Moku:Go 用于大學(xué)通信教育搀玖。本實(shí)驗教程討論了一個典型的本科生電子實(shí)驗練習(xí)，以及如何使用Moku:Go教授AM無線電接收器和鎖相放大器的基礎(chǔ)知識驻呐。
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Moku:go輕松助力校園無線電接收實(shí)驗的教學(xué)
----使用Moku:Go鎖相放大器創(chuàng)建AM無線電接收器
Moku:Go 用于大學(xué)通信教育
本實(shí)驗教程討論了一個典型的本科生電子實(shí)驗練習(xí)巷怜，以及如何使用Moku:Go教授AM無線電接收器和鎖相放大器的基礎(chǔ)知識葛超。
Moku:Go
Moku:Go將10幾種實(shí)驗室儀器結(jié)合在一個高性能設(shè)備中暴氏，具有2個模擬輸入延塑、2個模擬輸出、16個數(shù)字I/O和可選的集成電源答渔。
一． 介紹
本實(shí)驗的目的是介紹調(diào)幅無線電接收器的基本原理关带，并演示使用鎖相放大器的基本原理。你將使用Moku:Go的鎖定放大器沼撕、數(shù)字濾波器宋雏、頻譜分析儀和集成電源來設(shè)計和優(yōu)化AM無線電接收器。
調(diào)幅(AM)無線電务豺，雖然在很大程度上被調(diào)頻(FM)無線電所取代磨总，但它仍然是通過無線電波傳輸信息中非常有用的一種方法。本實(shí)驗設(shè)計并實(shí)現(xiàn)一個調(diào)幅無線電接收器笼沥◎窖啵可以學(xué)習(xí)到如何找到本地AM無線電頻率，并使用鎖定放大器實(shí)現(xiàn)無線電接收器奔浅。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無線電信號馆纳。
圖1 堪培拉地區(qū)頻譜分析儀的例子
二． 背景
2.1 調(diào)幅廣播
在調(diào)幅收音機(jī)中，信號的振幅是經(jīng)過調(diào)制的汹桦；與調(diào)幅收音機(jī)相比鲁驶，調(diào)頻收音機(jī)的信號頻率是經(jīng)過調(diào)制的。這種差異可以從圖2中看出舞骆，在調(diào)幅調(diào)制波形中钥弯，波的振幅明顯變化，而在調(diào)頻調(diào)制波形中督禽，正弦波的頻率隨時間變化脆霎。兩種類型的無線電傳輸都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。商業(yè)調(diào)幅廣播電臺工作在535kHz至1605kHz的范圍內(nèi)赂蠢，因此與調(diào)頻廣播相比绪穆，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虱岂，與基于音樂的廣播節(jié)目相比玖院，更適合談話廣播。
圖2 使用Moku:Go上的波形發(fā)生器的調(diào)幅波形和調(diào)頻波形示例第岖。
AM收音機(jī)通過使用正弦載波工作难菌，該載波由消息信號(音頻信號)調(diào)制；正在發(fā)送的信息就是這個音頻蔑滓。在這種類型的調(diào)制中郊酒，載波的振幅被信息信號被改變(因此稱為AM)遇绞。
特定無線電臺的調(diào)制信號在頻域中可以清楚地被視為尖峰(例如圖1)，盡管在時域中通常很難看到燎窘。Moku:Go的FIR濾波器生成器可以幫助我們在無線電臺周圍設(shè)置一個窄帶通濾波器摹闽，去除電臺以外的幾乎所有信號。
圖3給出了一個例子褐健，F(xiàn)IR濾波器生成器挑選出一個大約600 kHz的AM無線電臺付鹿。藍(lán)色軌跡中可以清楚地看到用語音信號調(diào)制的AM載波。紅色的軌跡(天線輸入)表明蚜迅，如果沒有窄帶通舵匾，就不可能接收這個或任何其他電臺；事實(shí)上谁不，該信號完全由截圖所在辦公室的可調(diào)光LED照明的~25 kHz開關(guān)控制坐梯。
圖3 FIR濾波器生成器將AM廣播電臺(藍(lán)色軌跡)與背景信號(紅色)隔離開來。
為了接收和收聽消息信號刹帕，無線電接收器需要接收特定的AM無線電頻率并對其進(jìn)行解調(diào)吵血，以從消息信號中分離出載波信號。簡單AM無線電接收器的框圖如圖4所示轩拨。
圖4 調(diào)幅無線電接收器框圖
接收器通過使用無線電天線檢測無線電波來工作践瓷；然而，這種信號通常相對較弱亡蓉，因此需要一個RF放大器來增強(qiáng)信號晕翠，以便進(jìn)一步處理。由于天線將捕捉所有可能的頻率砍濒，因此需要一個調(diào)諧器來找到所需的特定頻率淋肾。
圖5 LC電路原理圖示例
2.2 模擬解調(diào)
模擬解調(diào)調(diào)諧器通常由一個LC(電感電容)電路組成，如圖5所示爸邢。根據(jù)所用的電感和電容樊卓，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杠河。消息信號可以被整流為僅給出DC信號碌尔，并通過二極管和旁路電容器從載波中解調(diào)。該信息信號然后可以被放大并發(fā)送到揚(yáng)聲器券敌、耳機(jī)等唾戚。
2.3 鎖定放大器
鎖定放大器是一種功能強(qiáng)大的器件，可以從噪聲背景中分離出調(diào)制信號待诅，在我們的情況下叹坦，是從一系列信號中分離出特定的AM信號。這意味著鎖定放大器可以作為無線電接收器卑雁，因為它包含無線電接收器的幾個關(guān)鍵部件募书。
Moku:Go的鎖定放大器能夠通過使用相敏檢波器(PSD)解調(diào)調(diào)制信號绪囱，例如無線電波。它使用與載波信號頻率相同的正弦參考信號莹捡。它可以跟蹤參考信號的任何變化鬼吵，因此能夠跟蹤頻率漂移。
PSD將兩個信號相乘或“混合”在一起道盏，產(chǎn)生兩個信號的和項和差項而柑。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荷逞。因此，所需的無線電波信號被設(shè)置為DC粹排。
混合信號然后通過低通濾波器發(fā)送种远，該低通濾波器去除調(diào)制信號的交流分量。這僅留下與信號幅度成比例的DC信號顽耳，在這里坠敷，信號然后可以使用直流放大器放大。
輸出幅度可以從通過混頻器和低通濾波器發(fā)送的信號中找到射富。這些可以在直角坐標(biāo)或極坐標(biāo)中找到膝迎。振幅R可以通過坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換得到，其中 胰耗。 對于AM信號限次，只需要振幅或R(在極坐標(biāo)中)；信號的相位可以忽略柴灯。
三． 實(shí)驗前練習(xí)
找到并詳細(xì)列出你所在地區(qū)的AM電臺列表卖漫。你覺得什么信號會最強(qiáng)？為什么赠群？
實(shí)驗裝置成分：
○ Moku:Go [2x]
○ 天線
○ 揚(yáng)聲器
○ 低噪聲放大器(可選)1
○ 鱷魚夾
○ 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Moku:去等待前面的LED變成綠色羊始。
?這些最初的步驟將解決Moku:Go #1的配置問題。
?將天線連接到Moku:Go的輸入1查描，如圖6和圖7所示突委。
圖6 第一部分照片Moku:去設(shè)置
1、常用的30分貝LNA冬三。如需完整的物料清單匀油，請聯(lián)系我們。
2长豁、Moku:Go可以通過三種不同的方式連接到筆記本電腦:以太網(wǎng)钧唐、USB-C和Wi-Fi。請參考Moku:Go Quick StartGuide 如何連接你的Moku:去你的電腦匠襟。一旦連接钝侠，Moku:Go將出現(xiàn)在Windows或MacOS應(yīng)用程序的設(shè)備選擇屏幕上该园。
圖7 Moku：go:設(shè)置第1部分
雙擊頻譜分析儀。找到調(diào)幅范圍帅韧，并隨意平均頻譜里初，以改善圖表。
找到最主要的調(diào)幅無線電信號頻率忽舟，你可以通過添加一個跟蹤光標(biāo)來完成双妨。信號應(yīng)在小于2 MHz的范圍內(nèi)。
頻譜分析儀和設(shè)置配置的示例如圖8所示叮阅。
圖8 如何配置頻譜分析儀
○ 將您的揚(yáng)聲器連接到Moku:Go #1的輸出1刁品。
○ 返回儀器選擇屏幕，雙擊鎖定放大器浩姥。打開示波器部分挑随，確保可以看到A和b勒叠。
○ 將探針A添加到輸入1(天線)
○ 將探頭B添加到輸出1(揚(yáng)聲器)
在圖9中可以看到鎖定放大器儀器頁面的一個例子兜挨。
圖9 鎖定放大器解調(diào)AM廣播電臺的示例。上面(紅色)的軌跡是天線信號眯分，下面(藍(lán)色)的軌跡是音頻拌汇。
改變本地振蕩器到你最主要的調(diào)幅信號的頻率。首先將低通濾波器設(shè)置為12kHz弊决。根據(jù)需要改變極性和增益噪舀。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丢氢。小心不要讓信號飽和傅联。圖10給出了堪培拉地區(qū)各種變量的設(shè)置示例。
圖10 堪培拉地區(qū)鎖定放大器設(shè)置示例疚察。
3.2 第二部分
在第2部分中蒸走，我們將使用第二個Moku:Go作為數(shù)字濾波器來進(jìn)一步增強(qiáng)接收到的無線電信號。
將揚(yáng)聲器連接電纜移至Moku:Go #2的輸出2貌嫡。將一根電纜從Moku:Go #1的輸出1連接到Moku:Go #2的輸入2比驻。這種設(shè)置可以在圖11和圖12中看到。
圖11 Moku的照片:去設(shè)置第2部分
圖12 Moku：go:設(shè)置第2部分
返回主屏幕岛抄，雙擊Moku:Go #2的圖標(biāo)别惦。雙擊數(shù)字濾波器框。數(shù)字濾波器盒界面如圖13所示夫椭。
圖13 數(shù)字濾波器盒用戶界面
將探針A添加到輸入2掸掸，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扰付，并根據(jù)需要改變增益堤撵。改變頻率，僅隔離信息信號羽莺，即音樂或聲音实昨，從而嘗試去除低頻噪音。試著瞄準(zhǔn)音樂和聲音產(chǎn)生的頻率盐固。圖14給出了堪培拉地區(qū)的數(shù)字濾波器盒變量荒给。
圖14 堪培拉地區(qū)的數(shù)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和Moku:Go #1的輸入1之間。為低噪聲放大器供電刁卜，將鱷魚夾連接到電源連接和Moku:Go #1的背面志电。設(shè)置如圖15所示。
圖15 Moku的框圖:設(shè)置第3部分
確保它連接到PPSU2或類似的12 V電源长酗。單擊 打開電源溪北，并將電壓設(shè)置為12 V。電源彈出窗口可能如圖16所示夺脾。
圖16 PPSU的例子
根據(jù)需要改變數(shù)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茉继。
嘗試改變你所在區(qū)域的其他AM信號咧叭，你能通過改變鎖定放大器和數(shù)字濾波器盒中的變量來優(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無線電接收器烁竭。鎖定放大器是一個強(qiáng)大的工具菲茬，幫助學(xué)生了解如何從嘈雜的背景中解調(diào)信號。此外派撕，學(xué)生還能夠?qū)W習(xí)如何利用許多其他工具進(jìn)一步提高信號清晰度婉弹。
在Moku: App中，通過截屏或文件共享可以輕松發(fā)布和報告結(jié)果终吼。您可以通過點(diǎn)擊屏幕頂部的云圖標(biāo)來完成此操作镀赌。
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)驗室空間和時間易于實(shí)現(xiàn)一致的儀器配置專注于電子設(shè)備而非儀器設(shè)置最大限度地利用實(shí)驗室助教的時間個人實(shí)驗室，個人學(xué)習(xí)通過屏幕截圖簡化評估和評級對于學(xué)生來說各個實(shí)驗室按照自己的節(jié)奏加強(qiáng)理解和保留便攜式际跪，選擇實(shí)驗室工作的速度商佛、地點(diǎn)和時間，無論是在家里姆打、在校園實(shí)驗室良姆，甚至是在熟悉的Windows或macOS筆記本電腦環(huán)境中進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)作，同時使用專業(yè)級儀器幔戏。
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(yīng)用程序玛追。演示模式操作不需要任何硬件，并提供了使用Moku:Go的一個很好的概述闲延。
有問題或意見嗎痊剖？
請通過以下方式聯(lián)系我們韩玩。
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