Записки программиста

Как показывает практика, сделать супергетеродинный приемник на базе Si5351 и свободный от пораженных частот не так-то просто. В очередном проекте я решил основательно заняться этой проблемой. Была поставлена задача сделать телеграфный QRP трансивер, не имеющий пораженных частот.

В качестве антенны сейчас я использую fan dipole на 30, 17 и 12 метров, поэтому трансивер было решено делать на эти три диапазона. Отсюда и название «homebrew for 3 bands», или HBR/3B. Вообще, если подумать, три диапазона — в самый раз, чтобы иметь возможность с кем-то сработать в любое время дня и ночи. Больше и не нужно. HBR/3B можно модифицировать под 40, 20 и 10 метров, если вам не мешают соревнования, или даже под все КВ диапазоны.

Пораженные частоты возникают по разными причинам. Самая главная из них заключается в том, что Si5351 имеет грязный сигнал. Это далеко не меандр. Помимо основного сигнала и гармоник в нем полно мусора на самых разных частотах. Поскольку приемник обладает высокой чувствительностью, он принимает этот мусор от самого себя. Кроме того, один мусор смешивается с другим мусором, создавая новый мусор.

Решение заключается в том, чтобы использовать Si5351 только для ГПД (VFO), а опорный генератор (BFO) сделать аналоговым и как следует его фильтровать. Этим резко сокращаются шансы принять что-то, чего на самом деле нет в эфире. Используя данное решение, я прошелся по всем радиолюбительским диапазонам с шагом 100 Гц. Было найдено ровно три пораженные частоты, и то, едва слышимых (< S1). Две из них пришлись на SSB-участки диапазонов 40 и 80 метров, где они наверняка не будут слышны на фоне шума. Еще одна пораженка попала в самое начало телеграфного участка диапазона 10 метров. Притом, есть ненулевая вероятность, что на самом деле это наводки от бытовой электроники.

Fun fact! Сделать таким образом приемник с двумя ПЧ не выйдет. Получается многовато пораженных частот, даже если рассматривать только телеграфные участки. Проверено.

Есть два варианта частот, на которых может работать ГПД. Вот табличка для случая, когда используется ПЧ 9 МГц:

Первый вариант, LO = IF - RF, соответствует переносу без инверсии спектра, а второй, LO = IF + RF — переносу с инверсией спектра. В SSB-трансивере нет выбора, какой из вариантов использовать. Однако в CW трансивере выбор есть. Спрашивается, в каком случае будет меньше пораженных частот? Интуитивно кажется, что во втором, ведь ниже основной частоты в сигнале Si5351 мусора очень мало. Тем не менее, эксперименты показывают, что особой разницы нет. В HBR/3B был использован перенос с инверсией спектра, на всякий случай.

Чем более узкополосные фильтры используются по ПЧ и НЧ, тем лучше. Именно по этой причине в HBR/3B используется тон (pitch) 700 Гц вместо более привычного мне 1000 Гц. Такой выбор позволяет более агрессивно фильтровать сигнал по НЧ, что снижает шансы услышать пораженку.

Можно пойти и дальше. Например, добавить фильтры еще и для ГПД, или использовать тройные балансные смесители. Но я не вижу в этом надобности. Обычные двойные балансные смесители и ГПД без фильтрации работают хорошо.

Само собой разумеется, есть и другие причины появления пораженных частот. Например, паразитные колебания и цифровой шум. Но, по моему опыту, они менее значимы, особенно если вы следуете хорошим практикам. То есть, располагаете выходы узлов далеко от входов, используете как можно более короткие соединения, не пренебрегаете экранированием, и так далее.

Результат, полученный после перехода на аналоговый опорный генератор, я считаю отличным. Те три пораженки, что были найдены, в этом проекте не представляют собой проблемы. В общем же случае, если очень хочется, можно попытаться скрыть их программно. Например, автоматически отстраиваться на ±50 Гц от пораженной частоты.

Когда есть рабочий приемник, остальное — дело техники. Трансивер был помещен в самодельный корпус из PLA, экранированный алюминиевым скотчем:

В верхней половине корпуса расположены ДПФ (справа вверху), весь приемный тракт (внизу), а также выделено свободное место под динамик (слева вверху).

Внизу была расположена цифровая часть (слева внизу), весь передающий тракт (справа вверху), а также опорный генератор (справа внизу). Здесь же поселились усилители по НЧ для S-метра (по центру внизу) и мост Стоктона (слева вверху).

Так HBR/3B выглядит в рабочем состоянии:

Функционал более-менее такой же, как в предыдущих моих проектах. Есть расстройка (RIT / XIT), отключаемый предусилитель (RFAMP) и электронный телеграфный ключ. Настройки последнего хранятся в EEPROM. КСВ-метр в этот раз честно показывает «SWR 1.5», а не просто «HIGH SWR». Был добавлен S-метр. Он довольно точный, но нормально работает только для сигналов с уровнем ≥ S3. Я немного не рассчитал, и в результате одна из шести кнопок оказалась лишней. Не выкидывать же ее теперь? На эту кнопку был повешен SPOT. То есть, воспроизведение тона 700 Гц для подстройки на частоту корреспондента.

УНЧ здесь использован LM386. АРУ по НЧ, на базе полевого транзистора. Как ранее отмечалось, это хорошая, годная схема. Я использовал и другие УНЧ, а также несколько раз делал АРУ по ВЧ. Не то, чтобы они чем-то существенно превосходили эту схему. УМ тоже проверенный, класса C на RD15HVF1. Чувствительность, избирательность, выходная мощность, форма сигнала и так далее у HBR/3B в порядке. Тестовые радиосвязи прошли без проблем.

Полную схему трансивера, исходники прошивки, плюс кое-какие дополнительные материалы вы найдете в этом репозитории на GitHub. Как мне кажется, радейка получилась что надо.

Дополнение: Доработка конструкции описана в посте HBR/8B: CW QRP трансивер на все КВ-диапазоны.

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