Записки программиста

Ранее в этом блоге было описано несколько самодельных супергетеродинных QRP трансиверов. Из них наиболее удачным мне кажется HBR/3B. Но иногда тянет попробовать что-то принципиально новое. По этой причине было решено сделать трансивер прямого преобразования с подавлением зеркального канала.

Трансивер был назван AYN/DC от «All You Need / Direct Conversion». Я отношу его к ряду минималистичных трансиверов, коими были AYN, AYN/P, AYN/3C и пусть не миниатюрный, но все же минималистичный AYN/A. Из этой линейки особо удался AYN/3C.

Прототип делался инкрементально, один узел за другим, моим любимым навесным монтажом на куске фольгированного стеклотекстолита. Смотри заметки про детектор Тейло, схему подавления зеркального канала и телеграфный фильтр HI-PER-MITE. Генератор тона в этот раз был сделан на ШИМ, раз уж в схеме все равно есть активный аудио-фильтр.

Пара сигналов гетеродина с фазовым сдвигом 90° генерируются при помощи D-триггера. Генерация средствами одного только Si5351 невозможна без сброса параметров PLL, что неизбежно приведет к хлопкам при смене частоты. В теории, можно генерировать сигналы со сдвигом 90°±5° в полосе нескольких десятков кГц без сброса PLL, и это тоже будет как-то работать. Но мне не хотелось ухудшать параметры приемника ради экономии условных 0.5$, поэтому был использован D-триггер. УНЧ и АРУ использованы проверенные — на LM386 и BS170.

Для УМ выбор был между классом C на RD15 и классом D на трех BS170. Ставка была сделана на первый. На мой взгляд у него как-то больше запас по прочности. Фильтры было решено делать по схеме double-tuned circuit. Благодаря небольшим вносимым потерям один такой фильтр может быть использовать как на прием, так и на передачу. Было использовано четыре фильтра на диапазоны 40, 30, 20 и 17 метров.

S-метр было решено не делать. На практике я все равно забываю на него смотреть и даю рапорт на слух. А вот какой-то индикатор КСВ нужен обязательно. Выбор стоял между упрощенной схемой TinySWR и мостом Стоктона. TinySWR, конечно, прикольный. Но мне хотелось выводить информацию о КСВ на ЖКИ. Если взять TinySWR и считывать напряжение с помощью АЦП, то показания будут зависеть от диапазона и напряжения питания. Заниматься калибровкой всего этого хозяйства в коде не было никакого желания, поэтому был выбран мост Стоктона. В отличие от TinySWR, в нем КСВ определяется из отношения прямого и отраженного сигнала, и поэтому нет такой проблемы.

Убедившись, что прототип работает должным образом, я подумал, а не развести ли плату. По моим прикидкам, если перейти на SMD-компоненты, то все должно поместиться в силуминовый корпус 120x100x35 мм в стиле Hammond 1590BB. Размер платы для этого должен составлять не более 100x90 мм. После пары вечеров за KiCad я убедился, что схема и вправду умещается на такой плате. Резисторы и конденсаторы использованы размера 0805, для удобства ручной пайки. Плата двухслойная.

Но сделать ее правильно оказалось не так-то просто. Это связано с плотным размещением компонентов и отсутствием нормального экранирования между узлами. Больше всего хлопот доставили наводки с I2C шины на приемный тракт. Что-то, чем самому будет приятно пользоваться, удалось получить лишь в 3-ей версии платы. Впрочем, даже в ней наводки остались, пусть и негромкие.

Меня это не устраивало, поэтому плату я модифицировал так:

I2C шина была перерезана надфилем и заменена проводом МГТФЭ 2х0.1 мм². Это экранированный провод с двумя проводниками. Экран не имеет изоляции и может на что-нибудь закоротить. Поэтому провод был запечен в термоусадку. Экран заземлен только с одной стороны, чтобы не создавать земляных петель. К плате провод приклеен эпоксидным клеем.

После данной модификации цифровой шум полностью пропал на диапазонах 40, 30 и 20 метров. На 17-и метрах его немного осталось. В своем экземпляре я ничего не стал с этим делать. При желании вместо 17-и метров можно сделать диапазон 80 метров, где этой проблемы быть не должно. Цифровой шум исчезает только при подключенной антенне. С эквивалентом нагрузки он никуда не уходит. QCX в этом отношении ведет себя так же.

Внешний вид трансивера:

По формату получилось что-то в духе Elecraft KX1 / Ten Tec R4020 / SW-3B / MTR-3B / Youkits HB-1B / Penntek TR-35 / Hendricks PFR-3B. К моей радости, все влезло с первой попытки и даже нигде не закоротило.

А вот что находится внутри:

ЖКИ 0802 с интерфейсом I2C, как на фото, не сильно распространены, но вполне доступны. Например, на AliExpress их можно найти по запросу «serial 0802 lcd module». Встроенного динамика нет. Под него не хватило места, и на практике я все равно использую наушники.

При питании от 13.8 В трансивер потребляет 0.14 А на прием и 0.90-1.05 А на передачу в зависимости от диапазона. Потребление тока можно снизить еще на ~20 мА, если сделать подсветку экранчика отключаемой. Зависимость выходной мощности от напряжения питания в моем экземпляре выглядит так:

При напряжении 9 В трансивер еще способен выдавать 1-2 Вт, но реле иногда не срабатывают. Побочные продукты подавлены на 47+ dB. Чувствительность составляет -126 dBm независимо от напряжения питания.

Функционал прошивки примерно такой же, что и в предыдущих моих проектах. Есть RIT / XIT. Есть электронный телеграфный ключ, настройки которого хранятся в EEPROM. КСВ-метр показывает конкретные значения, например, «SWR 1.5». Когда элементы управления не заблокированы и не используется расстройка, трансивер выводит напряжение питания.

Схема имеет свои недостатки. Как ранее сообщалось, ее избирательность несколько скромнее, чем в супергетеродине, и подавление зеркального канала не идеально. Тем не менее, практика показывает, что для казуальной работе в эфире этого достаточно. (Стоит отметить, что у супергетеродинов тоже есть зеркальные каналы. Притом, их может быть больше одного.) Было найдено несколько пораженных частот. Их можно скрыть программно, автоматически отстраиваясь от этих частот на 50 Гц.

К преимуществам схемы относятся низкое потребление тока и компактность. Из других преимуществ следует отметить отсутствие в схеме кварцев, которые нужно подбирать по резонансной частоте. За счет этого конструкция более повторяема.

При первом же испытании на 20 метрах мне в течение нескольких минут ответил Peter, G3XJS/QRP из Великобритании. А следом пришло электронное письмо от Ruud Vos, коротковолновика-наблюдателя из Нидерландов. Ruud стал свидетелем данного QSO. Он приложил mp3-запись моего сигнала, а также фотографии своего шека и оборудования. Ruud использовал приемник ICOM IC-R8600, а в качестве антенны — маленькую магнитную рамку K-180WLA. Испытания на других диапазонах также прошли без проблем.

В целом, получился неплохой клон QCX. Только на четыре диапазона, с АРУ, КСВ-метром, и полностью открытый. Схему трансивера, а также прошивку и файлы Gerber вы найдете на GitHub.

Дополнение: AYN/4B: компактный супергетеродинный CW QRP трансивер

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