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

一． 介紹

本實驗的目的是介紹調幅無線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設計和優化AM無線電接收器。

調幅(AM)無線電，雖然在很大程度上被調頻(FM)無線電所取代，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。本實驗設計并實現一個調幅無線電接收器。可以學習到如何找到本地AM無線電頻率，并使用鎖定放大器實現無線電接收器。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無線電信號。

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，信號的振幅是經過調制的；與調幅收音機相比，調頻收音機的信號頻率是經過調制的。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，正弦波的頻率隨時間變化。兩種類型的無線電傳輸都有優點和缺點。商業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，與基于音樂的廣播節目相比，更適合談話廣播。

圖2 使用Moku:Go上的波形發生器的調幅波形和調頻波形示例。

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

特定無線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線電臺周圍設置一個窄帶通濾波器，去除電臺以外的幾乎所有信號。

圖3給出了一個例子，FIR濾波器生成器挑選出一個大約600 kHz的AM無線電臺。藍色軌跡中可以清楚地看到用語音信號調制的AM載波。紅色的軌跡(天線輸入)表明，如果沒有窄帶通，就不可能接收這個或任何其他電臺；事實上，該信號完全由截圖所在辦公室的可調光LED照明的~25 kHz開關控制。

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)隔離開來。

為了接收和收聽消息信號，無線電接收器需要接收特定的AM無線電頻率并對其進行解調，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。

圖4 調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；然而，這種信號通常相對較弱，因此需要一個RF放大器來增強信號，以便進一步處理。由于天線將捕捉所有可能的頻率，因此需要一個調諧器來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。這意味著鎖定放大器可以作為無線電接收器，因為它包含無線電接收器的幾個關鍵部件。

Moku:Go的鎖定放大器能夠通過使用相敏檢波器(PSD)解調調制信號，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。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將兩個信號相乘或“混合”在一起，產生兩個信號的和項和差項。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，所需的無線電波信號被設置為DC。

混合信號然后通過低通濾波器發送，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混頻器和低通濾波器發送的信號中找到。這些可以在直角坐標或極坐標中找到。振幅R可以通過坐標之間的轉換得到，其中 。對于AM信號，只需要振幅或R(在極坐標中)；信號的相位可以忽略。

三． 實驗前練習

找到并詳細列出你所在地區的AM電臺列表。你覺得什么信號會最強？為什么？

實驗裝置成分：

○ Moku:Go [2x]

○天線

○揚聲器

○低噪聲放大器(可選)1

○鱷魚夾

○實驗室程序

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。

?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，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，請聯系我們。

2、Moku:Go可以通過三種不同的方式連接到筆記本電腦:以太網、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線電信號頻率，你可以通過添加一個跟蹤光標來完成。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。打開示波器部分，確保可以看到A和b。

○將探針A添加到輸入1(天線)

○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面的一個例子。

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Moku:Go作為數字濾波器來進一步增強接收到的無線電信號。

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，即音樂或聲音，從而嘗試去除低頻噪音。試著瞄準音樂和聲音產生的頻率。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和Moku:Go #1的輸入1之間。為低噪聲放大器供電，將鱷魚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或類似的12 V電源。單擊 打開電源，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，你能通過改變鎖定放大器和數字濾波器盒中的變量來優化你的音質嗎？

3.3.1 摘要

本實驗探索在Moku:Go上使用鎖定放大器作為AM無線電接收器。鎖定放大器是一個強大的工具，幫助學生了解如何從嘈雜的背景中解調信號。此外，學生還能夠學習如何利用許多其他工具進一步提高信號清晰度。

在Moku: App中，通過截屏或文件共享可以輕松發布和報告結果。您可以通過點擊屏幕頂部的云圖標來完成此操作。

Moku的好處:Go面向教育工作者和實驗室助理有效利用實驗室空間和時間易于實現一致的儀器配置專注于電子設備而非儀器設置最大限度地利用實驗室助教的時間個人實驗室，個人學習通過屏幕截圖簡化評估和評級對于學生來說各個實驗室按照自己的節奏加強理解和保留便攜式，選擇實驗室工作的速度、地點和時間，無論是在家里、在校園實驗室，甚至是在熟悉的Windows或macOS筆記本電腦環境中進行遠程協作，同時使用專業級儀器。

3.3.2 Moku:Go演示模式

您可以在Liquid Instruments網站下載適用于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的一個很好的概述。

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審核編輯 黃昊宇