Записки программиста

Опыт использования трансивера HBR показал, что работать в SSB с мощностью 5 Вт мне не особо интересно. Поэтому было решено сделать модификацию HBR, оптимизированную под работу в телеграфе. Трансивер получил имя HBR/CW.

Рассмотрим его структурную схему:

В ретроспективе можно сказать, что HBR/CW имеет мало общего со своим предком. Трансивер обзавелся дополнительной ПЧ 45 МГц. Первый смеситель, буфер и руфинг фильтр на 45 МГц работают, как перестраиваемый узкополосный ДПФ. Эта часть приемного тракта практически не усиливает принимаемый сигнал и нужна только для фильтрации. Чтобы это правильно работало, ГПД (CH2) должен работать выше 45 МГц. Используя подобное решение, можно принимать любые частоты из интервала 0-30 МГц.

Смесителей в трансивере нужно три, а паять их самому мне немного наскучило. По этой причине были использованы смесители SBL-1 (даташит [PDF]). Десяток б/у смесителей, выпаянных из какой-то старой электроники, в свое время был приобретен на eBay. По деньгам вышло 3.5$/шт включая доставку. Смесители похожи на самодельные, но имеют меньшие конверсионные потери и уверенно работают на частотах до 500 МГц.

Вторая ПЧ — 9 МГц, как и в HBR. Количество кварцев к кварцевом фильтре было увеличено с 5-и до 7-и. Вносимые потери составили 9 dB. Многовато, конечно, но с этим можно работать. Полоса фильтра составила 360 Гц по уровню -3 dB и 990 Гц по уровню -60 dB. Мне особенно хотелось сузить последнюю. Практика показала, что фильтр из 5-и кварцев с полосой 1400 Гц по уровню -60 dB иногда ловит сигналы от станций, работающих в ±500 Гц.

АРУ по ПЧ выполнена на усилителях управляемых напряжением. Аттенюатор 3 dB на входе АРУ нужен по двум причинам. Во-первых, чтобы кварцевый фильтр всегда видел нагрузку ~50 Ом. Схема АРУ хорошо согласована для слабых сигналов, но для сильных сигналов КСВ по входу составляет около 3. Во-вторых, из-за обратной связи, большого усиления и плотного расположения компонентов в АРУ возникали паразитные колебания. Аттенюатор их предотвращает.

Схема УНЧ проверенная — микросхема TDA2003 c драйвером на NE5532. Генератор тона 1 кГц — по схеме с мостом Вина. Для коммутации НЧ сигналов использована схема на полевых транзисторах. Из прочих компонентов применены микроконтроллер STM32F103 (плата Blue Pill), Si5351, EEPROM 24LC64, ЖКИ 0802.

Корпус такой же, как у HBR:

Трансивер вышел с закосом под FT-897. Было решено использовать ЖКИ меньшего размера, чем был в HBR. Это позволило разместить на передней панели больше кнопок и переключателей. Как результат, отпала необходимость в использовании двойных нажатий, долгого удержания кнопок, и так далее. Интерфейс стал проще и удобнее.

Роторных энкодеров использовано два, модель Bourns PEC11R-4015F-N0024. Один меняет частоту, второй (MULTI, слева внизу) управляет расстройкой, скоростью электронного телеграфного ключа, и так далее. Энкодеры без кнопок! Это исключает такие нежелательные эффекты, как случайное изменение частоты при нажатии на энкодер.

Из новых возможностей прошивки хочется отметить поддержку SHIFT и режим телеграфного тренажера. SHIFT — это, грубо говоря, когда вы двигаете АЧХ телеграфного фильтра влево-вправо относительно принимаемого сигнала. Слышимый тон сигнала остается неизменным (в отличие от расстройки), но при этом можно подрезать мешающие сигналы выше или ниже по частоте. Телеграфный тренажер активируется, когда вы входите в настройки электронного телеграфного ключа (кнопка KEYER). В этом режиме тон идет на динамик, но в эфир ничего не передается. В трансиверах Yaesu аналогичная функция называется BK-IN.

Еще прошивка научилась «маскировать» пораженные частоты (spurious signals, birdies). В супергетеродинных приемниках, особенно с двумя и более ПЧ, обычно есть несколько «неудачных» частот, где приемник принимает сигнал от своего же опорного генератора(ов) или ГПД. Причина заключается в том, что приемник обладает высокой чувствительностью, а генераторы, смесители и усилители далеко не идеальны. Генераторы помимо основного сигнала выдают гармоники, а также имеют фазовый шум. Последний приводит к взаимному преобразованию (reciprocal mixing). Усилители имеют интермодуляционные искажения. Смесители помимо суммы и разности сигналов генерируют множество побочных продуктов. Поэтому фильтры и экранирование редко оказываются эффективны против пораженных частот. Зато проблему легко решить программно, автоматически отстраиваясь от пораженных частот на несколько герц.

Так компоненты разместились внутри корпуса:

Слева внизу расположено все, что касается НЧ. Справа внизу разместилась цифровая часть. По центру у нас две ПЧ — 9 МГц и АРУ справа, 45 МГц слева. Вверху слева живет УМ, а вверху справа — четыре ФНЧ. Можно заметить, что я зарезервировал место под перегородки между нижней, средней и верхней секциями. Но практика показала, что перегородки ничем не улучшают свойства трансивера, и только затрудняют доступ к компонентам. По центру вверху можно разглядеть разъем 3.5 мм. Сейчас он не используется.

При питании от 13.8 В трансивер потребляет 340 мА на прием (с подсветкой ЖКИ) и около 1.5 А на передачу. УМ использован класса C на RD15HVF1. Выходная мощность составляет около 5 Вт на всех диапазонах. HBR/CW можно питать от Li-Ion аккумулятора 3S. Минимальное допустимое напряжение составляет 11 В. При питании от 11 В выходная мощность проседает до ~3 Вт. Чувствительность составляет -120…-126 dBm, смотря что вы называете разборчивым сигналом и какие наушники используете. Ночью на 40 метров вещательные AM-радиостанции не слышны. Радиосвязи были успешно проведены на разных диапазонах, в том числе и с другими QRP-корреспондентами.

Схему трансивера можно сказать здесь [PDF], а исходники прошивки — здесь. В общем и целом, конструкция вышла весьма удачной. Конечно, уже есть больше одной идеи для доработок. Но дорабатывать можно до бесконечности. Поэтому я решил рассказать о трансивере в его первозданном виде.

Дополнение: В продолжение темы см пост Плата трансивера HBR/CW со всеми доработками. Более удачная конструкция описана в посте HBR/8B: CW QRP трансивер на все КВ-диапазоны.

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