КВ SDR трансивер рМз-090       

----------------------------------------------------------------------КОВАЛЕВСКИЙ, RN6LW, г.Новочеркасск. E-mail: rn6lw@ya.ru ------------------------------------------------------------

При разработке KB SDR- трансивера НМр-090 ставилась задача создать простое и на­дежное устройство на доступ­ной элементной базе, которое имело бы хорошую повторяе­мость. По мнению автора, предлагаемый трансивер удов­летворяет этим требованиям.

На сегодняшний день разра­ботано достаточно большое ко­личество SDR-трансиверов, построенных практически на одинаковых принципах. Пред­лагая вниманию читателей на­стоящую разработку автор не претендует на открытие чего-то нового в этой области радио­техники. В конструкции приме­нены узлы и блоки, хорошо за­рекомендовавшие себя не только в SDR, но и в другой связной аппаратуре. Как изве­стно, все новое — это хорошо забытое старое...

Большинство любительских SDR-трансиверов имеет управ­ление от персонального компь­ютера через порты LPT, СОМ или USB. Для управления трансивером НМр-090 исполь­зуется USB-порт. Это выгодно отличает данный трансивер от SDR-1000 и его кпонов, управ­ляемых от параллельного пор­та, потому что современные компьютеры чаще всего не име­ют такого порта.

В трансивере НМр-090 в ка­честве контроллера управле­ния синтезатором частоты Si570 по протоколу I2C исполь­зуется микрокронтроллер Atmega168 с соответствующим про­граммным обеспечением. Микро­контроллер соединен с компьюте­ром через USB-порт. Схемное реше­ние контроллера и программное обеспечение для него любезно пре­доставил Loftur Jynasson, VE/TF3LJ. Контроллер также выполняет все функции по управлению трансивером — обеспечивает переключение режимов RX/TX, диапазонных поло­совых фильтров (ДПФ) и фильтров нижних частот (ФНЧ), CW-манипуляцию, вывод информации на жид­кокристаллический дисплей. В ре­жиме приема на ЖК-дисплее ото­бражаются аббревиатура этого ре­жима (RX) и рабочая частота; в ре­жиме передачи — аббревиатура этого режима (ТХ), выходная мощ­ность (в цифровом формате, а так­же в графическом виде — "линей­ка" сегментов с индикацией пик- фактора и КСВ). Кроме того, име­ется функция защиты оконечного каскада при высоком значении КСВ.

 

Когда трансивер выключен, его входные цепи отключены от антен­ного разъема и закорочены через контакты К31.1 (рис.1) на "общий провод" для защиты от статическо­го напряжения, наводимого на ан­тенну. При включении трансивера контроллер по умолчанию обеспе­чивает работу синтезатора SI570 (рис.2) на частоте 28200 МГц, что соответствует рабочей частоте трансивера 7050 МГц (F_Cинт/4). Де­ление частоты синтезатора на 4 обеспечивает триггер DD9, на вы­ходах которого формируются четы­ре сигнала — А, В, С и D с относи­тельным фазовым сдвигом 0, 90, 180 и 270°, необходимые для рабо­ты квадратурного демодулятора на микросхемах DD3 и DD4 (рис.1). В нескольких изготовленных автором трансиверах вместо микросхем 74LVC4066 применялись более до­ступные 74НС4066, и при использо­вании звуковой карты со средними характеристиками разницы по при­ему не выявлено.

 

Рассмотрим работу трансивера в режиме приема. Для определенно­сти условимся, что трансивер рабо­тает в диапазоне 7 МГц. Сигнал с антенного входа через контакты К31.1 поступает на фильтр нижних частот (ФНЧ) диапазона 7 МГц. Вхо­ды и выходы ФНЧ неиспользуемых диапазонов соединены с общим проводом.

Пройдя через ФНЧ, сигнал через нормально замкнутые контакты К1.1 поступает на контакты К30.1 атте­нюатора, который при необходимо­сти может обеспечить ослабление входного сигнала на -15 дБм. Пос­ле аттенюатора сигнал приходит на нормально замкнутую группу кон­тактов К2.1, обеспечивая "обход" оконечного каскада в режиме при­ема, и дальше поступает на соот­ветствующий диапазонный полосо­вой фильтр (ДПФ) диапазона 7 МГц. Прохождение сигнала через ФНЧ и ДПФ обеспечивает ослабление при­ема по 2-й гармонике на -80 дБ, по 3-й гармонике — на -145 дБ. Ослаб­ление сигнала в полосе приема — 0,09 дБ (компьютерное моделиро­вание в программе RFSimm99rus).

Затем сигнал попадает через нор­мально замкнутые контакты К3.1 на УВЧ с высокими динамическими характеристиками, выполненный на параллельно включенных поле­вых транзисторах VT8 и VT9. Та­кой УВЧ довольно часто использу­ется в связной аппаратуре высоко­го класса (например, в трансивере FT1000MP). В УВЧ транзисторы включены по схеме с общим зат­вором, обеспечивая тем самым небольшое стабильное усиление +10 дБм в полосе частот 1—30 МГц.

На выходе широкополосного трансформатора Т7 присутствуют два сигнала с фазовым сдвигом 180°, которые подаются на квадра­турный демодулятор на микросхе­мах DD3 и DD4. С выхода демоду­лятора фазоразностные сигналы поступают на операционные усили­тели DA3 и DA4 с дифференциаль­ным входом (конструктивно печат­ная плата допускает установку как микросхем INA163, так и их близко­го аналога SSM2019 в корпусе SOIC). В результате, на выходах операционных усилителей форми­руются два квадратурных сигнала I и Q, подаваемых в звуковую карту компьютера для дальнейшей обра­ботки.

При изменении рабочих диапазо­нов автоматически подключаются те или иные ФНЧ и ДПФ.

В режиме передачи квадратурные сигналы I и Q со звуковой карты компьютера поступают через груп­пу контактов реле К4 на два низко­частотных фильтра на операцион­ных усилителях DA5.1 и DA5.2. С выходов фильтров сигналы I и Q подаются на операционные усили­тели DA1 и DA2 с дифференциаль­ными выходами (конструктивно пе­чатная плата допускает установку как микросхем DRV135, так и их близкого аналога SSM2142 в корпу­се SOIC). НЧ сигналы с относитель­ными фазовыми сдвигами 0,90,180 и 270° поступают на квадратурный модулятор на микросхемах DD1 и DD2. После преобразования на вы­ходе модулятора формируется ди­апазонный ВЧ сигнал с заданным видом излучения, который усилива­ется каскадом на транзисторе VT5, нагруженным на широкополосный трансформатор Т4, обеспечиваю­щий согласование с ДПФ.           

Полосовые фильтры используют­ся как в режиме приема, так и в ре­жиме передачи. Сигнал с выхода ДПФ поступает на предоконечный усилитель на транзисторе VT2, обеспечивающий достаточное уси­ление для оконечного каскада, вы­полненного на транзисторе VT1 по однотактной схеме с общим исто­ком. Для согласования с ФНЧ ис­пользуется широкополосный транс­форматор Т2.

Выходная мощность трансивера в диапазоне 1,8 МГц составляет 10 Вт, в диапазонах 3,5—21 МГц — 15 Вт, в диапазоне 28 МГц — 10 Вт.

В выходной цепи (перед антен­ным гнездом) установлен датчик КСВ, выполненный по традицион­ной схеме на трансформаторе Т1, диодах VD2 и VD3 и других сопут­ствующих элементах. Сформиро­ванные датчиком сигналы подают­ся на вход АЦП контроллера Atmega168 (рис.2), что позволяет через программное обеспечение Mobo Control 05 визуально оцени­вать реальные КСВ и выходную мощность, а также вывести инфор­мацию на ЖК-дисплей по шине l²C (адрес 55).

В трансивере НМр-090 в качестве квадратурных модуляторов/демоду­ляторов применяются микросхемы 74LVC4066 (74НС4066), не имею­щие функции аппаратного включе­ния/отключения, как это предусмотрено в микросхемах FST3253 (СВТ3253), используемых в транси­вере SDR-1000 и многих его клонах.

Поэтому как в приемном, так и в передающем трактах трансивера уси­лительные каскады на транзисто­рах VT8, VT9 и VT5 (рис.1) управ­ляются ключами на полевых тран­зисторах VT6 и VT7 с целью запи­рания этих трактов. Например, чтобы закрыть параллельно со­единенные транзисторы VT8 и VT9, достаточно подать на их ис­токи напряжение питания через токоограничивающий резистор со­противлением 10 кОм. Для откры­вания транзисторов нужно изме­нить потенциал на более низкий, для этого используются транзис­торные ключи VT6 в передающем тракте и VT7 в приемном. Когда один из этих ключей открыт, рабо­тает широкополосный усилитель соответствующего тракта.

Подачу напряжения смещения на транзисторы VT1 и VT2 выходного каскада передатчика обеспечивают электронные ключи на транзисторах VT3 и VT4. Сигнал ТХ, формируе­мый микроконтроллером, поступает

на затвор транзистора VT4, что при­водит к открыванию транзистора VT3. Эти же ключи используются в системе защиты выходного каскада при высоком КСВ. В момент превы­шения допустимого КСВ микроконт­роллер выдает команду на отключе­ние напряжения питания стабилиза­тора цепей затворов транзисторов оконечного каскада, которые запира­ются, и выходная мощность транси­вера падает до нуля.

При повторении трансивера мож­но ввести светодиодную индикацию, предупреждающую о срабатывании системы защиты. Величина КСВ, при которой срабатывает защита, а так­же время срабатывания и удержания устанавливается через программу Mobo Control 05. Кроме того, в этой программе устанавливается пере­крытие диапазонных полосовых фильтров и фильтров низких частот в зависимости от рабочей частоты, значение выходной мощности, точ­ка пик-фактора (при использовании ЖК-дисплея) и количество импульсов применяемого валкодера, кото­рый обеспечивает перестройку час­тоты синтезатора Si570, но про­граммно не поддерживается для Power SDR v1.19.3.15.

В трансивере применены элемен­ты поверхностного монтажа (SMD) типоразмера 0805 и 1206, электро­литические танталовые конденсато­ры и SMD-индуктивности типоразме­ра (А), (В). Конденсаторы С10—С40, С55—С84 — типоразмера 1206, ре­зисторы R11, R12, R52—R54 и R59— R61 — типоразмера 1206, осталь­ные — типоразмера 0805.

Необходимо уделить особое вни­мание конденсаторам С125—С128, они должны быть без микрофонно­го эффекта (лучше всего применять слюдяные конденсаторы) и как мож­но точнее подобранные между со­бой по емкости.

Моточные данные широкополос­ных трансформаторов приведены в табл.1.

           

Конструктивные данные диапа­зонных полосовых фильтров и фильтров нижних частот приведе­ны в табл.2. Указывать число вит­ков в катушках не имеет смысла, т.к. необходимо индуктивность каждой катушки "подгонять" инди­видуально и только после этого ус­танавливать в схему, благо, на се­годня нет проблемы с измеритель­ными приборами для измерения индуктивности.

Дроссели L13 (50 мкГн), L14 (100 мкГн), L33—L41 (100 мкГн), L42 и L43 (330 мкГн) — стандарт­ные.

Реле К4 и К5 — Р-5 на 12 В; ос­тальные реле — 12-вольтовые TR5V.              

Как уже отмечалось, микросхемы 74LVC4066 можно заменить на 74НС4066, INA163 — на SSM2019 в корпусе SOIC, DRV135 — на SSM2142 в корпусе SOIC, 4558 — на NE5532.

В качестве радиатора для оконеч­ного транзистора VT1 и интеграль­ного стабилизатора DA8 использо­вался листовой алюминий по раз­меру печатной платы, сама плата жестко крепится на стойках высо­той 10 мм к данному радиатору.

Особое внимание необходимо уделить преобразователю напряже­ния на микросхеме DA6, использу­емому для питания операционных усилителей напряжением ±15 В. Преобразователь довольно сильно "шумит" на частоте 30 кГц, поэтому необходимо принять меры к экра­нировке входных цепей приемной части для защиты от электромаг­нитного поля, создаваемого преоб­разователем. В качестве экрана хо­рошо себя зарекомендовала транс­форматорная ферромагнитная сталь.

После изготовления трех экзем­пляров описанного SDR-трансивера можно утверждать, что при ис­пользовании в нем заведомо ис­правных деталей и безошибочном монтаже трансивер начинает ра­ботать сразу. Настройка заключа­ется в установке токов покоя тран­зисторов выходного каскада: VT2 — 100 мА, VT1 — 500 мА. Токи ус­танавливаются с помощью пере­менных резисторов R20 и R15 со­ответственно.

С помощью программы Mobo Control 05, скрин-шот которой по­казан на рис.3, следует настро­ить работу микроконтроллера Atmega168. Как правило, после первого включения необходимо через программу Mobo Control 05 произвести аппаратный сброс (RESET) для корректной работы микроконтроллера и синтезатора частоты.

В заключение следует отметить, что для этого трансивера необхо­димо использовать программу Power SDR v1.19.3.15, поддержи­вающую работу синтезатора час­тоты на микросхеме Si570. При использовании звуковой карты Creative SB0570 бюджетного типа шумовая дорожка при отключен­ной антенне располагалась на уровне -140 дБм.

В настоящее время в Великоб­ритании готовятся к выпуску на­боры для индивидуальной сбор­ки описанного трансивера в до­машних условиях с полной комп­лектацией элементов и печатной платы, выполненной на современ­ном технологическом оборудова­нии.

http://www.qso.ru/rn6lw/txsdr.html http://sites.google.com/site/lofturj/ softrock6_3

http://sites.google.com/site/lofturj/ mobo4_3_firmware

http://code.google.com/p/powersdr- iq/updates/list

http://code.google.com/р/ usbavrsi570/source/browse/tags/ V15.12?spec=svn32&r=32