QRP трансивер
Игорь Григоров (RK3ZK)
Радио 12-2000
Данный трансивер был разработан для работы в эфире в туристических походах, но его можно использовать и как стационарный на QRP радиостанции. Особенность этого аппарата — пониженное напряжение питания, позволяющее использовать вместо традиционного аккумулятора два гальванических элемента.
Для питания практически всех каскадов QRP трансивера достаточно источника питания напряжением в несколько вольт. Исключение составляет усилитель мощности передатчика, получить от которого приемлемую выходную мощность и хороший КПД можно лишь при напряжениях 10 В и выше. В предлагаемом QRP трансивере это противоречие решено введением в конструкцию преобразователя напряжения 3/12 В, что позволило использовать для его питания два гальванических элемента. Испытания аппарата показали, что комплект из двух элементов типа R20 позволяет работать в эфире в течение 5-7 дней по 2-4 часа. Работоспособность трансивера сохранялась при снижении напряжения питания до 2,2 В.
Трансивер предназначен для работы телеграфом на любительских диапазонах 160 и 80 метров. Он выполнен по схеме прямого преобразования частоты. Чувствительность приемного тракта при соотношении сигнал/шум 10 дБ — не хуже 2 мкВ. Мощность, отдаваемая передатчиком в нагрузку сопротивлением 50 Ом, не менее 0,5 Вт. Ток, потребляемый трансивером в режиме приема, не превышает 200 мА, а в режиме передачи — 800 мА. Габариты аппарата — 245 х 110 х 140 мм, а масса — около 1,5 кг
Структурная схема трансивера, совмещенная со схемой межблочных соединений, показана на рис. 1. Он состоит из пяти блоков А1-А5. Гнездо XS1 используют для подключения проволочных антенн, а высокочастотный разъем XW1 — антенн с питанием по коаксиальному кабелю, а также для работы с внешним усилителем мощности. Последовательный контур L1, С1 позволяет согласовать выход передатчика с антеннами, имеющими входное сопротивление от 15 Ом до 1 кОм. Диодный мост VD1-VD4, резистор R1 и измерительный прибор РА1 образуют ВЧ миллиамперметр, контролирующий ток в антенне в режиме передачи.
Принципиальная схема блока А1 показана на рис. 2. В режиме приема сигнал с антенны через контакты переключателя SA1.1 (см. рис.1) и вывод 1 этого блока поступает на двухконтурный полосовой фильтр 1L1, С1.1,C3,1L2, C1.2, перестраиваемый в полосе частот 1,5. 4 МГц. Затем через истоковый повторитель на транзисторе 1VT1 сигнал поступает на кольцевой смеситель (1Т1, 1Т2, 1VD1- 1VD4). Через вывод 3 блока на смеситель из блока А4 подается напряжение гетеродина.
Сигнал звуковой частоты после смесителя выделяет фильтр нижних частот 1С11, 1L4, 1С12 с частотой среза около 3 кГц. Через вывод 6 он поступает в блок А2. Питание (+3 В) на истоковый повторитель подается через вывод 7. На транзисторе 1VT2 выполнен резонансный усилитель-удвоитель сигнала гетеродина. Контур 1L3, 1С1.3 в диапазоне 160 метров настроен на основную частоту гетеродина, а в диапазоне 80 метров — на его вторую гармонику. С коллектора 1VT2 сигнал поступает на эмиттерный повторитель на транзисторе 1VT3, а с него, через вывод 5, на блок драйвера-усилителя мощности А4. Каскады на транзисторах 1VT2 и 1VT3 питают напряжением +12 В через вывод 4. Размещение этих каскадов на одной плате с входными каскадами приемного тракта обусловлено тем, что и те и другие перестраиваются по частоте одним блоком КПЕ (1C1).
В блоке А2 (рис. 3) находятся усилитель низкой частоты, ключ выбора „боковой полосы» при передаче и генератор самоконтроля телеграфного сигнала. В качестве УНЧ применена плата от аудиоплеера типа „ARTECH-WM15-EQ», который дополнен выходным трансформатором 2Т1. Трансформатор позволил снизить потребляемый усилителем ток и ограничить его частотную характеристику. При напряжении питания +2. 3 В усилитель обеспечивает выходную мощность, достаточную для небольшой динамической головки или головных телефонов с сопротивлением 16 Ом. Регулятор громкости плеера изъят из платы и заменен на переменный резистор (см. R5 на рис. 1), который вынесен на переднюю панель трансивера. С блоком А2 (выводы 7, 8, 9) он соединен проводами, заключенными в экранирующую оплетку.
На транзисторе 2VT1 выполнен инвертор, который используется для управления сдвигом частоты гетеродина в режиме передачи (сдвиг вверх или вниз). В трансиверах прямого преобразования, принимающих одновременно обе боковых полосы, в определенных ситуациях это может оказаться полезным. Напряжение, управляющее сдвигом частоты гетеродина, поступает в блок гетеродина (A3) либо с шины питания передающих каскадов (т.е. при переходе на передачу), либо через инвертор на транзисторе 2VT1 с вывода 3. Выбор варианта работы производят переключателем SA3 (см. рис. 1).
Так как в режиме передачи приемный тракт отключен (снимается напряжение питания +3 В с вывода 7 блока А1 и вывода 5 блока А2), в трансивере применена схема самоконтроля телеграфного сигнала с помощью генератора звуковой частоты — мультивибратора на транзисторах 2VT2, 2VT3. Сигнал генератора с частотой около 1 кГц через эмиттерный повторитель на транзисторе 2VT4 подается в первичную обмотку трансформатора УНЧ. Напряжение питания на генератор поступает через вывод 4 из блока А4 только при нажатии на телеграфный ключ.
Схема ГПД (блок A3) показана на рис. 4. Задающий генератор собран по схеме емкостной „трехточки» на транзисторе ГТ313Б (3VT1). Именно этот тип германиевых транзисторов при напряжении питания +2 В позволил получить наилучшую стабильность частоты и наименее искаженную форму выходного сигнала. Частотозадающий контур образован катушкой 3L1 и конденсаторами ЗС1, ЗС2, ЗС5, ЗС6. Генератор вырабатывает ВЧ напряжение частотой 1750. 1850 кГц для диапазона 80 метров и 1830. 1930 кГц для диапазона 160 метров. Транзистор 3VT4 — усилитель сигнала гетеродина. Стабилизатор напряжения питания гетеродина выполнен на элементах3R13, ЗС10, 3VD1-3VD3.
Переключение поддиапазонов генератора осуществляют переключателем SA5 (см. рис. 1). При переходе на диапазон 80 метров на вывод 1 блока A3 поступит напряжение +3 В, транзистор 3VT2 откроется и подключит к частотозадающему контуру дополнительный конденсатор 3С4. Частота гетеродина понизится. Ключ на транзисторе 3VT3 подключает конденсатор 3С7, смещая частоту ГПД в режиме передачи. Как уже отмечалось, управляющий сигнал поступает через вывод 2 с блока А2 (вывод 3). На диапазоне 160 метров смещение составляет 400 Гц, а на диапазоне 80 метров — 800 Гц. Это вполне приемлемо при работе телеграфом.
При смене диапазона необходимо, разумеется, перестроить и конденсатор С1 (по уровню сигнала принимаемых станций или по максимуму отдачи выходного каскада). Напряжение гетеродина через вывод 3 блока подается в блок А1 (вывод 2), где оно усиливается или удваивается (см. выше) и далее на вывод 2 блока А4.
Схема блока А4 приведена на рис. 5. Транзисторы 4VT2, 4VT3 усиливают сигнал гетеродина до уровня, достаточного для работы кольцевого смесителя приемника и раскачки выходного каскада трансивера на транзисторе 4VT4. В коллектор транзистора 4VT4 включен согласующий трансформатор 4Т1. Питание на выходной каскад передатчика подается через ключ на транзисторе 4VT1 только при манипуляции. Ключ подключают к выводу 6 этого блока.
Преобразователь напряжения 3/12 В (блок А5) выполнен по схеме двухтактного генератора с трансформаторной связью. Его схема показана на рис. 6.
В трансивере применены постоянные резисторы типа МЛТ. Переменный резистор R5 (см. рис. 1) — типа СП-1 (зависимость В). Постоянные конденсаторы — КМ (в ГПД), КД, КЛС, К10-17, оксидные конденсаторы — К50-35, К53-14. Переменный конденсатор 1С1 в блоке А1 — стандартный трехсекционный КПЕ-3 от радиоприемника „Мелодия-104″ или от ламповых приемников типа „Ригонда». Конденсатор настройки ЗС1 в ГПД изготовлен из подстроечного конденсатора с воздушной изоляцией КПВ-50. Конденсатор С1 — КПЕ-2 (2х12. 495 пФ), у которого обе секции включены параллельно. Катушки индуктивности в блоках А1 и A3 намотаны виток к витку проводом ПЭВ-2 0,35 на каркасах диаметром 6 и высотой 20 мм. Число витков — 22. Катушки имеют подстроечники диаметром 2,8 мм из феррита проницаемостью 600 (используются в контурах ПЧ транзисторных приемников). Катушка индуктивности L1 выходного каскада содержит 34 витка провода ПЭВ-2 0,5. Она намотана на каркасе диаметром 20 мм. Длина намотки — 24 мм. В качестве катушки ФНЧ 1 L4 (блокА1) использована магнитная головка плеера.
Трансформаторы смесителя намотаны проводом ПЭВ-2 0,12 на кольцевых ферритовых магнитопроводах (600НН) типоразмера К10х6х5 мм. Число витков — 3х25. Трансформатор 4Т1 усилителя мощности намотан на кольцевом ферритовом магнитопроводе 2000НМ типоразмера К17,5х8,2х5 мм. Число витков — 2х10, провод ПЭЛШО 0,31. Трансформатор 2Т1 в УНЧ — выходной от транзисторного приемника «Альпинист».
Трансформатор преобразователя напряжения намотан на кольцевом ферритовом магнитопроводе (2000НМ) типоразмера К17,5х8,2х5 мм. Первичная обмотка содержит 2х12 витков провода ПЭВ-2 0,18, вторичная — 48+10+48 витков провода ПЭВ-2 0,3. Вторичная обмотка расположена поверх первичной равномерно по периметру кольца.
Большинство деталей трансивера размещено на пяти платах из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. Размеры плат: А1 — 100х90 мм, А2 — 200Х40 мм, A3 — 80Х70 мм, А4 — 95х35 мм, A5 — 60х40 мм. Фольга с одной стороны плат сохранена в качестве экрана. Монтаж выполнен на второй стороне на пятачках фольги, которые прорезают по месту установки деталей. Конечно, возможна сборка трансивера и на единой плате. Блок ГПД A3 заключен в экран, также спаянный из фольгированного стеклотекстолита. Транзистор 3VT4 снабжен алюминиевым радиатором размерами 20х20х4 мм. Транзисторы преобразователя 5VT1, 5VT2 также имеют небольшие радиаторы — медные пластинки размерами 15х15х5 мм.
Трансивер собран в корпусе из фольгированного стеклотекстолита. Примерное расположение блоков в трансивере показано на рис. 7. При использовании миниатюрных переключателей, малогабаритных переменных конденсаторов размеры и вес трансивера можно существенно уменьшить.
При работе в полевых условиях на диапазоне 80 метров удавались связи на расстояние до 500 км, а на диапазоне 160 метров были проведены связи до 300 км. Работа велась на проволочную антенну длиной 41 м. Трансивер показал себя достаточно надежным аппаратом, сохранявшим стабильность частоты и выходную мощность при разряде батарей питания.
Проводились эксперименты по питанию трансивера от двух аккумуляторов типа НКГЦ-1,5. При постоянной подзарядке аккумуляторов небольшой солнечной батареей, выдающей максимальный ток 40 мА, работа была возможна до 14 дней от одной полной зарядки аккумуляторов по 3-4 ч в день.
Источник
CW QRP трансивер прямого преобразования на семи транзисторах (15м)
В 2001г. мной был разработан портативный телеграфный очень простой трансивер на 7-и транзисторах, 3 из которых на передачу, и 4 на приём. Размер трансивера (вместе с блоком питания) получился 100x50x150 мм, вес не более 500 гр. В походных условиях он мог питаться от набора аккумуляторов 12 вольт (10 пальчиковых аккумуляторов ёмкостью по 850 мА/ч) или литиевых батареек. Этот трансивер был собран всего за 4 дня, из которых день ушел на разработку схемы и поиск радиодеталей.
Не смотря на малую выходную мощность трансивера (3. 5 ватт), на нем я провёл более 2000 радиосвязей со всеми континентами в течении одного года. Примерно 100 связей с США, 150 с Японией, около 30 с африканским континентом, 10 с Австралией и около сотни связей с Азией и т.д. Основная масса моих корреспондентов была из Европы (европейские страны на этом трансивере переработал все) и европейской части России. А также Урал и Дальний Восток.
Всё зависело от того, какая у меня антенна использовалась в данный момент, и в какую сторону было направлено максимальное излучение. Трансивер работает в 15-метровом радиолюбительском диапазоне, на фиксированной частоте 21001 кГц. Частота стабилизирована кварцем для предотвращения зависимости частоты от температуры и просадки напряжения питания при работе от батарей и аккумуляторов.
Применение кварцевого резонатора в схеме дало возможность получить наибольшую мощность на задающем генераторе и уменьшить число каскадов (транзисторов) в передающей части трансивера.
Рис. 1. Принципиальная схема трансивера на семи транзисторах Дениса Титова.
К этому трансиверу был собран электронный телеграфный ключ, опубликованный в журнале «Радио» на 3-х микросхемах К176ЛЕ5, К176ТМ1, К176ЛА7. Но лучше применять микросхемы серии К561. Вы вправе сами выбрать схему электронного телеграфного ключа, только он должен иметь внутренний тон-генератор для самоконтроля.
На фиксированной частоте надо работать на общий вызов. Но постоянно передавать на ключе CQ с QRP-мощностью было трудно, и мне быстро надоедало ©. В связи с этим я записал на магнитофон свой общий вызов таким образом: 3 раза даётся CQ, потом 5 раз свой позывной и PSE К. После паузы в 10 секунд всё повторяется заново (до конца кассеты).
Поставил переключатель на выходе магнитофона (который идет на динамик), и с его помощью переключал выходной сигнал либо на динамик, либо на детектор системы VOX, идущий на трансивер. Сигнал с магнитофона попадал на детектор, собранный на 2-х диодах и конденсаторе примерно 0.1 мкФ, далее уже были импульсы, повторяющие форму сигнала, записанного на кассете. Потом эти импульсы подавались на базу транзистора, в коллекторе которого было включено герконовое мини реле РЭС55, и оно замыкало контакты в такт записи на ленте.
Рис. 2. План расположения деталей трансивера.
Эти контакты реле были подключены параллельно коммутационным контактам от электронного ключа. Так выглядел у меня процесс автоматизации передачи общего вызова. У данного трансивера нет переключателя «приём — передача», поэтому вызывающих корреспондентов я слушал в 10-секундных паузах между CQ.
Когда был услышан очередной ответ на мой вызов, «автопилот» можно было отключить и взять управление на себя.
Автор: Денис Титов UY0YU. CQ-QRP №8 (Осень 2005).
Источник
Экспериментальный QRP-трансивер «;Полигон»;
Юрий Мурашев, RX3AEW
mur (at) comtv.ru
Для тех, кто интересуется применением микроконтроллеров в радиосвязи, предлагается экспериментальная платформа для отработки цифровых узлов трансиверов: цифровых фильтров, шумоподавителей, автоматических телеграфных ключей и т.д. Эта простая конструкция послужит хорошим полигоном для отработки собственных идей, а также послужит в QRP-радиоэкспедициях.
Зачем все делалось и делалось именно так…
Места творчеству для радиолюбителей становится все меньше – это стоит признать. Все меньше людей могут понять романтику живого общения сквозь треск эфира. Технологии сухие и безжалостные, но обличенные в форму одной простой кнопки, порождают лень, убивающую творчество.
Но поиск приключений на свою голову не истребить в радиолюбительской среде.
Появилось много нового в радиотехнике за последнее время, и постепенно схемные решения уходят за рамки любительской квалификации в сторону профессиональной схемотехники, особенно в области связи. Цифровые технологии неумолимо теснят аналоговые во многих областях, и надо стараться идти в ногу со временем.
Предлагаемая Вашему вниманию конструкция носит экспериментальный характер и предназначена, прежде всего, для тех, кто начинает осваивать современные микроконтроллеры.
При разработке этого трансивера я придерживался следующих принципов:
1. Максимальная простота конструкции;
2. Повторяемость;
3. Минимум наладки с аналоговыми приборами;
4. Минимум деталей;
5. Невысокая стоимость, доступность компонентов;
6. Максимально возможное использование узлов микроконтроллера.
В основу конструкции лег микроконтроллер Atmega 8535 производства компании Atmel. Это распространенные, дешевые и простые в программировании контроллеры вполне подходят для старта и отработки цифровых функциональных блоков.
Трансивер можно использовать для экспериментов с различными алгоритмическими реализациями цифровых узлов. Он не задумывался как законченная конструкция, поэтому в нем минимум функций. Основная цель – не пытаться повторить выпускаемые промышленностью аналого-цифровые аппараты, а создать модель для понимания работы цифровой техники связи и обработки сигналов. Поэтому здесь не приводятся технические характеристики конструкции (чувствительность, избирательность и т.д.) – в них нет ничего выдающегося. Программный код прост и доступен для понимания начинающим программистам. Он не предназначен для действий «запрограммировал-забыл», а скорее «запрограммировал-разобрался-улучшил». Потому и назван этот проект трансивера «Полигон».
Что нового в конструкции?
Не имея возможности построить на выбранном микроконтроллере полнофункциональный SDR (Software-Designed Radio, полностью цифровой радиотракт) здесь использовано гибридное решение – радиосигнал преобразуется в сигнал звуковой частоты в гетеродинном приемнике, а далее обрабатывается микроконтроллером. Для приема радиосигналов использована простая схема приемника прямого преобразования на ИС К174ХА2, предложенная Владимиром Тимофеевичем Поляковым («Радио», №12, 1997г., стр.34). Техника прямого преобразования проста, но при правильном использовании очень эффективна. Благодаря именно простым схемам она стала стартовой площадкой для целого поколения радиолюбителей. Сейчас есть возможность существенно усилить разработанные когда-то решения современными технологическими достижениями и вернуть трансиверам прямого преобразования новизну и привлекательность.
Что нового и оригинального в конструкции? Вот несколько особенностей:
1. В трансивере всего три микросхемы – стабилизатора напряжения, приемника и микроконтроллера (а всего около 60 деталей);
2. На микроконтроллере реализованы: узкополосный ФНЧ, автоматический ключ, гетеродин с цифровой перестройкой частоты (не путать с цифровым синтезатором частоты) и АПЧ.
3. Гетеродином служит тактовый генератор микроконтроллера, работающий на частоте 14 МГц. Это главное, ужасающе-кощунственное с точки зрения цифровой техники решение. Но оно упростило конструкцию и прекрасно работает! Вспомним, что цифровая техника – это только частный случай аналоговой, так что изменение в пределах 0,5% задающей частоты микроконтроллера вполне допустимо. Критически-важные процессы, жестко привязанные ко времени (такие, как оцифровка звукового сигнала), тактируются отдельным 32кГц-генератором, реализованным тут же, в микроконтроллере.
4. В трансивере использовано два колебательных контура (один из них П-контур включен всегда, а в режиме приема подключается еще параллельный колебательный контур), а использование перестраиваемого кварцевого гетеродина позволяет настроить его без использования ВЧ-генератора.
5. Для наладки устройства из измерительных приборов требуется тестер, ВЧ-вольтметр, нагрузка 50 Ом. Крайне желателен также контрольный приемник.
6. Трансивер легко превратить в однополосный телефонный трансивер, а при некотором усложнении — сделать его многодиапазонным. Тактовая частота 14 МГц, так что только перенастроив входные фильтры можно легко создать конструкцию на диапазоны 20, 40, 80, 160 м не меняя номинала кварцевого резонатора (но следует учесть, что на частотах выше 10 МГц характеристики К174ХА2 ухудшаются).
7. Также легко можно добавить цифровую регулировку усиления по НЧ и шумоподавление (опять же без изменения схемы).
Определенно, этот микротрансивер относится к «конструкциям выходного дня», практически не требующим наладки и «будучи правильно собранным, работающим сразу после включения», но его функциональность позволяет провести много интересных экспериментов.
Конструкция позволяет перейти на однополосный прием, где выделенные ВЧ-фазовращателем квадратурные сигналы подаются на цифровой НЧ-фазовращатель, реализованный все в том же микроконтроллере, а также реализовать (почти без изменения схемы!) режим передачи телефоном. Об этом – в последующих статьях.
Цифровая шкала и управление через меню усложняют ПО, поэтому они не реализовывались. Повторюсь – основная цель этой конструкции – простая реализация цифровых узлов приемно-передающего тракта, отработка собственных алгоритмов и фрагментов кода. То есть это — полигон с минимальным набором функций, открывающий широкие возможности для экспериментов на пути к пониманию работы SDR.
Структурная схема
Функциональная блок-схема трансивера приведена на рис.1
В режиме приема входной сигнал радиочастоты подается с антенны на антенный коммутатор (реле), и далее – на П-контур и одноконтурный полосовой фильтр ПФ. После этого отфильтрованный сигнал проходит тракт преобразования на микросхеме К174ХА2, включающий усилитель высокой частоты (УВЧ), балансный смеситель, фильтр низкой частоты (ФНЧ) на простейшей интегрирующей RC-цепи, и усилитель низкой частоты (УНЧ). Роль гетеродина выполняет сигнал генератора тактовой частоты микроконтроллера, прошедший через делитель. Сигнал с него подается на смеситель приемного тракта.
После УНЧ К174ХА2 сформированный и усиленный НЧ-сигнал подается на коммутатор, отключающий последующие узлы от приемного тракта в режиме передачи. Далее, принимаемый сигнал подается на узкополосный фильтр низкой частоты (УФНЧ) с возможностью цифрового усиления сигнала. УФНЧ представляет собой два последовательных фильтра с конечной импульсной характеристикой (FIR — Finite Impulse Response) 30-ого порядка. Затем, отфильтрованный сигнал поступает на дополнительный простой ФНЧ в виде RC-цепи, и, наконец, – на высокоомные головные телефоны. Используемый микроконтроллер не имеет встроенного цифро-аналогового преобразователя, но имеет три независимых таймера с функцией управляемых генераторов ШИМ, что позволяет создать ЦАП. Один генератор ШИМ используется для формирования выходного звукового сигнала, второй – для формирования сигнала перестройки по частоте и автоподстройки частоты ГПД. Третий таймер используется как тактовый генератор выборки сигнала и других привязанных ко времени процессов.
Тактовый генератор микроконтроллера работает на частоте 14,308 МГц (с учетом сдвига частоты резонатора LC-цепочкой, сам резонатор возбуждается на 14,320 МГц). Встроенный программируемый делитель выдает сигнал требуемой частоты (14,308/4=3,577 МГц – частота, используемая для «круглых столов» и проведения соревнований клубом RU-QRP). В качестве частотозадающего элемента используется один керамический резонатор, нагруженный емкостью варикапа и дополнительной индуктивностью. При изменении выходного сигнала перестройки частоты от 0 до 5В, частота изменяется в пределах 3,567-3,587 МГц.
Перестройка частоты гетеродина осуществляется при помощи двух кнопок «частота вверх» и «частота вниз» — при удержании одной частота ГПД плавно возрастает, другой — плавно уменьшается. Отсутствие ручки «Настройка» позволяет еще боле упростить конструкцию трансивера и увеличить стабильность работы ГПД. Автоподстройка частоты ГПД работает следующим образом: таймер 32кГц обеспечивает подсчет импульсов тактового генератора 14МГц за равные промежутки времени (около 0,2мс); если число импульсов отличается от зафиксированного при перестройке, блок АПЧ корректирует сигнал перестройки частоты соответственно произошедшему смещению. Коррекция происходит с частотой 5кГц, т.е. практически непрерывно. При перестройке частоты ГПД, АПЧ не препятствует изменению частоты, поскольку устанавливаемая частота служит внутренней уставкой АПЧ и этот блок отслеживает только смещение частоты относительно установленной в результате перестройки.
Переключение режимов приема и передачи осуществляется автоматически при нажатии на телеграфный ключ, обратный переход из режима передачи в прием осуществляется при отсутствии нажатий на ключ в течение заданного времени (в приведенной программе около 1 с).
Рис. 1 Функциональная блок-схема QRP ТПП «Полигон»
В режиме передачи сигнал ГПД подается с делителя частоты микроконтроллера на усилитель мощности на одном полевом транзисторе. Манипуляция ГПД осуществляется программным полуавтоматическим телеграфным ключом, управляемым телеграфным манипулятором. На головные телефоны в режиме передачи подается сигнал с генератора самоконтроля. Антенный коммутатор кроме переключения антенны коммутирует также и питание выходного каскада передатчика. Чтобы не происходило подгорания контактов реле, в алгоритме коммутации предусмотрен защитный временной интервал длительностью в одну «точку», который позволяет сначала сработать реле, а уже затем подать ВЧ сигнал на вход усилителя мощности.
В режиме передачи АЦП остановлен.
Принципиальная схема
На рис.2 приведена электрическая принципиальная схема микротрансивера. Большинство номиналов элементов некритично (кроме номиналов колебательных контуров). Питание конструкции подается с аккумулятора или сетевого источника питания с выходным напряжением 12…14В на анод диода VD1, служащего защитой от случайного изменения полярности питающего напряжения (очень актуально для полевых условий!). Напряжение с катода защитного диода (его тип не критичен, лишь бы он мог пропускать максимальный ток около 1,5 А) подается на микросхему стабилизатора DA2, обеспечивающую напряжение на выходе 5 В для питания DA2 и DA3, а также на дроссель L2 в цепи стока VT1 и на реле К1. Транзистор VT2 можно исключить из схемы, если использовать реле К1, срабатывающее при напряжении на обмотке 5В, тогда им можно управлять непосредственно с выхода микроконтроллера (драйверы его портов выдают в нагрузку ток до 30 мА), внеся инверсию в логику коммутации в программе.
Рис. 2 Принципиальная схема QRP ТПП «Полигон»
Следует обратить внимание, что микроконтроллер имеет два типа «земли» и «питания» — цифровую пару (VCC, GND) и аналоговую (AVCC, GND). Чем меньше связаны эти пары, тем лучше, поскольку помехи цифровых цепей через цепи питания и «землю» проникают на вход приемного тракта, снижая чувствительность приемника. Хорошим вариантом, видимо, будет трансформаторная гальваническая развязка цепей подачи сигнала гетеродина на смеситель приемника DA1 и усилитель мощности VT1, но этот вариант пока не апробировался. В отношении предела чувствительности можно сказать, что минимальный уровень слышимого сигнала составляет около 0,5 мкВ. Соединения между выводом 4 DA3, DA1 и VT1 следует выполнять экранированным кабелем для минимизации наводок в схеме. Аналоговая «земля» обозначена на схеме белым значком, цифровая – черным.
В режиме приема, с антенны сигнал поступает на П-контур, служащий для фильтрации сигнала и согласования выходного сопротивления усилителя мощности с сопротивлением антенны в режиме передачи. Через дроссель L2 в цепь П-контура подается питающее напряжение 12В, коммутируемое на сток VT1 при переключении в режим передачи. Конденсатор C4 служит для изоляции цепи антенны от постоянного питающего напряжения. Далее сигнал поступает через полосовой фильтр L3C12 на вход 1 микросхемы приемника DA1. Подробно конструкция приемного тракта рассмотрена в статье В.Т.Полякова «Приемник на одной микросхеме» («Радио», №12, 1997г., стр.34), поэтому останавливаться на ней не будем. Заметим лишь, что в отличие от оригинала, в данной схеме отсутствует гетеродинный контур, а ВЧ напряжение гетеродина (тактовая частота микроконтроллера, деленная на 4) после сглаживания цепочкой R5C17 подается на вывод 5 DA2.
Резистор R2 регулирует усиление по ВЧ DA1. Подача небольшого положительного напряжения на вывод 3 или отсутствие R2 ведет к резкому падению общего усиления тракта.
После преобразования в DA1, НЧ сигнал, выделенный на С19R7 после предварительной фильтрации R6C7, поступает на вывод 40 DA3 – канал «0» АЦП микроконтроллера. Остальные каналы коммутатора АЦП заземлены для снижения шумов.
Питание на аналоговую часть трансивера подается через фильтр L5C21.
Цепочка ZQ1L6VD2 задает тактовую частоту микроконтроллера и гетеродина трансивера. Управляющее напряжение подается на катод варикапа через резистор R8 с фильтра R9C26 генератора ШИМ. Этот генератор используется как для перестройки частоты гетеродина при нажатии на кнопки «частота вверх» и «частота вниз» (выводы 22, 23 DA3), так и для формирования сигнала АПЧ. При переходе в режим передачи, микроконтроллер автоматически производит отстройку частоты на 700 Гц (частота CW-фильтра приемника).
Телеграфный ключ подключен к выводам 14,15 микроконтроллера. Активированные при программировании внутренние «подтягивающие» резисторы обеспечивают высокий уровень напряжения на этих дискретных входах, т.е. нормальный уровень на них – логическая «1». При замыкании на «землю», уровень на входе падает до логического «0», что обрабатывается программой соответствующим образом.
Выходной сигнал звуковой частоты выделяется фильтром R11C27C28BA1 из ШИМ второго генератора Таймера1 (вывод 19 DA3).
ZQ2 позволяет использовать Таймер2 DA3 в качестве опорного генератора для критически важных процессов обработки – выборки и фильтрации входного сигнала.
Светодиод VD4 служит для индикации работы при включении трансивера и в режиме передачи.
Катушка L1 намотана на каркасе диаметром 5 м без сердечника и содержит 30 витков провода ПЭВ0,3. Катушки индуктивности входного контура L3 и L4 намотаны на каркасе диаметром 5 мм с подстроечным сердечником, L3 имеет 25 витков, L4- 5 витков провода ПЭВ 0,3. Дроссель L6 намотан на каркасе диметром 5 мм с латунным сердечником и содержит 40 витков провода ПЭВ 0,3. Его индуктивность (стало быть, и количество витков) не критична, но не должна превышать 10 мкГн, иначе генератор DA3 не возбуждается. Чем больше индуктивность L5, тем больше будет диапазон перестройки. При указанных параметрах и диапазоне управляющего напряжения 0…5В, перестройка на 3,5 МГц составляет до 20 кГц, но отличается существенно нелинейной зависимостью частоты генерации от управляющего напряжения. В конструкции использовано реле типа РЭС49 с одной переключающей группой контактов, рассчитанное на напряжение переключения 12В.
В режиме передачи микроконтроллер формирует «паузу», давая возможность переключиться реле, а затем подает сигнал гетеродина на затвор транзистора VT1, работающего как усилитель мощности. Указанный на схеме транзистор развивает на нагрузке 50 Ом мощность около 1,5 Вт. При этом амплитуда напряжения на нагрузке, подключенной к антенному входу, составляет 12В. Подключение к антенне типа «длинный провод» осуществлялось через согласующее устройство MFJ-941E.
Программирование
Для того, чтобы запрограммировать микроконтроллер Atmega8536 16PU, необходим программатор (например, простейший «5 проводов» для LPT-порта ЭВМ) и среда программирования. Рекомендую начинать с Code Vision AVR, приведенный ниже код именно для него. Бесплатная версия, которую можно скачать здесь http://www.hpinfotech.ro/cvavre.zip имеет ограничения, не существенные для данного проекта. Тем, кто первый раз сталкивается с микроконтроллерами, очень рекомендую прочитать Интернет-самоучитель http://123avr.nm.ru/. Очень легко читать, масса полезных ссылок! Тем, кто знаком с языком программирования С и общей архитектурой микроконтроллеров (описание МК ATmega8535 можно найти по адресу http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2502.pdf ), можно начать с седьмой главы http://avr123.nm.ru/07.htm, где рассказывается, как за 5 минут сделать программатор и настроить CodeVisionAVR.
Внимание! Будьте осторожны с фьюзами! Фьюз – это бит (флаг), позволяющий сконфигурировать работу отдельных узлов микроконтроллера на этапе программирования. После завершения программирования в процессе работы программы эти биты недоступны. Опасность их использования кроется например в том, что можно выбирать тип тактового генератора. Если выбранный тип не соответствует воплощенному в схеме, то микроконтроллер не стартует, пока не будет реализована схема, соответствующая конфигурации фьюзов. Прочитайте внимательно их описание в datasheet и упомянутом выше учебнике. В проекте «Полигон» использованы следующие настройки фьюзов (в правом нижнем углу формы, установки фьюзов соответствуют кварцевому тактовому генератору):
Помните – фьюзы самостоятельно лучше не трогать до тех пор, пока с ними полностью не разберетесь!
Код программы в основном написан на языке С, но процедура цифровой фильтрации написана на Ассемблере, поскольку требует высокой скорости работы – она должна успевать выполняться между выборками входного сигнала, которые происходят с частотой 3 кГц.
Ниже приводится полный код микропрограммы, он содержится в одном файле и после компиляции CodeVisionAVR занимает около 1700 байт в памяти микроконтроллера.
- Файл архива проекта программы.
Этот код может быть скопирован во вновь создаваемый проект CodeVisionAVR, скомпилирован и загружен в микроконтроллер «Полигона». Папка с проектом должна размещаться в той же директории, куда установлен CodeVisionAVR. При компиляции CVAVR выдает четыре предупреждения (warnings), они связаны с тем, что часть переменных находится в ассемблерном коде и не видна компилятору, а часть переменных зарезервирована под дальнейшее развитие проекта. Не нужно обращать внимания на эти предупреждения компилятора, на работе программы это не сказывается.
Наладка
При первом включении рекомендую отключить выход DA2 от остальной схемы и убедиться, что на выходе стабилизатора присутствует напряжение 5В. После этого можно подавать питание на DA1 и DA3. Питание выходного каскада на VT1 через L2 лучше отключить во время настройки во избежание случайного выхода на передачу в отсутствие антенной нагрузки.
Внимание! Перед программированием микроконтроллера отключайте питание трансивера, после этого подсоединяйте программатор, и лишь затем подавайте питание снова! После окончания программирования, сначала снимите питание со схемы, затем отсоедините программатор, только после этого опять включайте трансивер. Не ленитесь это делать каждый раз, если не имеете программатора с гальванической развязкой, иначе можно вывести из строя LPT-порт ЭВМ или соответствующие линии микроконтроллера!
Если все правильно собрано и скомпилировано – конструкция начнет работать, надо лишь настроить входные контура.
При включении питания трансивера светодиод VD4 должен моргнуть. Если этого не произошло, значит, микроконтроллер не запустился. Можно попробовать временно исключить из схемы варикап и дроссель L6, замкнув начало и конец этой LC-цепи.
Для контроля работы DA3, можно прикоснуться пинцетом к выводу 40 микроконтроллера – в головных телефонах должен прослушиваться фон наводки 50 Гц. Если так, значит, микропрограмма работает и все в порядке. Можно также, отсоединив выход DA1, и подав напряжение на вход 40 АЦП DA3 с генератора звуковой частоты, снять АЧХ фильтра микроконтроллера.
После того, как разобрались с трактом НЧ, можно настраивать тракт ВЧ. На выводе 4 DA3 при нормальной работе присутствует меандр частотой около 3580 МГц. Чудес здесь не бывает – если микроконтроллер работает с указанным на схеме кварцем, значит частота на выводе 4 также имеет нужный номинал. Можно использовать сигнал гетеродина для настройки входных контуров, подав его с выхода цепочки R5C17 на антенный вход приемника и измеряя ВЧ напряжение на контуре L3C12. Перемещением сердечника катушки L3 или подбором емкости конденсатора C12 нужно добиться максимального значения ВЧ напряжения на этом контуре.
Теперь можно подключить нагрузку 50 Ом к антенному входу, подключить к ней ВЧ вольтметр, подать напряжение на выходной каскад через L2 и нажать на ключ. Амплитуда ВЧ напряжения должна быть около 12В, соответственно при нажатии на «тире» ВЧ вольтметр должен показывать около 8В.
Не переходите в режим передачи без согласованной антенны или антенной нагрузки!
Конструкция
Предложенная схема была воплощена в небольшой конструкции полевого микротрансивера.
Для экспериментов удобнее использовать ATMega8535 в корпусе DIP40 – он имеет стандартное для макетных плат расположение выводов через 2,5 мм, что удобно и для ручной пайки. Печатная плата специально не разводилась, межэлементные соединения сделаны расплетенными жилами из многожильного монтажного провода, а также проводом МГТФ (в основном разводка питания и соединения с разъемами) и коаксиальным кабелем. Для монтажа использовались компоненты для поверхностного монтажа (SMD), за исключением электролитических конденсаторов, микросхем, кварцевых резонаторов. Все уместилось на макетной плате из текстолита 75х60 мм. На фото кнопки управления частотой еще не вынесены на переднюю панель, а размещаются на самой плате.
Рис.3 Конструктивное исполнение ТПП «Полигон».
Результаты испытаний
При помощи «Полигона» с антенной типа «длинный провод» (60м), растянутой на высоте 6м над землей, из Москвы успешно осуществлялись связи с QRP-радиостанциями Европейской части России. Конечно, 1,5 Вт – это очень небольшая мощность, так что требуется изрядное терпение для работы на «Полигоне».
Планы на будущее
Что можно реализовать в данной конструкции и как бы хотелось ее изменить? Можно добавить такие функции:
- сделать конструкцию многодиапазонной;
- добавить индикатор;
- научить трансивер работать цифровыми видами связи;
- реализовать однополосный приемный тракт с цифровым преобразованием квадратурных сигналов;
- добавить SSB-режим.
Ну, и конечно, пробовать различные способы фильтрации (например, IIR-фильтры) и алгоритмы шумоподавления.
Автор будет приветствовать любые изменения в конструкции и коде программного обеспечения «Полигона», повышающие его характеристики и функциональность. «Полигон» — это абсолютно открытый проект, и его привлекательность как раз и заключается в возможности развитии творчества в новых направлениях.
Удачи в конструировании и полевой работе!
73!
С уважением,
Юрий, RX3AEW
Источник