Записки программиста

В последнее время я использовал два трансивера — HBR/8B для работы телеграфом на всех КВ-диапазонах, а также HBR/40 для работы телефоном на 40 метрах. Но переключать антенну между двумя устройствами неудобно. Да и в SSB поработать хочется больше, чем на одном диапазоне. Наконец, приемник в HBR/40 получился так себе. Ночью он перегружается вещательными AM-радиостанциями. В силу названных причин было решено сделать QRP трансивер, позволяющий работать на всех КВ-диапазонах как в CW, так и в SSB.

Это уже второй мой подобный проект. Первый трансивер назывался HBR, от «HomeBrew Radio». Соответственно, новый получил имя «HomeBrew Radio, Mark 2» или HBR/MK2.

Вот его структурная схема (кликабельно, SVG, 83 Кб):

Поскольку паять трансиверы начинает уже немного надоедать, в этот раз все хотелось сделать правильно. Приемный и передающий тракт почти независимы. Общего у них только опорный генератор и кварцевые фильтры. Используются обычные усилители с обратной связью, не двунаправленные. Точка компрессии по входу однонаправленных усилителей составляет -1.8 dBm, против -12.5 dBm у двунаправленных. Однонаправленные усилители сложнее перегрузить.

АРУ в этот раз было решено делать по ПЧ, на основе усилителей управляемых напряжением (УУН). АРУ по НЧ я уже делал много раз, не интересно. А вот сделать АРУ по ПЧ все еще интересно. УУН использовались на основе простых NPN-транзисторов, не на JFET. Данный выбор был сделан по соображениям повторяемости. JFET склонны со временем куда-то исчезать.

На структурной схеме не показано, но микрофонный усилитель имеет встроенный компрессор. С компрессором можно поменьше думать о расстоянии между ртом и тангентой, или как громко нужно говорить.

Прочие схемы и компоненты — проверенные, из прошлых проектов. УНЧ на TDA2003 с драйвером на 2N3904. ДПФ двухконтурные, ФНЧ эллиптические, КСВ-мост по схеме Стоктона, на BN61-202. УМ линейный, на паре RD15HVF1. Коммутация сигналов — на миниатюрных реле G6K-2F-Y. Смесители применены диодные кольцевые, Mini Circuits ADE-6. В роли «мозгов» служит плата Blue Pill на микроконтроллере STM32F103. В качестве ГПД использован Si5351.

Корпус и интерфейс унаследованы от HBR/3B и HBR/8B:

Данный корпус печатается на 3D-принтере, что хорошо для повторяемости и снижает себестоимость проекта. Тумблер справа служит для переключения между CW и SSB. Кнопка CLAR переехала на правый энкодер. Раньше здесь стоял энкодер без кнопки. Для переключения между RIT и XIT энкодер нужно нажимать несколько раз. Это не страшно, так как расстройка нужна редко.

Освободившаяся кнопка получила имя XMIT. При работе в CW она передает сохраненное сообщение. Раньше для этого нужно было открывать меню KEYER и искать правильный экран, что неудобно. В режиме SSB кнопка XMIT просто передает несущую. Это может быть полезно при использовании тюнера, или для быстрой проверки КСВ.

Для любого диапазона теперь есть пять «избранных» частот. Переход между ними осуществляется кнопками NEXT и PREV в режиме быстрой смены частоты. В качестве своих избранных частот я выбрал 1) начало CW участка, 2) центр QRP активности, 3) конец CW участка, 4) начало SSB участка и 5) конец SSB участка для заданного диапазона. А то я никогда не мог запомнить, где заканчивается CW участок и начинается SSB участок для каких-нибудь 17-и метров. Также возможность быстро перейти в начало/конец того или иного участка удобна при смене режимов.

Изначально был использован навесной монтаж. Однако в таком исполнении трансивер ловил цифровой шум от самого себя с уровнем S7, а также уходил в генерацию при работе на передачу. Пришлось прочитать «Электромагнитную совместимость» Гончаренко и Купина, а также развести нормальные платы.

Плат получилось восемь штук. В корпусе они разместились таким образом:

В собственных силуминовых корпусах находятся платы цифровой части (справа) и опорного генератора (слева). Ниже опорного генератора видна маленькая плата управления шинами питания. Остальные платы крепятся вертикально. Спереди слева стоит НЧ плата (УНЧ, S-метр, генератор тона). По левому краю стоят основная плата RXTX (спереди) и плата ДПФ (сзади). Вдоль задней стенки расположились платы УМ (слева) и плата ФНЧ с КСВ-мостом (справа).

Переход на печатные платы устранил проблемы с цифровым шумом и уходом в генерацию. На передачу трансивер выдает от 5 до 10 Вт в SSB и от 5 до 8 Вт в телеграфе, в зависимости от диапазона. Всевозможные побочные продукты подавлены на 43+ dB. Телеграфный сигнал имеет гладкую огибающую, и потому звучит без кликов. Сигнал в SSB имеет как следует подавленные несущую и нежелательную боковую:

Приемник обладает хорошей чувствительностью (-126 dBm) и избирательностью. Зеркальные каналы надежно подавлены. Ночью на 40 метров приемник не перегружается AM-вещалками. При питании от 13.8 В на прием устройство потребляет 360 мА в CW и 390 мА в SSB. Потребление тока на передачу прямо связано с выходной мощностью и составляет где-то от 1.1 до 1.6 А.

HBR/MK2 не задумывался, как портативный трансивер. Тем не менее, аппарат корректно работает при питании пониженным напряжением, вплоть до 10 В. Чувствительность при этом не страдает. Потребление тока составляет 290 мА в CW и 315 мА в SSB. На передачу потребляется от 0.7 до 1.1 А. Выходная мощность составляет от 1.4 до 3.6 Вт в CW и от 1.5 до 4.4 Вт в SSB. Работа от еще более низкого напряжения не гарантируется. Как минимум, могут отказать реле. Вес моего экземпляра составил 1.6 кг.

Особенно я доволен АРУ. Она бездействует, пока уровень сигнала ≤ S9, что создает эффект «прозрачного эфира». Превышение сигналом уровня S9 приводит к снижению управляющего напряжения на УУН. В результате сигнал не становится громче вплоть до S9+33. Выше этого уровня сигнал заметно искажается, и пользователь вынужден вручную отключить УВЧ тумблером RF.

Мне не удалось выявить дефектов в проекте. Компромиссы, принятые еще на этапе дизайна, я не отношу к дефектам. Радиосвязи как в CW так и в SSB были проведены на разных диапазонах, с типичными рапортами для QRP. Особенно мне запомнилась радиосвязь в SSB на 40 метров с Леонидом RA3MG/QRP. Леонид также работал на самодельный вседиапазонный трансивер.

Все исходники и дополнительные материалы доступны на GitHub. При желании трансивер можно доработать — добавить встроенный аккумулятор, автотюнер, звуковую карту для работы в цифре, и так далее. Место в корпусе позволяет. Печатные платы могут быть переиспользованы. Так платы УМ, ДПФ и ФНЧ можно применить в каком-нибудь SDR-трансивере.

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