Записки программиста

Как ранее отмечалось, компоненты приемника прямого преобразования и CW-передатчика могут быть объединены в трансивер. Пришло время убедиться, что это действительно так. Конечно, на деле все оказалось сложнее, чем в теории. Чтобы получить трансивер, недостаточно просто поставить рядом приемник и передатчик. Но обо всем по порядку.

Примечание: Для повторения проекта не требуется какое-либо сложное оборудование. Вполне достаточно мультиметра и RTL-SDR v3. Большинство компонентов просто работают и не требуют настройки. Если у вас еще нет радиолюбительской лицензии, это не страшно. Вы можете совершенно легально передавать все что захотите на ваш RTL-SDR по коаксиальному кабелю через аттенюатор. Главное, чтобы ничего не излучалось в эфир.

Трансивер был изготовлен методом ugly contruction, без корпуса:

Полную схему можно скачать здесь [PDF]. Все компоненты трансивера были рассмотрены в предыдущих статьях:

• Приемник прямого преобразования на диапазон 40 метров;
• Простой CW-передатчик на диапазон 40 метров;
• Об изготовлении полосно-пропускающих фильтров;
• Простой усилитель 5 Вт на основе IRF510;
• Генератор переменной частоты для трансивера;
• Активный фильтр для приема телеграфа;

Коротко пересказать их не представляется возможным. Поэтому читателей, желающих понять работу всех компонентов, я вынужден направить к этими статьям. Здесь же я расскажу лишь о тонкостях, которые касаются непосредственно трансивера.

Многие из проблем, с которыми я столкнулся, были связаны с тем, что при определенных условиях в цепи возникали колебания. Отлаживать такие проблемы сложно, поскольку здравый смысл не очень помогает. Надежда остается в основном на интуицию. «Мне кажется, что вот тот проводочек может ловить наводки вон от того усилителя. Почему бы мне не попытаться максимально его укоротить и проложить вдоль земли.» Иногда помогает хорошо знакомый программистам принцип удержания инварианта «все работает». Сначала все работает. После внесения изменений что-то перестает работать. Изменения отменяются до тех пор, пока снова все не заработает. Последнее отмененное изменение и было причиной проблемы. Процесс получается не быстрым, но в конечном счете он сходится.

Не все колебания удалось победить без вмешательства в схему. Для борьбы с ВЧ колебаниями на выходе VFO был добавлен аттенюатор на 1 дБ. На схеме это R22-R24 на странице 3. Для компенсации этого 1 дБ усилитель VFO был сделан регулируемым, см R18 на той же странице. После добавления усилителя на 5 Вт в цепи стали возникать НЧ колебания при работе на передачу. Для борьбы с ними было принято решение отключать активный телеграфный фильтр во время передачи. На схеме ищите FILTER_POW на странице 6.

Из новых компонентов на схеме появился генератор тона 1 кГц на таймере 555, смотри страницу 4. При работе на передачу он позволяет слушать, что вы передаете. При работе на прием генератор отключен от УНЧ, однако часть тона протекает через реле K3. Сигнал отфильтровывается телеграфным фильтром и в наушниках слышен не меандр, а чистая синусоида. Это позволяет проверить телеграфный ключ или подстроиться на частоту корреспондента (zero beat).

Генератор питается от тех же KEYED_12V, что и драйвер на Q9. Это значит, что при нажатии ключа через PNP-транзистор Q8 должно протекать больше тока, чем раньше. Тока перестало хватать. Это проявилось в видео забавных звуковых эффектов, а на понимание проблемы ушло некоторое время. В итоге параллельно R30 был поставлен еще один резистор на 56 кОм. Что привело к другой проблеме — раз ток увеличился, то C33 стал быстрее заряжаться, и форма CW-сигнала пошла коту под хвост. В качестве нового значения C33 были подобраны 2.2 мкФ:

На этом масштабе не очень видно, но края сигнала закруглены, а значит он лишен кликов. Еще в схему были добавлены диоды D12 и D14. Без них при нажатии ключа драйвер притягивал питание генератора к земле, что плохо сказывалось на работе последнего.

При выходе в эфир в ночное время было сделано удивительное открытие. Оказалось, что трансивер очень громко воспроизводит вещательные AM-радиостанции (!) даже если совсем отключить VFO. Более опытные конструкторы объяснили, что ФНЧ на входе и диодов в смесителе достаточно, чтобы трансивер превращался в детекторный приемник. Для решения проблемы ФНЧ было решено заменить на ДПФ.

Фильтр имеет вносимые потери порядка 1 дБ, которые пришлось компенсировать в усилителе, чтобы суммарно в эфир уходило 5 Вт. Замена обошлась мне в лишние 80 мА при работе на передачу. Что логично, 13.8 В × 0.08 А = 1.1 Вт. Зато, благодаря новому фильтру, выходной сигнал стал почище:

Любые побочные продукты подавлены на 49+ дБ. ФНЧ тоже работал неплохо. Но он, естественно, ничего не фильтровал ниже 7 МГц, а там было что фильтровать. Я подумал, что более чистый сигнал стоит 80 мА, поэтому не стал городить отдельные фильтры на прием и передачу. Тем более, что для их коммутации потребуется лишнее реле, а оно стоит денег, занимает место и потребляет свои 20 мА.

Чувствительность была проверена при помощи генератора сигналов и аттенюаторов. Она оказалась -107 dBm или 1 мкВ. Для сравнения, чувствительность типичной Си-Би радиостанции составляет 0.5 мкВ или -113 dBm, а трансивера Yaesu FT-891 — 0.16 мкВ или -123 dBm. Чувствительность можно улучшить, добавив еще одну ступень усиления ВЧ, см Q7 на странице 4. В своем экземпляре я этого делать не стал. При уровне шума в моем QTH шансы принять сигнал с уровнем S4 (-103 dBm) практически нулевые. А вероятность того, что корреспондент с таким уровнем примет мои 5 Вт, еще меньше. Я лишь ограничился проверкой, что чувствительность улучшается при использовании внешнего МШУ.

На прием трансивер потребляет 100 мА. Они мало зависят от входного сигнала, громкости, и так далее. На передачу получилось ~1.1 А. Что тут скажешь, КПД оставляет желать лучшего. С другой стороны, трансивер потребляет меньше, чем Yaesu FT-891, Xiegu X5105, и даже uBITX, что тоже достижение.

Было проведено несколько тестовых радиосвязей с радиолюбителями из России и Европы. По моему опыту, на 40 метрах в телеграфе при мощности 5 Вт отвечает примерно каждый второй корреспондент. Рапорт в среднем дают 559. Хоть в трансивере и не реализовано подавление зеркального канала, обычно это не создает проблем. Человеческий мозг способен неплохо фильтровать сигналы. Пробовали общаться с кем-то в толпе народа? Принцип тот же. Даже принимая трех корреспондентов одновременно, не составляет труда сосредоточится на сигнале любого из них. Проблема возникает, только если в зеркальном канале проходит станция с существенно большим уровнем, чем у интересующей.

Действительно неудобно другое. Найдя сигнал, нужно немного отстроиться от него, чтобы убедиться, что VFO имеет правильную частоту. В случае с моим трансивером при вращении КПЕ по часовой стрелке (кстати, это вниз по частоте) частота тона корреспондента должна уменьшаться. Рядом с ручкой КПЕ была помещена наклейка «→T.DOWN», чтобы не забыть.

Переключение RX/TX осуществляется вручную при помощи тумблера. Планировалось реализовать break-in. В простейшем виде схема состоит буквально из транзистора и конденсатора. Но поработав в эфире с ручным RX/TX, я пришел к выводу, что мне так даже больше нравится. Можно поменять ключ во включенном трансивере, и не бояться, что трансивер включится на передачу. Можно послушать, как срабатывает ключ и/или комфортная ли скорость у электронного ключа. Наконец, чуть удобнее делать zero beat.

Гарантирую, что это не самый выдающийся QRP-трансивер на свете. Но он работает, и на него удается проводить радиосвязи. Что для первого трансивера можно считать успехом. Само собой разумеется, это не окончательный результат, а лишь отправная точка для будущих экспериментов.

Дополнение: Вас также могут заинтересовать статьи Электронный телеграфный ключ на STM32F030, Самодельный SSB-трансивер на диапазон 40 метров, AYN/A: аналоговый CW QRP трансивер на 20/40 метров, и далее по ссылкам.

Метки: Беспроводная связь, Любительское радио, Электроника.