Записки программиста

Трансивер AYN хоть и вышел неплохим, но дзен минимализма в нем не был достигнут. Ведь в AYN применены микроконтроллер и синтезатор частот. А еще предусмотрены алгоритм электронного телеграфного ключа и отображение частоты на ЖК-дисплее. Нужны ли они для успешного проведения радиосвязей? Нет! Следовательно, им нет места в минималистичном трансивере. Эти и другие досадные ошибки были успешно устранены в трансивере «All You Need / Analog», или для краткости AYN/A.

Рассмотрим его структурную схему:

Основой послужила структурная схема трансивера HBR. Это супергетеродин с одной ПЧ на основе двунаправленных усилителей.

Лишние ФНЧ и ДПФ были убраны за ненадобностью, ровно как и все, что касается поддержки SSB. УМ заменен QRP усилителем класса C на RD15HVF1. УНЧ выполнен на TDA2003. Схема использована из даташита [PDF] с небольшим подгоном компонентов под то, что было в запасах. Предусилитель на NE5532 позволяет подстроить громкость по индивидуальным предпочтениям.

В трансивере используется АРУ по ПЧ на основе аттенюатора управляемого напряжением (АУН). Небольшая часть сигнала берется с ПЧ через конденсатор на 220 pF, усиливается и идет на детектор. Компоненты подбираются так, чтобы для сигналов с уровнем S9 и ниже управляющее напряжение на АУН было максимальным. При превышении уровня S9 управляющее напряжение падает, что увеличивает аттенюацию.

АРУ по ПЧ (IF derived AGC), или в общем случае — по ВЧ (RF derived AGC), имеют следующие преимущества перед АРУ по НЧ (AF derived AGC). Во-первых, за счет большей частоты сигнала АРУ срабатывает быстрее. АРУ по НЧ работают с задержкой в пару миллисекунд. При резком изменении уровня принимаемого сигнала это проявляется, как громкие хлопки или иные артефакты. Во-вторых, АРУ по ВЧ увеличивает динамический диапазон трансивера. Есть, конечно, и минусы. При прочих равных схема АРУ по ВЧ выходит сложнее и потребляет больше тока.

ГПД сделан на базе переменного конденсатора. Номиналы подобраны так, чтобы получить частоты примерно от 5.000 МГц до 5.070 МГц. В качестве ПЧ выбрана частота 9 МГц, что автоматически дает выход на 9+5=14 МГц, покрывая весь телеграфный участок. На самом деле, ГПД должен покрывать чуть больше 70 кГц, чтобы компенсировать зависимость частоты от температуры. Для выхода на 40 метров сигнал с ГПД смешивается с сигналом от генератора на 11 МГц для получения 16.000-16.070 МГц. Выходит 9-16=-7 МГц, или 40 метров с инверсией спектра (IF − LO = −RF, или LO = IF + RF). На ПЧ мы имеем сигнал в верхней боковой для обоих диапазонов.

Внешний вид трансивера:

Алюминиевый корпус 200x178x62 мм такой же, как у HBR. Редуктор для КПЕ — из статьи про регенеративный приемник. Слева от редуктора находятся кнопки для переключения диапазонов и пара RGB-светодиодов. Светодиод активного диапазона горит зеленым при работе на прием и красным при работе на передачу. Синий цвет не используется. Справа находится S-метр от трансивера Kenwood TS-120S. Под S-метром расположена таблица соответствия положения редуктора рабочей частоте. На верхней крышке можно разглядеть встроенный динамик 8 Ом 1 Вт.

S-метр лишь примерно показывает, является ли уровень принимаемого сигнала выше S9 или ниже S9. В основном он позволяет поточнее встать на частоту корреспондента по максимуму сигнала, а также оценить шансы того, что он примет ваши 5 Вт. В ретроспективе могу сказать, что какая-нибудь недорогая измерительная головка с AliExpress справилась бы с задачей ничем не хуже.

Fun fact! Трансивер будет шикарно смотреться с самодельным аналоговым измерителем КСВ. Если вы хотите точно встать на какие-нибудь 7.034.500 Гц, можно воспользоваться генератором сигналов на Si5351 с маленькой антеннкой.

А так компоненты были расположены внутри корпуса:

Все уместилось на одной плате, хотя при этом я не брезгал пайкой компонентов на экранирующих перегородках. На фото можно заметить латунные стойки, добавленные для размещения платы вторым этажом. Эти стойки не пригодились. Крепления для RGB-светодиодов и S-метра были напечатаны на 3D-принтере пластиком PETG. Компоненты приклеены к пластику эпоксидным клеем, а пластик крепится к корпусу болтами и гайками M3.

Внизу по центру находится ГПД. Его необходимо как следует экранировать со всех сторон. Сверху он был тоже запаян, после того, как было сделано фото. Чтобы минимизировать влияние паразитной емкости от рук, ось КПЕ обязательно должна быть заземлена. Выше ГПД идут три шины питания, слева направо — RX_12V, 12V и TX_12V. Управление этими шинами выполнено на полевых транзисторах.

Слева от ГПД находится все, что касается НЧ, АРУ и обработки нажатия кнопок. Все реле, за исключением пары для обхода УМ (см структурную схему), являются бистабильными и управляются кнопками по принципу, описанному здесь. Справа от ГПД находятся S-метр, опорный генератор и все что касается получения частот 16.000-16.070 МГц (см нижнюю часть структурной схемы).

Справа вверху находятся кварцевый фильтр, двунаправленные усилители, пара ДПФ и две релюшки для обхода УМ. Слева вверху расположены УМ и пара ФНЧ. УМ на всякий случай отделен от НЧ-части экранирующей перегородкой.

На прием трансивер потребляет 0.3 А. Это значение слегка меняется в зависимости от наушников / динамика, выставленного уровня громкости и уровня принимаемого сигнала. На передачу потребляется примерно 1 А тока.

Трансивер проектировался для питания напряжением 13.8 В, но его допускается питать и от Li-Ion аккумулятора 3S. При напряжении 12.6 В выходная мощность падает до 4.3 Вт, а при 11 В — до 3.2 Вт. При питании пониженным напряжением громкость снижается, но остается на хорошем уровне. Происходит это в связи со снижением управляющего напряжения на АУН. Частота ГПД от напряжения питания почти не зависит. Питать трансивер напряжением меньше 11 В не допускается. Это срывает башню LM7809, который стабилизирует напряжение для УНЧ и некоторых других компонентов. При падении напряжения ниже 11 В трансивер громко об этом сигнализирует. Если вам не нужна такая функция, замените стабилизатор линейным LDO вроде LM2940T-9.0.

В трансивере предусмотренно фантомное питание с ограничением по току для внешнего электронного ключа. Ранее рассмотренный электронный ключ на STM32 можно модифицировать так, чтобы в положении тумблера OFF он питался фантомным питанием, если оно доступно. Благодаря ограничению по току, можно по ошибке замкнуть питание на землю, и ничего не будет. Если же вы хотите, чтобы конструкция оставалась полностью аналоговой, можно воспользоваться электронным ключом на таймерах 555.

При использовании трансивера была выявлена пара дефектов. Проводить радиосвязи эти дефекты не мешают, но они заслуживают внимания.

Во-первых, ночью на 40 метров пусть и негромко, но все-таки немного слышны вещательные AM-радиостанции. В трансивере HBR при тех же условиях воспроизвести проблему не удалось. Учитывая, что по приему HBR и AYN/A идентичны с точностью до УНЧ и АРУ, я склонен грешить на наличие лишних диодов в приемном тракте AYN/A.

Во-вторых, при работе на передачу в течение 10+ минут температура воздуха в корпусе увеличивается достаточно, чтобы сдвинуть частоту VFO на ~200 Гц. Главным образом это проявляется в окрестностях 14.060 МГц, то есть, при малой емкости КПЕ. В связи с этим полосу кварцевого фильтра лучше выбрать пошире. У меня она получилась 420 Гц.

Иных дефектов выявить не удалось. Сигнал звучит чисто, без кликов. Побочные продукты подавлены на 42+ dB. Чувствительность составляет не менее -120 dBm. АРУ отрабатывает должным образом. Трансивер переживает работу на передачу с КСВ 2.5 (худший сценарий для моей текущей антенны). Тестовые радиосвязи были успешно проведены как на 14 МГц, так и на 7 МГц. Многие подходят на общий вызов, притом, нередко — другие QRP корреспонденты.

Ни с одним из компонентов не было особых проблем. Все просто работало с первого раза. Схема трансивера доступна здесь [PDF].

Дополнение: Вас также могут заинтересовать статьи о трансиверах AYN/3C, AYN/DC, AYN/4B и HBR/8B.

Метки: Беспроводная связь, Любительское радио, Электроника.