Записки программиста

Подержав в руках QCX, мне захотелось сделать что-то похожее. Основным недостатком QCX для меня является тот факт, что трансивер работает только в одном диапазоне. Мне же хотелось иметь трансивер по крайней мере на два диапазона, 20 и 40 метров. Так началась работа над трансивером AYN. Название расшифровывается как «All You Need». Все, что нужно для счастья — это 5 Вт, телеграф и два диапазона.

Примечание: Для повторения проекта не требуется какое-либо сложное оборудование. Вполне достаточно мультиметра и RTL-SDR v3. Если у вас еще нет радиолюбительской лицензии, это не страшно. Вы можете совершенно легально передавать все что захотите в эквивалент нагрузки. Сигнал можно будет принять на расположенный рядом RTL-SDR с проводом длиной 20 см в качестве антенны.

Начнем рассмотрение трансивера со структурной схемы:

Качественно AYN похож на мой предыдущий однодиапазонный SSB-трансивер. Приемник является супергетеродином с одной ПЧ. В отличие от SSB-трансивера, где требовалось по два фильтра на диапазон, в телеграфном трансивере достаточно одного ДПФ на каждый из диапазонов. В качестве ГПД и опорного генератора (VFO и BFO) использованы два канала Si5351. Последний, третий, канал используется для генерации несущей при работе на передачу. Названные обстоятельства существенно упрощают схему.

С целью снижения энергопотребления были применены бистабильные реле HFD2/012-S-L2 (даташит [PDF]). В качестве смесителей были использованы Mini-Circuits ADE-1L+ (даташит [PDF]). Смесители рассчитаны на уровень LO всего лишь 3 dBm, что тоже снижает потребление тока. Плюс, они занимают мало места в корпусе. ADE-1L+ были любезно предоставлены производителем в качестве бесплатных образцов. Также они продаются в Чип-и-Дипе.

УНЧ и АРУ выполнены по схеме из статьи про АРУ на МОП-транзисторе, только вместо BS170 был использован транзистор 2N7000. Просто я хотел убедиться, что с ним схема тоже работает. Для компенсации потери чувствительности из-за работы АРУ, перед УНЧ был добавлен небольшой предусилитель на NE5532 по неинвертирующей схеме.

Генератор аудио-тона при работе на передачу в схеме отсутствует. Вместо него используется постоянно включенный приемник и ВЧ сигнал, затекающий на приемный тракт через TX/RX реле. Сигнала затекает слишком много, -15 dBm на 20 метрах и -20 dBm на 40 метрах. Поэтому при работе на передачу частоты ГПД и опорного генератора сдвигаются на 10 кГц. Благодаря этому, сигнал проходит через кварцевый фильтр вне полосы его пропускания. Фактически, на передачу фильтр используется в роли аттенюатора.

В передающем тракте используется такой же QRP усилитель, что использовался в SSB-трансивере, только без первой ступени на 2N2222. Она не требуется, потому что вторая ступень ожидает на входе около 0 dBm, которые Si5351 в состоянии предоставить. Само собой разумеется, это не самый эффективный усилитель для телеграфа. Но мне хотелось проверить на практике, насколько универсальной является данная схема.

Компоненты трансивера были размещены в самодельном корпусе 15x15x5 см:

Вид со снятой крышкой:

Вес устройства составил 594 г. Движковый переключатель справа от ЖК-дисплея предназначен для отключения подсветки. Интересная особенность желтых дисплеев заключается в том, что они и без подсветки вполне читаемы. С подсветкой трансивер потребляет 150 мА на прием, а без подсветки — 130 мА. Предыдущий трансивер потреблял 165 мА, и это в отсутствии предусилителя перед УНЧ.

На передачу дополнительно к этому току AYN потребляет ~0.79 А на 40 метрах и ~1.14 А на 20 метрах. Он выдает 4.5-5 Вт при питании от 13.8 В. Эффективность с учетом потерь на ДПФ оказалась невысока — 42% на 40 метрах и 32% на 20 метрах. Это объясняется тем, что в полосе пропускания ДПФ имеют вносимые потери 1.6 dB, то есть, через них проходит лишь ~70% энергии. Учитывая, что эффективность усилителя класса AB составляет ~55%, все сходится. Такова плата за простоту схемы. Ситуацию можно было бы улучшить, используя на передачу ФНЧ.

Зависимость выходной мощности от напряжения питания выглядит так:

Устройство можно питать от Li-Ion аккумулятора 4S (12.0-16.8 В). Правда, при напряжении 16.8 В возрастает и потребление тока в режиме приема, до 180 мА с подсветкой. Увеличение потребления тока происходит за счет тока на транзисторах в усилителях приемного тракта. Как результат, они нагреваются до ~85°C. Хоть это и допустимая температура для использованных мной 2N3904, может иметь смысл заменить их на транзисторы в металлическом корпусе — 2N2222A, 2N2369A или KT3142A. Кстати, транзистор 2N2219A в передающем тракте тоже может быть заменен, на 2SC3953. Этот транзистор стоит дешевле и имеет более высокую f_T.

В трансивере предусмотрена схема придания формы сигналу (waveform shaping):

Сигнал в эфире звучит чисто, без кликов. Реализован ямбический электронный телеграфный ключ. Он вышел крайне удачным, субъективно неотличимым от электронного ключа в трансиверах Yaesu. Реализацию вы найдете в процедуре processIambicKeyerLogic(). Электронный ключ отключается долгим нажатием на роторный энкодер, что позволяет использовать и вертикальный ключ.

Приемник справляется с сигналами от -126 dBm до -36 dBm (S9+37). Ночью на 40 метрах вещательные AM-радиостанции не слышны. АРУ отрабатывает, как надо. А вот избирательность могла бы быть лучше. Иногда попадаются очень мощные радиостанции. Они пусть и тихо, но бывают слышны при отстройке даже на 3 кГц.

При работе на общий вызов радиатор под IRF510 греется, но не сильно. Моя текущая антенна имеет на телеграфных участках КСВ около 2. Не похоже, чтобы для трансивера это было проблемой. Радиосвязи были проведены как на 20, так и на 40 метрах, с нормальными рапортами для QRP. Судя по RBN, все работает должным образом.

В целом, получилась неплохая радейка. Схема доступна здесь [PDF], а исходники прошивки для STM32F103 — здесь. Интереса ради я посчитал полную стоимость проекта, включая корпус, разъемы, ручки, и так далее. Вышло в пределах 75$. То есть, как за новый QCX в корпусе. По времени проект занял около трех недель, но работал я над ним не ежедневно. Повторить трансивер, с учетом уже написанной прошивки и проверенной схемы, не должно занять больше недели, если спокойно заниматься им вечерами.

Дополнение: Доработка трансивера описана в статье AYN/P: портативный CW QRP трансивер на два диапазона. Также вас могут заинтересовать статьи о трансиверах AYN/3C, AYN/DC, AYN/4B, HBR/8B и HBR/MK2.

Метки: STM32, Беспроводная связь, Любительское радио, Электроника.