ROHDE & SCHWARZ ESH3 测试接收机拆解
西葫芦2022/11/19原创 拆机鉴赏 IP:山东
关键词
ROHDE & SCHWARZTEST RECEIVERESH3

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I. 简介

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R&S ESH3于1980年推出。这种接收机专用于电磁兼容(EMC)测量或场强测量,同时也具备多种解调功能,设计上也可以用作无线电监听。ESH3覆盖VLF…HF 9KHz…30MHz的频率范围,与常规短波接收机大致相似,但因为设计用途不同结构上也有一些区别,例如ESH3有分段预选器,可以抵抗强带外干扰。而混频级具有较高的IP3(+30dbm),抗带内阻塞能力也很强。常规接收机为了适应大幅度变化的信号通常使用PIN二极管做连续AGC控制,而测试接收机为了精确测定信号幅度,因此使用了10db一档的步进衰减器,同时具有线性良好的检波器。除此之外,其它部分大致与常规接收机相似。

   ESH3是R&S公司第一台使用微处理器控制的接收机,使用8085 CPU,接收机全部功能均可程控。据R&S的资料,该接收机的固件是用汇编和PL/M语言编写的。

   本次拆解的ESH3大约是1984年左右生产的。

 

   ESH3的一些技术特性如下:

   接收频率:9KHz – 30MHz

   测量幅度:

   结构:超外差三次变频,一中频75MHz,二中频9MHz,三中频30KHz。

   解调:A0(ZERO BEAT),A1(CW) / A3(AM) / A3J(SSB) / F3(FM)

   中频带宽:200Hz(机械),500Hz(晶体),2.4KHz(晶体),10KHz(RC)

   调谐步进:100Hz


以下是接收机启动和自校准过程,以及在中波广播频段,BPC长波授时等频率上的接收演示。


z1.mp4 点击下载


z2.mp4 点击下载


z3.mp4 点击下载

II. 拆解

请注意:拆解照片实际上是在大量维修/改造后拍摄的,因此已经与原始状态有所区别。

首先是前面板:

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    前面板的左半边基本上都与接收机控制相关。另外还有一些隐藏的测量功能,比如AM调制度测量,FM频偏测量等,需要按下SPEC FUNC按钮输入对应的功能编号启用。

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另外还有一些在普通接收机或者频谱分析仪上均不常见的设置,比如OPER RANGE按钮选择检波器的对数放大器范围,可以在20db,40db,60db之间切换,越窄的量程测量线性度越高,信号超出或低于量程的时候则通过切换射频衰减器补偿,因此射频衰减器具有0-140db的宽广的可调范围。此外还有一个LIN TEST按钮,在按下后接收机反复切入/旁路1db射频衰减用以检查检波器和混频器当前响应是否线性。这些设计使得接收机的测量精度和置信度高于同时期的频谱分析仪,使其具有精确的选频测量能力。同时,GEN OUT口在TWO PORT模式下与频谱分析仪的“跟踪发生器”功能相同,输出频率与调谐频率相等,可以测外部网络的频率响应。而在REMOTE FREQ模式下则是将第三中频再上变频到调谐频率上,因此接收机此时可以作为一个调谐滤波器使用,输出带宽与中频带宽相同。这两种模式输出幅度恒定为20mV EMF或50欧姆系统的-20.97dbm。

右侧主要与调谐和频率扫描的设置相关。

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整体重量大约25公斤。

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后面板。

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接收机可以通过交流电或者直流电工作,使用24V DC时功耗大约65W。

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另一侧是则是检波器输出,第一和第三中频输出,频率基准,模拟记录仪接口,以及GPIB。

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下面是拆解。在ESH3设计的年代,R&S普遍使用的是DESIGN 80系列壳体,这种壳体可以由外壳和内壳组成,完全组装的时候只能用作桌面放置,宽度比标准的19英寸机架要宽。需要机架安装的时候则必须拆除外壳和两侧的提手,因此许多系统仪器的外壳都丢失了,十分糟糕的设计。

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提手后部是卡住的,前部则是两颗螺丝固定在面板上,同时也是19英寸机架标准安装孔。

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拆除外壳后的接收机,市面上有许多R&S仪器都是这样没有壳体出售的。

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四周都有内壳屏蔽,但没有外壳的情况下铝型材机箱的机械强度有显著下降。

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顶部印有机内各个模块的接线图。

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拆除四周的屏蔽罩。这一侧是射频输入开关,射频衰减,衰减器控制板。

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另一侧没有小的组件。

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底部,所有射频线都在板卡底部引出,因此要拆除板卡,上下外壳都需要拆开,又是一个糟糕的设计。

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内部组件的拆解先从四周开始,这里是射频输入开关,用于选择接收机测量外部信号或测量内部校准信号。旁边竖着的小电路板是射频开关和射频衰减驱动板,右上角可以看到一颗大电容,是用来降低衰减切换时电源总线上的脉冲电流的。

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射频衰减驱动板。许多晶体管组成H桥开关用以控制衰减器内的继电器线圈。

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后面是记录仪和GPIB接口板,射频衰减器也装在这里。

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记录仪和GPIB接口板。

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射频衰减器。

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[修改于 1年3个月前 - 2022/11/20 09:55:24]

来自:仪器与装备 / 拆机鉴赏
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~~空空如也
西葫芦 作者
1年3个月前 修改于 1年3个月前 IP:山东
910659

随后是前面板和CPU板,这块区域在维修中做了大量改动,这是原本的样子。

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首先是前面板的拆解,这是原来的样子,上面有三个固定的排线插头。

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然后是做过一些改动的。主要改动就是把前面板的线束给换了。

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前面板有独立的单片机处理字符显示。

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为了方便维护,固定的排线换成了可插拔的连接器。

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“有点恐怖”系列。一大堆钽电容。

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这个晶体管,运放,和检流电阻构成了一个电子负载,该负载用于吸收前面板的点阵显示器在扫描时对5V电源形成的脉冲电流干扰,也就是平滑前面板的电流波动,这是相当少见的设计(我的意思是,绝大读数仪器应该会选择单独设计一路面板电源,而不是弄这些奇怪的东西…)。

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前面板的铝框。

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喇叭,音量电位器,有源天线控制接口。

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铝框上铣了槽用于容纳电容的高度,令人舒适。

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调谐编码器使用霍尔感应,停顿感也通过磁铁获得,旋钮的手感非常好。

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两块对着磁条的U型软铁用于产生停顿感。

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下面是原本的处理器板,由于电池严重漏液最终重做了一块(详见维修章节)。

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下面是抄板复制的替代处理器板。

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下面是电源模块的拆解。电源模块在后部可以整体拆下来。

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这块板子包含了电源监视电路和一些模拟电压的二次线性稳压。

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该机大部分屏蔽罩内部都有一张弹簧片构成的金属网,使得屏蔽罩压紧的时候减少缝隙。

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这下面是DC/DC电源模块,该机交流电源通过变压器降压,然后经过DC/DC转换产生内部所需的多路电源,外接直流电源电也是由这个DC/DC产生内部电源的。

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开关电源的散热片。透过外壳传热,这里适当涂一点硅脂更好。

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变压器的整流桥。

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拆除DC/DC组件,剩下的是变压器部分。

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DC/DC组件侧面的这块板子包含了电源输入/输出滤波以及电源切换,过压保护之类的功能。

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DC/DC模块内部。

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西葫芦作者
1年3个月前 修改于 1年3个月前 IP:山东
910661

接收机四周的组件都已经拆过了,下面是中间插槽板卡区域的各个模块/板卡。图片按照面向接收机前面板,从左到右的顺序拆解。

第一块板子称为“Analog board”,主要对检波后的电压进行处理,例如峰值保持,前面板模拟指示条的控制,音频放大等。

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黑色模块里面是一个简单的采样保持电路,或者也可以说是模拟电压的“存储器”(在手册里称为“Analog memory”。内部包含一个继电器,一个保持电容,一个缓冲用的MOSFET晶体管,该模块应该可以长时间的存储某个电压(但是这种设计非常奇怪)。

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下一个是“Indication and AF demodulation”模块。第三中频的检波器/解调器都在这里,另外BFO振荡器也在这里。

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BFO部分。

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下面是第三混频器模块,同时也包含了8.97MHz第三本振,10KHz,200Hz中频滤波。

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第三本振区域,晶体与机内的主频率基准同步。

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200Hz中频带宽是由机械滤波器提供的,该滤波器设置在30KHz第三中频上。附近有RC滤波器提供10KHz中频带宽(因此,10KHz中频的选择性相当一般)。

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下个模块是校准发生器。用于产生幅度精确的CW校准信号,或校准CISPR检波器所用的脉冲信号,以及用于REMOTE FREQ模式的第三中频上变频部分。

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下面是第一/第二混频器以及相关的中频滤波器部分。

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第一中频的晶体滤波器。

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第一混频器部分,旁边的晶体管是第一本振的功放,为了获得高动态范围,这里用了+23dbm本振幅度的混频器。

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在第二中频上的晶体滤波器,提供2.4KHz和500Hz中频带宽。

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下面是两个级联的输入滤波器单元,或者也称为预选器(Preselector),这是一组设置在接收机混频器之前的带通滤波器,将输入频率分为多个波段,用于提高抗带外干扰干扰能力。在ESH3上,低于10MHz通过LC滤波器分为14个波段,高于10MHz则通过两个跟踪调谐滤波器覆盖10-20M和20-30M的频率范范围。

下面是FILTER 2单元,主要是高波段部分,有一些LC滤波器和两个跟踪滤波器。

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跟踪滤波器部分。

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面是FILTER 1单元,全部是LC滤波器。

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这里好像出了一点问题,可能是PCB曝光的掩模掉上头皮屑了:(

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下面是滤波器控制板,控制滤波器的波段切换。

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这里有许多数字电路的的古代技术遗迹,比如说二极管逻辑…

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下面是频率合成器部分,由两个模块构成,用于产生本振和其它单元所需的频率基准(三本振,BFO部分等)。SYNTHESIZER 1单元主要是一本振的高频环路,产生75.01M … 104.9999M一本振输出。

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SYNTHESIZER 2单元包括了二本振输出和频率基准部分。

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频率基准部分。

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除CPU晶振之外,ESH3的射频通路上的所有振荡器频率均溯源到这颗奇特的TELEFUNKEN 60MHz晶体上,这居然还是一颗内置加热器的恒温晶体,我从未见过这种东西… 当使用外部5/10MHz基准输入的时候,也是将这颗恒温晶体同步到外部基准频率上。

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-完-

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虎哥
1年3个月前 IP:四川
910680

这机器可圈点的是他的预选器,过于暴力。后一代RS短波机器预选器全面缩水,也不知是偷懒了,还是因为混频器件进步了而觉得没必要了。但我觉得是换了个团队,理念不一样,加全面偷懒。

我记得类似款机器的前放比较有特色,是用干簧管套在铜管里面做成的同轴线,充当的切换开关。

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西葫芦作者
1年3个月前 IP:山东
910690
引用虎哥发表于3楼的内容
这机器可圈点的是他的预选器,过于暴力。后一代RS短波机器预选器全面缩水,也不知是偷懒了,还是因为混频...

虽然还没有具体的历史考证,不过我认为这个接收机和专门的短波机EK070应该都是80年代初上市的。ESH3是ESH2的继任,其射频部分设计基本相同,ESH2早在78年就上市了(没有处理器,全逻辑电路控制)。RS的测试接收机实际上是从场强仪发展而来的,到这了一代也还比较照顾无线电监测,做的也像个通用接收机,再往后一代在系列上就完全分开了,EMC专用的就不带SSB解调器了。另外手册里可以看到早期ESH3的设计是分立件做的1混,我这台里面则是mini的商品混频器,这部分的设计显然有过改动。

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西葫芦作者
1年3个月前 IP:山东
910691
引用虎哥发表于3楼的内容
这机器可圈点的是他的预选器,过于暴力。后一代RS短波机器预选器全面缩水,也不知是偷懒了,还是因为混频...

下面这个是ESVP的前放模块,里面用了一个不知道是MMIC还是Hybrid的放大器,这个放大器也同时用于EB100时代的手持测向天线里(应该是HE100)。

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铅球脑袋
1年3个月前 修改于 1年3个月前 IP:辽宁
910747

80年代初是第一代LED,效率比白炽灯还低十几倍,耗电量贼大,电流波动影响大。

面板的数字电路用假负载进行并联稳压,能大幅吸收耗电电流的波动干扰,不传递给总电源。 

另外面板还加了很多钽滤波电容,吸收脉冲的高频谐波。

80年代开关电源性能不足,加上这种稳定的恒流负载,也是有利于开关电源最小调整率设计。


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量子隧道
1年3个月前 IP:香港
910751

DCDC模块里边的红色圆柱体是什么?挺好看的。是电解电容吗?这样子的少见。

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铅球脑袋
1年3个月前 修改于 1年3个月前 IP:辽宁
910752
引用量子隧道发表于7楼的内容
DCDC模块里边的红色圆柱体是什么?挺好看的。是电解电容吗?这样子的少见。

是全封闭电解电容,猪血胶木壳。

IMG_20221122_125353.jpg



虽然这电容是老古董,已近生命暮年。但真是贼贵。

都卖掉大概能赚回半台机钱。

Screenshot_2022-11-22-13-17-59-443_com.taobao.idlefish.jpg


转帖

猪血色的EK电容是德国著名电解电容生产商ROE(Roederstein)有史以来生产的最好听的电解电容, 胶木外壳,环氧树脂封底,有效降低震动,几乎无任何泄露。


极品电容中的万金油,声音严谨冷静、高低频均衡、高频清晰纤细、低频扎实有力、速度瞬态皆好、音场开阔、声音十分大气、这种胶木壳电容在以上基础上又添加了一丝柔润的味道,温暖感和中频密度都很赞,人声很有味道,是不可多的的极品音频电解电容。

Krell的前级和数字机中全部都使用了该种电容,这4只均从Krell电源滤波部分拆出。每只容量已测出并写在底部,包原装,包容量,45元一只。

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大仙
1年3个月前 IP:江苏
910755
引用量子隧道发表于7楼的内容
DCDC模块里边的红色圆柱体是什么?挺好看的。是电解电容吗?这样子的少见。

德国ROE电容

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qiuzheru1
1年3个月前 IP:瑞士
910778
引用铅球脑袋发表于8楼的内容
是全封闭电解电容,猪血胶木壳。虽然这电容是老古董了,但真是贼贵。都卖掉大概能赚回半台机钱。转帖猪血色...

可惜了,国内居然还有傻子炒这种东西。。前两天recap一个捡来的高压电源的时候扔掉了好几个。


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bbqws60
1年3个月前 IP:广东
911222

从维修贴过来的,非常漂亮的拆解

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