Moku:Go將10幾種實(shí)驗室儀器結合在一個(gè)高性能設備中，具有2個(gè)模擬輸入、2個(gè)模擬輸出、16個(gè)數字I/O和可選的集成電源。

一． 介紹

本實(shí)驗的目的是介紹調幅無(wú)線(xiàn)電接收器的基本原理，并演示使用鎖相放大器的基本原理。你將使用Moku:Go的鎖定放大器、數字濾波器、頻譜分析儀和集成電源來(lái)設計和優(yōu)化AM無(wú)線(xiàn)電接收器。

調幅(AM)無(wú)線(xiàn)電，雖然在很大程度上被調頻(FM)無(wú)線(xiàn)電所取代，但它仍然是通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波傳輸信息中非常有用的一種方法。本實(shí)驗設計并實(shí)現一個(gè)調幅無(wú)線(xiàn)電接收器?？梢詫W(xué)習到如何找到本地AM無(wú)線(xiàn)電頻率，并使用鎖定放大器實(shí)現無(wú)線(xiàn)電接收器。圖1顯示了使用頻譜分析儀在澳大利亞堪培拉接收到的AM無(wú)線(xiàn)電信號。

圖1    堪培拉地區頻譜分析儀的例子 

二． 背景

2.1 調幅廣播

在調幅收音機中，信號的振幅是經(jīng)過(guò)調制的；與調幅收音機相比，調頻收音機的信號頻率是經(jīng)過(guò)調制的。這種差異可以從圖2中看出，在調幅調制波形中，波的振幅明顯變化，而在調頻調制波形中，正弦波的頻率隨時(shí)間變化。兩種類(lèi)型的無(wú)線(xiàn)電傳輸都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。商業(yè)調幅廣播電臺工作在535kHz至1605kHz的范圍內，因此與調頻廣播相比，其覆蓋范圍通常更大在88-108 MHz范圍，但它更容易受到噪聲的影響，與基于音樂(lè )的廣播節目相比，更適合談話(huà)廣播。

圖2   使用Moku:Go上的波形發(fā)生器的調幅波形和調頻波形示例。 

AM收音機通過(guò)使用正弦載波工作，該載波由消息信號(音頻信號)調制；正在發(fā)送的信息就是這個(gè)音頻。在這種類(lèi)型的調制中，載波的振幅被信息信號被改變(因此稱(chēng)為AM)。

特定無(wú)線(xiàn)電臺的調制信號在頻域中可以清楚地被視為尖峰(例如圖1)，盡管在時(shí)域中通常很難看到。Moku:Go的FIR濾波器生成器可以幫助我們在無(wú)線(xiàn)電臺周?chē)O置一個(gè)窄帶通濾波器，去除電臺以外的幾乎所有信號。

圖3給出了一個(gè)例子，FIR濾波器生成器挑選出一個(gè)大約600 kHz的AM無(wú)線(xiàn)電臺。藍色軌跡中可以清楚地看到用語(yǔ)音信號調制的AM載波。紅色的軌跡(天線(xiàn)輸入)表明，如果沒(méi)有窄帶通，就不可能接收這個(gè)或任何其他電臺；事實(shí)上，該信號*由截圖所在辦公室的可調光LED照明的~25 kHz開(kāi)關(guān)控制。

圖3 FIR濾波器生成器將AM廣播電臺(藍色軌跡)與背景信號(紅色)隔離開(kāi)來(lái)。 

為了接收和收聽(tīng)消息信號，無(wú)線(xiàn)電接收器需要接收特定的AM無(wú)線(xiàn)電頻率并對其進(jìn)行解調，以從消息信號中分離出載波信號。簡(jiǎn)單AM無(wú)線(xiàn)電接收器的框圖如圖4所示。

圖4 調幅無(wú)線(xiàn)電接收器框圖

接收器通過(guò)使用無(wú)線(xiàn)電天線(xiàn)檢測無(wú)線(xiàn)電波來(lái)工作；然而，這種信號通常相對較弱，因此需要一個(gè)RF放大器來(lái)增強信號，以便進(jìn)一步處理。由于天線(xiàn)將捕捉所有可能的頻率，因此需要一個(gè)調諧器來(lái)找到所需的特定頻率。

 圖5 LC電路原理圖示例 

2.2 模擬解調

模擬解調調諧器通常由一個(gè)LC(電感電容)電路組成，如圖5所示。根據所用的電感和電容，電路將在特定頻率下諧振。高于和低于該諧振頻率的所有其他頻率將被阻擋。消息信號可以被整流為僅給出DC信號，并通過(guò)二極管和旁路電容器從載波中解調。該信息信號然后可以被放大并發(fā)送到揚聲器、耳機等。

2.3 鎖定放大器

鎖定放大器是一種功能強大的器件，可以從噪聲背景中分離出調制信號，在我們的情況下，是從一系列信號中分離出特定的AM信號。這意味著(zhù)鎖定放大器可以作為無(wú)線(xiàn)電接收器，因為它包含無(wú)線(xiàn)電接收器的幾個(gè)關(guān)鍵部件。

Moku:Go的鎖定放大器能夠通過(guò)使用相敏檢波器(PSD)解調調制信號，例如無(wú)線(xiàn)電波。它使用與載波信號頻率相同的正弦參考信號。它可以跟蹤參考信號的任何變化，因此能夠跟蹤頻率漂移。

PSD將兩個(gè)信號相乘或“混合"在一起，產(chǎn)生兩個(gè)信號的和項和差項。所需頻率和參考信號由相同的頻率組成，因此頻率之間的差異為零。因此，所需的無(wú)線(xiàn)電波信號被設置為DC。

混合信號然后通過(guò)低通濾波器發(fā)送，該低通濾波器去除調制信號的交流分量。這僅留下與信號幅度成比例的DC信號，在這里，信號然后可以使用直流放大器放大。

輸出幅度可以從通過(guò)混頻器和低通濾波器發(fā)送的信號中找到。這些可以在直角坐標或極坐標中找到。振幅R可以通過(guò)坐標之間的轉換得到，其中 。對于A(yíng)M信號，只需要振幅或R(在極坐標中)；信號的相位可以忽略。

三． 實(shí)驗前練習

找到并詳細列出你所在地區的AM電臺列表。你覺(jué)得什么信號會(huì )zui強？為什么？

實(shí)驗裝置成分：

○ Moku:Go [2x]

○ 天線(xiàn)

○ 揚聲器

○ 低噪聲放大器(可選)1

○ 鱷魚(yú)夾

○ 實(shí)驗室程序

3.1 第一部分

?確保您擁有最新版本的在地址：Moku: desktop app2

?將磁性電源適配器插入每個(gè)Moku:去等待前面的LED變成綠色。

?這些最初的步驟將解決Moku:Go #1的配置問(wèn)題。

?將天線(xiàn)連接到Moku:Go的輸入1，如圖6和圖7所示。

圖6 第一部分照片Moku:去設置 

1、常用的30分貝LNA。如需完整的物料清單，請聯(lián)系我們。

2、Moku:Go可以通過(guò)三種不同的方式連接到筆記本電腦:以太網(wǎng)、USB-C和Wi-Fi。請參考Moku:Go Quick StartGuide 如何連接你的Moku:去你的電腦。一旦連接，Moku:Go將出現在Windows或MacOS應用程序的設備選擇屏幕上。

圖7  Moku：go:設置第1部分 

雙擊頻譜分析儀。找到調幅范圍，并隨意平均頻譜，以改善圖表。

找到最主要的調幅無(wú)線(xiàn)電信號頻率，你可以通過(guò)添加一個(gè)跟蹤光標來(lái)完成。信號應在小于2 MHz的范圍內。

頻譜分析儀和設置配置的示例如圖8所示。

 圖8 如何配置頻譜分析儀 

○ 將您的揚聲器連接到Moku:Go #1的輸出1。

○ 返回儀器選擇屏幕，雙擊鎖定放大器。打開(kāi)示波器部分，確?？梢钥吹紸和b。

○ 將探針A添加到輸入1(天線(xiàn))

○ 將探頭B添加到輸出1(揚聲器)

在圖9中可以看到鎖定放大器儀器頁(yè)面的一個(gè)例子。

 圖9 鎖定放大器解調AM廣播電臺的示例。上面(紅色)的軌跡是天線(xiàn)信號，下面(藍色)的軌跡是音頻。 

改變本地振蕩器到你最主要的調幅信號的頻率。首先將低通濾波器設置為12kHz。根據需要改變極性和增益。您可能需要改變低通濾波器和增益，以改善信號并產(chǎn)生盡可能清晰的聲音。小心不要讓信號飽和。圖10給出了堪培拉地區各種變量的設置示例。

圖10 堪培拉地區鎖定放大器設置示例。

3.2 第二部分

在第2部分中，我們將使用第二個(gè)Moku:Go作為數字濾波器來(lái)進(jìn)一步增強接收到的無(wú)線(xiàn)電信號。

將揚聲器連接電纜移至Moku:Go #2的輸出2。將一根電纜從Moku:Go #1的輸出1連接到Moku:Go #2的輸入2。這種設置可以在圖11和圖12中看到。

圖11  Moku的照片:去設置第2部分 

圖12 Moku：go:設置第2部分 

返回主屏幕，雙擊Moku:Go #2的圖標。雙擊數字濾波器框。數字濾波器盒界面如圖13所示。

 圖13 數字濾波器盒用戶(hù)界面 

將探針A添加到輸入2，將探針B添加到輸出2。首先，將濾波器改為貝塞爾帶通濾波器，并根據需要改變增益。改變頻率，僅隔離信息信號，即音樂(lè )或聲音，從而嘗試去除低頻噪音。試著(zhù)瞄準音樂(lè )和聲音產(chǎn)生的頻率。圖14給出了堪培拉地區的數字濾波器盒變量。

圖14  堪培拉地區的數字濾波器盒示例 

3.2 第3部分

將低噪聲放大器連接在天線(xiàn)和Moku:Go #1的輸入1之間。為低噪聲放大器供電，將鱷魚(yú)夾連接到電源連接和Moku:Go #1的背面。設置如圖15所示。

圖15  Moku的框圖:設置第3部分 

確保它連接到PPSU2或類(lèi)似的12 V電源。單擊 打開(kāi)電源，并將電壓設置為12 V。電源彈出窗口可能如圖16所示。

 圖16  PPSU的例子 

根據需要改變數字濾波器盒和鎖定放大器的變量，以產(chǎn)生盡可能清晰的信號。

嘗試改變你所在區域的其他AM信號，你能通過(guò)改變鎖定放大器和數字濾波器盒中的變量來(lái)優(yōu)化你的音質(zhì)嗎？

3.3.1 摘要

本實(shí)驗探索在Moku:Go上使用鎖定放大器作為AM無(wú)線(xiàn)電接收器。鎖定放大器是一個(gè)強大的工具，幫助學(xué)生了解如何從嘈雜的背景中解調信號。此外，學(xué)生還能夠學(xué)習如何利用許多其他工具進(jìn)一步提高信號清晰度。

在Moku: App中，通過(guò)截屏或文件共享可以輕松發(fā)布和報告結果。您可以通過(guò)點(diǎn)擊屏幕頂部的云圖標來(lái)完成此操作。

Moku的好處:Go面向教育工作者和實(shí)驗室助理有效利用實(shí)驗室空間和時(shí)間易于實(shí)現一致的儀器配置專(zhuān)注于電子設備而非儀器設置最大限度地利用實(shí)驗室助教的時(shí)間個(gè)人實(shí)驗室，個(gè)人學(xué)習通過(guò)屏幕截圖簡(jiǎn)化評估和評級對于學(xué)生來(lái)說(shuō)各個(gè)實(shí)驗室按照自己的節奏加強理解和保留便攜式，選擇實(shí)驗室工作的速度、地點(diǎn)和時(shí)間，無(wú)論是在家里、在校園實(shí)驗室，甚至是在熟悉的Windows或macOS筆記本電腦環(huán)境中進(jìn)行遠程協(xié)作，同時(shí)使用專(zhuān)業(yè)級儀器。

3.3.2 Moku:Go演示模式

您可以在Liquid Instruments網(wǎng)站下載適用于macOS和Windows的Moku:Go應用程序。演示模式操作不需要任何硬件，并提供了使用Moku:Go的一個(gè)很好的概述。

關(guān)于昊量光電：

上海昊量光電設備有限公司是目前國內光電產(chǎn)品專(zhuān)業(yè)代理商，也是近年來(lái)發(fā)展迅速的光電產(chǎn)品代理企業(yè)。除了擁有一批專(zhuān)業(yè)技術(shù)銷(xiāo)售工程師之外，還有擁有一支強大技術(shù)支持隊伍。我們的技術(shù)支持團隊可以為客戶(hù)提供完整的設備安裝，培訓，硬件開(kāi)發(fā)，軟件開(kāi)發(fā)，系統集成等工作。秉承誠信、高效、創(chuàng )新、共贏(yíng)的核心價(jià)值觀(guān)，昊量光電堅持以誠信為基石，憑借高效的運營(yíng)機制和勇于創(chuàng )新的探索精神為我們的客戶(hù)與與合作伙伴不斷創(chuàng )造價(jià)值，實(shí)現各方共贏(yíng)！