ОСНОВНОЙ ТРАКТ КВ ТРАНСИВЕРА ПРЯМОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ (ТПП) по схемам Сергея Беленецкого (US5MSQ)
Данная конструкция опубликована в журнале "Радио", номера №9 и №11 за 2006 год, а также на различных ресурсах в интернете. Ознакомиться с этими публикациями можно здесь №9 >>> и здесь №11 >>> а также на сайте у автора.
Трансиверы прямого преобразования (ТПП) отличаются простотой конструкции при достаточно хороших параметрах и издавна привлекали внимание радиолюбителей. В немалой степени этому способствовали статьи и книги известного конструктора и популяризатора техники прямого преобразования В.Т. Полякова RA3AAE[1-9 ] , особенно [10 ], ставшая настольной книгой и учебником для целых поколений радиолюбителей.
Ранее журнал Радио уже публиковал несколько удачных конструкций однодиапазонных ТПП с фазовым подавлением зеркальной боковой полосы [11,12 ], построенных по традиционной, ставшей уже классической, схемотехнике на основе LC низкочастотных фазовращателей (НЧФВ). Основными недостатками подобных решений можно отнести однодиапазонность, невысокое, по сегодняшним меркам, подавление зеркальной боковой полосы, трудоемкость намотки многовитковых катушек и настройки НЧФВ, подверженность магнитным наводкам , что представляло определенные трудности при повторении конструкции радиолюбителями, особенно начинающими. Особо хочется отметить ТПП на 160м [13 ], в котором ценой определенных компромиссов автору удалось убрать трудоемкие элементы и создать легко повторяемую конструкцию, что в немалой степени способствовало приобщению к радиолюбительской связи на КВ сотен начинающих радиолюбителей.
Благодаря появлению в широкой продаже новых быстродействующих цифровых микросхем и качественных малошумящих ОУ появилась возможность реализовать новый подход в построении однополосных ТПП, используя в качестве смесителя цифровые коммутаторы и применив в остальной схеме хорошо отработанную схемотехнику функциональных узлов на ОУ.
Предлагаемый Вашему вниманию вариант основной платы ТПП является логическим продолжением и реализацией этого подхода в построении однополосных ТПП, подробного описанного в [14 ] . Автор ставил перед собой задачу сделать конструкцию на современной элементной базе, легко повторяемую в домашних условиях и не требующую каких либо сложных регулировочных и настроечных работ или парка измерительных приборов – достаточно обычного цифрового мультиметра, желательно с функцией измерения емкости. Для успешного повторения требуются только аккуратность и терпение. При применении исправных деталей требуемого номинала и отсутствии ошибок в монтаже основная плата ТПП запускается сразу, обеспечивая очень высокие параметры ,как минимум не хуже заявленных.
Чувствительность приемного тракта со входа смесителя (полоса пропускания 2.1кГц, отношение С/Ш — 10дБ), мкВ, не хуже — 0,3*
Максимальный общий коэффициент усиления – 250 000
Напряжение собственных шумов на выходе УНЧ при максимальном Кус и подключенным на входе ТПП сопротивлением 50ом, не более, мВ — 25
Допустимый диапазон входных сигналов в полосе пропускания, дБ, не менее — 100
Динамический диапазон по перекрестной модуляции ( ДД2 ) при 30% АМ и расстройке 50 кГц , не менее, дБ
На диапазоне 160 м – 116*
На диапазоне 80 м – 110*
На диапазоне 40 м – 106*
На диапазоне 20 м – 106*
Избирательность по соседнему каналу(при расстройке от частоты несущей на -5,5 кГц + 3,0 кГц), не менее, дБ – 80
Подавление зеркальной боковой полосы, не менее, дБ
На диапазоне 160 м – 54*
На диапазоне 80 м – 52*
На диапазоне 40 м – 46*
На диапазоне 20 м – 48*
Коэффициент прямоугольности сквозной АЧХ
(по уровням -6, -40 дБ) — 1,4
(по уровням -6, -60 дБ) — 3,2
(по уровням -6, -80 дБ) — 4
Диапазон регулировки АРУ при изменении выходного напряжения на 12 дБ не менее, дБ — 72 (4000 раз)
Диапазон РРУ , не менее, дБ — 84 ( 16 000 раз)
Выходная мощность тракта НЧ на нагрузке 8 Ом , на менее, Вт 0,5
Ток, потребляемый от внешнего стабилизированного источника питания 13.8В, не более, А — 0,3
Основные параметры передающего тракта
Напряжение на выходе (на нагрузке 50 Ом) в режиме CW, не менее, Вэфф — 0,7
Подавление несущей частоты сигнала, дБ — не хуже 50*
* указанная цифра ограничена возможностями аппаратуры, примененной для измерений и, реально, может быть выше.
Для обеспечения хорошей повторяемости результатов, технологичности изготовления и высокой реальной избирательности при выборе схемы и конструкции описываемой здесь основной платы ТПП использованы следующие принципы и подходы:
1) Для получения большого динамического диапазона приемного тракта и эффективной работы АРУ оптимизировано покаскадное распределение коэффициентов усиление нерегулируемых каскадов и расширены допустимые уровни входных сигналов в полосе пропускания.
2) Для получения высокой избирательности применен принцип последовательной селекции, когда кроме основного активного полосового фильтра фактически в каждом усилительном каскаде ограничивается полоса пропускания на уровне 300-3000Гц соответствующим выбором номиналов межкаскадных разделительных конденсаторов и в цепях ООС.
3) Для подавления зеркальной боковой полосы используется метод, подробно описанный в [10] и основанный на применении многозвенного НЧ фазовращателя в 4хфазной системе сигналов, позволяющий относительно простыми средствами, несмотря на повышенное количество элементов, получить хорошее подавление и высокую температурную и временную стабильность параметров. Для получения 4-х фазной системы сигналов применяется цифровой фазовращатель, что существенно упрощает создание многодиапазонных конструкций.
4) За счет того, что во всех критичных ( из-за больших конструктивных размеров и малых уровней сигнала) узлах ( смеситель-детектор, предварительный УНЧ, низкочастотный фазовращатель – полифайзер) применено дифференциальное усиление сигналов, конструкция обладает хорошей помехоустойчивостью , в том числе к наводкам от электросети.
5) Для уменьшения общего числа деталей трансивера и ,соответственно, размеров основной платы структурная схема ТПП выбрана такой, что наиболее сложные и громозкие узлы ( восьмизвенный НЧ ФВ и основной ФСС) используются как на приме, так и на передачу сигналов.
6) Применяется электронная коммутация всех режимов работы трансивера.
7) Одноплатность конструкции, что позволяет исключить возможность ошибок при монтаже деталей и узлов, а также обеспечивает оптимальную, на взгляд автора, компоновку и хорошую общую и взаимную экранировку основных функциональных узлов. Применение печатной платы с односторонним расположением печатных проводников (вторая сторона выполняет функции общего провода – экрана) позволяет изготовить качественную плату в домашних условиях по так называемой «лазерно-утюжной» технологии.
Возможная функциональная схема ТПП приведена на рис.1. Он состоит из пяти конструктивно законченных узлов. Узел А1 состоит из четырех диапазонного ,переключаемого реле, ФНЧ, и широкополосного усилителя мощности, в качестве которых можно применять любые известные, многократно описанные в радиолюбительской литературе конструкции, например [15 ]. Узел А3 содержит двухзвенный аттенюатор ( первое звено имеет затухание -10 дБ, второе -20 дБ, что позволяет при соответствующей коммутации получить четыре значения затухания 0,-10 дБ,-20 дБ,-30 дБ и тем самым оптимально согласовать динамический диапазон приемного тракта ТПП с реальными уровнями входных антенных сигналов), полезный при работе на полноразмерную антенну, и четырехдиапазонный полосовой фильтр, в качестве которого можно применить любую из известных конструкций 50-омных трехконтурных ПДФ, также неоднократно описанных в радиолюбительской литературе. Узел А4 представляет собой гетеродин на основе одного, не переключаемого генератора на частоты 56-64 МГц, перестраиваемого механически при помощи КПЕ или с электронной перестройкой частоты многооборотным резистором, и управляемого делителя частоты с переменным коэффициентом деления 1,2,4,8. Необходимую стабильность при помощи ЦАПЧ и цифровой отсчет частоты обеспечивает узел А2, выполненный на основе готовой цифровой шкалы «Макеевская» [15 ], которую можно приобрести во многих регионах Украины и России и здесь не описывается, как вариант для самостоятельного изготовления можно рекомендовать хорошо зарекомендовавшую себя разработку А.Денисова [16].
Основную обработку сигнала в режимах приема и передачи — его преобразование, подавление зеркальной боковой полосы и фильтрацию выполняет узел А5 – основная плата ТПП.
В режиме приема сигнал с выхода ПДФ поступает на смеситель-детектор U3, качестве которого применена половина быстродействующего сдвоенного четырехканального коммутатора FST3253 со средним временем переключения 3-4nS. Вторая половина этого коммутатора используется в качестве смесителя-модулятора U2 при работе на передачу.
Применение в качестве смесителя четырехканального коммутатора FST3253 позволило упростить схему, поскольку часть функций фазовращателя выполняет внутренняя логика управления коммутатора, на адресные входы которой поступают сигналы управления со счетчика на 4 (узел U4) . Переключение рабочей боковой полосы происходит при подаче со схемы управления сигнала USB/ULB за счет изменения очередности поступающих импульсов управления со счетчика на коммутатор. При этом частота гетеродина должна быть в четыре раза выше рабочей частоты. В результате, на выходе смесителя образуется четырехфазная система сигналов, которые, после предварительной фильтрации однозвенными ФНЧ Z3…Z6 и предварительного усиления дифференциальными усилителями А3 и А4, через замкнутые контакты электронного переключателя SA3.2… SA3.5 поступают на НЧ фазовращатель U6. К выходу последнего подключены дифференциальные усилители А5,А6, компенсирующие затухание сигналов в фазовращателе. Далее сигналы полезной боковой полосы, получившие нулевой фазовый сдвиг, складываются на сумматоре A10, а зеркальной боковой полосы, получившие фазовый сдвиг 180о, вычитаются и подавляются. К выходу сумматора через замкнутые контакты электронного переключателя SA3.6 подключен основной активный полосовой фильтр , представляющий собой последовательно включенные нормирующий усилитель А8, ФСС Z7, состоящий из ФВЧ третьего и ФНЧ шестого порядков и буферный усилитель с дифференциальным выходом А7.
Отфильтрованный полезный сигнал через замкнутые контакты электронного переключателя SA3.1 поступает на УНЧ, состоящий из управляемого напряжением усилителя A6 и оконечного УНЧ A5, к выходу которого подключен громкоговоритель BA1, детектора АРУ U5 и регуляторов усиления и громкости. ТПП переходит в режим передачи либо при нажатии на педаль, либо при нажатии на ключ.
В первом случае в схеме управления U7 формируется сигнал +TX, который переключает контакты электронного переключателя SA3 в противоположное положение , отключает смеситель-детектор U3 и активизирует смеситель-модулятор U2. Включен микрофонный тракт. Для повышения энергетической эффективности передатчика на 8-9дБ ( 6-8 раз по мощности) применяется сжатие динамического диапазона речевого сигнала при помощи фазового ограничителя последовательного действия [6,10 ], состоящего из усилителя-ограничителя А12, однозвенного фазовращателя U9 и подчисточного ограничителя U8. Далее сформированный сигнал через замкнутые контакты электронного переключателя SA4 и SA3.6 поступает на основной активный полосовой фильтр , представляющий собой последовательно включенные нормирующий усилитель А8, ФСС Z7, состоящий из ФВЧ третьего и ФНЧ шестого порядков и буферный усилитель с дифференциальным выходом А7. Отфильтрованный от остатков гармоник полезный сигнал с прямого и инверсного выходов ФСС через замкнутые контакты электронного переключателя SA3.2… SA3.2 поступает на объединенные попарно входы НЧ фазовращателя U6, что необходимо для правильной фазировки получающихся на выходе последнего модулирующих квадратурных сигналов. Эти сигналы проходят через дифференциальные усилители А5,А6, компенсирующие затухание сигналов в фазовращателе, и подаются на квадратурный смеситель-модулятор U2, на выходе которого сигналы полезной боковой полосы, получившие нулевой фазовый сдвиг, а зеркальной боковой полосы, получившие фазовый сдвиг 180о, вычитаются и подавляются.
Во втором случае, при нажатии на ключ, в схеме управления U7 формируется кроме «+TX» еще два сигнала — «+MIC off», отключающий микрофонный тракт и подключающий генератор телеграфного сигнала G2 путем переключения контактов электронного переключателя SA4 , и сигнал «+KEY» , непосредственно управляющий ключеванием этого генератора. Тональный телеграфный сигнал через нормальнозамкнутые контакты электронного переключателя SA4 и SA3.6 поступает на основной активный полосовой фильтр и проходит тот же путь, что и микрофонный.
Принципиальная схема узла А5 — основного тракта ТПП приведена на рис. 2. Как видно, некоторые узлы нам уже известны и подробно описаны в [14 ], там же приведены некоторые особенности их работы и требования к деталям. Поэтому здесь их подробно описывать не будем, всё это подробно описано в публикациях журнала Радио, ссылка на статьи в самом начале страницы сайта.
Немного видео работы трансивера:
Если у кого-то есть хорошие микросхемы FST3253 в корпусе SO-16 и все необходимые компоненты, могу предложить на продажу несколько печатных плат таких как на видео.
Наборы комплектую микросхемами FST3253 в корпусах TSSOP-16.
Стоимость только печатной платы ТПП (под FST3253 в корпусе SO-16), размер печатной платы 165х155 мм - 1200 руб.
Стоимость только печатной платы ТПП (под FST3253 в корпусе TSSOP-16), размер печатной платы 165х155 мм - 1400 руб.
Стоимость набора для сборки трансивера прямого преобразования US5MSQ (печатная плата и все компоненты) - 7300 руб.
Просьба обратить внимание!!!
Сопротивления резисторов R5, R21 и R22 составляет 51 Ом!
Состав набора можно посмотреть здесь >>> В предыдущем составе набора была оЧепятка, сопротивление резисторов R5, R21, R22 были указаны 51 кОм, правильно 51 Ом
Для трансивера прямого преобразования нужен будет гетеродин или синтезатор с выходной частотой в 4 раза больше принимаемой частоты (с режимом ППП х4)
Гетеродинов у меня нет, а синтезаторы могу предложить следующие:
1) Ёжик ver. 3 UNI , его фотографии и описание у меня на сайте здесь >>>
2) Ёжик-S2M, его фотографии и описание у меня на сайте здесь >>>
3) Ёжик-S2M-OLED, его фотографии и описание у меня на сайте здесь >>>
4) OLED MICRO 2023, его фотографии и описание у меня на сайте здесь >>>
5) TURBO-LED, его фотографии и описание у меня на сайте здесь >>>
Все они имеют режим ППП, имеют различный внешний вид, различные дисплеи и различные дополнительные "плюшки".
Снова про антенны, ещё один классный ролик Александра, рекомендую к просмотру:
