程师彼得莱梅说，如果测高仪的电波因5G干扰而无法返回，或者无法与附近的电波区分，那么它就可能给出错误的读数，或彻底失灵。莱梅在公司工作了16年，负责依靠测高仪的安全系统的设计工作。比如，失灵的测高仪可能导致飞机的计算机向飞行员发出前方存在虚幻障碍物的警告，或是妨碍系统向飞行员发出真正的威胁警告。国际直升机协会就5G干扰问题召开了网上研讨会。小组成员之一是霍尼韦尔航空航天集团雷达系统工程师塞思弗里克。弗里克说霍尼韦尔航空航天集团为很多飞机生产测高仪，包括它自己制造的军用直升机。霍尼韦尔航空航天集团在公司测试5G干扰时发现了一系列错误，包括测高仪“噪音太大”和不显示读数。弗里克在研讨会上说：“我不清楚是否存在我们能说绝对没有干扰的情况。”一旦视线因故受限，比如大雾，飞行员往往要依靠测高仪。但是，大多数时候飞机降落是不用测高仪的，这也是一些无线通信专家驳斥航空业之忧的原因。此外，无线通信专家说大部分现代测高仪应该具备过滤干扰的能力。关注这个问题的无线通信产业顾问蒂姆法勒说：“我明白为何这是个大问题。但是，我仍然不相信会发现任何干扰。”失灵的测高仪可能导致其他问题吗？航空安全专家最担心的一个问题就是因为干扰而失灵的测高仪可能引发自动系统和飞行员的一系列错误。在波音737Max飞机两起致命事故中，这类失误起了重要作用。法勒说：“由于自动系统对737Max飞机造成的问题，大家会对某些问题更加谨慎——对高度自动化飞机的影响。”一些专家说他们最为担心5G网络对波音787机型的干扰，这是一款体积较大的飞机，一般用于长途国际航班。测高仪是787飞机降落系统的重要仪器，飞机降落时会打开放慢速度的反向推进器。莱梅说，波音有项专利说明这项功能是完全自动化的，意味着如果测高仪失灵，即使飞行员手动降落一架787飞机，也不可能逆转飞机推进器。787飞机的起落架刹车仍然会起作用。但是，莱梅说少了反向推进器会导致飞行员难以在飞机到达跑道尽头前停稳飞机。他说：“完全可能导致某些飞机滑出跑道。”波音公司对此未予置评。联邦航空局发布通知：发现了“反常现象”，“不论天气或方法如何”都可能导致5G网络干扰影响众多787飞机的自动系统。航空局说：“出现C频段5G干扰，可能导致降速性能减弱，增加降落距离和偏出跑道现象。”通知涉及美国137架787飞机和全球1010多架787飞机。为何不早点解决这些问题？美国电话电报公司和威瑞森公司决定暂时限制机场2英里以内安装新的5G网络。这个决定应当能够解决很多这类安全担忧，至少眼下如此。但是，5G网络已经使用多年，这就提出了相关问题：为何航空公司、联邦航空局、无线通信公司和联邦通信委员会没有早点解决这些问题。弗奇戈特-罗思女士说，航空专家之前的警告被忽视了。她说2020年12月，交通部曾致函国家电信和信息局，提醒它注意：允许5G网络在其拟使用频段运行将导致航班安全系统问题。她说那封信根本未送达联邦通信委员会和无线通信公司。相反，联邦通信委员会继续实施一项拍卖计划。2月，运营商将投标800多亿美元，将部分无线频谱用于5G网络。弗奇戈特-罗思女士说：“无线运营商有权期待投资回报。但是，联邦航空局采取强硬立场确保民众安全，你们应当非常满意。”尽管如此，无线通信专家，包括联邦通信委员会的官员，驳斥联邦航空局和航空公司的警告，认为5G干扰不会构成安全风险。现在是什么情况？在乔治华盛顿大学教授交通经济学的弗奇戈特-罗思女士认为，为了全面解决这个问题，各种机型必须经过测试。她说：“不能说比较新的机型就会正常运转，而比较老旧的机型就不行。有些情况下，情况恰恰相反。”联邦航空局说它已为美国62%的商业飞机发放了起降许可。航空产业一直在研究无线测高仪的新标准，解决5G干扰及其他问题。但是，那些标准要到10月份才会公布，而且仅适用新型测高仪。过去一周内，联邦航空局已批准5种兼容5G网络的测高仪型号，但是审批的依据是兼顾测高仪与飞机型号，787机型未获准使用测高仪。前波音公司工程师莱梅说：“最有可能的解决方案就是换掉测高仪。”他还说这可能需要数年时间。升级测高仪可能需要巨额开支。航空公司不想承担这笔费用，无线通信公司也不想承担。前联邦通信委员会主席惠勒在布鲁金斯学会发表的文章中提出了三种可能的经费来源：政府可将出售5G频道给无线通信公司所得的820亿美元收入中的一部分作为开支；无线通信产业可能被迫支付额外费用才能使用那些频道；或者，航空业被迫承担升级费用，因为它早就知道5G正在来临。一种比较直接的办法就是将美国电话电报公司和威瑞森公司对机场附近5G网络的暂时限制变成永久性限制。或者，这些公司可以减弱机场附近的5G信号强度，或是改变天线方向，限制或消除它们对飞机的影响。这些办法都可能降低5G网在那些地区的使用程度，居住在某些机场缓冲区的人可能无法使用5G网络。任何方案都必须经由航空公司和联邦航空局（作为一方）与无线通信公司和联邦通信委员会（作为另一方）谈判达成。但是，相关人士认为双方阵营对这个问题的看法不同，因此可能难以达成协议。

昨天上午，由福田区人民政府和工信部电信研究院、国家无线电监测中心共同主办的工信部电信研究院移动通信终端开放实验室启用暨国家无线电监测中心实验室签约仪式，在福田上沙创新科技园隆重举行。国家工业和信息化部、深圳市政府、深圳市科工贸信委、深圳市市场监督局、福田区委区政府、工信部电信研究院、国家无线电监测中心的领导及相关负责人、园区企业代表等近百人出席了会议。 　　据介绍，移动通信终端开放实验室是为解决企业在研发、生产和服务过程中更广泛的测试需求而建立的，企业可利用开放实验室的技术资源，在设计、研发、生产阶段针对客户需求和产品中的问题，在实验室的指导下或自主进行试验和改进。 　　经无线电管理局批准建立的国家无线电监测中心深圳实验室，将建设成为具备国家无线电监测检测中心全部技术服务内容和服务水准的高水平国际级检测实验室，通过开展手机型号核准检测。这一实验室也是国家无线电监测检测中心的南方基地，将为深圳及珠三角地区的无线电设备生产企业提供型号核准一站式服务，以及国内、国际认证一体化服务，缩短新产品国内上市和国际出口的时间，完善深圳无线电制造产业链，促进深圳无线电制造产业的发展。