Генератор переменной частоты для трансивера

11 ноября 2020

Допустим, мы хотим сделать радиолюбительский телеграфный трансивер. Казалось бы, в чем проблема? CW-передатчик мы уже осилили, приемник прямого преобразования тоже. Осталось только поместить их в один корпус. Но не все так просто. Дело в том, что генератор переменной частоты в приемнике должен работать на ±1 кГц относительно частоты передатчика.

Решение в лоб — использовать два отдельных генератора. Это не очень удобно, потому что частоту передатчика придется каждый раз настраивать на частоту приемника. Что не проблема, если обычно вы работаете на общий вызов. Кроме того, сразу получаем функцию расстройки. В общем, так иногда делают. Но мне такой вариант не по душе.

Можно ли сделать два генератора, связанных через сдвоенный КПЕ, и работающих на чуть-чуть разных частотах? Или, быть может, просто взять Super VXO и, когда нужно, сдвигать его частоту, соединяя параллельно с КПЕ специально подобранный конденсатор? Увы, подобные идеи не очень хорошо работают. Частота генератора зависит от емкости в колебательном контуре нелинейно. Поэтому получить (1) стабильный генератор, (2) на большой интервал частот, и чтобы он (3) переключался ровно на 1 кГц во всем этом интервале — непростая задача.

Вот более удачное решение:

Диаграмма генератора переменной частоты

В верхнем генераторе использована идея с подключаемым параллельно конденсатором. Берется пара подстроечных конденсатора и выставляются так, чтобы генератор мог выдавать, например, 11.000 МГц и 10.999 МГц. Для генератора на фиксированную частоту, в отличие от случая с VFO, добиться переключения ровно на 1 кГц проще простого. Нижний генератор представляет собой обычный VXO на интервал частот от 3.980 МГц до 4.000 МГц. Сигналы с обоих генераторов идут на смеситель. В результате получается интервал частот от 7.000 МГц до 7.020 МГц с возможностью переключения на -1 кГц для передачи. Плюс некоторое количество нежелательных продуктов, которые фильтруются.

Давайте узнаем, как хорошо это работает на практике:

Генератор переменной частоты для трансивера

Генераторы сделаны по схеме из статьи про Super VXO. Само собой разумеется, в генераторе на фиксированную частоту используется один кварцевый резонатор безо всяких катушек индуктивности. Дополнительный конденсатор подключается и отключается через реле. Управление последним осуществляется при помощи тумблера. С двумя подстроечными конденсаторами на 2-7 пФ, подключенными, как показано на диаграмме, можно получить любую разность частот от 750 до 2500 Гц.

Фильтры на выходе обоих генераторов — это просто параллельные LC-контуры (трапы). Для 4 МГц L = 70 нГн, C = 22 нФ, а для 11 МГц — L = 70 нГн, C = 3 нФ. Катушки мотаются проволокой диаметром 0.6 мм на каркасе диаметром 3.5 мм. Нужно пять витков. Катушки растягиваются для достижения минимального уровня нежелательных продуктов на выходе смесителя. В качестве последнего использован диодный кольцевой смеситель. Фильтры хоть и простые, но разница с ними и без них огромная.

Аттенюатор на выходе нижнего генератора нужен по той причине, что для правильной работы смесителя уровень RF должен быть ниже LO. Уровень аттенюации был подобран при помощи ступенчатого аттенюатора по уровню побочных продуктов.

На выходе смесителя был использован фильтр из статьи про полосовые фильтры с тремя катушками. Хоть на выходе диодного кольцевого смесителя и рекомендуется использовать диплексеры, а не фильтры, в данном случае негативных эффектов замечено не было. Если бы они были, перед фильтром можно было поставить аттенюатор.

Окончательный вариант генератора покрывает интервал чуть больше 20 кГц:

Интервал частот переключаемого VFO

При увеличении интервала Super VXO становится слишком нестабилен, с теми кварцами на 4 МГц, что у меня есть. Измерение проводилось при комнатной температуре после 5-10 минут прогрева генератора. В худшем случае, когда КПЕ имеет максимальную емкость, частотомер показывает стандартное отклонение до 25 Гц. Должно сгодиться для работы в телеграфе. Температурная стабильность генератора не высока. Если резко охладить его при помощи баллона со сжатым воздухом, частота уплывает на 300 Гц. Скорее всего, это не очень большая проблема. Даже в полевых условиях температура меняется плавно, а не рывками.

На всем интервале можно одним движением переключиться на -1 кГц:

Переключение частоты на 1 кГц вниз

Уровень сигнала невысок. При помощи пары каскадов с общим эмиттером:

Усилитель из двух каскадов с общим эмиттером

… его можно поднять до ~7 dBm:

Усиленный сигнал переключаемого генератора

Здесь показан интервал в 100 МГц. Все побочные сигналы находятся выше 7 МГц и подавлены на 35+ dB. Ничто не мешает воспользоваться дополнительным фильтром, если такая необходимость возникнет.

Генератор имеет несколько особенностей, на которых стоит заострить внимание. Во-первых, в нем не используются редкие кварцы на какие-нибудь 7.023 МГц. Все работает с обычными, легко доступными, кварцами. Во-вторых, частоты не обязаны быть именно 4 и 11 МГц. Кварцы на 2 и 16 МГц (20 метров CW), 5 и 12.085 МГц (40 метров SSB) и так далее будут работать ничем не хуже. Но фильтры, конечно, придется под них пересчитать. В-третьих, если повернуть КПЕ до упора по часовой стрелке, то мы окажемся в начале диапазона, а не в конце. То есть, перемещение по диапазону происходит «задом наперед». Насколько это является или не является проблемой, решает только пользователь. Как мне кажется, в простом самодельном трансивере никому нет дела, где у диапазона начало, а где конец. Тем более, никому нет дела при работе на общий вызов.

Генератор вышел похожим на что-то, что я хотел получить. Впрочем, не берусь утверждать, что он идеален. Возможно, более опытные радиолюбители-конструкторы подскажут в комментариях, что могло бы быть сделано лучше.

Дополнение: Самодельный QRP трансивер на диапазон 40 метров

Метки: , , .