Самодельная бюджетная SSB КВ радиостанция 151 палаты.

12 марта 2019, 14:00

Самодельная бюджетная SSB КВ радиостанция 151 палаты.

Радио 151 палаты.

Зелёный кирпич
Из металла и чипов
Я сам соберу.

Пост не типичен для этого ресурса, однако потенциально самый полезный из всего, что тут вообще есть. Возможно, даже культовый, хотя и предельно нишевый. Понимающий оценит, равнодушный пройдёт мимо.

О чём пойдёт речь.

Далее по тексту предвидится изобретательская деятельность по построению в некоторой степени инновационного SSB радиоканала. Упор делается на предельную простоту конструкции.

Такой SSB канал можно рассматривать как компактную радиостанцию для походов, аварийный любительский приёмопередатчик на всякий пожарный случай «не дай бог пригодится», сакральный артефакт секты ждунов Большого Песца, или просто полезное хобби, с выхлопом чуть больше, нежели футбол под пиво.

Добро пожаловать в DIY HAM-проект.

Замутить что-то почти военное своими руками - бесценно.
А за более чем скромный ценник - бесценно вдвойне.

Статус данного документа.

Как обычно, автор объясняет, почему он что-то делает именно так, и из каких соображений. Так что далее просто запредельно много букв и картинок, мужайтесь.

Потому как это по сути дела хрестоматия, с формулами и графиками.
Другой подобной не найдёте, так что закладочку поставьте.

«Радио 151 палаты», оглавление.

Глава 1. Теория инновационного SSB радиоканала.

§1.1 Решаемая проблема.

Иногда возникает необходимость в организации связи на значительные расстояния (для определённости пусть будет 50 км или около того), причём на сильно пересечённой местности. Холмы, горы, леса, реки...

Однако, инфраструктура сотовой связи в этой локации может отсутствовать.
Такое запросто встречается на большей части территории Страны.

Гражданские LPD и PMR радиостанции ближнего радиуса действия помочь не смогут. Если это не 50 км бескрайней равнины. Ровной, как стол.

Low Band весь военный, официально населению он не доступен.
Citizen's Band, возможно, чуть более в тему, но тоже не совсем то.
Про спутниковый телефон говорить не будем.

Остаются только КВ, либо SW (Short Wave) по-молодёжному.
А там своя техника, и свои методы связи.
Самое время их освоить.

Однако, приобрести что-то уже готовое вряд ли получится:

  1. Радиолюбительского в Стране вообще ничего не производится.
    Скорее всего, по принципиальным соображениям, не просто так.
    Возможно, это хобби признано вредным, и потенциально опасным.

  2. Всё импортное HAM-radio имеет негуманный ценник от $1000.
    Причём для аутдора подойдут всего три-четыре модели.

    Правда, есть вторичный рынок, и ещё Китай.
    То и другое начинается от $500. Тоже как-то не по-божески.

  3. Вспомним и про военную аппаратуру.
    Которая списана \ украдена \ приблудилась.

    Советские раритеты из 70-ых годны лишь для музея.
    За современную аппаратуру просят совершенно неадекватную цену.
    Но КВ-шное сейчас редкость, всё в основном УКВ-шное и на Low Band.

  4. Самодельные конструкции в виде наборов для сборки стоят почти как фирменный импорт, лишь только индусы радуют. Но исполнение такое, что только в шек поставить - для кочевой жизни оно малопригодно.

По всему видать, придётся проявлять смекалку.
И заниматься диайваем (DIY - Do It Yourself).
Что и на руку, потому как есть одна весьма интересная задумка.

§1.2 Что должно получиться по итогам диайвая?

Хотелось бы обрести девайс размером с добрый кулак, или около того. Достаточно миниатюрную, но прочную конструкцию, за которую любой обитатель «151 палаты» (это гуглится) душу бы отдал.

Давайте конструкцию так глумливо и назовём - «Радио 151 палаты».

Девайс должен уметь осуществлять коннектинг пипл километров на 50, работая в полевых, заведомо тяжёлых условиях. Потому для предельной простоты в обращении сотворим девайс одноканальным, на единственную фиксированную частоту.

У военных это зовётся беспоисковой бесподстроечной радиосвязью, и только так оно и работает. У гражданских тоже встречается - «Карат» в нескольких модификациях, «Недра-3», и т.п. рации для народного хозяйства.

Девайс по определению обязан быть экономичным в режиме приёма.
Потому синтезатора частоты в нём не будет, как и всяких цифровых шкал.

Свою задачу местный автор видит в составлении практического мануала, руководствуясь которым, радиолюбитель с минимальным набором приборов смог бы построить радиоканал за сущие копейки. Подразумевается, что радиолюбитель обладает базовыми навыками пайки и работы с материалами и инструментами.

В зарубеже есть движение «QRP Minimal Art Session», но оно касается в основном телеграфа. У нас пускай концепция будет сходная (без фанатизма, конечно), но для телефонного вида связи.

При конструировании такого чуда воспользуемся системным подходом.
Так что далее почти научное и обстоятельное исследование. Держитесь.

§1.3 Выбор диапазона.

§1.3.1 Опыт геологов и людей в погонах.

Если подсмотреть, как задача низовой КВ связи на расстояния до 50 км или около того решается военными, мы обнаружим: их весёлые зелёные кирпичики работают в диапазоне от 2-3 до 6-8 МГц.

Обратите внимание: ни о чём, кроме КВ, речи идти не может.
По уловиям задачи рельеф у нас сложный, про УКВ можно сразу забыть.

И чем частота ниже, тем лучше - это связано со способностью огибания препятствий электромагнитной волной. Потому геологи и прочие бродячие самураи используют частоты даже менее 2 МГц. Связь они держат так называемой «поверхностной» волной.

Поверхностная волна.

В «военном» диапазоне 2-8 МГц даже с весьма малой мощностью (около одного Ватта) связь поверхностной волной возможна на 5-7 км при работе на штыревую антенну высотой около 2 метров, и на 10-15 км при использовании укороченных антенн типа «наклонный луч».

Пространственная волна.

Кроме поверхностной волны, бывает и «пространственная», с отражением её от нижних слоёв ионосферы. И это уже более интересно.

Достаточно послать электромагнитную волну вертикально вверх, антенной зенитного излучения NVIS (NearVertical Incidence Skywave propagation), и, если отражение от ионосферы случится, то разрешается мечтать о радиусе связи в пределах 150 км. Или близко к тому.

Схематически выглядеть это должно вот так:

Для оценки возможности связи пространственной волной на определённой частоте даже имеется специальный ресурс Hourly NVIS World Map (на всякий случай приводится и резервный источник картинки), где можно наблюдать максимально возможную частоту ионосферного отражения в Вашей местности в данное конкретное время. Обратите внимание на цветную полоску с мегагерцами рядом с картой.

Есть и отечественный сайт с результатами зондирования ионосферных слоёв над некоторыми территориями. Хорошо, если Вам повезло жить вблизи одной из таких территорий. Общая же картина в масштабах Страны доступна тут.

В наших широтах летом пространственной волной можно работать на 4-5 МГц днём, и 3 МГц ночью. Частота где-то в этом интервале и будет оптимальной.

Военная наука о связи.

Ежели не вникать в предложенный выше интерактив, который ещё надо научиться интерпретировать, то в предельно простом и наглядном виде та же мысль доступна всего-то в двух картинках.

Дальность связи поверхностной и пространственной волной, по данным работы Н.Д.Булатова «Исследование распространения радиоволн» (Труды ЦНИИИС СВ №7 1947 год), в зависимости от времени года и частоты:

Связь пространственной волной.

Слева лето, справа зима.

В реальности любая полевая антенна на низкочастотных диапазонах из-за малой высоты подвеса по совместительству является антенной зенитного излучения, так что работает она и поверхностным, и пространственным лучом одновременно - разделить их не получится никак.

§1.3.2 Какой из любительских диапазонов лучше подойдёт?

При разглядывании брутальных картинок из 1947 года становится понятно, отчего вся радиосвязь в народном хозяйстве развивалась исключительно в районе 2 МГц. Даже с малоэффективными антеннами в этом всесезонном диапазоне расстояния порядка 30-50 км перекрываются круглосуточно.

Понятно, в условиях мирного времени и государства, обладающего всей полнотой карательных органов в исправно действующем состоянии, нельзя вот так взять и встать на любую частоту, какая из картинок следует. При анархии, конечно, другой разговор. Но тут и далее предполагается, что мы радиолюбители, соответствующий регламент свято чтим, и ни за что его не нарушим.

Исходя из знаний о частотах военной связи, а теперь из интерактива и картинок понимая, почему они именно такие, сразу смотрим на частототную раскладку наиболее подходящего 80-метрового любительского диапазона:

Частотный план 80 метрового радиолюбительского диапазона.

Идём на АлиЭкспресс для оценки, кварцы на какие именно частоты в пределах выбранного диапазона там доступны. И есть ли такие вообще. Потому как у нас уговор - для простоты ни с какими синтезаторами мы не связываемся, а пользуемся фиксированными частотами.

Номиналов кварцевых резонаторов на Али сыщется почти пять десятков, но в нашем случае выбор скуден: 3.579545 и 3.6864 МГц. На поднесущую цвета системы «NTSC-M» и тактовую частоту UART. Всё, других нет.

Такие резонаторы в большом количестве даже можно наковырять из убитой техники. Но и параметры у них будут заведомо не идентичные, так что проще и правильнее купить партию из 20 штук всего-то за один доллар (спойлер: берите сразу больше).

Кварцевые резонаторы с АлиЭкспресс на 3.579545 МГц (телеграф).
Кварцевые резонаторы с АлиЭкспресс на 3.6864 МГц (телефон LSB).

Не возбраняется посетить специализированный сайт, например, quartz1.com - там доступны и другие номиналы. Но долларом уже совершенно точно не отделаетесь, так что «АлиЭкспресс» - наше всё.

Пока же практический вывод: в широкой доступности есть кварцы на 80-метровый любительский диапазон, как на CW участок (телеграф), так и SSB (телефон). Буквально за копейки.

§1.3.2.1 Плюсы диапазона 80 метров.

Данный диапазон особо ценен возможностью связи без «мёртвых зон».
При использовании антенны зенитного излучения радиотени не возникает.

Что ещё интересно, частоты 3.579545 и 3.686400 МГц, для которых легко сыскать копеечные кварцевые резонаторы, удачно соседствуют с QRP участками. По идее, станции с большой мощностью, глуша собою всё, на этих частотах появляться не должны по этическим соображениям.

§1.3.2.2 Минусы диапазона 80 метров.

Маломощная радиостанция нуждается в эффективной антенне.
Эффективной антенной может быть только полноразмерная. Иначе никак.
Всякие разные варианты диполей в длину потянут на 40 метров.

Так же надо иметь ввиду, что в ночное время на диапазоне 80 метров открывается дальнее прохождение. Летом будут слышны грозовые разряды, случившиеся где-то за тысячи километров. На данном диапазоне таких атмосферных помех много (чем ниже частота, тем их больше).

§1.4 О модуляции. Есть два варианта.

Предлагаемый далее концепт позволяет реализовать связь телеграфом (CW) или телефоном (SSB) на практически одинаковом схемном решении для приёмника. Но построение передатчика будет разным, так что сразу следует определиться с видом модуляции, а как следствие, с частотой (см. картинку из регламента - телефоном разрешено работать во вполне оговоренных участках, а телеграфом везде. Но обычно телеграфом в телефонном участке не работают).

Дальнобойность радиолинии при фиксированной мощности обратно пропорциональна ширине излучаемого спектра. Поэтому, ориентируясь на мощность в районе Ватта или немногим больше (так называемый QRPP режим - с автономным питанием другой проблематичен), мы в выборе модуляции не вольны.

Хотите дальности - учите телеграф.
Однополосный телефон (SSB) столь же дальнобойным заведомо не будет.

Для интересующихся есть средство моделирования надёжности связи на местности в зависимости от диапазона, антенны, модуляции и мощности - voacap.com Некий хэлп там прилагается, правда, на нерусском языке. Но заинтригованный разберётся.

Далее рассматривается вариант SSB радиоканала, как наиболее сложный в реализации. Есть сомнения, что морзянку сегодня хоть кто-то знает, да ещё и умеет принимать её на слух.

Стало быть, закупаться имеет смысл кварцами на частоту 3.6864 МГц.

§1.5 Чем мы будем руководствоваться. Буквально тезисно.

  1. Нетребовательность к радиолюбительской квалификации.

    1. Понимая, что лишь ничтожно малая часть радиолюбителей проектирует и собирает сложные конструкции, мы примкнём к большинству, которое ни о чём таком даже не помышляет.

      Для этого намеренно разобьём весь девайс на простейшие каскады, каждый из которых может быть растолкован и постигнут. А затем осмысленно собран, с полным пониманием, как он себя ведёт.

      Чтобы это случилось, по тексту даются подробные пояснения.

  2. Соглашение о доступности радиокомпонентов.

    1. Будем ориентироваться на дешёвые комплектующие.
      Они же и самые распространённые.
      А потому и наиболее доступные.

      Более того, сознательно доведём ситуацию до абсурда.
      Возьмём для чистоты эксперимента самые дешёвые детали.
      Такой вот странный челендж.

  3. Отказ от современных технологий.

    1. Договоримся пользоваться самыми допотопными технологиями.
      И исходить из наличия лишь простейших инструментов.

    2. Современная радиотехника базируется на SMD компонентах.
      Но это однозначно не радиолюбительская технология.
      Уж больно детальки мелкие.

      Поэтому наш девайс проектируется на ортодоксальных выводных деталях. Что не мешает Вам лично поступать иначе, если вдруг нестерпимо захочется нанотехнологий. Или есть возможность и желание с ними играться.

  4. Предельно простые схемные решения.

    1. Сегодня радиочастотный тракт строится в основном на элементах цифровой техники, зачастую даже с микропроцессорной обработкой сигнала прямо на борту.

      Однако рядовой радиолюбитель подобное заведомо не осилит.
      Свой радиотракт мы будем базировать на аналоговой «классике».

    2. При проектировании любого каскада предпочтение отдаётся схемному решению, работающему «из коробки». Чтобы нечего было настраивать.

    3. Элементная база пускай служит той же цели. Стандартные решения на широко распространённых интегральных схемах - хороший выбор.

    4. Вот тут спорный момент.

      Местный автор полагает, что не стоит экономить детали, собирая радиоканал по трансиверной схеме. Не столько уж много у нас тех деталей, и не такие они дорогие или дефицитные, чтобы усложнять себе жизнь элементами коммутации и неизбежными компромиссами.

      Обойдёмся без реверсивных трактов. Проще сделать передатчик и приёмник совершенно самостоятельными и отдельными, просто объединив их в один корпус.

Как Вы уже понимаете из озвученных выше хотелок, местный автор намеревается спроектировать и построить «народную» конструкцию, для воплощения которой в жизнь не нужно быть кандидатом в доктора.

Должно хватать радиолюбительской квалификации.
И простейшей элементной базы из прошлого века, теперь уже копеечной.
А в ряде случаев и вообще дармовой, детальки-то бросовые.

§1.6 Не совсем обычная схема построения SSB тракта.

Для приёма SSB требуется достаточно узкополосный приёмный тракт. По общим стандартам, для передачи голоса используется спектр от 300 до 2700 Гц (выше и ниже сигнал должен быть обрезан), так что ширина канала составляет 2400 Гц. Но можно и меньше.

Проще всего вырезать такой спектр с помощью кварцевого фильтра.
Он имеет хорошую крутизну скатов, если кварцев в нём достаточно.
Но кварцы-то копеечные, их мы можем пожертвовать любое количество.

Таким образом, антенна подключается прямо к кварцевому фильтру.
Так крайне редко кто поступает, это совершенно нетрадиционный подход.

В идеальном случае, когда никто не запрещает мечтать о затухании за полосой прозрачности 100 dB (вертикальная ось), хочется видеть такую амплитудно-частотную характеристику фильтра:

SSB кварцевый радиочастотный фильтр.

Кварцевый Band Pass фильтр полностью определяет избирательность всего девайса. Если на ось частоты условно поместить DSB сигнал, содержащий обе боковые полосы, то нижняя боковая полоса (LSB, принята в качестве рабочей на 80-метровом диапазоне) пропускается фильтром. Частоты верхней боковой полосы (USB) через кварцевый фильтр не проходят. Как и несущая, если она не подавлена, или подавлена плохо.

Следовательно, далее радиотракт работает с однополосным сигналом.
Никакие операции по подавлению зеркального канала уже не нужны.

Отфильтрованный радиочастотным кварцевым фильтром сигнал достаточно перенести на звуковые частоты силами очень простого схемного решения. Получается классический Гетеродинный Приёмник, он же Приёмник Прямого Преобразования (ППП, либо Direct-Conversion Receiver для гугления на нерусском языке), но лишённый всех его врожденных недостатков. О чём далее подробнее.

В передающей части «Радио 151 палаты» синтез SSB сигнала ведётся прямо на радиочастоте, так же с использованием кварцевого фильтра для подавления верхней боковой полосы и остатков несущей. Тот же приёмник, только каскады выстроены в обратной последовательности.

На чём стоит заострить внимание.

Как показали комментарии к статье, не у всех возникло понимание, что красная кривая на рисунке выше реализована аппаратно, «в железе». Частоты отфильтрованного сигнала не могут быть изменены, ширина полосы пропускания узкая, и вмещает всего один однополосный сигнал.

Стало быть, тут возможен единственный фиксированный канал связи.
Но зато вырезан он из спектра радиочастот добротно.
По-супергетеродинному, ибо кварцевый фильтр у нас не хуже.

§1.6.1 Достоинства ППП с кварцевым фильтром на входе.

Какие дивиденды даёт кварцевый фильтр сразу после антенны?
Это важно понять, и проникнуться.

  1. Больше не нужно на выходе смесителя городить громоздкие фильтры, дабы добиться высокой селективности по соседнему каналу. Достаточно лишь отфильтровать просочившийся сигнал гетеродина, чтобы он не забивал УНЧ.

    Обычно такие фильтры выполняются на ферритовых кольцах с высокой магнитной проницаемостью. Правда, значение начальной магнитной проницаемости, а с ней и индуктивность, есть сильная функция от температуры, и в диапазоне от минус двадцати до плюс сорока меняется раза в полтора. А это много.

    О сохранении характеристик НЧ фильтров в таких условиях говорить не приходится. Радиолюбители это интуитивно понимают, и пытаются строить фильтры на странных вещах - согласующих трансформаторах от приёмников из 70-ых, магнитных головках от кассетных магнитофонов...

    Нам такие капризные фильтры вообще не нужны. Спектр шириной 2400 Гц переносится в слышимую область, а вокруг никаких помех нет - они хорошо отфильтрованы иным способом прямо на входе девайса.

  2. Традиционный ППП, по аналогии с супергетеродином, имеет зеркальный канал приёма. С ним принято или мириться (но там идёт инверсия спектра, что при наложении на рабочий канал просто выносит мозг), или подавлять его фазокомпенсационными методами. Если Вы хоть раз пробовали этим всерьёз заняться, впредь станете избегать такого неблагодарного занятия. Оно лишь для познавших Дао. То есть не для всех.

    Предлагаемый местным автором вариант исключает из рассмотрения побочный (паразитный) канал приёма, он отсутствует. Так что и бороться не с чем.

  3. Удивительно, но не потребуется и качественный преселектор, как правило, выполненный на высокодобротных контурах, а потому, вследствие законов физики, не умеющий быть компактным.

    Главная цель преселектора в ППП - не дать проникнуть на вход смесителя сигналам, кратным частоте гетеродина. ППП очень любит, и прекрасно умеет принимать на гармониках гетеродина, вплоть до пятой или даже более высокой. Однако, кварцевый фильтр на входе такие сигналы не пропустит.

    Другая цель преселектора - абстрагироваться от внеполосных вещательных станций, обычно мощных, и приводящих к прямому детектированию. Кварцевый радиочастотный фильтр справляется и с этим.

    То есть преселектор мы даже не станем делать.
    И, не поверите, у нас вообще не будет ни одного резонансного контура.

  4. Ну и самое главное.

    При конструировании более-менее профессиональной связной техники изо всех сил стараются до блока основной селекции устанавливать как можно меньше нелинейных элементов. Именно поэтому в ППП смеситель сегодня строят преимущественно на мощных (то есть линейных) ключаx.

    Помещая основной компонент селекции прямо на входе приёмника, мы тем самым избавляем себя от завышенных требований к смесителю, который отныне имеет право быть простым и экономичным по питанию.

  5. Мало где об этом говорится, но у ППП есть баг уровня фичи.

    Сигнал гетеродина, по частоте впритирку с прослушиваемой станцией, просачивается в антенну, и принимается в радиусе пары километров.

    Если вблизи есть другие радиолюбители, для них это досадная помеха в виде несущей, ползающей по диапазону. За такое в не очень толерантных странах могут и дизайн лица кардинально обновить.

    Не забываем и про возможность мультипликативных помех.

    Однако, если между смесителем (откуда просачивается сигнал гетеродина) и антенной стоит узкополосный кварцевый фильтр, причём сигнал гетеродина находится вне полосы пропускания фильтра (на скате, если точнее), наружу он так просто не пройдёт. Затухание в худшем случае составит 25 db, а обычно 35-40 db. Так что и тут от кварцевого фильтра на входе девайса мы получаем гешефт, и заметный.

  6. Хочется отметить простоту схемы.

    По сравнению с классическими трансиверами с несколькими гетеродинами и минимум двумя преобразованиями как в приёмном тракте, так и передающем, в данном случае преобразование всего одно.

    Как следствие, в тракте вообще отсутствуют какие бы то ни было контура, требующие тщательного экранирования и настройки в резонанс.

§1.6.2 Недостатки концепции.

За все перечисленные выше ништяки неизбежно последует расплата:

  1. Радиоканал получится лишь на фиксированную частоту.

    Но об этом мы уже договорились ещё при постановке задачи.
    Именно это нам и нужно. Беспоисковая бесподстроечная связь.

  2. Кварцевый фильтр прямо за антенной имеет затухание до 2 db.
    Чувствительность приёмного тракта выдающейся не получится.

    Что не является проблемой на низкочастотных диапазонах, но всё же.

§1.6.3 В чём суть инновации?

Ничего нового в гетеродинном приёме местный автор не открыл. Сама тема в Стране очень неспешно начиналась с книжек В.Т. Полякова, увидевших свет ещё в начале 80-ых, наиболее уместная для цитирования из которых так и называется - «Гетеродинный приём». Непременно с ней ознакомьтесь.

Правда, схемотехника прямого преобразования из-за плохой совместимости с SSB сразу же подалась в сторону фазового метода формирования и приёма однополосного сигнала, да так там навсегда и осталась.

Насколько местный автор знает, нет ни единой практической конструкции SSB трансивера прямого преобразования на базе классического способа селекции кварцевыми фильтрами.

Возможно, просто потому, что связь на единственной фиксированной частоте мало кому нужна. Хотя что-то подобное встречается в виде модемов для цифровых видов связи, но для полноценного SSB радиоканала концепция не применялась ни разу.

Может, разве что у военных есть шанс встретить нечто похожее.
Но они свои схемы не публикуют, и что втихушку творят, неведомо.

Так как всё когда-то бывает в первый раз, не откажем себе в удовольствии построить такой SSB радиоканал на кучке самых дешёвых кварцев ценою всего в доллар.

Несмотря на вопиющее святотатство, характеристики радиостанции обещают получиться неплохими. Почему так, расписано в предыдущих параграфах.

§1.7 Минимальное приборное оснащение.

Потребуются осциллограф и генератор сигналов на частоты радиоканала.

От генератора хочется высокой верности установки частоты и амплитуды сигнала. Шикарно, если генератор цифровой - частота в нём задаётся с точностью до Герца, а амплитуда до mV. Желателен режим «Sweep».

Если генератор не умеет выдавать микровольты, для характеризации радиоканала потребуется аттенюатор на 60-80 dB. Хотя при постройке радиоканала и его настройке вполне можно без аттенюатора обойтись.

Осциллограф может быть невысокого класса.
Ему достаточно уметь показывать синусоиду на частоте 4 МГц.

Только замерьте чувствительность осциллографа на частоте радиоканала для всевозможных положений его входного делителя. Чем старше прибор, тем произвольнее его калибровка для разных позиций этого переключателя.

§1.8 Предупреждение о номиналах деталей.

Все пассивные компоненты имеют номиналы, оговоренные так называемыми номинальными рядами E3/6/12/24/48/96/192.

Для резисторов обычно используется номинальный ряд E24 (допуск ±5%), для конденсаторов E12 (допуск ±10%). Указанной точности совершенно достаточно.

Однако в пределах данной публикации, там, где это критично, на схемах указаны реальные номиналы пассивных компонентов. Вот прямо измеренные прибором. А не те, что на них обозначены маркировкой. Потому номиналы на схемах имеют право не совпадать со стандартизованными значениями.

Посему, если видите на схеме странную величину ёмкости конденсатора, берите ближайший стандартный номинал в ряду E12. Но при этом понимайте, что в авторском варианте стоит в точности то, что указано на схеме.

Глава 2. Приёмная часть радиоканала.

Поскольку мы с самого начала пляшем от кварцев, перед тем, как начать что-то на них проектировать, стоит знать некоторые занудные вещи, дабы их учесть. Иначе ничего не получится.

Те, кто не уважил ссылку про гетеродинный приём, должны посмотреть на спектр сигнала с картинки:

DSB сигнал.

Нижняя боковая полоса, с которой мы намереваемся работать, на зелёном фоне. Верхняя не рабочая, от неё абстрагируемся. Несущей промеж ними нет, но именно там мы обязаны поставить опорник, стабилизированный кварцем.

Самое смешное, что точно на таких же кварцах придётся делать фильтр на частоты нижней боковой полосы (зелёный прямоугольник). Причём частота, промаркированная на корпусе кварцев, находится вовсе не в центральной части зелёной области, а в районе её левого края (такова особенность построения кварцевого фильтра, о чем далее подробно).

И вот тут у нас есть небольшое противоречие.

Кварцы на вполне конкретную частоту надо как-то заставить работать на совершенно разных частотах, и дальше всего от номинала придётся утащить гетеродинный кварц.

Только от него зависит, какую именно полосу пропускания возможно получить на основе кварцев этой партии. Нет никакого смысла в широкополосном кварцевом фильтре, если гетеродин не удастся увести выше этой полосы по частоте.

Известно, что увод частоты «вверх» обычно весьма небольшой.
Вот это и беспокоит.

Потому и начнём со смесителя, а уж потом вернёмся к кварцевому фильтру с позиций того, что у нас получилось.

§2.1 Смеситель.

Вариантов построения смесителя много, но из-за специфики девайса сгодится лишь самый простой и компактный, без намоточных деталей и кучи «рассыпухи».

Каскад в интегральном исполнении, совмещённый с гетеродином, представляется удачным выбором. Но только такой, в котором нет никаких контурных катушек, или чего-то подобного - «микрофонный эффект» походному приёмнику совершенно ни к чему.

Заведомо хорошо будет работать ячейка Гильберта.
Есть всего два альтернативных варианта её реализации на микросхемах.

UL1042, К174ПС1

Неплох чип UL1042, или содранный с него отечественный аналог К174ПС1. Сам по себе он не особо интересен, но если дополнить его парочкой транзисторов, организовав так называемое «токовое зеркало», то усиление смесителя достигнет 45-49 db. А это фактически половина всего усиления тракта, которое требуется получить (около 100 db). Заманчиво, верно?

Но обращает на себя внимание нетрадиционное включение К174ПС1 во всех серьёзных практических конструкциях - сигнальные и гетеродинные цепи как бы перепутаны местами по сравнению с даташитом. Авторы конструкций оговаривают, что это сделано не от хорошей жизни, а для достижения большего динамического диапазона, который у чипа изначально невелик, и явно недостаточен.

Так же надо понимать, что гетеродин тут получается мультивибраторного типа, в котором кварц обычно возбуждается на частоте последовательного резонанса. Есть большие сомнения, что его вообще удастся увести на несколько килогерц выше по частоте. И тогда придётся городить отдельный гетеродин на рассыпухе, чего бы не хотелось.

Хотя у местного автора имеется с полсотни корпусов К174ПС1, всё-таки не будет хорошей идеей пользоваться этим решением. Хотя оно так и напрашивается.

SA612.

У «советского раритета» есть современный аналог, зовётся NE602 и NE612 (ширпотреб, чипы работают лишь при положительных температурах), или SA602 и SA612 для индустриального применения. Вторые стоят порядка 70 центов за корпус. Столько же, как и «раритет». Это воистину вездесущие чипы, сегодня на них делается буквально всё.

К сожалению, в отличие от К174ПС1, технология «открытого коллектора» тут уже не применяется, так что фишка токового зеркала не доступна, и большого усиления от каскада тоже не добиться. По даташиту оно ожидается в районе 17 db. Но зато гетеродин чипа по схеме Колпитца подходит идеально - в нём кварц работает на частоте параллельного резонанса, что для нас лучше.

Динамический диапазон SA612 порядка 80 dB, несколько больше, чем у «советского раритета», но и не бог весть что, скажем прямо. Коэффициент шума вполне приемлем, а сам смеситель прекрасно сбалансирован до напряжений на входе порядка 15 mV. То есть проблем с просачиванием сигнала гетеродина за пределы смесителя быть не должно.

Даташит SA612AN на русском языке и лот на АлиЭкспрессе:

SA612AN с АлиЭкспресс.

В целом SA612 для любительской конструкции вполне годная, да и схема получается простейшая. Пусть она будет балансной как по входу, так и по выходу, максимально реализуя возможности чипа:

SSB КВ радиостанция 151 палаты. Схема смесителя.

Конденсаторы на обоих выходах смесителя заземляют на массу сигнал гетеродина, ежели он вдруг как-то просочится наружу. И немного срезают высокие частоты.

Даташитом оговаривается питание микросхемы от 6 Вольт, так что не жалеем пяти центов, и даруем чипу персональный стабилизатор питающего напряжения на 78L06. Он же выполняет функцию развязки по питанию, чем в конструкциях с большим усилением пренебрегать явно не стоит.

Может показаться странным вместо варикапа электронной настройки видеть диод. Но заурядный силовой выпрямительный диод более распространён, и неплохо работает варикапом. Так, у диодов 1N4001-1N4007 при обратном смещении от 1 до 6 Вольт ёмкость меняется от 12 до 7 пФ, чего достаточно.

Данная схема была отмакетирована, и оказалось, что любой кварц из партии не позволяет увести частоту гетеродина даже на 2 кГц выше паспортной частоты резонатора, так что пришлось включить целых три кварца параллельно. Это концепция Super VXO, предложена двумя японскими радиолюбителями в 1980 году, и в оригинале подразумевала лишь пару кварцев в параллель.

Но где два, там и три. Добавление четвёртого кварца (их же у нас много, и нам их совершенно не жаль) не позволило заметно сместить частоту ещё дальше. Волшебство имеет свои пределы, и заканчивается на трёх штуках.

Естественно, сразу же хочется сравнить резонаторы в малогабаритном корпусе HC-49S с полноразмерными, в корпусе HC-49U. Это делалось - вместо трёх параллельно соединённых HC-49S ставился всего один HC-49U на эту же частоту, и в результате гетеродин перестраивался примерно в тех же пределах. Второй кварц HC-49U в параллель к первому уведёт гетеродин ещё выше по частоте.

Вывод: хотя кварцы с АлиЭкспресса на 3.6864 МГц легко добываются и стоят копейки, они не так хороши, как обычно используемые в кварцевых фильтрах. Но их всё-таки можно «увести» вплоть до частоты 3.6885 МГц посредством схемы Super VXO. Больше не получается, ёмкость «уводящего» конденсатора становится слишком маленькой, и гетеродин может перестать возбуждаться.

§2.1.1 Критически о схемотехнике смесителя.

Опытные конструкторы, конечно же, скажут, что SA612 в первом смесителе в таком включении не применяется, а используется совместно с внешним гетеродином, желательно выполненном полностью на SMD компонентах для жёсткости конструкции и минимизации излучения. Ибо чип шумноват.

Более того, микросхема изначально проектировалась для совсем другого диапазона и применения. Радиолюбители ею пользуются лишь потому, что им надоело паять смесители на диодах и ферритовых кольцах, но ничего иного столь же простого в доступности тупо нет. Не считая «цифру».

Местный автор всё это прекрасно понимает, но допускает работу чипа на шумном низкочастотном диапазоне 80 м. Потому как слабое шипение тракта на полном усилении не идёт ни в какое сравнение с тем, что происходит при втыкании в антенный разъём даже нескольких метров провода.

§2.1.2 Что можно настроить в смесителе?

Видимо, только соотношение емкостей конденсаторов, подключённых к ножкам 6 и 7 чипа, и их номиналы. Указанные на схеме подобраны так, чтобы была возможность утащить кварцы гетеродина как можно выше по частоте. Но не факт, что амплитуда сигнала гетеродина при этом оптимальна с точки зрения шумовых свойств смесителя.

У местного автора напрочь отсутствует приборное оснащение, позволяющее ставить эксперименты в таком направлении.

Хрестоматийные ёмкости в генераторе на базе топологии SA612 таковы:

Ёмкости в генераторе Колпитца.

И положено им быть в точности 51 и 270 пФ в соответствии с формулами:

Ёмкости в генераторе Колпитца.

§2.2 Кварцевый SSB фильтр.

Любой, кто хотя бы в ознакомительных целях исследовал мир многозвенных кварцевых фильтров, сейчас же закричит, что это запретная тема, в которую вхожи разве что познавшие сатори. Собрать грамотный и качественный фильтр без сложных и дорогих приборов невозможно. Да и то его надо перед этим считать специальным софтом.

Это почти так.

К счастью, есть малоизвестная разновидность кварцевых фильтров под непереводимым названием Quasi Equi Ripple (QER). Этот вариант зачаровывает тем, что в нём используются кварцы на одну частоту (обычно даже без всякого подбора, просто из одной партии, прямо как у нас), а так же конденсаторы лишь одного номинала. Вот как страшно это выглядит:

Типовой кварцевый QER фильтр.

Синхронно варьируя ёмкость сразу всех конденсаторов Ck, добиваются нужной полосы пропускания кварцевого фильтра. Изменяя число звеньев фильтра, получают необходимую крутизну ската. Останется только «на глаз» согласовать фильтр по входу и выходу со смежными каскадами радиотракта, и цель достигнута.

Если подобные изыскания проделать один раз, подобрав эмпирически номинал конденсаторов, то для точно таких же кварцев того же самого производителя аналогичный по характеристикам фильтр должен получаться автоматически.

§2.2.1 Построение QER фильтра.

Обсчёт QER фильтра сложен, хотя и возможен. Но для этого надо знать некоторые специфические параметры кварцевых резонаторов, которые без специализированных приборов не узнать никак, а производитель их зачастую вообще даже не указывает. Поэтому далее изложена личная методика местного автора, более эмпирическая, нежели научная. И она ни разу не догма.

Для начала собирается тестовая схема, дабы оценить, при каких именно емкостях Ck получается требуемая полоса пропускания фильтра.

Макетирование QER фильтра.

На вход с генератора подаётся сигнал достаточной амплитуды, например, 100 mVpp (pp означает от пика до пика), на выход приходят несколько десятков миливольт (тоже от пика до пика), наблюдаемые на экране осциллографа. Двигаясь по частоте, оцениваем ширину пропускания макета фильтра. Которая зависит только от ёмкости конденсаторов Ck.

На неравномерность АЧХ внимание обращать не нужно - там будут просто дикие провалы из-за заведомо плохого согласования фильтра по входу и выходу. На входе последовательно с 50 Омами генератора включён взятый с потолка резистор в 1 кОм, а на выходе в параллель с тем же «потолочным» килоомом подключён высокоомный вход осциллографа.

С китайскими кварцевыми фильтрами, отсылка к которым была выше, ширина полосы пропускания SSB фильтра в районе 2 кГц получается при емкостях конденсаторов порядка 7 пФ (их подбирают эмпирически, заменяя оба сразу). Ёмкость мала, и это автоматически означает, что сопротивление фильтра ожидается большим.

Оценить его можно лишь грубо, по формуле, заимствованной от лестничных фильтров. Местный автор не уверен, что формулу можно применить к QER фильтру. Вероятно, коэффициент в формуле не шибко адекватен.

{1} R [Ом] = 97562 / (F [МГц] * C [пФ])

F - частота кварцев в мегагерцах.
C - ёмкость конденсаторов в пФ.

Для кварцев на частоту 3.6864 МГц и емкостях Ck ~7 пФ сопротивление фильтра близко к 4 кОм. Но импедансы антенного входа и смесителя, к которым фильтр подключен, даже близко не такие.

Стало быть, далее просто обязаны появиться согласующие элементы, в качестве которых для местного автора наиболее понятным образом работают трансформаторы на ферритовых кольцах. Их просто считать. Так что окончательно каскад начинает выглядеть вот так устрашающе:

SSB КВ радиостанция 151 палаты. Кварцевый фильтр.

Согласование антенного входа с кварцевым фильтром посредством трансформатора удобно возможностью использования самых разнообразных антенн с любым волновым сопротивлением. Просто в качестве первичной обмотки мотается иное число витков.

Общее число кварцев в 8 штук выбрано исходя из крутизны скатов АЧХ. Местному автору этого показалось вполне достаточным. У вас может быть иное впечатление, и Вы вправе как добавлять звенья, так и изымать. Ширина полосы пропускания фильтра от этого почти не зависит. Только крутизна скатов. И так как кварцев у нас много, их можно не жалеть.

Два встречно-параллельных диода на входе фильтра поставлены для защиты от сигналов с большой амплитудой. Суммарная ёмкость этих диодов на малом сигнале около 1 пФ, что на фильтр не влияет. По идее, такие же диоды надо бы употребить и на выходе фильтра, из соображений симметрии.

Теперь, дабы убедиться, что от фильтра действительно можно добиться плоской вершины в полосе пропускания (это крайне важно), необходимо согласовать фильтр с измерительными приборами. И посмотреть, что получится.

Формула вычисления индуктивностей, подключаемых к фильтру на концах:

{2} L = R / (2 * π * F)

π = 3,14159
F - частота, [МГц]
L - индуктивность, [µH]
R - входное/выходное сопротивление фильтра, [Ом]

У нас L = 3780 / (2 * 3.14 * 3.6864) => 163 µH.

Индуктивность великовата, её придётся мотать на феррите. Зная размеры ферритового кольца и его начальную магнитную проницаемость, по калькулятору нетрудно найти число витков обмотки.

Но сперва придётся определиться с параметрами ферритового кольца.

§2.2.2 Выбор материала ферритовых колец.

Обратите внимание, сопротивление кварцевого фильтра по входу и выходу получилось раз этак в двадцать выше, нежели на «кошерных» кварцах. Это неизбежно приводит к завышенной индуктивности катушек согласующих трансформаторов, и требует использования ферритов с высокой магнитной проницаемостью. То есть низкочастотных.

Идеально подошли бы амидоновские кольца FT37-77, но их не сыскать.
Из более-менее доступного можно назвать FT37-43.
На любых других марках число витков будет великовато.

Осталось лишь пройти квест по добыче указанных колечек :)
Скорее всего, путь будет тернист.
Особенно в провинции.

Ферритовое кольцо К10*6*4.5 М2000НМ

Однако, во всех радиомагазинах Страны сыщутся кольца типоразмера К10*6*4.5 на феррите марки М2000НМ ещё советских времён. По ГОСТу в обозначении фигурируют внешний и внутренний диаметр, а также толщина кольца (всё в мм). Стоит центов 10, и дефицитом точно не является.

Для такого советского ферритового кольца калькулятор выдаёт 16 витков. Это обмотки трансформаторов, подключённые к кварцам.

Для правильного согласования с предыдущим и последующим каскадами измерительной установки (входной трансформатор подключается напрямую к 50-омному выходу генератора, а выходной замкнут на 50-омный резистор, и далее подан на высокоомный вход осциллографа) этим обмоткам нужно по 2 витка.

Как это вычислено? Подставьте 50 Ом в формулу {2}, а далее снова воспользуйтесь онлайн-калькулятором с данными того же самого ферритового кольца. Округление в большую сторону - дробную часть витка намотать не получится.

Договоримся такие ферритовые кольца использовать во всей конструкции.
Их потребуется четыре штуки.

Теперь несколько важных моментов.

а) Разброс магнитной проницаемости µ.

Местный автор в данном мануале поступает прямо как акын - что видит, про то и поёт. И, к примеру, если у него в руках десяток колец с маркировкой К10*6*4.5 М2000НМ все до единого ведут себя одинаково, считается, что и другие ферритовые кольца той же марки должны вести себя так же.

При этом измеренная магнитная проницаемость µ у этих колец по факту вовсе не 2000, а 2300. Количество витков для всех трансформаторов далее в тексте приводится не для номинального, а для реального значения µ.

б) Если не нашлось таких же ферритовых колечек?

Прекрасно подойдут другие марки феррита с близкой проницаемостью.

Пусть у нас будет под руками так же табличка для разной толщины этих колец - поиск конкретного типоразмера не представляется целесообразным.

Так, 18-витковая катушка на «реальных» кольцах имеет индуктивность 335 µH. Она же на других типоразмерах, если предположить строгое совпадение магнитной проницаемости с паспортной:


Марка: Проницаемость: Типоразмер мм Число витков:
FT37-43 850 9.5*4.75*3.3 30
FT37-77 2000 20
М2000НМ (НН) 2000 К10*6*3 24
К10*6*4 21
К10*6*4.5 19

в) Если ферритовое кольцо низкоомное.

Пользователи импортных ферритовых колец с подобным не сталкиваются, так как в фирменной продукции всё продумано и предусмотрено. В частности, грани ферритового кольца обязательно скругляются, а само кольцо полностью покрыто лаком. Напряжение пробоя не менее 500 Вольт.

Имея дело с отечественными ферритовыми изделиями, будьте готовы к их топорности. Защитное лаковое покрытие отсутствует даже в планах, а грани ферритовых колец при намотке проволоки внатяжку обязательно поранят её изоляцию. Потому как в сечении у русского ферритового кольца прямоугольник, углы ни разу не скруглены.

Если феррит имеет малое электрическое сопротивление (потыкайте в колечко щупами омметра на пределе, умеющем мерить килоомы), то он способен закоротить собой витки провода, изоляция которых поранена об острые грани ферритового кольца.

В таком случае перед намоткой катушки обязателен слой фторопластовой ленты, целиком покрывающий всю поверхность ферритового кольца. Может быть, и два слоя не будут лишними.

При отсутствии фторопластовой ленты проявляйте смекалку.
Сантехническая ФУМ-лента ничуть не хуже.

г) Чем и как мотать обмотки ферритовых трансформаторов?

Исключительно медной проволокой.
Никакая другая не подойдёт.

Диаметр проволоки выбирают таким, чтобы необходимое число витков, равномерно распределённых по кольцу, занимало сектор около 300°. Сегмент кольца между началом и концом обмотки оставляют пустым, чтобы уменьшить ёмкость между выводами. А максимально возможный диаметр проволоки проистекает из соображений достижения как можно большей добротности катушки. Хотя в нашем случае про это думать не приходится.

В данной конструкции для рекомендованных ферритовых колец весьма подходит проволока диаметром ½ мм. Ею мотают обмотки, подключаемые к кварцевым фильтрам.

Обмотки связи размещаются поверх, через изолирующий фторопластовый слой, и проводом потоньше (он хорошо укладывается в бороздки между витками первичной обмотки). Подойдёт тонкая проволока диаметром 0.2 мм.

Изыщите, где её можно взять. В принципе, она даже продаётся.
Но никто не запрещает раздербанить старый сетевой трансформатор.
Местный автор именно так и поступил.

В слабеньком сетевом трансформаторе от радиохлама тонкой проволокой выполнена первичная обмотка, а толстой вторичная. Несколько толще или тоньше указанной - не существенно.

§2.2.3 Уточнение сопротивления фильтра.

Это самая озадачивающая операция, требующая нескольких итераций.

Исходная базовая формула {1} для всех дальнейших расчётов носит оценочный характер. Потому как оперирует сферическим конём в вакууме, то есть идеальными кварцевыми резонаторами. Никакие их реальные параметры мы в неё не подставляли (да и не знаем их, если честно).

Кроме того, магнитная проницаемость феррита по паспорту может сильно не совпадать с реальной. Особенно если в конструкции задействован низкочастотный материал - он используется не совсем на тех частотах, под какие планировался.

Причём, даже если померить индуктивность обмотки прибором, нужно понимать, что измерение делается не на той частоте, под которую эта индуктивность потом будет поставлена. А между тем график частотной дисперсии начальной магнитной проницаемости низкочастотных ферритов завораживает своей непрямолинейностью и эротичностью изгибов.

Словом, число витков по-любому придётся подбирать.
Непременно нужен макет, хотя бы грубый и топорный:

Макет кварцевого фильтра.

И действительно, сняв АЧХ фильтра с якобы правильно рассчитанными согласующими трансформаторами, местный автор обнаружил заметную неравномерность в полосе пропускания. Со стороны генератора (50-омный выход) и осциллографа (параллельно его входу припаян резистор 50 Ом) согласование двумя витками есть, а вот со стороны фильтра, видимо, совсем никакое.

Поэтому витки со стороны фильтра как на входе, так и на выходе надо синхронно или отматывать, или доматывать. В данном случае второе.

В прикидочных расчётах индуктивность катушки получилась 163 µH. На выбранном ферритовом кольце с магнитной проницаемостью µ=2000 нужно бы намотать 14 витков. Однако в реальности µ оказалась 2300, так что витков достаточно всего 13.

Но это в теории. На практике же максимально равномерная АЧХ в полосе прозрачности фильтра получается при 18 витках, и выглядит при снятии по точкам вот так:

АЧХ кварцевого фильтра.

По факту индуктивность обмотки 335 µH, что на частоте радиоканала согласно формуле {2} даёт сопротивление 7760 Ом.

Это довольно много.
Но что есть, то есть.

§2.2.4 Предварительное резюме.

Как видим, китайские кварцы в корпусе HC-49S DIP-2, более известном как «лодочка», на частотах 80 метрового радиолюбительского диапазона всё-таки позволяют реализовать SSB фильтр с приемлемыми скатами, но уже где-то на грани.

Ширину пропускания фильтра местный автор видит несколько менее 2 кГц.
Это будет что-то близкое к модуляции «Standard SSB Narrow».
Обозначается как 2K00J3E, сплошь и рядом используется вояками.
Им не требуется «красиво» звучать, с кошерной тембровой окраской.

На всякий случай табличка с базовыми вариантами SSB сигнала:

Стандартные SSB моды Ширина: Частоты по уровню -6dB Обозначение
Standard SSB Narrow 2.0 кГц 400 Гц ~ 2.4 кГц 2K00J3E
Standard SSB Medium 2.4 кГц 300 Гц ~ 2.7 кГц 2K40J3E
Standard SSB Wide-1 2.7 кГц 200 Гц ~ 2.9 кГц 2K70J3E
Standard SSB Wide-2 2.9 кГц 100 Гц ~ 3.0 кГц 2K90J3E

Важно:

    Конденсаторы в кварцевом фильтре только на керамике NPO (C0G).
    На ценниках обозначаются как NP0 X.XpF 5% 50V
    Марка - CL0805 (аналог К10-17б). На фото макета показаны именно они.

    По возможности отберите конденсаторы по прибору на одинаковую ёмкость. Разброс в партии бывает довольно существенный, и даже единственный конденсатор, заметно отличающийся по ёмкости от других, не позволит получить плоскую вершину АЧХ фильтра. Если изначально исключить такую угрозу, правильная АЧХ получается автоматически.

Замечание:

    Для стандартной ширины канала 2K40J3E нужны другие кварцы.
    В корпусе HC-49U, высотой 13 мм.
    Взять такие можно тут.
    Соответственно, сопротивление фильтра изменится.
    Все трансформаторы придётся пересчитать.
    Возможно, даже с заменой марки феррита.

Таким образом, построение QER фильтра на одинаковых кварцевых резонаторах представляется довольно тривиальной задачей, а все расчёты выполняются по простейшим формулам на бумажке огрызком карандаша.

Единственный экспириенс сопряжён с подбором номинала конденсаторов для достижения необходимой полосы пропускания, но это не сложно. Согласование фильтра тоже сильно не озадачит.

§2.2.5 Выбор полосы пропускания фильтра.

Так как левый скат фильтра на оси частот зафиксирован номиналом используемых кварцев, а правый скат, как мы выяснили, дозволено отодвинуть от левого примерно на два килогерца (гетеродинный кварц вверх по частоте не шибко-то и уводится), возникает вопрос, в каком именно месте расположить правый скат нашего фильтра.

Видимо, разумно исходить из сетки частот, используемой радиолюбителями.

При послушивании эфира становится ясно, что SSB станции все поголовно стоят в килогерцовой сетке, и лишь в редких случаях можно встретить станцию в сетке ½ кГц. Хотя используемая радиолюбителями аппаратура, сплошь и рядом оснащённая синтезаторами частоты, позволяет выставить любую частоту с дискретностью 10 Гц и лучше, на практике подобным онанизмом в SSB участке никто не занимается.

Примем это как данность.

С целью точного определения емкостей кварцевого фильтра под разную полосу пропускания местный автор проделал лабораторную работу, и отмакетировал уже известную схему из восьми резонаторов в корпусах HC-49S DIP-2:

SSB КВ радиостанция 151 палаты. Кварцевый фильтр.

Выводы кварцевых резонаторов укорачивались до минимальной длины, их корпуса заземлялись. Конденсаторы применялись безвыводные, SMD. Так что никаких паразитных емкостей и индуктивностей в схему не привнесено, макет предельно тщательный.

Получилась вот такая весёлая картинка (крупнее по клику):

Влияние ёмкости на полосу пропускания кварцевого фильтра.

В принципе, от этих кварцев можно добиться даже стандартной полосы ΔF=2400 Гц. Но только вот неравномерность в полосе пропускания фильтра достигает 4 dB, и её не удалось победить никакими средствами.

Так что реальных вариантов всего два:

  1. Частота 3688.0 кГц, полоса -6 dB 3686.15 - 3687.8 кГц, ΔF=1650 Гц.
  2. Частота 3688.5 кГц, полоса -6 dB 3686.15 - 3688.3 кГц, ΔF=2150 Гц.

Опорник отстоит от нижней звуковой частоты радиоканала на 200 Гц, потому как на практике такой вариант чаще всего и используется.

В первом случае все конденсаторы фильтра имеют ёмкость 9.1 пФ.
Во втором - 5.1 пФ.

Ёмкость монтажа тут никак не учтена, в реальности она составляет ~1.5 пФ при использовании выводных конденсаторов, от которых на плате к кварцам проложены сантиметровые печатные проводники. С учётом этого номинал выводных конденсаторов «чистыми» получается 7.5 и 3.6 пФ.

При распайке SMD конденсаторов никакие дорожки не нужны - ёмкость безвыводных конденсаторов такая и будет, 9.1 пФ и 5.1 пФ соответственно.

Ну и какой вариант выбрать?
Давайте руководствоваться здравым смыслом.

Всякий работавший с QRPP знает, что высоких частот в сигнале слабо проходящей станции обычно вообще не слышно. Особого смысла в широкой полосе приёма нет. Тем более, что самая информативная часть спектра человеческой речи заключена в диапазоне от 600 Гц до примерно 2000 Гц (а у мужского голоса даже менее, чем 2 кГц).

На аппарате со множеством опций в таких случаях обычно применяется фильтр с ΔF=1800 Гц. Видимо, имеет смысл изначально строить приёмник именно с такой полосой, по варианту номер раз.

Это красная кривая на графике выше.

Может показаться, что у неё не всё хорошо с равномерностью в полосе пропускания. Однако при включении в тракт приёмника, о чём далее, ситуация исправляется:

QER фильтр в радиотракте и вне его.

Красным цветом показан фрагмент АЧХ кварцевого фильтра с предыдущего рисунка, синим - он же, но уже в составе приёмного радиотракта, то есть с согласованием по входу и выходу.

Как видим, достигнута неравномерность менее 1dB в полосе пропускания, а ширина полосы пропускания фильтра по уровню -6 dB составляет 1.7 кГц, от 3686.1 до 3687.8 кГц.

Это весьма близко к стандартному фильтру трансивера 1.8 кГц для тяжёлых условий приёма.

Для любопытных:

    Варьирование емкостей конденсаторов связи QER фильтра с замером его полосы пропускания позволяет подобрать неизвестные нам параметры кварцевых резонаторов так, чтобы с ними программа «Dishal» на своей вкладке QER показывала вменяемый результат для каждой пары ёмкость - ширина полосы пропускания.

    Реверс-инжиниринг реального QER фильтра программой «Dishal».

    Такой реверс-инжиниринг, естественно, не более чем прикидочный.
    Но на значения Lm и Cp кварцев уже можно как-то ориентироваться.

§2.2.6 О подборе кварцев.

Кварцы HC-49S DIP-2.

Все понимают, что даже серийные изделия, выпускаемые миллионами под копирку, всё равно немного отличаются друг от друга. И если взять цифровую шкалу «PLJ-8LED» и генератор по схеме Пирса, то можно ведь отобрать резонаторы на одну частоту, чтобы их характеристики были максимально близки?

Да, так набрается кучка кварцев на частоту, близкую к обозначенной на них маркировкой. И кучка поменьше, у которых частота отличается. Самые высокочастотные из последних пойдут служить в гетеродин, это логично. Даже возможно, что вместо трёх кварцев по схеме, будет достаточно лишь двух в параллель, но тщательно отобранных.

Однако вот не факт, что кварцы из основной кучки наилучшим образом подойдут для фильтра. Там работают как последовательный, так и параллельный резонансы. Причём их разность по частоте (важная для фильтра) не связана какой-то формулой или зависимостью с частотой любого из резонансов. А есть ещё такие параметры, как добротность, активность кварца...

Так что не стоит особо заморачиваться с подбором кварцев. Местный автор был немало удивлён, когда, разложив кварцы по кучкам «одинаковые» и «отбракованные», он по невнимательности кучки перепутал, а потом не смог найти отличия в фильтрах из «правильных» и «некошерных» кварцевых резонаторов.

Думается, что для достаточно простой конструкции, которой потом не потребуется проходить военную приёмку, подбор резонаторов и вовсе не нужен. Достаточно проверки их исправности.

§2.2.7 Согласование смесителя с кварцевым фильтром.

Пришла пора объединить антенный кварцевый фильтр со смесителем. Формально смеситель является нагрузкой фильтра, и при неправильном согласовании их сопротивлений мы поимеем завалы на АЧХ. Так что количество витков катушки, нагруженной на смеситель, надо подбирать со старанием.

Ежели по науке, то при входном сопротивлении дифференциального входа SA612 порядка 3 кОм по даташиту, обмотка на выбранном магнитопроводе должна содержать всего лишь витков 12. Но почему-то конкретно тут наука не работает - согласования не получилось от слова совсем.

Тогда делаем иначе - наматываем на колечко трансформатора витков 30, и, любуюсь на сквозную АЧХ от антенного входа до любого выхода смесителя, отматываем витки по одному до достижения наилучшей формы АЧХ.

Так как график по точкам мы уже строили, для разнообразия посмотрим АЧХ фильтра на осциллографе с помощью режима «Sweep» генератора:

Согласование кварцевого фильтра со смесителем.

Для понимания: на антенный вход подаётся радиочастота 3.68X МГц, где X варьируется развёрткой осциллографа. На осциллографе наблюдается звуковая частота, получившаяся при вычитании радиочастоты из частоты гетеродина на одном из выходов смесителя. Так как частота гетеродина находится правее, там колебания более низкочастотные, что наглядно видно.

В процессе отматывания витков амплитуда кривой должна оставаться такой же, либо подрастать (несмотря на то, что коэффициент трансформации уменьшается), а АЧХ фильтра становиться более плоской у своей вершины. Итерации проводятся до тех пор, пока АЧХ не станет максимально равномерной. Далее кривулька заметно деградирует, а её амплитуда падает.

Оптимальное число витков со стороны смесителя получилось 20-22.
Что соответствует входному сопротивлению SA612 около 10 кОм.
То есть в районе 5 кОм на каждый вход. Вот совсем не по даташиту.
Скорее всего, такова плата за китайское происхождение самих чипов.

§2.2.8 О согласующих трансформаторах.

Возможно, кому-то покажется хорошей идеей вообще отказаться от любых намоточных изделий в приёмном тракте, и согласовывать кварцевый фильтр на концах иным образом. Что, естественно, возможно.

Преобразование линейной зависимости потенциометра в обратнологарифмическую.

Например, на выходе фильтр можно нагрузить резистором порядка 7-8 кОм (подбирается), и далее, как обозначено на рисунке, подвести сигнал в противофазе к ножкам 1 и 2 чипа смесителя. Куда, кстати, можно добавить и схему балансировки.

Понятно, что придётся озадачиться подбором типа полевого транзистора, руководствуясь напряжением отсечки в такой схеме, при этом правильно выбрав рабочую точку, обязательно на линейном участке характеристики.

Навскидку должен подойти BF245A, либо отечественный КП303Е.
На входе фильтра тоже не проблема поставить полевик.
Или биполярник по схеме с общей базой.
Имеете на это полное право.

Но обязательно помните, что избавив себя от миленьких и симпатичных ферритовых колечек, Вы неизбежно потеряете в динамическом диапазоне, интермодах, и, возможно, в шум-факторе.

Видимо, дубовая схемотехника с двумя ферритовыми колечками всё-таки понадёжнее будет. Да и проще как-то.

§2.3 Предварительный усилитель низкой частоты.

Если посмотреть схемы конструкций ППП, у большинства из них предусилителя нет вообще, либо он выполнен на одиноком малошумящем транзисторе с неведомым коэффициентом усиления каскада. Но, ежели всё делать по уму, требуется подсчёт.

Математика тут простая - если усиление всего тракта планируется как 100 db (кстати, цифра обсуждаемая), на выходе смесителя усиление 17 db (это замерено и подтверждено), а оконечный усилитель на каком-нибудь распространённом чипе LM386 имеет паспортное усиление 46 db, то на предусилитель остаётся 37 db.

Это около 70 раз усиления по напряжению.
Немного больше или меньше, не так важно.

§2.3.1 Выбор Операционного Усилителя (ОУ).

Критерий выбора предельно прост - качественный современный ОУ имеет частоту единичного усиления (Unity-Gain Bandwidth, смотрите в даташитах) не менее 10 МГц, и фактор шума на частоте 1 кГц не более 5 nV/Hz½

Добавим ещё требование к минимальному питающему напряжению ±5 V.
И обращайте внимание на потребляемый ток. Питание-то батарейное.

Самый широко распространённый и наиболее часто употребляемый чип, удовлетворяющий таким несложным условиям, зовётся NE5532P. Он имеет защиту по входу и выходу, в одном корпусе содержит сразу два ОУ, заведомо есть в любом магазине радиодеталей, да ещё и крайне дёшев:

NE5532P с АлиЭкспресс.

Возможно, имеет смысл поискать более современный чип NE5534 - хоть в корпусе всего один ОУ, но шум-фактор у него почти в два раза лучше, а стало быть, формально и чувствительность приёмника, ограниченная шумами, будет вдвое выше.

§2.3.2 Схемотехника предварительного УНЧ.

Очень удачно, что смеситель приёмника имеет два выхода, сигналы на которых находятся в противофазе. Логично было бы повесить на них первичную обмотку трансформатора, а со вторичной снять сигнал. Тогда возможности смесителя реализуются наиболее полно, и заодно осуществляется развязка каскадов по напряжению. Часто так и поступают.

С другой стороны, потенциал на выходах смесителя близок к 5 Вольтам, что почти вдвое меньше 9 Вольт питающего напряжения NE5532P (его мы, конечно же, застабилизируем с помощью 78L09). Это означает, что нет необходимости городить «виртуальную землю», а входы ОУ вполне можно соединить напрямую с выходами смесителя, без гальванической развязки.

Такое соединение каскадов благоприятно сказывается на подавлении синфазных помех в радиотракте, а отсутствие переходных конденсаторов в малосигнальных цепях, за которыми следует большое усиление, избавляет от шорохов и тресков, обычно и вызванных не очень качественной керамикой.

Чтобы синфазные помехи хорошо давились, необходимо одинаковое усиление по прямому и инверсному входам ОУ, а так же идентичное входное сопротивление на них. Этого можно добиться лишь в схеме дифференциального суммирующего усилителя, которая внешне проста, но мало кто умеет её правильно готовить:

SSB КВ радиостанция 151 палаты. Схема предусилителя.

Многие сразу скажут, что в ней всё неверно. Потому как привыкли видеть на входе одинаковые резисторы (R2=R1), а так же элементы, определяющие усиление каскада (Ky) R3=Rf.

Между тем, М.Х.Джонс на стр. 286 своего учебника «Электроника - практический курс» справедливо отмечает, что при таком подходе входное сопротивление по инвертирующему входу равно R1, а по неинвертирующему - R2+R3. То есть оно отличается в Ky раз (в десятки, а то и сотни).

Действительно, для согласования двух каскадов между собой необходимо, чтобы каждый выход смесителя был нагружен на сопротивление, в точности равное его выходному сопротивлению. Тогда потери мощности в цепи не происходит.

Итак, от товарища Джонса мы получили зависимости:

{3} Ку = R3 / R2 = Rf / R1
{4} R2 + R3 = R1

R1 определяется даташитом на чип смесителя как его выходное сопротивление, равное 1.5 кОм, коэффициент усиления Ку мы задаём сами. Тогда номиналы резисторов вычисляются так:

{5} Rf = R1 * Ky
{6} R2 = R1 / (1+ Rf / R1)
{7} R3 = R1 - R2

Могут возникнуть вопросы по поводу составного резистора R3 на схеме. Это либо отбранный экземпляр, имеющий сопротивление на величину R2 меньше, чем R1, либо в точности такой же резистор, как R1, к которому в параллель присоединён резистор с номиналом Rf, в итоге уменьшающий сопротивление как раз на значение R2.

§2.3.3 АЧХ тракта с предусилителем.

На выходе предусилителя амплитуда сигнала достигает нескольких вольт, поэтому не составляет труда промерить сквозную АЧХ радиоканала ниже уровня в -60 db. Далее уже не особенно интересно, так как регламентом предписано подавлять все внеполосные сигналы как минимум в тысячу раз (именно на 60 db).

Радиостанция 151 палаты, АЧХ после предусилителя.

Теперь, когда АЧХ кварцевого фильтра уже более-менее вырисовывается, можно вынести заключение о применённых резонаторах.

Хай-эндом и образцом для сравнения в Стране считаются кварцы в корпусе Б1 военного производства глубоко советских времён. Шестикристальный фильтр из которых имеет затухание за полосой пропускания не менее 70 dB, чего почти достаточно (на нашей частоте минимально необходимо 80 dB).

Формально у нас тоже шестикристальный фильтр, но с продублированными крайними резонаторами, которые не увеличивают порядок фильтра. Затухание за полосой прозрачности выходит на уровень -70 dB, что весьма неплохо. Но вот скаты кривой пологие, и даже отдалённо не напоминают характеристику «военного» фильтра.

Точнее, к правому скату особых претензий нет, а вот левый подкачал. Да, он по физике процесса и должен быть положе правого, но нас получившийся результат не устроит. Возможно, Фильтр Нижних Частот (ФНЧ, он же Low-Pass Filter) способен привнести большую симметрию в наблюдаемую картину.

§2.4 Фильтр Низкой Частоты (ФНЧ).

Сильно крутой ФНЧ затевать вряд ли стоит, для наших целей достаточно фильтра второго порядка. В этом поможет софт «Filter Wiz Lite».

Так же применима любая другая схема активного фильтра, хорошо себя зарекомендовавшая в многократно повторённых конструкциях.

А пока вспомним, что чип NE5532P имеет в своём составе два независимых операционника, один из которых мы пока не задействовали. Если сохранить концепцию непосредственного соединения всех малосигнальных каскадов, без разделительных конденсаторов и организации «виртуальной земли», схема ФНЧ выйдет совсем простой:

SSB КВ радиостанция 151 палаты, схема ФНЧ

Про детали: обратите внимание на качество используемых конденсаторов. Их ёмкость должна быть стабильна, поэтому конденсаторы на китайской керамике тут не подойдут.

Автор применил конденсаторы марки КМ5 ещё советского производства 70-ых годов выпуска. Зелёненькие такие, внутри военной техники почему-то использовались только они - на военных палладия было не жалко.

Сквозная АЧХ тракта от антенного входа до выхода ФНЧ:

Радиостанция 151 палаты, АЧХ до ФНЧ и после него.

Чёрная кривая показывает то, что мы имеем на входе ФНЧ, а синяя - на выходе. Эффект есть. Что касается уровня подавления в 60 db, теперь он достигается при смещении от границы радиоканала вниз по частоте менее чем 2 кГц. Видимо, для походного приёмника этого уже вполне достаточно.

Попутно и про другие надписи на графике.

Местный автор повидал немало подобных рисунков к «классическим» конструкциям. Считается достойным, когда частота гетеродина (красная линия) пересекает график на уровне -25 db и ниже. Тут это случилось на уровне -28 db, что говорит о правильно выбранном числе звеньев в QER-фильтре.

Сама частота гетеродина отстоит от края зелёного прямоугольника на 200 Гц. А прямоугольник привязан к АЧХ - он должен своими верхними углами закрепиться на скатах на уровне -6 db.

Частоты, показанные на графике зелёным цветом, обозначают границы радиоканала. Частота связи совпадает с частотой гетеродина. Она получилась 3.688 МГц, и железно следует из АЧХ кварцевого фильтра.

§2.4.1 Истинное предназначение ФНЧ.

Может показаться, что влияние ФНЧ незначительное, и не очень ясно, зачем он вообще затеян. Однако, если посмотреть на АЧХ чуть издалека, смысл действа становится понятен:

АЧХ радиотракта обзорно.

У радиолюбителей принято считать, что коэффициент прямоугольности основного компонента селекции (ширина полосы пропускания по уровню -60 dB, поделённая на аналогичное значения для уровня -6 dB) не должен превышать 1.7 для электромеханического фильтра, и двух для кварцевого фильтра.

Если промерить указанные уровни на графике выше, очевидно, чёрный график таким требованиям не удовлетворяет (использованные в фильтре кварцы не самого лучшего качества). Но в содружестве с ФНЧ коэффициент прямоугольности уже стремится к двум.

Да даже и при более качественных кварцах ФНЧ лишним точно не будет.
При остром желании есть смысл применить ФНЧ и более высокого порядка.

Но только помните, что подавление зеркального канала никак не зависит от ФНЧ, и реализуется исключительно силами кварцевого фильтра.

§2.5 Первая печатная плата.

Местный автор полагает правильным логически законченные куски схем, возможно, требующие экранирования, оформлять в виде самостоятельных плат. Всё, что описано и смакетировано на сей момент, как раз и напрашивается считать себя цельным куском схемы. С антенным входом с одного конца, и выходом на оконечный усилитель НЧ с другого.

Ибо пока что девайс собран в варварском стиле «мёртвый жук».
На жестянке от консервной банки из-под правильной вкусной сгущёнки:

SSB КВ радиостанция 151 палаты, модель приёмника.

Фрагмент схемы, воплощаемый на первой печатной плате:

SSB КВ радиостанция 151 палаты. Схема для платы приёмника.

Понятно, что габариты и форма платы определяются имеющимся корпусом.

Высокочастотные цепи обычно разводятся вручную, с полным пониманием того, как должны располагаться детали тракта относительно друг друга, проходить дорожки с ВЧ сигналом, и т.д. Посему услуг простейшей программы «Sprint-Layout» (гуглите русифицированную портабельную) за глаза хватило, и вот что она нарисовала (тут исходник в фомате .lay6):

SSB КВ радиостанция 151 палаты. Топология платы приёмника.

Мы смотрим на печатные дорожки, с другой стороны слой сплошной металлизации, а так же корпуса деталей (то есть микросхемы сейчас перевёрнуты пузиками к нам). Выводы деталей в голубых отверстиях припаяны к плате с двух сторон, прочие отверстия с обратной стороны платы рассверлены (выводы деталей не касаются сплошного слоя фольги).

На словах сложно, проще картинкой:

SSB КВ радиостанция 151 палаты. Печатная плата приёмника со стороны монтажа.
SSB КВ радиостанция 151 палаты. Печатная плата приёмника со стороны деталей.

Местный автор практикует простейшие технологии, в виде трубочки-капилляра с краской. Оно получается коряво, и внешний вид хромает, да. Хотите красиво - купите маркер для рисования печатных плат «edding» серий 780, 791, 792. Можете что-то подобное взять у китайцев за копейки, поиск по «marker PCB».

Смонтированное изделие (фото всех плат пусть будут строго размера 2400*540 пикселей для соотносимости масштаба):

SSB КВ радиостанция 151 палаты. Монтаж печатной платы приёмника.

Кварцы припаяны к плате (можно даже с двух концов), трансформаторы приподняты над металлизацией на 2-3 мм. То и другое важно. Каждый трансформатор насмерть притянут к плате леской в двух диаметрально противоположных местах, чтобы не бегал по корпусу при ударах.

Несмотря на наличие механики в виде проволочных подвесов кристаллов кварцев внутри их корпусов, простукивание платы карандашом не приводит к возникновению посторонних звуков в тракте.

То есть пока микрофонный эффект отсутствует.
Как следствие, динамик можно размещать прямо в корпусе радиостанции.

Затруднения, которые могут возникнуть.

Обратите внимание на керамический конденсатор на 1 µF в цепи питания операционного усилителя +9V. Уменьшать его номинал не следует, иначе может появиться что-то типа возбуда по питанию (на осциллографе выглядит как гребёнка из «палок»).

При отсутствии керамического конденсатора достаточной ёмкости можно заменить его стандартным, 150 нФ, но напаять электролитический ёмкостью в 1 µF прямо на 8 ножку чипа (вторым концом, естественно, на земляной полигон платы). Чем ближе к чипу оный будет зашунтирован по питанию конденсатором, тем лучше.

Конденсатор излишне большой ёмкости применять не следует.
Он затянет переходные процессы при коммутации приём-передача.

Бухгалтерия.

Давайте заведём обычай сразу же при изготовлении очередной печатной платы составлять калькуляцию затрат на неё - интересно же, во что нам обойдётся «Радио 151 палаты». Потом все эти таблички просуммируем.

Стоимость деталей будем брать с АлиЭкспресса.
Местный автор имеет интересное наблюдение по его поводу.

Покупка какой-нибудь деталюшки в оффлайне обходится в ценник, за который на АлиЭкспрессе можно взять пять, а то и десять точно таких же деталюшек. Поэтому сразу тупо идём на сайт к китайцам, вбиваем в поиск нужную номенклатуру, ставим крыжик в настройках «бесплатная доставка», сортируем цены по возрастанию, и покупаем нужное оптовое количество корпусов. В табличку заносим цену за штуку.

Иногда в поиске не фигурируют лоты с наименьшим прайсом. Поэтому, оказавшись на странице описаниия лота, посмотрите на дне этой страницы релевантные предложения. Там всегда сыщется то же самое, но за меньшую цену. Причём процесс итерационный.

Да, и считать всё будем только в долларах.
Ибо цены в рублях всего через пару-тройку лет вообще теряют смысл.

Итак, табличка:

Радиодеталь: Количество: Цена/шт: Сумма:
Чип SA612AN 1 $0.75 $0.75
Чип NE5532P 1 $0.07 $0.07
Кварц 3.6864 MHz HC-49S DIP-2 11 $0.05 $0.55
Стабилизатор L78L06 1 $0.05 $0.05
Стабилизатор L78L09 1 $0.05 $0.05
Конденсатор керамический 16 $0.02 $0.32
Конденсатор электролитический 2 $0.05 $0.10
Резистор МЛТ 9 $0.01 $0.09
Феррит К10*6*4.5 М2000НМ 2 $0.10 $0.20
Любой диод серии 1N400x 1 $0.02 $0.02
Итого: $2.20

Понятно, что у радиолюбителя обычно есть несколько кило резисторов, диодов и конденсаторов, покупать он их не станет. Но тем не менее, всё-таки учтём такую рассыпуху в калькуляции.

§2.5.1 Укладка диапазона перестройки гетеродина.

Договоримся перестраивать гетеродин на ~100 Гц относительно 3.688 МГц. Как выше по частоте, так и ниже.

Столь малый диапазон подстройки частоты даже и подстройкой-то назвать нельзя. В промышленных изделиях эту ручку регулировки подписывают «Тембр». Потому как если частоты передатчика и приёмника не совпадают даже на десятки Герц, голос становится странным, неестественным. И с этим надо что-то делать - при расстройке в сотни Герц нетренированный мозг может даже отказаться понимать слова.

Казалось бы, применение кварцевых резонаторов должно обеспечивать стабильные частоты приёмника и передатчика. Однако технология увода частоты кварца вверх по частоте с помощью последовательной ёмкости вносит зависимость этой ёмкости от температуры. Да и другие элементы гетеродина тоже температурно зависимые.

Ну и сами кварцы в гетеродине у нас отнюдь не термостабильные.

Диапазон перестройки гетеродина по частоте зависит от «сопрягающего конденсатора», соединяющего кварцевые резонаторы и диод. Его ёмкость заявлена как 4.3 пФ, но она нуждается в уточнении.

Если поставить движок резистора настройки в верхнее по схеме положение, гетеродин должен уходить на 3.6881 МГц, что можно контролировать по нулевым биениям (подайте на вход приёмника сигнал этой частоты достаточной амплитуды, а умирающую синусоиду смотрите на выходе предусилителя осциллографом).

При невозможности увести гетеродин так высоко по частоте, ёмкость сопрягающего конденсатора уменьшают. В противном случае - увеличивают.

В нижнем положении движка частота гетеродина должна быть не выше 3.6879 МГц. Если меньше, между массой и нижним выводом резистора ставят добавочный «растягивающий» резистор такого номинала, чтобы гетеродин чётко перестраивался в указанных пределах. Место для такого резистора на плате есть.

Если «растягивающий» резистор отсутствует или его сопротивление мало, вблизи нуля Вольт обратная ёмкость диода меняется нелинейно, так что нормальное положение резистора подстройки будет не точно посерёдке шкалы.

Аналогичный растягивающий резистор возможен и между верхним выводом резистора подстройки и шиной +6 Вольт, если не удалось подобрать номинал «сопрягающего конденсатора» с достаточной точностью. Опять-таки, место для него на плате предусмотрено.

§2.5.2 Линеаризация шкалы подстройки частоты.

Стоит знать, что вольт-емкостная характеристика варикапа или диода, включенного варикапом, существенно нелинейна. От вольта и выше это не так заметно, но при малых напряжениях ёмкость прирастает стремительно.

Вот экспериментально снятая зависимость частоты гетеродина приёмника от напряжения, поданного на узел настройки:

График частоты гетеродина от управляющего напряжения.

По горизонтали управляющее напряжение в Вольтах (шкала снизу), либо угол поворота потенциометра с линейной характеристикой в градусах (шкала сверху). По вертикали клогерцы частоты гетеродина (368x.xx Гц).

Видимо, потенциометр с линейной характеристикой тут совершенно не подходит. Форма зависимости похожа на логарифмическую. Для получения линейной шкалы подстройки характеристика потенциометра должна быть обратнологарифмическая.

Преобразование линейной зависимости потенциометра в обратнологарифмическую.

Однако, такого хитрого потенциометра в запасах не сыскалось. Но зато есть много сдвоенных импортных переменных резисторов RK097G с линейной зависимостью характеристики. Немногим придёт в голову как-то по-особому соединять ножки сдвоенного потенциометра для извращения линейной характеристики в нелинейную. Но мы таки извратимся.

Например так, как показано на рисунке - схема синим с растяжкой начального участка регулировки, и схема красным с рекурсивным включением потенциометров. Оба на одной оси.

Если построить модели для этих схем, а потом их обсчитать, то зависимости выходного напряжения от угла поворота движка потенциометра при опорном напряжении 6V будут такие (цвет графика соответствует цвету схемы):

Самодельные обратнологарифмические потенциометры из сдвоенных линейных.

Применив составные потенциометры для регулировки частоты гетеродина вместо линейного потенциометра, получим почти линейную шкалу:

Частота гетеродина при управлении самодельными обратнологарифмическими потенциометрами.

Видно, что наилучшим является «рекурсивный потенциометр», собранный по красной схеме. Может быть, он окажется даже более линеен, нежели обратнологарифмический магазинный.

Есть подозрение, что добавив ещё один резистор между движками потенциометров в красной схеме, и правильно подобрав его номинал, можно добиться ещё более линейной шкалы. Но это уже будет фетиш.

§2.5.3 Оценка чувствительности приёмника.

Несмотря на отсутствие пока оконечного усилителя низкой частоты (с выводом сигнала на динамик), уже можно оценить чувствительность приёмного тракта, ограниченную шумами.

Нагрузим выход приёмного тракта резистором в 10 кОм, и подключённым параллельно ему осциллографом оценим шумы и сигнал на их фоне.

При этом будем исходить из градуировки S-метра по Wikipedia:
(впоследствии таблица была уточнена и расширена)

Балл: R=50[Om] U, µV: dBm:
S9+50 15830 -23
S9+40 5006 -33
S9+30 1583 -43
S9+20 500.6 -53
S9+10 158.3 -63
S9 50.06 -73
S8 25.09 -79
S7 12.57 -85
S6 6.30 -91
S5 3.16 -97
S4 1.58 -103
S3 0.79 -109
S2 0.40 -115
S1 0.20 -121

Сразу же уясним, какие именно микровольты там подразумеваются.
Из статьи это совершенно не ясно, а ведь возможны µVpp, µVp, µVrms

Отправной точкой будет последняя колонка, dBm.
Смотрим в таблицу, и понимаем, что это всё-таки µVrms.

Разобравшись с величинами, переходим к измерениям.

Если к антенному входу подключить резистор 50 Ом (это выходное сопротивление аттенюатора -80 dB), на выходе платы приёмника будет белый шум амплитудой 3.5 mVpp.

Замерить амплитуду шумоподобного сигнала без специализированных приборов проблематично. Но, переключив развёртку осциллографа в 10 µs на деление, мы увидим только плотность сигнала, границы которого выделить теперь уже гораздо проще.

Опять-таки читаем Википедию, и из статьи про SINAD (signal-to-noise and distortion ratio) узнаём, что разборчивую речь можно получить выше порога в 12 dB над уровнем шумов приемника. Значит, на тех же пределах измерения осциллографа, и при той же методике оценки амплитуды сигнала, он должен стать в 4 раза выше уровня шумов (это и будет чуть больше 12 dB).

Подавая на вход внешнего аттенюатора сигнал с частотой 3.687 МГц (будем считать эту частоту серединой радиоканала), выставляем на генераторе такой уровень, чтобы на осциллографе увидеть амплитуду 14 mVpp.

Итого от генератора потребовалась амплитуда 20 mVrms.
С учётом аттенюатора -80 dB, сигнал на входе приёмника 2 µVrms

Итог: чувствительность приёмника 2 µV при 12 dB SINAD, или -101 dBm.

Чувствительность на уровне шумов, очевидно, будет на 12 dB выше.
В литературе она обозначается как MDS (Minimum Detectable Signal).
Чувствительность приёмника MDS 0.5 µV, или -113 dBm.

§2.5.4 Оценка динамического диапазона приёмника.

Выясним, при каком уровне сигнала на частоте радиоканала приёмый тракт перегрузится, и выйдет из линейного режима работы (то есть в тракте возникнут искажения).

Используемый местным автором генератор позволяет задавать амплитуду с точностью лишь до десятых долей mV. И хотя чувствительность измеряется в единицах µVrms, на генераторе мы будем выставлять mVpp. Потому как инкремент в таких единицах меньше.

Оказалось, что максимальный неискажённый сигнал на выходе платы приёмника наблюдается при амплитуде сигнала на его антенном входе не более 7.7 mVpp. Что соответствует 2.722 mVrms, или -38.29 dBm.

То есть радиотракт способен работать с сигналами S9+34db без применения аттенюатора. А это весьма «ломовой» сигнал, какой походному приёмнику будет в диковинку.

Итого динамический диапазон радиотракта формально составляет 74 db.
Кстати, динамический диапазон чипа SA612 почти такой же, менее 80 dB.

Это лишь предварительные данные голой одинокой платы. Но, по всей видимости, одноканальному походному приёмнику, работающему вдали от цивилизации, достигнутого динамического диапазона от S2 до S9+34 dB уже должно быть вполне достаточно.

Но если всё делать по уму, и мечтать о классическом динамическом диапазоне в 100 dB, то из этого параграфа мы извлекаем практический результат - желателен аттенюатор на 25 dB. Запланируем себе такой.

§2.5.5 Подавление мощной внеполосной помехи.

Какие-либо приборы для характеризации интермодуляционных параметров радиотракта у местного автора напрочь отсутствуют, поэтому он просто посмотрел, что произойдёт при наличии вблизи частот радиоканала мощной модулированной несущей.

Примем за среднюю частоту радиоканала частоту 3.687 МГц.
На 10 кГц выше (а затем и ниже) по частоте поставим несущую.
Дадим ей 30% модуляцию, как у радиовещательной станции.
Пусть модулирующий сигнал будет 1 кГц, чтоб его было хорошо слышно.

Теперь, наращивая амплитуду АМ помехи, добиваемся на выходе приёмника её прослушивания с уровнем в 4 раза больше уровня шумов. Это не что иное, как уже нам знакомый уровень 12 dB SINAD.

Оказалось, для этого помеха должна иметь амплитуду не менее 1 Vpp.
Это 4 dBm, или S9+77 dB по S-метру (таких значений даже и не бывает).

Может быть, чувствительность простенького гетеродинного приёмника с кварцевым фильтром на входе и смесителем на банальном чипе SA612 самая заурядная, да и динамический диапазон отнюдь не выдающийся, но подавление внеполосной помехи у него вполне достойное.

С эффектом «детектирования вещалок», присущим всем столь же простым приёмникам прямого преобразования, в данном случае мы столкнуться не должны. Благодарить за это надо кварцевый фильтр, стоящий за антенной.

§2.6 Усилитель Низкой Частоты (УНЧ).

Вероятно, ничего не может быть лучше проверенной классики.
Не задумываясь, её и применяем:

SSB КВ радиостанция 151 палаты. Схема УНЧ.

Номиналы деталей строго даташитовские, либо такие, при которых микросхема LM386 работает стабильно и предсказуемо. Именно из соображений неприхотливости чип LM386 и выбран. А так же потому, что он имеется в любом радиомагазине, и стоит очень дёшево (центов 15 в оффлайне). А в онлайне и вовсе 5 центов:

LM386 с АлиЭкспресс.

Однако, если Вы начнёте смотреть схемы разных авторов, в них встретятся иные варианты обвязки, а так же включения чипа. Вот некоторые полезные соображения:

  1. Считается, что дифференциальные входы на ножках 2 и 3 равноправны.
    При этом есть наблюдение, что инверсный вход «шумит меньше».

    Наблюдение ошибочное, ибо замеренное усиление по входам оказалось различно, на инверсном оно меньше. Отсюда субъективное ощущение его меньшей зашумлённости, так что никакого преимущества от использования инверсного входа нет.

  2. Можно оторвать всё, что нарисовано между 1 и 8 ногами чипа.
    В этом случае усиление каскада равно 20.

  3. Если так и сделать, конденсатор на 7 ноге не нужен.
    Ноге разрешается повиснуть в воздухе.

  4. Кстати, это довольно любопытная нога.
    Если её заземлить, усилитель просто выключится.
    Вполне себе режим «mute».

    Правда, в динамик при этом проходит щелчок, вызванный изменением режима выходного каскада. Так что комфортнее всё-таки заземлять вход усилителя (можно транзистором), как показано на схеме.

  5. При нарисованных детальках между 1 и 8 ножками чипа его усиление равно 200, если сопротивление R* равно нулю, и лежит в диапазоне от 200 до 20, если это сопротивление варьировать от нуля до 4.7 кОм.

    Таким образом, усиление этого каскада может быть любым в диапазоне от 20 до 200 (от 26 до 46 db).

  6. RC цепочка между 5 ногой чипа и массой не особо нужна.
    Автор в итоге её убрал из конструкции, и не заметил особой разницы.

Динамик используется произвольного сопротивления. По всей видимости, далее подразумевается подключение гарнитуры от радиостанции, либо тангента от неё же. Динамик, микрофон и кнопка PTT там имеются, а больше ничего и не надо.

У местного автора в тангенте оказался динамик на 50 Ом, так что конкретно тут от микросхемы понадобилось полное усиление, и номинал R* поставлен минимальным (несколько Ом, фактически перемычка). Но при малом сопротивлении динамика (в китайских гарнитурах обычно ставят излучатели на 8 Ом) столь большое усиление от LM386 не потребуется, и сопротивление R* придётся увеличить.

§2.7 О причинах отсутствия АРУ.

В зависимости от уровня сигнала корреспондента, приём возможен как в шумах, так и с оглушительной громкостью. Как отмечалось выше, динамический диапазон приёмника не менее 70 dB. Человек же при разговоре модулирует голос в пределах 20-25 dB, а более широкий динамический диапазон для человеческого уха не комфортен.

Чтобы звук не бил по ушам, в радиотракт обычно включают схему оганичения усиления. Выделив огибающую речевого сигнала на выходе приёмника, немножечко проинтегрировав этот уровень, и сравнив его с пороговым, система автоматической регулировки усиления (АРУ) воздействует на какой-нибудь каскад, уменьшая усиление всего тракта.

Причём системой АРУ можно мешать работе чего угодно.

  1. К примеру, изменяя потенциал на 1 и 2 ногах чипа SA612, легко добиться снижения её чутья. Правда, при этом осциллограф наглядно покажет весьма неприглядную картину (в каскаде возникают искажения).

  2. Ещё можно уменьшать усиление в ОУ, шунтируя каналом полевого транзистора резистор между выходом операционного усилителя и его инверсным входом. То, что происходит при этом с формой сигнала, осциллографом вообще лучше не смотреть. Без содрогания на это и не взглянешь.

  3. Есть вариант шунтировать полевиком НЧ сигнал на входе оконечного УНЧ, или ВЧ сигнал прямо на входе приёмника, либо в каком-то другом месте приёмного тракта. И с тем же эффектом - из полевика регулятор не лучше, чем из топора бумеранг.

По сути дела, в простых схемах ППП, типа нашей, просто отсутствует элемент, на который мы бы могли воздействовать системой АРУ, не внося при этом дикие искажения в принимаемый сигнал.

Исключением будет применение специализированных чипов типа TDA8196 (электронный регулятор громкости, искажений не вносит). Но они шумноваты - перед предусилителем такую не поставишь, а после уже поздно. Чип не даст реализовать весь доступный динамический диапазон, который и так-то не особо велик.

Так что, потыкавшись осциллографом во все возможные места, местный автор не увидел возможности введения глубокой АРУ без получения диких нелинейных искажений в подарок. С которыми его музыкальный слух смириться не готов.

С другой стороны, не очень и понятно, так ли уж сильно нужна радиоканалу на единственную фиксированную частоту эта самая АРУ. Корреспондент или есть, или его нет. Кучи корреспондентов с самой разной мощностью и одновременно в канале явно не будет.

В общем, данный девайс АРУ не имеет. Потому как выстроенная по уму АРУ сильно усложнит схему, чего бы не хотелось. А если ограничиться простейшими вариантами схемотехники, звучать это будет откровенно поганенько.

Глава 3. Передающая часть SSB радиоканала.

Обычно собрать передатчик не сложно - в нём используются ровно те же блоки, что и в приёмнике, в рамках концепции обратимости тракта. Причём сигнал не микровольтный, как в приёмном тракте, и работать с ним гораздо проще.

Правда, настраивать передающий тракт приходится особо тщательно.
Иначе будет стыдно за качество сигнала :)

Давайте договоримся, что в своей конструкции мы отделим синтезатор SSB сигнала от линейного усилителя мощности. Просто потому, что, возможно, одно потребуется экранировать от другого. Ну и для удобства - линейный усилитель всегда можно заменить, если, к примеру, захочется большей мощности. Эти конструкции однотипные и весьма простые, так как там больше слесарки, нежели радиотехники.

Но сперва о более важном.

§3.1 Спич-процессор.

§3.1.1 Обоснование необходимости речевого компрессора.

Довольно давно, когда эфир ещё не был загажен до такой степени, как сегодня, люди без зазрения совести пользовались вот такими номограммами, находя их вполне рабочими:

Номограмма дальности связи.

Да, приёмник, получившийся у нас, с формальной чувствительностью 2 мкВ, согласно номограмме способен принять сигнал всего лишь милливаттного передатчика, работающего в телеграфном режиме, с дистанции в 8 км. Тот и другой с эффективными полноразмерными изотропными антеннами, естественно.

Когда-то так оно и было.

В нашей же реальности мощность передатчика придётся поднять на несколько порядков. Ибо уровень помех в современном эфире запредельный, особенно в городах. Примерно на 30-40 db выше, чем в прошлом веке.

Так вот об этих самых помехах.

SSB модуляция является переносом речевого спектра на высокую частоту, и этим уникальна. Несколько станций могут вещать одновременно на одной частоте, и каждую из них будет слышно - этакий разговор в толпе. Что не получится с любым иным видом модуляции.

А теперь представим, что «разговор в толпе» происходит на фоне белого шума с уровнем 30 db относительно атмосферных помех. Это примерно как говорить на берегу стремительной реки, или в ванной комнате с шумно текущей из крана водой. Тихие звуки речи уже буквально с двух метров просто не слышны на фоне шумов, тут надо или подойти ближе, или говорить громче.

В радиосвязи подойти ближе не получится, «говорить громче» тоже не особо (это эквивалентно повышению мощности передатчика). Но военным радистам хорошо знакомо выражение «орать в рацию», и оно буквальное. Когда все издаваемые ртом радиста звуки громкие, максимально возможной амплитуды. Если их уровень на приёмной стороне выше шумов, то повезло - доораться получилось.

По необъяснимой причине русский мат проходит через каналы связи почти беспрепятственно. Разгадавшего эту загадку, без сомнения, ждёт Нобелевка.

Местному автору неведомо, как обстоят дела в войсках связи сегодня, и продолжают ли связисты орать в рацию матом. Но идея компрессирования речевого сигнала (что по сути при этом и происходит) не нова, и любой радиолюбитель обязательно использует устройство сжатия динамического диапазона в тракте своего передатчика. Чтобы всё сказанное в микрофон нормализовывалось по амплитуде аппаратно, без помощи сакрального мата.

Компрессор речевого сигнала особенно актуален в QRPP аппаратуре, работающей сверхмалой мощностью. Когда требуется предельно дальнобойный радиотракт, вопрос, включать ли в него компрессор, даже не стоит. Он нужен обязательно, другого способа повысить разборчивость речи на фоне помех просто не существует.

§3.1.2 О многообразии компрессоров речевого сигнала.

Если Вы погуглите тему, то, скорее всего, узрите множество вариаций идеи ограничения на встречно-параллельных диодах, выполняемого как по низкой частоте, так и по высокой. С довольно громоздкими схемами, иногда абсурдными. Когда нам предлагают сформировать SSB сигнал, затем его ограничить волшебными диодами, и преобразовать обратно в звук. Чтобы потом подать на микрофонный вход для формирования SSB сигнала повторно.

Вариации с разбиением всего речевого спектра на полосы, как в эквалайзере, с ограничением каждой из них независимо, и дальнейшим соединением обратно, идеологически не сильно отличается от предыдущего варианта.

Естественно, всё это мало применимо в компактной конструкции, да ещё и в корне не верно. Местный автор не желает распинаться, с чего он такое говорит, а отсылает к древним манускриптам для обретения мудрости.

Из манускриптов следует, что возня с диодами как-то уже должна наконец закончиться. Со времени, когда космические корабли только начинали бороздить просторы Большого театра, прошло больше 50 лет, и замена архаичных диодов Д2 чуть менее древними Д18 на хоть какой-нибудь прогресс даже не похожа.

В той реальности, где существует электронная промышленность, её достижениями всё-таки стараются пользоваться (старенький проект LeForty от F6BQU как пример). Наверное, и нам уже пора «спич-процессор» по уму строить.

Тем более, что сумрачный китайский гений таки осилил изготовление девайсов, пригодных для использования радиолюбителями. Потому как паяние мелких чипов под SMD не всякому по силам.

Однако, ежели Вам почему-то не понравится предлагаемый ниже вариант, всегда можно использовать альтернативный. Вот краткий перечень чипов, на которых тоже можно реализовать речевой компрессор передатчика с ничуть не худшими характеристиками: MC33110, KA8512, DBL5020, SSM2166, SA575, SA5752.

Кстати, некоторые из них содержат как компрессор, так и экспандер.
Экспандер применяется в радиотракте приёмника.

§3.1.3 Компрессор речевого сигнала на чипе SSM2167.

Если Вы не читали рекомендованную публикацию, то из даташита SSM2167 всё равно должно быть понятно, как такого рода чипы работают. Вот ключевой график оттуда, переведённый на русский язык:

Сквозная характеристика компрессора SSM2167.

Из него следует, что фоновые звуки подавляются силами порогового шумоподавителя, остальные компрессируются, а совсем уж громкие - ограничиваются, чтобы не вызывать нелинейных искажений в тракте (так называемого клиппирования сигнала). В результате динамический диапазон речи сжимается, а сама речь нормализуется так, чтобы её разбираемость в каналах связи была максимальна.

Компрессор на чипе SSM2167 предлагается в виде готового изделия размерами всего 15*22 мм, причём некоторые режимы работы чипа можно перенастроить:

Плата компрессора SSM2167.

Видно, что резисторы R1 и R2 можно убрать, если их номиналы неудачны, а вместо них (либо в параллель с ними) впаять в отверстия платы обычные сопротивления с проволочными выводами. Отвечают же они вот за что:

  1. R1 на 7 ноге чипа определяет точку «шумового затвора» согласно терминологии графика чуть выше. Всё, что ниже выбранного уровня, считается шумом, и в радиотракт пройти не должно.

    Изначально R1 имеет величину 1 кОм.

    Даташит на чип оперирует сложной для понимания размерностью dbV, поэтому давайте табличку из даташита преобразуем во что-то более понятное и привычное. Наверное, то, что можно увидеть в осциллограф, то есть mVpp (милливольты от пика до пика), и есть самая удобная и практичная величина:

    R1, кОм: dbV: mV RMS: mVpp:
    0 -40 10 28.3
    1 -48 4 11.3
    2 -54 2 5.6
    5 -60 1 2.8

    В самом даташите ошибка: 1 mV RMS соответствует -60 dbV, а не -55.

  2. R2 на 8 ноге чипа отвечает за компрессию. Замыкание этого резистора накоротко вообще отключает компрессию (лимитер продолжит работать).

    Исходно впаяны 15 кОм, то есть компресия по дефолту 2:1

    Давайте табличку из даташита также воспроизведём, чуток дополнив:

    R2, кОм: Компрессия:
    0 1:1
    15 2:1
    35 3:1
    51 4:1
    75 5:1
    175 10:1

    Обратите внимание на предупреждение даташита: R2 менее 5 кОм лучше не ставить, так как он может быть воспринят как отсутствие сопротивления вообще (0 Ом). Это особенность схемотехники чипа, фича, а не глюк.

Входное сопротивление по 5 ноге (собственно микрофонный вход) порядка 100 кОм, причём там присутствует напряжение 400 mV. Как видно из фото, гальваническая развязка конденсатором присутствует, так что вход можно подключать к чему угодно.

Выход чипа имеет импеданс 145 Ом, и даташитом оговорено, что там присутствует потенциал 1.4 V, причём нагрузка не должна быть ниже 5 кОм. В качестве нагрузки прямо на плате распаян R3 сопротивлением в 100 кОм, за которым должны следовать либо высокоомная цепь, либо эмиттерный повторитель.

На плате есть ещё R4, заземление левого конца которого отключит микросхему, переведя её в низкопотребляющее состояние. Это своего рода выключатель с инверсным входом. Мы об этом будем знать, но пользоваться тем выключателем не станем.

Продаётся такое изделие на Али за $3.60 или около того.

Плата компрессора SSM2167 на АлиЭкспрессе.

Возможно, дороговато. Но местный автор не видит смысла приобретать там же «голые» чипы в планарном корпусе стоимостью доллар за штуку, и потом мучиться с их пайкой под микроскопом.

Поскольку сама плата маленькая, её можно разместить либо рядом с микрофоном в тангенте, либо на плате SSB формирователя. Особой разницы нет, главное, чтобы было, от чего компрессор запитать (напряжение от 3 до 5 Вольт, потребление от 3 до 5 мА).

§3.1.4 Критические замечания по компрессору.

Понимая, что АЧХ микрофона много шире, чем спектр речи, передаваемый радиоканалом, а тракт компрессора работает с частотами вплоть до 20 кГц, теоретически имеет смысл озаботиться фильтрацией сигнала между микрофоном и компрессором.

Идеален был бы фильтр с частотой среза 3 кГц, чтобы всякие громогласные сверчки, кузнечики и птахи не воздействовали на систему АРУ компрессора своими звуками жизни, которые всё равно радиотракт не пройдут (срежутся далее кварцевым фильтром).

На практике эту интересную мысль все почему-то дружно игнорируют.

Как вариант, можно использовать угольный микрофон, не воспроизводящий частоты более 3 кГц. Только не смейтесь - это действительно удачное решение - угольному микрофону не понадобится микрофонный усилитель.

§3.1.5 Исследование компрессора на SSM2167.

Есть ощущение, что никто не изучал чип SSM2167 тщательно и со старанием. Кроме картинок из даташита, реальных графиков её работы в Сети не встретить. Так что будем исправлять ситуацию.

Сперва снимем сквозную характеристику платы компрессора, ничего на ней не трогая. Напряжение питания 5 Вольт, частота сигнала 1 кГц (эта характеристика от входной частоты не зависит).

Плата компрессора SSM2167 с АлиЭкспресса, сквозная характеристика.

Измерения по осциллографу на глазок всегда подразумевают погрешность, поэтому массив экспериментальных точек соединяется сплайном, и такая кривая уже достаточно точная. Подобным образом станем поступать и впредь - все вопросы, почему кривая проведена через точки именно так, к сплайнам.

И да, кривулька-то красивая.
Но компрессии нет!

При изменении входного сигнала в два раза сигнал на выходе меняется тоже в два раза. Знаете, почему так? Потому что резисторы R1 и R2 на плате перепутаны местами. И в соответствии с даташитом, при этом и «шумовой затвор» отключен, и компрессия тоже. Коэффициент усиления каскада получился равный 18 dB, с активным лимитёром на уровне 1.4 Vpp.

Теперь, отматерившись на безалаберных китайцев, творящих что попало, в качестве R1 оставим (пока) 15 кОм для отключения «шумового затвора», а R2 будем варьировать согласно табличке из даташита, для получения разных коэффициентов компрессии.

Но только давайте сразу строить графики во вменяемых координатах, а не таких, как нам предлагает даташит на микросхему. Потому как оценивать усиление каскада в режиме компрессирования, отмеряя чего-то линейкой относительно графика без компрессирования - это какой-то онанизм, право слово.

Все режимы компрессии SSM2167. Шумовой затвор отключен.

Вертикальная ось - усиление входного сигнала, выраженное в dB.

Горизонтальная ось размерности dBV отражает изменение сигнала частотой 1 кГц на входе по амплитуде. Значению -57 dBV соответствует 4 mVpp (столько выдаёт генератор, меньше не хочет), а -23 dBV сопоставляется 200 mVpp. Сигнал с ещё большей амплитудой подавать смысла нет, так как за работу берётся лимитёр - это мы увидели на предыдущем графике.

И вот теперь становится ясно, как же оно работает.

Тихие сигналы с микрофонного входа намеренно усиливаются сильнее, чем более громкие. Происходит своего рода нормализация, динамический диапазон речи уменьшается, и тем сильнее, чем больший коэффициент компресии выставлен.

Однако, если очень слабый сигнал усилить чрезмерно, в канал пойдёт шипение при молчке перед микрофоном. Чтобы так не происходило, и придуман «шумовой затвор». Он ограничивает усиление слабого сигнала, находящегося ниже какого-то порога. Это своего рода шумодав.

Давайте выберем резистором R2 копрессию 4:1, и построим в точно таких же координатах семейство кривых с разным порогом срабатывания «шумового затвора». Значение R1 при этом меняем от 0 до 5 кОм.

SSM2167 компрессия 4:1, регулировка шумового затвора.

Возле стрелочек над точками перегиба кривых приведены значения входного сигнала в mVpp, при которых такой перегиб случается.

Специально для тех, кого смущают использованные тут размерности осей, переведём этот же график в линейные координаты, чтобы по горизонтали была амплитуда входного сигнала в mVpp, а по вертикали амплитуда выходного сигнала, в тех же единицах.

SSM2167 компрессия 4:1, регулировка шумового затвора, линейные координаты.

Глядючи на все эти зависимости, можно отметить такие моменты:

  1. Амплитудная характеристика при отключенном компрессоре имеет изъян. В целом усиление порядка 18 dB, но при малых сигналах оно заметно падает. Хотя неравномерностью в 1 dB можно и пренебречь.

  2. Компрессор работает замечательно.
    При отключенном «шумовом затворе» графики dB(dBV) линейны.

  3. Переход к лимитированию плавный и незаметный.
    Стыковка участков компрессирования и лимитирования идеальная.

  4. Управление «шумовым затвором» есть, оно чёткое и внятное.
    Пределы задания порога шумоподавления широкие и достаточные.

Рабочий участок по входу заканчивается в районе 170 mVpp, и не всякий электретный микрофон способен выдать такой сигнал. Значит, между микрофоном и компрессором может понадобиться усилительный каскад с коэффициентом усиления до 20 dB.

§3.2 Формирователь SSB сигнала.

§3.2.1 Общая схемотехника.

В приёмной части мы уже сталкивались с задачей переноса радиосигнала на звуковую частоту. Делалось это силами смесителя на SA612 со встроенным гетеродином, причём на входе чипа стоял кварцевый фильтр, отфильтровывающий верхнюю боковую полосу и частоту несущей, ежели оная в сигнале вдруг присутствует.

А теперь просто переставим каскады местами.

Подав на вход смесителя низкочастотный сигнал, и перемножив его с сигналом гетеродина, на выходе смесителя получим так называемый DSB сигнал - две боковые полосы на частоте гетеродина, и частично подавленную несущую.

Получить SSB сигнал из DSB очень просто, и мы это уже умеем. Кварцевый фильтр, аналогичный таковому для приёмного тракта, и изготовленный точь-в-точь так же, подавит верхнюю боковую полосу (USB), и окончательно задавит остатки несущей. Останется лишь нижняя боковая полоса, обозначаемая как LSB.

Результат работы SSB формирователя заводится на вход линейного усилителя мощности, и затем сигнал с энергетикой порядка Ватта отправляется в антенну.

Малосигнальная часть SSB формирователя не требует каких-то особых познаний в процессе конструирования, так что схему можно рисовать всю сразу, одним куском, и прямо из головы:

Схема SSB формирователя «Радиостанции 151 палаты».

Поскольку деталек немного, а пространство печатной платы надо чем-то заполнить, модуль компрессора тоже будем считать чипом, распаяв его на печатной плате, как и остальные детальки. На схеме модуль выглядит как серый треугольник. Он запитан от персонального стабилизатора 78L05 на 5 Вольт.

Схемотехника простая, но на всякий случай подробно прокомментируем особенности всех каскадов.

§3.2.1.1 Гетеродин DSB модулятора.
Гетеродин платы SSB формирователя.

Гетеродин на частоту радиоканала ничем не отличается от такового в приёмном тракте, кроме узла подстройки частоты. В приёмнике это обратносмещённый диод, притворяющийся варикапом, с выводом управления частотой на переднюю панель.

Тут же всё намного проще - обычный подстроечный конденсатор, не выведенный никуда. Им устанавливают частоту передатчика один раз, и более не трогают.

На схеме подстроечный конденсатор обозначен как 2-7 пФ, и объявился из советского прошлого. В сегодняшних реалиях в магазине нужно спрашивать JML06-1 ёмкостью 1-10 пФ, белого цвета. Производитель маркирует номинал цветом корпуса, и это очень удобно.

§3.2.1.2 Цепь балансировки DSB модулятора.

Для чего нужна балансировка модулятора и что при этом в нём происходит, мы в подробностях рассмотрим на этапе настройки платы. Там же будут картинки и пояснения к ним.

Цепь балансировки SSB модулятора.

Пока же обратите внимание, что к ножке 1 чипа через резистор 43 кОм напрямую подключен выход модуля компрессора, внутри которого от этой же точки на массу распаян ещё один резистор в 100 кОм. И формально эта цепь, суммарным сопротивлением около 150 кОм, разбалансирует цепь балансировки :)

Чтобы переменный резистор в цепи балансировки имел возможность выполнять свою работу, в противоположное плечо, между ножкой 2 чипа и массой, тоже надо бы впаять резистор 150 кОм. На практике же верхний по схеме резистор номиналом 13 кОм достаточно зашунтировать сопротивлением порядка 110 кОм. Этот резистор на схеме не присутствует, но на фото платы встретится.

Либо, как вариант, верхний по схеме резистор номиналом 13 кОм замените на 12 кОм (и это компенсирует разбалансировку цепи балансировки). Но местный автор не богат резисторами разного номинала, ему проще воткнуть пару в параллель из того, что есть.

Ёмкости по 10 нФ, заземляющие входы микросхемы по высокой частоте, не являются обязательными, но повышают стабильность работы (вдруг возникнет высокочастотная наводка от передатчика). В реальности автор намерил в этих емкостях всего 8 нФ, чего оказалось достаточно.

§3.2.1.3 Нагрузка DSB модулятора.

Любые балансные модуляторы принято симметрировать по выходу, что наиболее просто достигается с помощью трансформатора. В некоторых схемах обходятся без него. Но всё равно модулятор же как-то надо согласовывать с кварцевым фильтром, так что трансформатор представляется приемлемым решением.

Из даташита на SA612 известно: каждый из выходов чипа имеет сопротивление 1.5 кОм. При дифференциальном подключении выходные сопротивления складываются, и получается уже 3 кОм. По формуле {2}, на частоте радиоканала индуктивность первичной обмотки будет 129.5 µH. При выполнении трансформатора на «советском» ферритовом кольце, согласно онлайн калькулятору, ссылка на который приводилась ранее, катушка должна содержать 12 витков.

В приёмнике мы уже считали, а затем уточняли намоточные данные катушки согласования на входе и выходе фильтра. И ферритовое кольцо, и сам QER фильтр в передатчике точно такие же, потому и число витков вторичной обмотки трансформатора мы знаем доподлинно и без всяких подсчётов: 18 витков.

Правда, с трансформатором не всё так однозначно, так как по фэнь-шую он должен иметь в первичной обмотке среднюю точку, подключенную к плюсу источника питания. Либо, как вариант, заземлённую через блокировочный конденсатор. Большинство практических схем реализуют один из этих вариантов.

Местный автор, конечно же, те варианты честно перепробовал. Но обнаружил, что они ничем не лучше решения, отображённого на схеме. Ну и какой тогда смысл мотать обмотку в два провода, да ещё и городить лишний вывод трансформатора?

Никакого. Чем проще, тем лучше.
Но Вы вправе поступить более правильно :)

§3.2.1.4 Кварцевый фильтр.

Фильтр ничем не отличается от аналогичного в приёмнике, за исключением одного момента: он нагружен не на трансформатор, а на резистор.

Местному автору представляется, что подобрать номинал резистора, равный выходному сопротивлению кварцевого фильтра, несколько проще, нежели отматывать или доматывать обмотки трансформатора. К тому же у обмотки дискретность равна одному витку, а резистор можно подобрать с гораздо большей точностью.

Ну и не забываем, что термостабильность резистора выше, чем феррита.

Конкретно тут резистор должен стоять на 7 кОм.
Думается, ближайший номинал 6.8 кОм вполне подойдёт.

Далее подразумевается каскад на полевом транзисторе - только он способен напрямую подключиться к кварцевому фильтру, не шунтируя его собой. Схема включения, естественно, с общим истоком, позволяющая согласовать высокоомный выход кварцевого фильтра с низкоомным входом драйвера линейного усилителя мощности.

В истоковой цепи стоит RC цепь, позволяющая при необходимости подкорректировать напряжение затвор-исток для правильного выбора рабочей точки транзистора. Одновременно это и цепь термостабилизации каскада. Хотя применённый тут транзистор КП303И замечательно работает и вовсе без такой цепи.

§3.2.2 Вторая печатная плата.

Файл в фомате .lay6 тут. Он же в виде рисунка (кликабельно):

SSB КВ радиостанция 151 палаты. Топология платы SSB формирователя.

Как и прежде, вид показан со стороны дорожек. Детали находятся с обратной стороны, и там металлизация сохранена полностью (используется как масса). Ножки деталей в голубых отвестиях припаяны и к дорожкам печатной платы, и к сплошной металлизации. Отверстия без голубых кружочков со стороны металлизации раззенкованы.

Нарисованная капилляром с краской и протравленная плата:

SSB КВ радиостанция 151 палаты. Печатная плата SSB формирователя со стороны монтажа.
SSB КВ радиостанция 151 палаты. Печатная плата SSB формирователя со стороны деталей.

Плата SSB формирователя с установленными деталями:

SSB КВ радиостанция 151 палаты. Монтаж печатной платы SSB формирователя.

Обратите внимание.

    При проектировании схемы SSB формирователя автор предполагал иной вариант реализации линейного усилителя мощности, на MOSFET транзисторах. Драйвер к нему планировался с высоким входным сопротивлением.

    Забытый эмиттерный повторитель.

    Но всё вдруг сложилось совсем иначе.

    В результате задним числом пришлось дополнить SSB формирователь эмиттерным повторителем (это каскад поверх зелёных клеточек), которого нет на фото печатной платы.

    Пришлось перерезать дорожку, ведущую к контактному штырьку, и распаять навесным монтажом транзистор с резистором, как это изображено на картинке.

    В топологию печатной платы этот каскад добавлен.
    Фото платы с топологией не совпадают.


§3.2.3 Настройка платы SSB формирователя.

В первую очередь следует определиться с настройками компрессора.
Как помните, они задаются двумя резисторами:

Компрессор, спич-процессор.

Степень компрессии 4:1 рекомендуется на зарубежных радиолюбительских форумах. Достигается это впаиванием в качестве R2 резистора 51 кОм (верхний из зелёненьких на фото).

Напряжение отсечки «шумового затвора» выбрано около 5-6 mVpp.
Замеренное значение R1 составило 4500 Ом.

Смешные зелёные резисторы ещё советские, ставились в малогабаритную околовоенную аппаратуру на рубеже 70-80 годов. Что-то типа современных SMD, но только с выводами. Наконец-то пригодились :)

Все детали на плате распаиваются сразу, за исключением конденсатора, заземляющего 2 ногу чипа SA612AN (его вывод к массе не припаивается, оставаясь висеть в воздухе), и трансформатора - пока он не впаивается вообще.

Последовательность настройки такая:

На повисший в воздухе вывод конденсатора подают от внешнего генератора сигнал амплитудой около 20-30 mVpp, и частотой, на которой передатчику положено работать. При построении приёмного тракта мы определились, что это 3.688 МГц.

К любому из выходов модулятора (4 или 5 нога чипа) подключаем осциллограф, и вращением подстроечного конденсатора добиваемся нулевых биений.

Теперь конденсатор на 2 ноге чипа можно запаять висящей ногой на массу. А так же припаять к 4 и 5 ногам чипа первичную обмотку трансформатора. Вторичную подключаем одним выводом на массу, а вторым на осциллограф.

На вход компрессора подаётся сигнал частотой 1 кГц, и амплитудой 200 mVpp. На первой ножке чипа амплитуда сигнала должна быть близкой к 100 mVpp. Это максимальный сигнал, что там будет, и, по наблюдениям местного автора, используемая микросхема ещё находится в линейном режиме. Сигнал большей амплитуды подавать не стоит - исходя из этих соображений делитель на выходе компрессора и спроектирован.

Теперь давайте смотреть, что нам покажет осциллограф на выходе трансформатора. У местного автора осциллограф не ахти, уж не обессудьте.

При отсутствии балансировки (балансировочный резистор изначально стоит в каком попало, случайном положении) осциллограф обнаружит обычную амплитудную модуляцию, весьма близкую к стопроцентной:

Разбалансированный DSB модулятор.

Однако, установив подстроечным резистором одинаковый потенциал на базах транзисторов внутри микросхемы, подключённых к ножкам 1 и 2, на выходе чипа мы получим уже вот такое (сигнал отмасштабирован до той же амплитуды для лучшей рассматриваемости, на самом деле он будет меньше примерно вдвое):

Сбалансированный DSB модулятор.

Физически из сигнала изъята несущая, и верхняя синусоида, образующая АМ сигнал, как бы «упала» на нижнюю. И далее синусоиды идут в противофазе, симметрируясь относительно оси. Так выглядит DSB сигнал (Double Side Band).

Настройка модулятора как раз и заключается в том, чтобы органом балансировки добиться картинки, максимально похожей на второй рисунок.

Если вдруг окажется, что вращением подстроечного резистора (1 кОм на схеме) не удаётся получить такую картинку, а наиболее близкая к ней, когда чётные полупериоды минимально отличаются по амплитуде от нечётных, достигается при крайнем положении подстроечного резистора, значит, «добавочный» резистор имеет неверный номинал.

После того, как «добавочный» резистор подобран, балансировка должна достигаться в положении подстроечного резистора, близком к среднему. Чуть позже его потребуется ещё раз подкрутить. И надо, чтоб было, куда крутить.

Теперь хочется убедиться в штатной работе кварцевого фильтра.

Для этого первичная обмотка отпаивается от ножек микросхемы модулятора, а вторичная подпаивается к фильтру. Сквозь колечко трансформатора продеваются два витка временной обмотки, которая подключается к 50-омному выходу генератора сигналов. 100 mVpp амплитуды достаточно, частота пусть варьируется от 3.684 до 3.689 МГц.

Осциллограф цепляется на выход схемы. Гоняя сигнал генератора по частоте, амплитуду ВЧ сигнала оцениваем осциллографом, и фиксируем на графике. Вот как это должно выглядеть:

Сквозная характеристика SSB формирователя «Радио 151 палаты».

Вертикальная ось логарифмическая, её размерность в dB.
Это пронормированный ВЧ сигнал на выходе формирователя SSB.

QER фильтр передатчика аналогичен кварцевому фильтру приёмника. Если правый скат графика пересекается с частотой опорного генератора 3.688 МГц в районе -25 dB, всё нормально. Но ежели это происходит выше по оси ординат, значит, все ёмкости кварцевого фильтра надо синхронно увеличить.

Обратное тоже справедливо. Если между частотой опорника и синим графиком по уровню 3 dB больше 300 Гц, или по уровню 6 dB больше 200 Гц, то график надо подтащить правым скатом к частоте опорника. Как Вы уже понимаете, для этого ёмкасти кварцевого фильтра придётся уменьшить.

Восстанавливаем подключение первички трансформатора к модулятору.

В завершение настройки смотрим амплитуду ВЧ сигнала на выходе SSB формирователя, когда вход компрессора никуда не подключен. Он должен быть доли mVpp, и минимизируется резистором балансировки. Который подстроечный, 1 кОм на схеме.

Если так оно и получилось, значит, плата спроектирована верно, деталюшки на ней размещены правильно, а печатные проводники разведены по уму. При макетировании этой же схемы на куске жести от консервной банки такого достичь не удалось - паразитные ёмкости были слишком велики.

По всем канонам радиотехники плату полагается накрыть ешё и четырьмя фигурными экранами, но мы уж не станем придираться к таким мелочам.

§3.2.4 Контроль SSB формирователя RTL-SDR донглом.

RTL-SDR донглом зовётся поистине выдающееся китайское поделие на чипсетах RTL2832U и R820T, которое по задумке должно показывать цифровое TV на экране компьютера, но используется совершенно для другого. А именно, приёма всего Лоу Бэнда и УКВ любых видов модуляции, в том числе и в «цифре».

В данном случае местный автор использовал «RTL-SDR.COM v.3» донгл, оборудованный режимом Direct Sampling, что позволяет принимать КВ без конвертера.

Правда, входные напряжения донгла микровольтные, а на выходе SSB формирователя присутствуют аж сотни mV. Так что на антенное гнездо донгла накручиваем аттенюатор -80 dB (ослабление 10 тысяч раз), преобразуя сотни mV в десятки µV. Это всё равно многовато (донгл слегка перегрузится по входу), но другого аттенюатора под рукой нет.

Пока не подавая питание на SSB формирователь, на экране SDR приёмника мы тем не менее видим вот такую панораму примыкающего к частоте радиоканала участка:

Уровень шумов RTL-SDR донгла на частоте радиоканала.

Небольшой пик на 3.688 МГц является артефактом компьютерной обработки SSB сигнала. Он всегда присутствует на месте опорного генератора. Даже когда вход донгла закорочен или ни к чему не подсоединён.

Теперь включаем питание SSB формирователя.
Но на вход компрессора речевого сигнала пока ничего не подаём:

Уровень шумов RTL-SDR донгла с конвертером на частоте радиоканала.

На частоте радиоканала 3.688 МГц появляются остатки несущей.
Амплитуда пика на спектре немного увеличивается.
На всех рисунках частота радиоканала обозначена красной линией.

Далее на вход компрессора речевого сигнала требуется подать звуковой спектр, с запасом перекрывающий радиоканал по ширине. Но просто покричать в микрофон не получится - частотного диапазона человеческого голоса для этого не хватает.

Как один из возможных вариантов, можно использовать генератор низких частот, линейно меняющий частоту от 10 Гц до 3 кГц за 100 ms. Амплитуда сигнала 100 mV.

SDR приёмником такой SWEEP сигнал воспринимается как спектральный.
И отображается так же:

АЧХ LSB на выходе модулятора.

Сперва пара очевидных оговорок:

  1. Наш «прибор» весьма далёк от совершенства. Восьмибитный АЦП позволяет реализовать приёмник с динамическим диапазоном чуть более 40 dB (теоретически 48 dB, но вряд ли предельное значение будет достигнуто). АЧХ кварцевого фильтра с динамикой не менее 70 dB мы видим только вот в таком сильно искажённом виде, саму на себя не похожую.

    Кроме того, «поехал» вверх базовый уровень шума.
    Это перегрузка по входу.
    Посему вертикальной шкале доверять нельзя, она уже неадекватна.

  2. Вершина АЧХ в полосе пропускания в действительности не такая зубастая, и при медленном изменении модулирующего сигнала по частоте огибается плавно. Быстрое изменение модулирующей частоты не позволяет «прибору» отобразить истинную картину. Медленная же развёртка уже не передаст всю АЧХ на одном рисунке.

А теперь несколько полезных наблюдений:

  1. Верхней боковой полосы мы тут вообще не видим.
    Она тонет в шумах.

    Более того, базовая шумовая линия в этом месте немного проваливается вниз, в полном соответствии с АЧХ фильтра - правый скат у него круче левого.

  2. Чуть более светлой полосой на тёмном фоне выделены 2700 Гц спектра.
    Частота левой границы 3.6852 МГц.
    Частота правой границы 3.6879 МГц.

    Несмотря на исходную модуляцию вплоть до 3 кГц, кварцевый фильтр срезал всё, что удаляется от частоты несущей более, чем на два кГц.

  3. АЧХ в полосе пропускания близка к горизонтальной.
    Кварцевый фильтр спроектирован и выполнен верно.

    На медленной развёртке АЧХ весьма точно повторяет последний график из предыдущего параграфа, снятый вручную по точкам с помощью осциллографа.

Таким образом, RTL донгл во взаимодействии с SDR приёмником позволяет убедиться в работоспособности SSB формирователя, и воочию увидеть получившийся LSB сигнал.

Откровенные дефекты LSB сигнала мы бы обнаружили сразу.

Подавление несущей.

Так как донгл в качестве измерительного прибора не более чем показометр, то далее по осциллографу замеряем амплитуду ВЧ сигнала на выходе платы SSB формирователя сначала без входного сигнала, а затем с килогерцовым сигналом на входе (никакого другого под рукой нет) при его амплитуде в 100 mVpp.

Разница составила 47 dB.
Это и есть уровень подавления несущей.

Спектральная чистота SSB сигнала.

Не составляет труда настроить донгл на частоту 7.376 МГц.
Это вторая гармоника частоты гетеродина:

Вторая гармоника LSB сигнала, частота 7.376 МГц.

Как видим, вторая гармоника присутствует.
Сам сигнал удвоен по полосе, то есть 4 кГц вместо 2 кГц, что логично.
Правда, оценить его уровень по нашему «прибору» затруднительно.

«Палки» на 7.374 МГц и 7.378 МГц аппаратные, это так называемые «поражённые точки приёма». При выключенном SSB формирователе они тоже видны на спектре.

А вот присутствие третьей гармоники 11.064 МГц уже не обнаруживается:

Третья гармоника LSB сигнала, частота 11.064 МГц.

Более высокие гармоники на спектре тоже не сыскались.

Минутка бухгалтерии:

Радиодеталь: Количество: Цена/шт: Сумма:
Модуль компрессора на SSM2167 1 $3.60 $3.60
Чип SA612AN 1 $0.75 $0.75
Кварц 3.6864 MHz HC-49S DIP-2 11 $0.05 $0.55
Стабилизатор L78L05 1 $0.05 $0.05
Стабилизатор L78L06 1 $0.05 $0.05
КП303И (аналог 2N3822,BF245A...) 1 $0.15 $0.15
Транзистор 2N2222 1 $0.01 $0.01
Конденсатор подстроечный JML06-1 1 $0.10 $0.10
Резистор подстроечный 3296W 1 $0.08 $0.08
Конденсатор керамический 16 $0.02 $0.32
Резистор МЛТ 10 $0.01 $0.10
Феррит К10*6*4.5 М2000НМ 1 $0.10 $0.10
Итого: $5.86

§3.3 Линейный усилитель мощности.

§3.3.1 Выбор транзисторов для усилителя мощности.

Любой знаток номенклатуры ВЧ транзисторов, обычно используемых в КВ передатчиках, вероятно, сильно удивится дальнейшему выбору. Но ранее были задекларированы два критерия - максимальная доступность и дешевизна комплектующих.

Все магазины Страны буквально завалены очень дешёвыми транзисторами 2N2222. Полвека их клепали миллиардами, и они точно не дефицит. Вещь вообще культовая, типа советских КТ315.

Причём, как показала контрольная закупка, разброс по параметру hFE у 2N2222 совсем небольшой. Так, на 100 рублей в оффлайне было куплено 25 штук 2N2222, и коэффициент передачи по китайскому мультиметру у 80% из них намерился чётко в районе 235±5. Цена на Али и того смешнее - 85 центов за сотню.

2N2222 с АлиЭкспресс.

Альтернативно может быть использован столь же доступный транзистор BC547 более поздней разработки. Но с ним местный автор не экспериментировал, ибо сердце успокоилось на 2N2222, и больше квеста не просило.

Правда, может показаться странным применять явно маломощные транзисторы, заведомо не вытягивающие даже ватт мощности. Значит, пришло время познакомиться с работой Harry Lythall (SM0VPO) «QRP HF Linear Amplifier». Это очень короткая, но культовая статья, из которой следует, что транзисторы возможно параллелить, суммируя их мощность.

Кстати, небольшой ликбез по усилителям мощности от того же автора, дабы далее по тексту понимать, что происходит. На русском доступно тут, но переведено формально.

§3.3.2 Усилитель мощности.

Давайте не будем ничего выдумывать, и воспользуемся схемотехникой SM0VPO из публикации по ссылке выше. Но только в первоисточнике речь шла о мощности 500 mW, а нам нужно вдвое больше. Так что увеличим число транзисторов в каждом плече тоже вдвое:

Схема каскада усилителя мощности «Радиостанции 151 палаты».

Для трансформаторов задействуем уже знакомые нам «советские» ферритовые кольца. На входе пусть будет одинокое кольцо, на выходе парочка, включенные «биноклем», как в первоисточнике. Каждая из обмоток любого трансформатора содержит по 1 витку, за исключением обмоток, подключённых к базам транзисторов (там по 2 витка).

Местный автор не нашёл в своих запасах достаточное количество резисторов по 10 Ом, как указано в первоисточнике, поэтому поставил в эмиттеры транзисторов по 11 Ом. Фактически это цепь обратной связи для выравнивания тока через транзисторы, если у некоторых из них коэффициент усиления несколько отличается. Из этих соображений всё-таки рекомендуется промерить hFE, и отобрать в данный каскад экземпляры с примерно одинаковым усилением.

Диод, стабилизирующий напряжение на базах всех транзисторов на уровне 650 mV, взят тот же, что трудится варикапом в приёмнике. Из того, что было под рукой - 1N4003S хорошо подошёл. Вероятно, любой другой из серии 1N4001-1N4007 будет не хуже (по даташиту они совершенно однотипны).

Теперь хотелось бы знать, насколько такая схема хороша для линейного усиления сигнала. Кратковременно подавая сигнал на вход, и фиксируя выходной сигнал на нагрузке 50 Ом осциллографом, снимем передаточную характеристику по точкам. Кратковременно потому, что пока транзисторы не снабжены радиатором.

В двойных логарифмических координатах, когда амплитуда напряжения на входе и на выходе выражена в dBm, при напряжении питания 12 Вольт получаем такой график:

Передаточная характеристика оконечного каскада усилителя мощности «Радио 151 палаты».

Сигнал на вход подавался с генератора, частотой 3.687 МГц.
Сам сигнал синусоидальный (несущая, как при CW манипуляции).
Это эквивалентно LSB сигналу с килогерцовым звуком в тракте.

Возрадуемся, ибо график просто шикарный.

На увеличенном методом прокликивания графике видно, что он линеен вплоть до значений 1.7 Ватт, а на уровне Ватта и менее с линейностью у каскада никаких проблем точно нет. Пока что согласование с нагрузкой (безиндукционный резистор сопротивлением 50 Ом) вряд ли хорошее, и всей мощности каскад заведомо не отдаёт, но это просто прикидка применимости схемы.

Динамический диапазон по мощности на линейном отрезке графика составляет шесть порядков, от микроватта до ватта. Это отрезок от -30 до 30 dBm на вертикальной шкале. Здесь усиление каскада по мощности составляет около 10 dB (разница между показаниями осей для любой точки графика).

Изменение частоты от 3 МГц до 5 МГц никак не сказывается - каскад широкополосный, и на любом участке 80-ти метрового любительского диапазона отдаст одинаковую мощность.

Завал снизу по частоте заметен в районе 2.5 МГц.
Что происходит выше по частоте, неведомо.
Генератор работает лишь до 5 МГц, а другого в доступе нет.

§3.3.3 Драйвер усилителя мощности.

Драйвером принято называть каскад, предшествующий усилителю мощности. На него приходится основное усиление, так как 10 dB усилителя мощности совершенно недостаточно.

Обычно в драйвере ставят однотактный каскад, работающий в режиме класса А, при немаленьком коллекторном токе покоя, который для пущей важности ещё и рассчитывается. Как и весь каскад целиком.

К сожалению, местный автор не владеет магией подобных вычислений, хотя логарифмическая линейка у него есть. Так что он тупо подобрал все три резистора вот такой хрестоматийной схемы. Она включается перед каскадом линейного усилителя мощности, а коллекторная катушка из 5 витков служит первичной обмоткой входного трансформатора.

Схема драйвера усилителя мощности «Радиостанции 151 палаты».

Технология подбора резисторов такая.

R1 отвечает за линейность усиления. Изменение амплитуды на входе в два раза должно приводить к двухкратному же изменению сигнала на выходе. Причём во всём динамическом диапазоне, а не только на малых сигналах.

От R2 зависит симметричность усиления верхней и нижней полуволны сигнала. На осциллографе симметрия видна прекрасно. Опять-таки, смотреть её лучше на максимальных сигналах.

R3 определяет усиление каскада.

Понятно, что все три резистора взаимозависимы, и каждый влияет на выбор рабочей точки транзистора. Однако за пару-тройку итераций номиналы резисторов всё-таки подбираются так, что и усиление будет линейно, и по чувствительности усилитель мощности сопряжётся с SSB формирователем. У которого на выходе сигнал амплитудой 200 mVpp.

Коллекторный ток транзистора получился 5 mA с небольшим.
Поэтому радиатор транзистору вообще не понадобился.

Сквозная передаточная характеристика обоих каскадов вышла такой:

Передаточная характеристика усилителя мощности «Радио 151 палаты».

Суммарное усиление двух каскадов составляет 42 dB. У двухтактного, как мы помним, усиление всего 10 dB, так что на драйвер приходится 32 dB.

Теперь давайте критически посмотрим на получившуюся совокупную передаточную характеристику обоих каскадов.

Как мы помним из графика такой же передаточной характеристики речевого компрессора, звуковой сигнал у него на входе менялся от примерно 5-6 mVpp (уровень срабатывания «шумового затвора») до 200 mVpp (уровень срабатывания лимитёра). Итого динамический диапазон голоса составляет, грубо говоря, 30 dB.

На тот случай, когда компрессирование вообще выключено (а почему бы и нет?) динамического диапазона линейного усилителя мощности хватает для передачи некомпрессированного голоса. При включенном компрессоре, когда динамика менее 10 dB, тем более.

Именно в силу этих соображений нет смысла рисовать график для мощностей менее 1 mW. Такой режим работы просто не реализуется.

При проектировании и построении линейных усилителей мощности так же всегда смотрят на так называемую «однодецибельную точку компрессии», в которой усиление падает на 1 dB. Конкретно тут она лежит за пределами отрезка 0-30 dB вертикальной оси, так что усилитель получился ещё и кошерный.

§3.3.4 Антенный гармониковый фильтр.

Физические причины, заставляющие применять антенный фильтр, очень простые. Как бы мы ни подбирали рабочие точки транзисторов, всё равно любой реальный усилитель нелинеен, и искажает даже самую идеальную синусоиду, поданную ему на вход. Просто вспомните усилители мощности звуковых частот, и хайп вокруг параметра КНИ (как вариант, КГИ).

На высокой частоте заставить усилитель не порождать гармоники сигнала ещё труднее, тем более, что сам сигнал промодулирован голосом, то есть случайной функцией. Любой, кто учился в универе, и хотя бы смутно помнит предмет «высшая математика», никогда не забудет ряды Фурье и разложение периодических функций этими самыми рядами. Гармоник там получается - мама не горюй.

Только военные склонны не особо озадачиваться фильтрацией сигнала в своей аппаратуре, ограничиваясь согласованием передатчика с антенной. Энергетика им важнее каких-то там помех.

А вот всем остальным и регламент радиосвязи, и сложившаяся практика, предписывают подавлять гармоники сигнала в тысячу раз, или на 60 dB.

Схема антенного фильтра «Радиостанции 151 палаты».

Конструкторы QRPP передатчиков сильно не фанатеют, и обычно ограничиваются вот такой схемотехнической конструкцией.

Поскольку в катушках антенного фильтра хочется получить хоть какую-то добротность, так полюбившиеся нам «советские ферриты» тут использовать не получится. Придётся сходить на АлиЭкспресс, либо в какое-то другое место, и там поискать сердечники из карбонильного железа.

§3.3.4.1 Выбор материала для индуктивностей фильтра.

Сегодня есть несколько систем маркировки кольцевых сердечников из карбонильного железа, наибольшее распространение из которых получила амидоновская:

Материал µ Fmax МГц Mаркировка RF PC
1 20 10 █████░░░░░ +
2 10 45 █████░░░░░ + +
3 35 5 █████░░░░░ +
4 9 17 ██████████ +
6 8.5 55 █████░░░░░ +
7 9 50 █████░░░░░ +
8 35 5 ██████████ + +
10 6 83 █████░░░░░ +
14 14 20 ██████████ +
15 25 7 ██████████ +
17 4 170 ██████████ +
18 55 1.3 ██████████ +
19 55 1 ██████████ +
26 75 0.38 ██████████ +
30 22 1.8 ██████████ +
34 33 1.4 ██████████ +
35 33 1.1 ██████████ +
38 85 0.27 ██████████ +
40 60 0.38 ██████████ +
45 100 0.34 ██████████ +
52 75 0.59 ██████████ +

Маркировка довольно интересна - кольцо кладут на плоскость, и всё, что видно, окрашивают в один цвет. То, на чём кольцо лежит, либо не окрашивается вовсе (в табличке это символизируется точками), либо красится во второй цвет.

В первом столбике приводятся номера рецептур, их ещё называют «материалами». В них как-то надо ориентироваться, так что давайте используем научный подход. Рассмотрим самый важный параметр - частотную дисперсию магнитной проницаемости µ для разных рецептур карбонильного железа.

Наиболее интересны материалы для радиочастотного применения (RF).
Их можно использовать во всём КВ диапазоне, вплоть до УКВ:

Магнитная проницаемость карбонильного железа рецептур 1,2,6,7,8,10,17 по классификации Amidon.

Совсем иначе ведут себя материалы, нацеленные на работу в преобразователях мощности (PC). Зависимость магнитной проницаемости от частоты у них ярко выражена:

Магнитная проницаемость порошкового железа разных рецептур по классификации Amidon.

Вроде бы на частоте радиоканала можно использовать любой материал, оценив его магнитную проницаемость по этому графику. Хотя самые стабильные материалы с 1 по 17. У них фактически нет зависимости µ от частоты в интересующем нас диапазоне.

Однако, через катушку будет протекать существенный ток, создающий в кольце неслабое магнитное поле. Оно уменьшает магнитную проницаемость материала, изменяя индуктивность самой катушки, и напрочь расстраивая тем самым фильтр. Вот посмотрите на график зависимости магнитной проницаемости карбонильного железа от напряжённости магнитного поля для RF материалов:

Зависимость проницаемости RF карбонильного железа разных рецептур от магнитного поля.

Аналогичные зависимости для PC материалов:

Зависимость проницаемости PC карбонильного железа разных рецептур от магнитного поля.

Учитывая, что на колечке из карбонильного железа придётся мотать катушку индуктивностью 2 µH или чуть больше, и в ней не должно быть много витков, дабы они все на кольце умещались, магнитная проницаемость кольца обязана быть от 10 и выше.

Критически посмотрев на два предыдущих графика, можно согласиться только на 2 и 14 материалы. Они воистину хороши.

Теперь определимся с размером кольца:

Магнитопровод Dвнешний мм Dвнутренний мм Hвысота мм
T123.21.61.3
T164.12.01.5
T205.12.21.8
T256.33.02.4
T307.83.83.3
T379.55.23.3
T44115.84.0
T50137.64.8
T68189.44.8
T8020136.4
T9424147.9
T106271411
T130332011
T157402414
T184472418
T200513214
T200A513225
T225573614
T225A573625
T300764914
T300A764925
T4001005717
T400A1005725
T5001307820

По размерам вполне подойдут кольца T37, T44, T50. Далее через тире должна быть написана марка материала, то есть 2, либо 14.

Кольцо T37-2 с его 10 единицами магнитной проницаемости и 27 витками обмотки (максимальное число витков провода диаметром ½мм), при токе через обмотку в 1 Ампер создаёт внутри себя магнитное поле в 33 Эрстеда. Судя по графику, для второго материала это вполне рабочий режим. У колец большего диаметра тем более никаких проблем не возникнет.

На АлиЭкспрессе легко сыщется лот из пяти красных колечек T37-2, причём он безальтернативен. Чего-то ещё столь же подходящего местный автор на момент написания статьи там просто не нашёл. Да, есть какие угодно материалы, но кольца из них продаются лотами от сотни штук, за несуразные деньги. Так что только вот это:

Сердечники из карбонильного железа T37-2 с проницаемостью 10 на АлиЭкспрессе.

Понятно, что это не оригинальные амидоновские кольца, но работают они всё равно хорошо. В оффлайне у местного автора в его деревне ничего даже близко похожего просто нет.

Даташит T37-2.

§3.3.4.2 Расчёт фильтра гармоник.

Для вычисления номиналов емкостей и индуктивностей фильтра гармоник необходимо определиться с типом фильтра (Баттерворта или Чебышева), и воспользоваться таблицами или номограммами соответствующего справочника. Либо одной из многочисленных программ, что много проще.

Пусть такой программой будет RFSim99 - она легко гуглится.
Причём даже есть версия на русском языке.

a) Классический вариант антенного фильтра.

Нажимаем в программе «Tools», «Design», «Filter», и формируем фильтр Чебышева с указанными параметрами.

Формирование П-фильтра программой RFSim99.

Кнопка «Simulate» перенесёт схему в редактор, и отобразит её АЧХ в диапазоне частот (красная линия S21), а так же коэффициент отражения (синия S11):

Расчёт П-фильтра программой RFSim99.

Теперь надо научиться пользоваться программой - выставлять диапазон частот и амплитуд (тут они в dB), количество расчётных точек графика, перемещать рабочий курсор окна на нужную Вам частоту.

Сразу обратите внимание, что фильтр Чебышева с частотой среза 4.6 МГц «из коробки» на частоте 10 МГц обеспечивает затухание 40 dB. Но главное не это, то есть не красная кривая.

Крайне важно, чтобы фильтр гармоник был согласован по сопротивлению как с передатчиком, так и фидером. То и другое имеет волновое сопротивление 50 Ом, так что и фильтр на рабочей частоте радиоканала 3.687 МГц тоже должен иметь такое же сопротивление.

Следите за синей линией - чем ниже она спадает на графике хитрым образом, тем ближе сопротивление фильтра на концах к 50 Омам.

Фильтр Чебышева с частотой среза 4.6 МГц.

Для того, чтобы частота радиоканала попала на некую ось симметрии синей линии, и подбирается частота среза фильтра при его проектировании. Именно поэтому она выбрана равной 4.6 МГц, а не какой-либо другой.

Но это мы смотрим окно «Square grid». По кнопке «Smith chart(Z)» доступно то, что нам особенно интересно. Движок курсора можно погонять по частоте, и найти крайние точки, когда сопротивление фильтра выходит за границы интервала 50±5 Ом:

Крайние частоты согласования фильтра гармоник.

Таким образом, «готовый» фильтр удовлетворительно работает в диапазоне частот 2.432-4.487 МГц, но с отклонением сопротивления ±10%.

б) Антенный фильтр с конденсаторами стандартных номиналов.

Всё прекрасно, вот только у нас передатчик на фиксированную частоту. Тем не менее, как должна себя вести синяя кривая, понятно: опускаться на рабочих частотах передатчика как можно глубже, создавая ямку максимальной ширины.

Местный автор рискнул модифицировать фильтр таким образом, чтобы номиналы конденсаторов получились постандартнее, а индуктивности с учётом выбранных колец T37-2 были мотабельные. Вот схема и АЧХ такого фильтра гармоник:

Практическая схема фильтра гармоник.

Затухание на частоте 10 МГц составляет почти 44 dB. АЧХ на частоте радиоканала имеет подъём, а сопротивление фильтра там чисто активное, 50 Ом.

Зона идеального согласования 50±2 Ом простирается от 3.23 до 4 МГц:

Сопротивление фильтра гармоник при расстройке.

Этого достаточно, чтобы при небольших отклонениях деталей от номинала всё равно получить гарантированно хороший результат. Естественно, конденсаторы и индуктивности перед установкой в фильтр лучше всё-таки промерить. Если есть чем.

В литературе подобный подход именуется как SVC (конструкции с конденсаторами стандартных номиналов), и обычно его стараются придерживаться. Можете погуглить программы типа «SVC Filter Design» и аналогичные.

Местный автор честно подобрал наиболее близкие к 1 нФ конденсаторы, и намотал на двух сердечниках T37-2 по 23 витка медного провода диаметром ½мм индуктивностью ровно 2.05 µH. Обратите внимание на эти катушки:

Индуктивности 2.05 µH на магнитопроводах T37-2.

При одинаковой индуктивности пришлось им сделать разное межвитковое расстояние, что говорит о неодинаковости магнитной проницаемости колец. Таков «китайский амидон».

Так как проволока недостаточно жёсткая, во избежание смещения витков они закреплены эпоксидным клеем. Индуктивность катушек при этом не меняется, либо изменения настолько малы, что не фиксируются прибором.

§3.3.5 Антенный коммутатор приёмника.

Обычно антенну от приёмника к передатчику переключают с помощью реле. Но где же в провинции сыскать мелкую релюшку на вполне определённое напряжение, да ещё и пригодное для работы в ВЧ цепях, то есть с малой ёмкостью контактов?

Наверное, проще эмулировать ту релюшку ключами на транзисторах.
Например, так:

Коммутатор антенны приёмника на MOSFET транзисторах.

Антенна приёмника коммутируется MoSFET транзисторами BS170.
Можно применить и более доступные транзисторы, например, 2N7000.

Коммутатор представляет собой два ключа, нижний по схеме из которых замыкает антенну приёмника на массу в режиме передачи, а верхний наоборот, в режиме передачи размыкается. В режиме приёма активность у ключей противоположная (верхний замкнут, нижний разомкнут), а совокупно они эмулируют собой перекидной переключатель, пусть и не идеальный.

Проявив мудрость, мы можем не просто замыкать и размыкать верхний ключ, подав на его управляющий вход напряжение +6 Вольт со стабилизатора платы приёмника (оно выведено на резистор подстройки частоты радиоканала). Вполне возможно лишь приоткрыть этот ключ регулируемым напряжением, получив тем самым электронный аттенюатор с затуханием от 0 до 25 dB - достаточно добавить ещё один переменный резистор.

Аттенюатор получается с довольно плавной регулировкой.
Лишним он точно не будет.

§3.3.6 Третья печатная плата.

Итак, полная схема линейного усилителя мощности вышла такой:

Схема каскада усилителя мощности «Радиостанции 151 палаты».

Кроме рассмотренных ранее каскадов, на схеме можно видеть стабилизатор 78L06, подачей напряжения +12 Вольт на который через контакт «+12V TX» передатчик включается. На коллекторы линейного усилителя мощности напряжение +12 Вольт подано всегда, ибо коммутировать серьёзный ток - не самая хорошая идея.

Топология печатной платы (исходник в формате .lay6):

SSB КВ радиостанция 151 палаты. Топология платы линейного усилителя мощности.

В антенном фильтре каждый конденсатор набран из трёх для точности подбора номинала. А так же заметны несколько «левых» элементов, на схеме отсутствующие. Это допы, про них будет отдельный разговор.

Фото платы, сильно искажённые эффектом «рыбий глаз», и кое-как потом отрихтованные обратно в прямоугольник. Со стороны дорожек и деталей соответственно:

SSB КВ радиостанция 151 палаты. Плата линейного усилителя мощности со стороны дорожек.
SSB КВ радиостанция 151 палаты. Плата линейного усилителя мощности со стороны деталей.

По центру что-то малопонятное. Это лежбище транзисторов:

SSB КВ радиостанция 151 палаты. Монтаж выходных транзисторов.

Маленький кусочек дюральки под транзисторами - вовсе не радиатор.

Поскольку транзисторы положено прижимать к настоящему радиатору, для чего в плате предусмотрены отверстия, а с той стороны платы напротив них надёжно припаяны гайки под стягивающие винты, в процессе прижимания плату неизбежно выгнет дугой. Для противодействия чему и придумана эта пластинка.

Керамические конденсаторы рядом с транзисторами изображают собой SMD. По традиции полагается запаять его одним концом прямо к выводу средней точки первичной обмотки выходного трансформатора, а вторым к массе. Местный автор с SMD компонентами не дружит, потому вот так.

Над транзисторами местный автор тоже предварительно поглумился.

С одной стороны они исходно плоские (там, где нанесена маркировка), а вот с другой похожи на фрагмент цилиндра. Если их этим цилиндром класть на пластину, транзисторы по ней будут кататься. Так что автор взял, да и спилил этот полуцилиндр надфилем к чёртовой матери. Получился плоский транзистор толщиной 3 мм, и он гораздо лучше, чем выпуклый.

Ибо сопромат нам внушает: зажимая плоскую вещь промеж двух пластин, мы получаем совершенно предсказуемое распределение деформационных напряжений, нежели чем будем давить на кратно меньшую по площади поверхность цилиндра. А внутри ещё и кристалл, выделяющий тепло.

Далее массив распаянных транзисторов пошоркан о мелкую наждачную бумагу, чтобы образуемая ими поверхность вышла плоской, и идеально прилегала к радиатору. Если какой-то транзистор имеет незатёртую маркировку, значит, он тоньше остальных, и надо шоркать дальше.

Замечание о большом и толстом радиаторе.

В качестве радиатора используется любой достаточно лёгкий сплав с хорошей теплопроводностью, толщиной 5-6 мм и размером с плату. Тут может возникнуть вопрос, зачем радиатор столь велик, если в прототипе радиатора вообще не было.

Объяснение этому сыщется.

Всё верно, пока передатчик работает на согласованную нагрузку, транзисторы не сильно горячие, и им хватит совсем небольшого радиатора. Потому как на транзисторах в подобной схеме может рассеиваться мощность порядка 1/20 от подводимой.

Но как только с антенной что-нибудь случится, и мощность «не пойдёт» в неё, в фидере возникнет так называемая стоячая волна. Импеданс нагрузки для передатчика станет иным, и на бедных маленьких транзисторах начнёт рассеиваться уже вполне серьёзная мощность. Без эффективного радиатора они просто не выживут.

Так что избыточно большой и вроде бы не очень нужный радиатор работает спасателем в непредвиденных (аварийных) ситуациях.

О правильном феррите для выходного трансформатора.

Местный автор лелеял робкую надежду на возможность применения во всей конструкции одной марки ферритовых колец. Тех самых, копеечных, из феррита с µ=2000, имеющихся в любом магазине радиодеталей. Это было бы шикарно.

Но оказалось, такой феррит плохо переносит большие мощности на частоте радиоканала. Кольца выходного трансформатора греются выше 70°, вот прямо рука не держит. Похоже, в них теряется половина мощности передатчика, так что его КПД оказался 20%. И это фиаско.

Так происходит потому, что значение относительного тангенса угла магнитных потерь (простите за такое) для этой марки феррита на частоте радиоканала оказывается слишком уж большим. Вот сравнительный график для отечественных ферритов разных марок:

Относительный тангенс угла магнитных потерь разных марок феррита.

Из рисунка следует, что трансформатор на ферритовых кольцах с µ=400 или ниже будет греться в десятки раз меньше, нежели на кольце с µ=2000. Если продолжить ход зависимостей на глазок.

Сегодня в промышленной и любительской технике в усилителе мощности практически безальтернативен амидоновский «бинокль» (по-научному трансфлюктор) марки BN-43-202. Есть и поменьше, но у них дырочки, сквозь которые надлежит продевать проволоку, слижком уж мелкие. Хотя по науке медь проводов должна заполнять собой весь просвет отверстий.

Однако, цены на амидоновский феррит совершенно не гуманные.
И даже на китайские реплики.

Правда, если внимательно посмотреть на арматуру контуров ПЧ из прошлого века, можно узреть ферритовую трубку размером 10*7*12. Замер магнитной проницаемости позволяет предположить, что феррит там марки М300НН. Хотя вроде бы таких значений µ серийно и вовсе не выпускалось.

Ферритовая трубка арматуры контура ПЧ.

Оказалось, две таких трубки запросто заменяют амидоновский «бинокль» семейства BN-43. Причём это не извращение местного автора, примеры использования ферритовых трубок от контуров именно в выходных трансформаторах усилителей мощности есть. Люди снимали с точно такой же пары трубок целых 8 Ватт мощности.

Более реальные варианты ферритов для трансформатора.

Но, допустим, у Вас нет доступа к кладбищу электроники.
Что будет так же хорошо работать, как и экзотические трубки от контуров?

  1. В «ChipDip» есть кольца М400НН К10*6*3. Если два кольца склеить в трубочку, добавить к ней вторую такую же трубочку, а из них организовать «бинокль», это будет полный эквивалент того, что местный автор сотворил из феррита от контуров М300НН К10*7*12.

  2. Там же имеются в наличии кольца М400НН К17.5*8.2*5. Их на один «бинокль» нужно не 4, а 2 штуки. Индуктивность обмоток выйдет чуть побольше, но это не должно быть критично.

    Однако, такое решение уж слишком громоздко, и лучше подходит для более мощных передатчиков.

  3. Наконец, не заказан путь за BN-43-202.
    Правда, минимальный заказ там на $20, и доставка тоже не бесплатная.

    Возможна альтернатива от китайцев: 10 шт. BN-43-202

Стоит заметить, что «Чип и Дип» примерно втрое вздувает ценник, ибо в локальном провинциальном магазине колечки продаются рублей за 8, и никто за ними очередь с вечера не занимает.

С другой стороны, в Стране остался единственный производитель ферритовых колец из интересующих нас марок феррита, «Ферроприбор». Но у него минимальная партия поставки - 500 штук. Так что вариантов-то не особо и много.

Как правильно мотать трансформатор на «бинокле».

В данном случае первичная обмотка составляет 3+3 витка, вторичная 5 витков медной проволоки диаметром 0.5 мм в лаковой изоляции. Диаметр проволоки может быть и больше.

Намотка витков на «бинокле» своеобразна.

Одним витком считается кольцо из проволоки, начинающееся и заканчивающееся с одной стороны бинокля. Посмотрите на рисунок - зелёный провод символизирует собой первичную обмотку 1+1 виток, а жёлтый - вторичную, 2 витка.

Процедура намотки бинокля из ферритовых трубок.

В нашем случае 3+3 витка первичной обмотки дадут 6 зелёных изогнутых проводочков справа, а 5 витков вторичной обмотки, соответственно, 5 жёлтых гнутых проводков слева. Скрутка - это отвод от середины первички.

В действительности удобнее мотать сперва вторичную обмотку, а поверх неё первичную. Между обмотками уместен диэлектрик (несколько витков фторопластовой ленты), так как особой веры в лаковую изоляцию проволоки нет - первичная обмотка подключена к 12 Вольтам, вторичная к массе. Случись коротыш, отсюда пойдёт волшебный дым.

Все ухищрения по симметрированию трансформатора методом намотки первичной обмотки двумя проводами одновременно, либо даже перевитыми промеж собой со скольки-то скрутками на сантиметр, скорее всего, тут излишни.

§3.3.6.1 Настройка выходного сопротивления передатчика.

С этого места начинается вуду, которое непременно следует постичь.

В электро- и радиотехнике передача мощности от одного устройства к другому проистекает без потерь, если внутреннее сопротивление источника в точности равно сопротивлению нагрузки. В случае ВЧ техники говорят о волновом сопротивлении, либо импедансе.

Мы уже сталкивались с аналогичной задачей на примере согласования кварцевого фильтра - вспомните, сколько там было суеты с согласующими трансформаторами. А теперь необходимо добиться волнового сопротивления на выходе передатчика в точности 50 Ом для идеального согласования с фидером.

Хорошо бы знать получившееся выходное сопротивление передатчика.
Но замерить его напрямую нельзя. Только как-нибудь косвенно.

Самый простой метод - подать на вход платы усилителя синусоиду с частотой радиоканала 3.687 МГц фиксированной амплитуды 200 mVpp, а к выходу подключать безиндукционные резисторы разного номинала. Максимум мощности выделится на том резисторе, номинал которого равен выходному сопротивлению усилителя.

    Внимание!

    На время коммутации нагрузки напряжение питания с усилителя мощности снимается - без нагрузки усилителю работать не положено.

Так как напряжение на резисторе проще всего мерить осциллографом, прямо от пика до пика, что обозначается как Vpp (в конце статьи есть словарик), мощность, рассеиваемая на резисторе сопротивлением R, вычисляется по формуле:

{8} W [Вт] = (Vpp [В])2/( 8*R [Ом])

Если считать лень, имеется калькулятор, в котороом нужно указать Vpp в соответствующем поле, потом поставить омы «произвольного импеданса», и активировать его поле радиокнопкой. В поле «Watts» будет корректно рассчитанная мощность.

График полученной зависимости демонстрирует очевидный экстремум (кривая интерполирована сплайнами, не спрашивайте, отчего она проведена именно так):

Зависимость выходной мощности от сопротивления нагрузки.

Кстати говоря, при отбирании от девайса трёх ватт ВЧ мощности, его КПД составляет 50-60%. Это уже похоже на то, что должно получиться по фень-шую.

Выходной трансформатор намотан явно удачно - передатчик по выходу получился строго 50-омный. Правда, читателю вряд ли понятно, из каких соображений в первичной обмотке трансформатора по 3 витка, а во вторичной именно 5. Вот давайте это и уясним.

У местного автора есть логарифмическая линейка и остаточные инженерные навыки, поэтому он честно посчитал выходное сопротивление транзисторного каскада, соединил нужное их число параллельно, и получил в итоге 18 Ом. Их надо трансформировать в 50 Ом. То есть умножить на 25/9. Но это по сопротивлению, а как такую математику свести к виткам?

Есть простое правило: коэффициент трансформации по сопротивлению равен квадрату от коэффициента трансформации по напряжению. Поэтому соотношение витков и должно быть 5:3. Возведите в квадрат обе цифры, и получите 25:9.

Если в Вашем случае на тестовом трансформаторе (пусть он будет для определённости именно таким, 3:5 по виткам) экстремум наблюдается не на 50 Омах, а при другом значении нагрузки, поделите сперва это значение на коэффициент трансформации по сопротивлению тестового трансформатора 25/9, чтобы узнать выходное сопротивление транзисторного каскада Rt.

Далее воспользуйтесь таблицей.
Найдите в первой колонке число, близкое к получившемуся Rt

Во второй колонке этой строки будет число витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора, в третьей колонке - соотношение сопротивлений первичной и вторичной обмоток трансформатора.


Rt [Ом] NL1/NL2 RL1/RL2
5.562:61:9
7.033:89:64
8.002:54:25
9.183:79:49
9.884:916:81
12.53:61:4
15.45:925:81
16.34:716:49
18.03:59:25
19.55:825:64
22.24:64:9
25.55:725:49
28.13:49:16
30.37:949:81
32.04:516:25
34.75:625:36
36.76:736:49
38.37:849:64

Обратите внимание, что в таблице отсутствует масса возможных соотношений витков типа 11:21, благодаря которым изменение Rt в первой колонке от строки к строке могло бы быть более плавным. Но по литературным данным, индуктивности первичной обмотки трансформатора лучше всего находиться в диапазоне от 4-5 до 18-20 µH. В пересчёте на витки для данного дизайна трансформатора получается 3-6 витков первичной обмотки.

Два витка тоже, наверное, ещё будут работать достаточно хорошо.
Но 1:2 в таблице уже заменено на эквивалент 3:6

Теперь представим, что нам не повезло, и по графику зависимости мощности от сопротивления нагрузки мы увидели пик в произвольной точке оси абсцисс, в диапазоне от 20 до 100 Ом. Получится ли согласование с достаточной точностью подбором числа витков трансформатора?

Попробуем просчитать варианты с шагом 5 Ом.
Вот таблица результатов такой оценки:


R максимума NL1:NL2 Rвых
203:851.2
253:749.0
304:954.7
353:650.4
405:946.7
454:749.6
503:550.0
555:850.7
604:648.6
654:652.7
705:749.4
755:752.9
803:450.1
857:950.6
904:550.7
955:649.3
1006:749.0

Похоже, если с тестовым трансформатором 3:5 мы видим пик в любом месте графика, трансформатор в принципе может быть пересчитан на сопротивление 50 Ом. Неудобным по индуктивности первичной обмотки является лишь пик на 85 единицах, но мы притворимся, что координата пика на 5 единиц больше или меньше.

Как видно из таблицы, отклонение от идеальных 50 Ом выходного сопротивления в любом случае весьма небольшое. Практически же таким отклонением можно пренебречь - строго 50-омного кабеля Вы и не найдёте в природе.

§3.3.6.2 Оценка линейности усилителя мощности.

Теперь, при работе передатчика на заведомо согласованную нагрузку, с трансформатором из правильного феррита, имеет смысл переснять проходную характеристику усилителя мощности, чтобы определиться с её линейным участком, и тем самым понять, какую максимальную мощность развивает передатчик, не уходя в режим компрессии.

Снимать зависимость лучше всего в единицах dBm по обеим осям.
Мы это уже делали раньше при макетировании схемы.
Но теперь снизойдём и до формул.

dBm есть отношение мощности к 1 mW:

{9} dBm = 10*log10(P[W]/1[mW]) = 10*log10(103*P[W])

Выразим мощность P[W] через Vpp[V] посредством формулы {8}:

{10} dBm=10*log10(103*Vpp2/(8*R))=10*log10(2.5*Vpp2); R=50[Ом]

Выходное напряжение от пика до пика по выделенной красным цветом формуле переведите в единицы dBm, и отложите на графике (или снова воспользуйтесь калькулятором). Входное напряжение берётся с 50-омного выхода генератора, амплитуда на котором так же от пика до пика задаётся с цифровой клавиатуры - формула применима и тут.

Получилась довольно приличная зависимость:

Передаточная характеристика усилителя мощности.

Коэффициент усиления здесь 46 dB (при прототипировании получалось 42 dB, но согласование с нагрузкой тогда отсутствовало), и приемлемую линейность вплоть до 2 Ватт. Красная линия проведена поверх графика для того, чтобы иметь возможность наблюдать отклонение зависимости от линейной. При 2 Ваттах выходной мощности оно составляет менее ½ dB, хотя допускается 1 dB. Это так называемая «однодецибельная точка компрессии» - подходить к ней не стоит, так как интермодуляционные составляющие 3-го порядка начинают превышать допустимую норму -40 dB.

Любопытства ради зафиксируем и вот такую табличку с током потребления:


Vpp вх [mV] Pвых [W] I [mA] КПД [%]
106124035%
160233050%

Длительный прогон при выходной мощности 2 Ватта (или 4 Ватта потребляемой по питанию) показал, что резисторы в эмиттерах «силовых» транзисторов, их радиатор, а так же выходной ферритовый трансформатор нагрелись до примерно одинаковой температуры в 40°. То есть при работе на согласованную нагрузку передатчик еле тёплый.

§3.3.6.3 Линейность усилителя мощности с фильтром.

Теперь смонтируем фильтр гармоник, антенный переключатель приёмника, датчик тока антенны (об этом потом). Окончательный вид линейного усилителя мощности:

SSB КВ радиостанция 151 палаты. Монтаж платы линейного усилителя мощности.

По причине недостаточной жёсткости проволочных выводов катушек фильтра сами катушки примотаны леской к кусочку одностороннего фольгированного стеклотекстолита, припаянного вертикально к печатной плате. Хорошо бы катушки разместить горизонтально на самой печатеной плате, как принято в данной конструкции, однако места для этого не осталось.

Снимем передаточную характеристику усилителя мощности с фильтром:

Передаточная характеристика усилителя мощности с фильтром гармоник.

По внешнему виду синусоида на выходе фильтра гармоник стала почти идеальной. Без анализатора спектра трудно что-либо с уверенностью утверждать, но, похоже, ФНЧ пятого порядка на «китайском амидоне» работает всё-таки неплохо. Есть большая вероятность, что для наших скромных нужд подобного фильтра вполне достаточно.

Радиатор транзисторов и трансформатор на «бинокле» при длительном прогоне остались вообще холодными. Чуть греются теперь индуктивности фильтра гармоник.

Что же касается КПД с фильтром гармоник в тракте, то при 50-омной нагрузке наблюдается вот что:


Vpp вх [mV] Pвых [W] I [mA] КПД [%]
1321.028030%
1701.535036%
2102.041041%

Казалось бы, КПД передатчика упал на 15-20%, и нечему тут радоваться. Но зато SDR приёмник, расположенный в паре метров от передатчика, работающего на полноразмерную End Fed антенну (по сути размещённый прямо в её ближней зоне) зафиксировал лишь намёки на излучение второй гармоники (7.376 МГц) при речевой передаче. Отметка на «водопаде» появляется только при постановке «тональника», то есть при концентрации всей мощности в предельно узкой полосе.

Видимо, антенный фильтр достаточно хорош.

§3.3.7 Потери в электронном коммутаторе антенны.

Ранее было оговорено подключение антенного входа приёмника к антенным цепям передатчика через коммутатор на двух MOSFET транзисторах BS170. Пришла пора узнать, насколько такое решение работоспособно.

Нет ничего проще.
Вешаем на выход генератора аттенюатор -80 dB.
Работать будем с предельно малым сигналом.

Ранее мы уже оценивали чувствительность приёмника, и выработали для этого вполне приемлемую методику.

Воспроизведём её в точности, но теперь подключим антенный вход приёмника не напрямую к генератору, а транзитом, через плату передатчика. Задействовав тем самым антенный коммутатор. На транзисторы антенного коммутатора, естественно, при этом поданы правильные управляющие напряжения.

Как оказалось, теперь с генератора через аттенюатор нужно подать не 20 mVrms, а 23.2 mVrms. Разница составляет 1.29 dB.

Итак, затухание в антенном коммутаторе на MOSFET составляет 1.29 dB
Чувствительность получается -99.68 dBm, или 2.32 µVrms при 12 dB SINAD.

Был проделан и иной эксперимент, когда вместо приёмника фигурировал пятидесятиомный трансформатор 1:1 на ферритовом кольце, а измерения выполнялись посредством осциллографа на сигнале амплитудой 3 mVpp. Результат получился близкий, 1.27 dB затухания на антенном коммутаторе.

Если Вам такие потери кажутся слишком большими и не позволительными, ставьте вместо электронного коммутатора релюшку.

Некоторые не очень понимают, как между собой согласуются сопротивления цепей, и предпочитают коммутировать релюшкой антенну между платами приёмника и передатчика, даже не пытаясь пропустить сигнал сквозь фильтр гармоник в режиме приёма. Никаких вопросов, поступать можно по-всякому.

§3.3.8 Оценка достаточности достигнутой выходной мощности.

Выходная мощность передатчика на одночастотном синусоидальном сигнале (то есть пиковая) получается в районе полутора Ватт, но «на голосе» будет около Ватта. Возникает вопрос, насколько такой мощности достаточно для заявленной задачи.

Так как пустое теоретизирование нам абсолютно ничего не даст, придётся взять данные по примерно столь же простым аналоговым радиостанциям промышленного производства, работающих на близкой частоте, и свести в табличку основные паспортные данные по чувствительности, мощности, и дальности связи. Но все они будут из разряда «артефакт», ибо сегодня ничего подобного не производится:


Радиостанция Чутьё [µV] Мощность [Ватт] Дальность [км]
1966 Р-129 2 1.0 40(л)/300(д)
1972 Недра-3 3 0.5 20(ш)/50(л)
1981 Карат-М 3 0.5 80-100(л)
1983 Нива-М 7 0.5 35-50(д)
1985 Карат-2Н 1.2 1.0 30(л)
198х Р-163-1К 3 1.5 8(ш)/30(л)/100(д)
Антенны: (ш) штыревая, (л) наклонный луч, (д) диполь

Разглядывая табличку, стоит делать поправку на реалии того времени. Импульсных источников питания в каждой квартире тогда не было. И чем дальше в прошлое, тем длиннее получался радиоканал при менее совершенных комплектующих.

Потом этот момент стали оговаривать так: «в зависимости от местности и типа антенны, при удалении от промышленных объектов, телефонных и высоковольтных линий, радиостанция обеспечивает уверенную связь до 30 км».

Тут имеется ввиду лишь поверхностная волна - работа зенитным излучением не гарантируется ничем, кроме времени года и времени суток. Но когда связь пространственной волной становится возможной, на бескрайних сибирских просторах обыденной является связь между «Каратами» на 300 км. В условиях отсутствия помех, естественно.

Учитывая, что наша «Радиостанция 151 палаты» по чувствительности, избирательности, выходной мощности ничем не уступает советским артефактам из таблички, с эффективной антенной и при отсутствия помех (то есть вне населённых пунктов) от неё стоит ждать примерно того же. Связи пространственной волной до 100-150 км.

Традиционная смета на плату линейного усилителя мощности:

Радиодеталь: Количество: Цена/шт: Сумма:
Транзистор 2N2222 9 $0.01 $0.09
Транзистор BS170 2 $0.10 $0.20
Стабилизатор L78L06 1 $0.05 $0.05
Конденсатор керамический 18 $0.02 $0.36
Конденсатор электролитический 2 $0.05 $0.10
Резистор МЛТ 14 $0.01 $0.14
Феррит К10*6*4.5 М2000НМ 1 $0.10 $0.10
Феррит К10*6*3 М400НН 4 $0.30 $1.20
Карбонильный сердечник T37-2 2 $0.15 $0.30
Диод 1N4003S (любой серии 1N400x) 1 $0.02 $0.02
Итого: $2.56

Глава 4. Блок логики и управления.

Поскольку «радио 151 палаты» собирается не по трансиверной схеме, а имеет отдельные приёмник и передатчик, с полностью независимыми трактами, в этом месте возникает одна проблема. Связанная с тем, что переключение с приёма на передачу и обратно - процесс ничуть не мгновенный.

При снятии напряжения с каскадов они ещё какое-то время работают благодаря блокировочным конденсаторам по питанию, каких в высокочастотных цепях обычно немало. Так что при нажатии на кнопку передачи обесточенный приёмник напоследок квакнет, и этот квак уйдёт в эфир - микрофон живёт рядом с динамиком.

Обычно такая ситуация лечится введением в схему множества электронных ключей, шунтирующих каскады по входу и выходу, либо смещающих рабочую точку транзистора так, чтобы каскад не мог работать. Питание же каскадов не трогают вообще, избегая тем самым непредсказуемых переходных процессов, типа упоминавшегося выше квакинга.

Не исключая возможности применения электронных ключей, местный автор предлагает поступить чуть иначе. Не тупо коммутировать приёмник и передатчик с помощью кнопки тангенты, а управлять ими через простенькую логическую схему, вносящую необходимую задержку на включение. Дабы переходные процессы в выключаемом устройстве не мешали работе включаемого.

Самый простой вариант такого устройства на одной мелкосхеме:

Переключатель режимов работы радиостанции 151 палаты.

Что находится в тангенте (просто кнопка «приём-передача», или целая схема, как будет показано далее), пока не важно.

Понятно, что управляющую цепь можно повесить прямо на вход логического элемента, но так не делают. По фэнь-шую не полагается выводить вход КМОП логики за пределы родной платы, ибо извне может нагрянуть в гости статический заряд. Так что цепь буферируется транзистором. И непременно биполярным.

Буферный транзистор полезен так же и потому, что неведомо, как будет меняться падение напряжения на тангенте при просадке напряжения питания. Вполне возможно, в какой-то момент оно превысит напряжение срабатывания логического элемента, и реакции на нажатие кнопок не последует.

Это особенно актуально при работе логическим элементом триггера Шмитта, у которого есть гистерезис по входу. Формировать задержки удобно именно с его помощью.

Как всё это работает: при нажатии на кнопку тангенты приёмник выключается сразу, а спустя примерно треть секунды нижний по схеме таймер подаёт питание на передатчик. Отпускание кнопки тангенты немедленно обесточивает передатчик, и треть секунды спустя включается приёмный тракт, за что отвечает верхний по схеме таймер.

Обе задержки по времени регулируются независимо друг от друга, и могут быть выставлены произвольно изменением номиналов RC цепи.

Схема спроектирована так, чтобы при включении питания всего девайса конденсаторы таймеров были разряжены в ноль, и не происходило спонтанного кратковременного включения передатчика или приёмника.

Изначально предполагалось, что и передатчик, и приёмник будут коммутироваться прямо по питанию электронными ключами. В качестве каковых ничего лучше MOSFET транзисторов не придумать. Конкретно тут нужны транзисторы с P-каналом, на коммутируемый ток не менее ампера.

Внезапно оказалось, что относительно маломощных P-канальных транзисторов в нормальных корпусах в местном магазине тупо нет, и придётся идти в гости к китайцам. Там были выбраны самые дешёвые AO3401 (даташит), но, к сожалению, они в SMD корпусе:

SMD MOSFET транзистор для коммутации по питанию.

На самом деле вместо них возможны даже PNP транзисторы, работающие в режиме насыщения. Но тогда придётся потратить несколько лишних миллиампер, что для переносной техники не является разумным. И падение напряжения на коммутирующем транзисторе будет на порядки больше, чем на MOSFET.

На вывод «+12V RX» подключен стабилитрон с диодом - это цепь контроля и индикации напряжения батареи. Относится к дополнительному оборудованию, про что речь будет далее.

§4.1 Четвёртая печатная плата.

Давайте вспомним, что усилитель низкой частоты приёмного тракта всё ещё не был воплощён в железе. Имеет смысл заселить его на плату блока логики, тем более, что всей той логики лишь один микросхемный корпус, да немножко рассыпухи.

Топология печатной платы (исходник в формате .lay6):

SSB КВ радиостанция 151 палаты. Топология платы логики и УНЧ.

Дорожки:

SSB КВ радиостанция 151 палаты. Печатные дорожки платы логики.

Противоположная сторона, где будут стоять детали:

SSB КВ радиостанция 151 палаты. Плата логики со стороны деталей.

На плате есть много пустого места, где детали отсутствуют. Там выступ радиатора усилителя мощности - плата логики привинчена к его свободной стороне. А сама разводка несколько сумбурная.

В частности, дабы не накручивать дорожки вокруг корпуса микросхемы, диоды таймера напаяны прямо на выводы чипа со стороны печатных проводников. То же самое сделано с мелкими MOSFET-ами в корпусе SOT-23. Как оказалось, запаять их 40-ваттным советским паяльником довольно сложно:

MOSFET AO3401 на плате логики.

Без мелкоскопа и маленького паяльника работать с SMD компонентами проблематично. Только волшебные слова помогают. Лучше всё-таки изыскать любые другие P-канальные MOSFET транзисторы в корпусе TO-92, и переразвести плату под них.

Вид на монтаж:

SSB КВ радиостанция 151 палаты. Монтаж платы логики и УНЧ.

Считаем, сколько чего видно на фото:

Радиодеталь: Количество: Цена/шт: Сумма:
Чип К561ТЛ1А (CD4093BE) 1 $0.10 $0.10
Чип LM386-1N 1 $0.05 $0.05
MOSFET BS170 1 $0.10 $0.10
MOSFET AO3401 2 $0.04 $0.08
КТ3107 (BC307,ВC308,BC309) 1 $0.05 $0.05
Стабилитрон КС182 1 $0.05 $0.05
Диод КД522А (1N4148) 3 $0.01 $0.03
Конденсатор керамический 7 $0.02 $0.14
Конденсатор электролитический 6 $0.05 $0.30
Резистор МЛТ 13 $0.01 $0.13
Итого: $1.03

Глава 5. Необязательные элементы радиостанции.

§5.1 Полезные индикаторы.

Всякий, кто хоть раз видел приёмопередатчик, знает, что кроме ручек, тумблеров, шкал и разъёмов, у него обязательно есть несколько индикаторов. Либо, как вариант, один многофункциональный. Наверное, без него никак нельзя, и что-то такое надо бы организовать и нам.

Давайте подумаем, что же это может быть.
И как ему надлежит выглядеть в нашей компактной конструкции.

  1. S-метр.

    Предметом гордости любого радиолюбителя является качественная резонансная антенна, позволяющая излучать всю подводимую к ней мощность наиболее эффективно. На подводимую мощность тоже можно помедитировать, это отдельная тема. А чтобы получить удовольствие от самого процесса, хочется ещё и рапорт услышать, как оно с той стороны слышно. Хорошо ли, громко ли.

    Понятно, что какие-то средства объективного контроля для этого быть должны, и они обычно есть. Уровень приёма по логарифмической шкале с делениями-баллами как раз и озвучивается в рапорте.

    Другое дело, что корреспондент, не желая обидеть нашего радиолюбителя, зачастую свой рапорт нещадно завышает. Главным образом, чтобы не потерять лицо. Показометр-то прикручен к приёмнику, который может быть туповат, или его антенна не так хороша, а потому показания S-метра занижены. Причём непонятно насколько.

    Ну и каков смысл тогда в таком показометре?

    Именно поэтому у военной аппаратуры никаких S-метров обычно нет - воякам обижаться друг на друга не полагается по уставу. Они так и говорят - либо «принимаю тебя», либо «ни хрена не разберу, ори громче».

    Местный автор склоняется к военной методике оценки связи.
    И для неё S-метр даром не нужен.

  2. Индикатор тока антенны.

    Вот это уже более полезный показометр, без которого обычно ни одна военная радиостанция не обходится. Что свидетельствует об его обязательности и для нас.

    По индикатору наглядно виден факт согласования с антенной, что важно для маломощной QRPP станции. Исторически в качестве индикатора используется неонка.

    Наверное, в XXI веке пользоваться неонкой уже не модно.
    Какой-нибудь линейный индикатор будет информативнее.

  3. Индикатор батареи.

    Вот без него в автономной конструкции точно не обойтись.
    Индикатор заряда батареи нужен однозначно.
    И пусть у него будет побольше делений.

Однако, критически посмотрев на девайс снаружи и изнутри, местный автор не нашёл там достаточно места даже для маленького стрелочного индикатора. Которому надлежит быть на передней панели. Но площадь-то у неё со спичечный коробок, а там уже и так торчат три ручки. И куда?

Правда, над теми ручками можно воткнуть линейку из десятка светодиодов. Особенно если задействовать мелкие светодиоды диаметром 3 мм.

Для работы с ними как нельзя лучше подходит дешёвый и распространённый драйвер линейных индикаторов LM3914. Для него сыщутся штук пять аналогов, но они настолько экзотичные, что даже толком и не гуглятся.

§5.1.1 Линейный точечный индикатор на LM3914N-1.

LM3914N-1

Микросхема бесценна тем, что умеет работать не только в режиме «столбик» (типичный индикатор уровня в бытовой аппаратуре, такой все видели), но и «точка», когда светится только один сегмент линейки. Такой вариант уместен в девайсах с автономным питанием, для экономии ресурса батарей.

А учитывая, что рассыпухи чипу надо всего два резистора, одним из которых задаётся ток светодиода, а вторым - чувствительность по входу, лучшего варианта просто не найти.

LM3914N-1 с АлиЭкспресс.

Схема самого индикатора получилась такая (левая часть):

Линейный точечный индикатор.

Ток светодиодов и максимальное измеряемое напряжение определяются соответственно резисторами R1 и R2. Их можно посчитать по формулам на второй странице даташита LM3914, или вот по этому калькулятору (десятичный разделитель - точка):

Ток через светодиоды, mA:
Максимальное измеряемое напряжение, Вольт:
Номинал резистора R1, Ом:
Номинал резистора R2, Ом:

Местный автор использовал только 9 выходов из 10, так как на первой ножке постоянно присутствовал небольшой паразитный ток, подсвечивающий светодиод. Как потом оказалось, это лечится шунтированием светодиода резистором в 6 кОм, но на момент конструирования такого знания ещё не было.

При изменении входного сигнала в определённом диапазоне последовательно зажигается один из светодиодов, символизируя собой стрелку шкалы. В режиме передачи пускай это будет пиковая мощность (ток антенны). В режиме приёма - напряжение батареи в растянутом диапазоне от 9 до 12 Вольт.

Вероятно, имеет смысл шкалу сделать трёхцветной.
Расцветка светофорная, как обычно.
С градацией «свежак», «норма», «разряжено».

Соответственно, светодиоды на ножках микросхемы с 10 по 12 зелёные, с 13 по 15 жёлтые, с 16 по 18 красные.

Светодиоды продают на АлиЭкспрессе не дороже доллара за сто штук. В том числе и наборами из десяти цветов, по десятку экземпляров каждого цвета.

Набор LED 3mm десяти цветов с АлиЭкспресс.

Используются красный, жёлтый, и жёлто-зелёный. При токе в 10 mA яркость их свечения примерно одинакова, и достаточна для работы днём. А вот у зелёного в несколько раз ярче - он сюда именно поэтому не вписался. Хотя спектр у него изумительно радостный и вырвиглазный.

Все светодиоды в одинаковых прозрачных корпусах, так что икебана вышла по фэнь-шую, никакой хохломы:

Светодиодный линейный индикатор.

При финишной сборке, употребив силикон, можно сделать отверстия под светодиоды водонепроницаемыми.

Другой возможный вариант:

    Мельтешение цветов на индикаторе не всегда выглядит уместным, так что имеет смысл взять двухцветные светодиоды (например, красный/зелёный) с общим катодом. Их аноды сгруппировать по цветам, и запитать от +12V приёмника и передатчика.

    В таком случае в режиме приёма индикатор зелёного цвета будет отображать состояние батареи, а при переходе на передачу те же светодиоды визуализируют ток антенны, но уже в красном цвете.

Двухцветные светодиоды будут чуть дороже.
Нужен вариант именно с общим катодом:

Двухцветные (красный/зелёный) LED 3mm с общим катодом.

Сами светодиоды придётся как-то к чему-то крепить, ножек у них много. Чтобы не тащить куда-то столько проводочков, логично изготовить маленькую локальную платку, на которой размещается и микросхема с деталюшками:

Светодиодный линейный индикатор на плате.

Поскольку плата двойного назначения (её настоящее призвание - поджимать к передней панели корпуса трёх переменных резисторов, которые за ту панель не очень-то уверенно держатся, ибо нормальных советских резисторов из настоящего металла не нашлось, а про китайские сами всё понимаете), она односторонняя, выполненная в стиле «поверхностный монтаж». Примерно вот так:

Светодиодный линейный индикатор, монтаж.

Местный автор не решился выгнуть ножки у микросхемы в обратную сторону, чтобы её перевернуть пузиком кверху, побоявшись те ножки отломать. Так что линейная точечная шкала получилась «арабская». В таком положении, как на фото, очерёдность зажигания светодиодов привычная, слева направо. Но вот если смотреть на шкалу по-нормальному, спереди, порядок получится обратный, справа налево.

С другой стороны, линейную шкалу никто не запрещает провозгласить «индикатором тревоги». Зелёные сегменты у неё слева, красные справа. Пока огонёк блуждает слева, всё нормально. Как только он подбирается вправо (аккумулятор разряжен, ток антенны совсем маленький), значит, что-то не так.

§5.1.2 Индикация тока антенны.

В правой части схемы линейного индикатора присутствет схемка так называемых «допов». Они не фигурируют на схемах блоков радиостанции, ибо вообще не являются обязательными.

Так вот о датчике тока антенны.

Между антенным фильтром и собственно антенной припаян сантиметровай отрезок провода МГТФ, на который надето ферритовое кольцо неведомой марки типоразмера 8*3*2 мм с замеренной магнитной проницаемостью 90. Но подойдёт любое близкое по габаритам и µ.

Число витков вторичной обмотки 40-45.
Исполнен этот узел может быть так:

Датчик тока антенны.

Обратите внимание, магнитная проницаемость ферритового кольца не должна быть высокой. Больше сотни ставить не стоит, так как большая индуктивность в цепи антенны на частоте радиоканала эквивалентна резистору с заметным сопротивлением.

Так, сантиметровый отрезок провода МГТФ обладает индуктивностью в 2 наноГенри, что согласно формуле {2} на частоте 3.687 МГц эквивалентно 0.046 Ома. При пропускании провода сквозь кольцо с указанными выше параметрами индуктивность проводника становится равной 14 наноГенри, а сопротивление 0.32 Ома, и это приемлемо. Но вот если применить феррит с µ=1000, то сопротивление датчика тока антенны возрастёт до почти 10 Ом. Согласования с фидером пропадёт, мощность передатчика потеряется.

Марка диода не критична, но обязательно на обратное напряжение не менее 50-100 Вольт. Например, КД522А, откликающийся сегодня на позывной 1N4148. 1N4448 тоже сгодится, как и многие другие.

Настройка датчика тока антенны.

Следует определиться с мощностью передатчика, близкой к максимальной, затем подключить к передатчику эквивалент антенны, с помощью формулы {8} выставить необходимую мощность (например, 1.5 Ватта). И далее подбором резистора 11 кОм* (на схеме допов) добиться на выходе датчика ровно трёх Вольт напряжения. Или того, на которое рассчитана линейная цифровая шкала.

Понятно, что вольт-амперная характеристика диода, а с ним и датчика тока антенны, нелинейны. Вот экспериментально снятая зависимость выходного напряжения датчика и мощности на эквиваленте нагрузки:

Передаточная характеристика усилителя мощности.

Фрагмент оси сверху символизирует собой светодиоды линейной шкалы, которых в авторском варианте всего 9 (по три штуки трёх разных цветов), но может быть и 10. Светодиоды загораются поочерёдно в точках пересечения графика с красными вертикальными линиями.

Сперва активируются красные светодиоды индикатора, от мощности ½ Ватта жёлтые, при 1 Ватте начинает светиться первый из зелёных светодиодов. При полутора Ваттах зажигается последний зелёный светодиод.

Как пользоваться индикатором тока антенны.

В режиме передачи при молчке перед микрофоном передатчику не положено ничего излучать в эфир - все светодиоды должны быть погашены. Если это не так, значит, либо не подавлена несущая (плата формирователя SSB не настроена), либо есть какой-то возбуд.

Далее жмётся кнопка тангенты «Тон», подающая на микрофонный вход килогерцовый сигнал максимальной амплитуды. На выходе передатчика также формируется сигнал максимальной амплитуды, который на согласованной нагрузке выделяет 1.5 ватта мощности. Это соответствует свечению крайнего правого на схеме зелёного светодиода на 10 ножке чипа.

Однако, если активен любой светодиод левее него, значит, нагрузка в антенной цепи не согласована, и номинальная мощность передатчика не реализуется.

При резонансной антенне её требуется подстроить, ориентируясь по индикатору.

Так же возможно, что заряд питающих батарей близок к исчерпанию, и под нагрузкой их напряжение чуть проседает, отчего выходная мощность передатчика пропорционально снижается.

§5.1.3 Индикация напряжения аккумуляторов.

С датчиком питающего напряжения всё и того проще.
Договоримся делать замеры в режиме приёма.

Для этого +12 Вольт, подаваемые на приёмник, пропустим через стабилитрон и включенный последовательно с ним диод. Эта цепь физически располагается в блоке логики.

Так как линейная шкала имеет предел измерения 3V, разбитый на 10 ступеней, на одну ступень приходится 0.3 Вольта. В авторском варианте задействовано всего 9 светодиодов из 10 возможных, со 2 по 10, так что первый из них зажигается при 0.6 Вольта.

Чтобы при питающем напряжении 9 Вольт на измерительном входе линейной шкалы получилось 0.6 Вольта, на стабилитрон и диод, включенные последовательно, должно приходиться 8.4 Вольта.

В стандартном ряду диодов Зенера обязательно есть стабилитроны на 8.2 Вольта, типа КС182 или его импортного аналога. Паспортное напряжение стабилизации в зависимости от буквы маркировки приводится для тока от 0.5 до 5 mA, у нас столько нет. Соответственно, меньше и падение напряжения на стабилитроне. Потому может потребоваться включение последовательно с ним не одного, а двух или трёх диодов. А возможно, даже замена стабилитрона на более высоковольный, типа КС191.

Ненужная информация:

    У местного автора почему-то вообще не сыскалось стабилитронов КС182, но зато нашлись КС156 и КС133 в некотором количестве. Учитывая, что разброс напряжения стабилизации у них больше вольта у первого, и 0.6 вольта у второго (причём это по даташиту, а в действительности и того страшнее), не представляет никакой сложности подобрать пару стабилитронов плюс диод так, чтобы падение напряжения на них составляло порядка 8.5 Вольт.

    Но если нет горсти стабилитронов для подбора, всегда можно пересчитать порог индикатора не на 3 Вольта, а на какое-нибудь другое напряжение. Калькулятор к схеме приложен.

    Если стабилитрон не умеет работать при микротоках, в точке соединения его с диодом допускается включить резистор, вторым концом на массу. Сопротивлением этого резистора можно варьировать ток через стабилитрон, а тем самым и падение напряжение на нём (то есть подобрать напряжение стабилизации с необходимой точностью).

Диод последовательно со стабилитроном обязателен, и предназначен для организации функции «логическое или», потому как измеряемых величин две, а линейный индикатор только один.

На нагрузке в виде резистора 11 кОм* получится +3V при номинальном напряжении батарей 12 Вольт, при этом светится крайний правый по схеме зелёный светодиод. Когда напряжение просядет до 9 Вольт, должен потухнуть крайний левый по схеме красный светодиод.

Так как конструкция спланирована под аккумуляторы AA (их 10 штук, включенных последовательно), и конечное напряжение разряда у них 0.9 Вольт на элемент по даташиту, погасание крайнего левого красного светодиода сигнализирует о необходимости зарядки аккумуляторов. Дальше их разряжать просто нельзя, ибо так они быстро помрут.

В поддержание традиции, смета на «допы» и индикацию:

Радиодеталь: Количество: Цена/шт: Сумма:
Микросхема LM3914N-1 1 $0.20 $0.20
Стабилитрон 1N4738A или близкий 1 $0.02 $0.02
Конденсатор керамический 2 $0.02 $0.04
Резистор МЛТ 3 $0.01 $0.03
Феррит К8*3*2 М100НМ 1 $0.10 $0.10
Диод 1N4148 (любой ВЧ) 2 $0.01 $0.02
Светодиод 9 $0.01 $0.09
Итого: $0.50

Местный автор призывает не экономить полбакса, и оборудовать радиостанцию цветомузыкой. Без простейших, но наглядных индикаторов двух наиважнейших параметров, работать с девайсом будет весьма некомфортно, потому как наобум.

§5.2 Тангента радиостанции.

Часто связная аппаратура оборудована лишь разъёмами для подключения динамика и микрофона, которые юзер далее подбирает сам, ориентируясь на внешние условия.

Например, он может выбрать изолирующие наушники.

Ибо орать в динамик звуками эфира на природе как-то не принято. Сложно слушать голоса на фоне завываний ветра, плеска воды, верещания сверчков и ора котов. Да и медведь может вдруг проявить любопытство, и выйти проверить «свидетельство об образовании постоянного позывного сигнала».

Та же история с микрофоном. Для кого-то возможностей простейшей телефонной гарнитуры достаточно, а другому нужен фирменный микрофон.

Местный автор долго и мучительно думал, как же тут правильно поступить. То ли действительно взять телефонную гарнитуру на стандартном штеккере, каких в любом магазине сотовых телефонов полно. Или вообще воспользоваться стандартными же гарнитурами от радиостанций, коим цена долларов пять.

Но, критически разглядывая то и другое, вертя их в руках, местный автор счёл разъёмы этих готовых устройств хлипкими, а шнуры совсем уж нежными.

Со шнурами всё понятно - уши-вкладыши отрываются от шнура вообще одним лишь неловким движением. Проводочки внутри самих шнуров из тонюсеньких хлипких проволочек тоже далеко не для аутдора.

Больше вопросов возникло к разъёмам «мама» под 2.5 и 3 мм штеккера. Если кто держал в руках такие для варианта крепления «на панель», поймёт все сомнения. То, что можно купить в магазинах, оно совершенно игрушечное. Уже на 2-миллиметровой дюралевой панели их и не закрепишь-то толком.

Тест «пойду ли я с этим в хадж» сей презренный ширпотреб не прошёл.
Просто боязно идти с таким в горы, леса и поля.

Так что тангенте всё-таки быть.
Но не прямо из магазина, а переделанной.

  1. Разъём, судя по всему, надо ставить понадёжнее, или, как говорят на Руси, подубовее. Военных в этом плане, конечно, не превзойти, но так называемые «авиационные» разъёмы вполне сойдут.

  2. Шнур тангенты тоже должен соответствовать ситуации.
    Хорошая экранировка и та же дубовость приветствуются.

  3. Ещё местным автором совсем не воспринимается традиция создавать микрофоном тангенты слабенький милливольтный сигнал, и потом тащить его по «шуршащему» шнуру сквозь не шибко-то чистый в походных условиях разъём внутрь тушки радиостанции. Причём у почти всех китайских тангент микрофонный кабель практически никак не экранирован (максимум скрутка).

    Раз уж мы всё равно будем тангенту как-то переделывать, давайте прямо в неё и затолкаем микрофонный усилитель. Потому как плата SSB формирователя ждёт сигнал амплитудой от 6 до 200 mVpp.

    Запихивать такой усилитель надо именно в тангенту, потому как в каждой из них (если они изначально покупаются в магазине) микрофоны с совершенно неодинаковой чувствительностью. Ежели усилитель держать внутри радиостанции, при смене тангенты всё равно придётся лезть внутрь, и корректировать усиление.

    Наверное, всё-таки логичнее микрофонному усилителю быть прямо рядом с самим микрофоном, с подстройкой под него.

  4. Далее думаем на тему юзабилити.

    Каждый раз, когда радиостанция разворачивается на новом месте, антенну надо подстроить под изменившиеся условия. У диполя подвернуть концы «плеч» для достижения резонанса на частоте радиоканала, например. Или там тюнер покрутить, если антенна чуть сложнее и затейливее. В общем, надо «дать настройку».

    Для этого обычно оператор начинает «алёкать» или «раз-двакать» голосом с эталонными тембром и громкостью, смотря на индикатор, и вращая какие-то ручки подстройки. И это в 21 веке.

    Чтоб не заниматься такой фигнёй, предлагается прямо в тангенту встроить кнопку, подменяющую звук с микрофона синусоидальными колебаниями частотой в один килогерц, и с амплитудой 150 mVpp. Тогда мощность SSB сигнала так же будет эталонной и близкой к максимальной, на которой уже удобно настраивать антенну.

    Кнопка приём-передача остаётся на своём законном месте, это понятно.

  5. Так же имеет смысл оборудовать тангенту разъёмом для подключения наушников. Без них, действительно, иной раз просто не обойтись.

Если все хотелки удастся грамотно реализовать, цены такой тангенте не будет.

§5.2.1 Разговорная часть тангенты.

Воспользуемся электретным микрофоном, как наиболее распространённым и компактным. Да и в случае покупной тангенты внутри неё Вы найдёте исключительно электретный микрофон.

Необходимо знать, что разброс чувствительности таких микрофонов весьма велик. От 30 с чем-то dB до почти 60. Соответственно, и схемное решение получится разным.

Правда, кто-то может справедливо заметить, что в военной технике и некоторых фирменных моделях для радиолюбителей, в тангенту ставятся электродинамические микрофоны.

Они не хуже и не лучше, а просто более толерантны к влаге.
И не замерзают на морозе.

§5.2.1.1 Микрофон с высокой чувствительностью.

Наиболее близкое по принципу действия к тангенте устройство - трубка проводного телефона. В неё говорят громко и вплотную. А потому используемый там электретный микрофон наилучшим образом адаптирован именно для подобного применения.

Микрофон без усилителя.

По виду это «таблетка» около сантиметра диаметром, и высотой 6 мм. Выходное напряжение у такого микрофона более чем достаточное для работы без всякого усилителя.

Если найдёте в радиохламе умерший проводной телефон, смело выдирайте из него микрофонный капсюль. Для тангенты он идеален. Схема включения предполагается простейшая.

Конденсатор на выходе в 10 nF тут нарисован условно.
Физически он находится на входе платы SSB формирователя.

RC цепочка после микрофона имеет целью ослабить звуковые составляющие до 300 Гц. Точные замеренные номиналы получились 64 нФ и 8 кОм, что в соответствии с калькулятором частоты среза и даёт 310 Гц по уровню -3 dB:

R = C = F =

Если на выход этой схемы подключить осциллограф, и громким голосом в упор (прямо как в телефонную трубку) рассказать микрофону стишок про зайчика, на экране осциллографа должен наблюдаться сигнал амплитудой не менее 30 mV.

При такой реализации разговорного тракта тангенты «шумовой затвор» компрессора его регулировочным резистором нужно выставить на 5 mV. Это близкое к минимальному значение (в мануале выше так и сделано).

§5.2.1.2 Микрофон с низкой чувствительностью.

Когда чувствительности электретного микрофона явно не хватает, в схему придётся ввести усилительный каскад на одном транзисторе.

Микрофонный усилитель +25 dB.

Режим каскада устанавливается резистором между его базой и коллектором таким, чтобы напряжение на коллекторе получилось как можно ближе к половине напряжения питания каскада.

АЧХ микрофонного усилителя при этом не является линейной, и так сделано совершенно сознательно. Радиотракт «заточен» под мужской голос.

Договоримся, что уровню графика 0 dB соответствует 200 mVpp на выходе усилителя, а на вход ему для этого необходимо подать 11 mVpp:

АЧХ микрофонного усилителя.

Усиление порядка 25 dB достигается лишь на частотах вблизи 600 Гц, а выше и ниже по частоте оно заметно завалено. Местный автор полагает, что форма АЧХ микрофонного тракта в идеале должна повторять спектр речи.

Его можно посмотреть на любом спектральном индикаторе с не менее чем двумя десятками полос. Считаем от одного до скольки хотите в качественный микрофон, избегая шипящих, и запоминаем, какие частоты в голосе превалируют. Под них АЧХ микрофонного усилителя и подгоняем.

Завал низших частот определяется ёмкостью конденсатора между микрофоном и транзистором. Высокие частоты ограничиваются RC цепочкой в коллекторе транзистора, причём конденсатор в 10 нФ установлен на плате SSB формирователя, на входе компрессора речевого сигнала. В самой тангенте он физически отсутствует.

При сборке разговорного тракта тангенты по этому варианту придётся переустановить «шумовой затвор» компрессора на более высокий порог. Так, чтобы негромкий разговор в паре-тройке метров от тангенты не открывал шумоподавитель компрессора.

§5.2.2 Тональный генератор.

Местный автор не любит употреблять КМОП микросхемы в поделках с пластмассовыми корпусами, где их легко убить статикой. Поэтому он, по мотивам классической схемы RC генератора на двух логических элементах, тупо заменил КМОП инвертор его аналогом на транзисторе и резисторе:

Генератор тона.

Форма генерируемого сигнала весьма далека от синусоиды, и имеет слишком уж большую амплитуду. Потому вполне уместна RC цепь, повторённая два раза. На выходе получается сигнал, близкий к синусоиде, и амплитудой 150 mVpp.

Самый правый по схеме конденсатор находится на плате SSB формирователя. То есть выходы микрофонного усилителя и тонального генератора объединены вместе, и дополнительно не коммутируются.

Совокупная схема в самом сложном случае выглядит так:

Схема тангенты.

Транзисторы используются те же, что и в линейном усилителе мощности (не подошедшие там по коэффициенту усиления). Ток, протекающий через каскады микрофонного усилителя или генератора тона, управляет включением передатчика через электронный ключ, поэтому для одинаковости падения напряжения на микрофонном усилителе и генераторе тона (каскады независимы) применены одинаковые диоды Зенера.

Дроссель в сигнальной цепи микрофона может быть реализован на ферритовом кольце с магнитной проницаемостью от 1000, любого типоразмера. Витков 10 будет достаточно, но если влезает больше - мотайте до заполнения. Проволока диаметром от ½ мм, для жёсткости монтажа.

§5.2.3 Конструкция тангенты.

Тушка тангенты обычно подбирается из радиохлама. У местного автора сыскалась тангента от радиостанции «Транспорт», где уже есть и две кнопки, и динамик. Правда, электретный микрофон начисто отсутствует, но выдрать его из другого радиохлама и встроить сюда не сложно. Размер тангенты в половину корпуса самой радиостанции, но зато она дубовая, и вряд ли помрёт по недоразумению.

Реализация на допотопном железе, корпус тангенты не показан.
Это вариант для микрофона с низкой чувствительностью:

АЧХ микрофонного усилителя.

При использовании качественного микрофона транзистор усилителя и обслуживающие его резисторы не ставятся, а заместо них в нужное место втыкаются резистор с перемычкой.

Шнур взят USB от помершей клавиатуры, он довольно жёсткий. В нём пять проводов (достаточно и четырёх), на сигнальные надета ферритовая трубочка - так было в клавиатуре.

С авиационным разъёмом шнур стыкуется не очень хорошо, так как разъём рассчитан под диаметр кабеля 4.5 мм, а у USB шнура он 3.5 мм. Но, как видите, немного чёрной изоленты спасает ситуацию.

Из-под крепления шнура на плате выглядывает 3.5-мм стерео разъём для подключения наушников. Вещь полезная, выше мы про неё мечтали.

Вам, скорее всего, тангенту придётся приобрести всё-таки у китайцев, так что динамик, микрофон и кнопка там уже будут. Останется лишь внедрить микрик тонального сигнала, либо вообще проигнорировать этот функционал. Будете «алёкать» или «раздвакать», как и все остальные бедолаги.

Впрочем, никто не запрещает кнопку и схему тонального генератора разместить в корпусе радиостанции, а не в тангенте.

Традиционная уже смета на встраиваемую электронику:
(микрофон, кнопки, шнур, динамик тут не учтены)

Радиодеталь: Количество: Цена/шт: Сумма:
Транзистор 2N2222 3 $0.01 $0.03
Стабилитрон KC133A (1N4728A) 2 $0.02 $0.04
Конденсатор керамический 6 $0.02 $0.12
Резистор МЛТ 9 $0.01 $0.09
Итого: $0.28

§6.0 Оформление радиостанции в железе.

Данный девайс создавался совершенно спонтанно и без всякого задела. При проектировании очередного блока не имелось ни малейшего понятия о схеме и дизайне последующего, отчего плат получилось целых четыре штуки.

Разбивка на четыре платы не самая лучшая, как и дизайн самих плат. Автор даже не пытался сэкономить на них место, поплотнее разместив детали, либо как-то минимизировать размер самих деталей (они неоправданно крупные, ещё из прошлого века). Вы должны это понять и простить.

Тем не менее, давайте собирать мозаику.

§6.1 Сборка всех плат воедино.

Пришла пора удовлетворить любопытство, отчего контактные штырьки под соединения торчат на платах хаотично, в казалось бы совсем случайных местах, а местный автор этим совершенно не парится.

Так сделано для того, чтобы соединить все платы лишь одним жгутом.
Причём конструкция способна работать и в «разваленном» состоянии:

Соединение плат жгутом.

ВЧ сигнал от платы SSB формирователя подводится к линейному усилителю мощности 50-омным коаксиальным кабелем минимально возможной длины. Обратите внимание, что оплётка кабеля не заземлена, а по ней подаётся напряжение +12 Вольт, запитывающее SSB формирователь от линейного усилителя мощности.

Подключения к регулятору громкости с обеих сторон должны выполняться тонким экранированным микрофонным кабелем. Однако у местного автора такового не сыскалось, так что был использован тот же самый коаксиал.

Все остальные соединения произведены проводом МГТФ.
Или любым другим многожильным. Это не критично.

Полностью собранная конструкция перед накрыванием её крышкой:

Собранная в корпусе «радиостанция 151 палаты».

Между боковыми стенками и соседствующими с ними платами проложены полоски из тонкого пластика - он прозрачный, на фото его не видно. Это на всякий случай, чтобы не коротнуло печатные дорожки на массу корпуса, если плату почему-то вдруг сильно прогнёт.

Схема межплатных соединений жгутом проводов и кабелями:

Схема межплатных соединений «радиостанции 151 палаты».

Вид на платы приводится со стороны деталей.
Серые кругляши символизируют собой экранированный кабель.
С указанием, куда именно подключена его оплётка на концах.

Так как MOSFET BS170 антенного коммутатора приёмника полностью открываются при +3V на затворе, и при дальнейшем наращивании напряжения не меняют своего состояния, последовательно с переменным резистором аттенюатора необходимо включить сопротивление того же номинала, что и переменный резистор. Тогда на шкале аттенюатора не будет зоны, где он никак не реагирует на вращение ручки.

При использовании MOSFET иной марки номинал добавочного резистора придётся уточнить. Исходя из напряжения, берущегося с контакта регулятора настройки. Там +6V.

§6.2 Ограничение на внутреннюю компоновку.

Передающий радиотракт имеет особенность, к которой следует проявить внимание. Синтез SSB сигнала производится прямо на радиочастоте, и далее сигнал усиливается до больших амплитуд.

При небрежной компоновке возможно самовозбуждение передающего тракта, если что-либо подключённое к антенному разъёму даст наводку на модулятор или кварцевый фильтр платы формирователя SSB сигнала.

Хотя эти платы стоят всего в 4 см друг от друга, в авторском варианте они разделены толстым радиатором. Да, радиатор не доходит до торцов корпуса, а потому не делит пространство на экранированные отсеки. Тем не менее, и этого оказалось вполне достаточно.

Есть вариант разместить плату линейного усилителя мощности на противоположной (относительно SSB формирователя) боковой грани, заставив металл корпуса служить теплоотводом. Расстояние между платами ещё более возрастёт.

Радиатор по центру тогда вроде как не нужен, и внутренний объём корпуса радиостанции может быть уменьшен до 2.5 сигаретных пачек (сейчас он 140*65*30 мм размером, то есть 2.75 сигаретных пачек).

Однако нельзя сказать, не возникнут ли при этом наводки на плату SSB.
Разбиение на условно экранированные отсеки может оказаться лучше.

§6.3 Наилучший корпус для радиостанции 151 палаты.

Если у Вас нет никакого готового промышленного корпуса, легко собираемого из металлических панелей на винтиках, лучше всего изыскать так называемую «трубу профильную», номенклатура которой богатейшая:

Номенклатура алюминиевых профильных труб.

Естественно, материалом должен быть лёгкий алюминиевый сплав.
Передняя и задняя панели - дюралевые листы.
Сборка на винтах, через резинки для герметичности.

Пример того, что примерно должно в итоге получиться.
Кстати, хороший вариант от китайских друзей:


Подходящий корпус для радиостанции 151 палаты.

Места в таком корпусе достаточно для размещения всех плат «одним этажом», собранных даже из куда более громоздких деталей.

§6.4 Фурнитура (резисторы, разъёмы, ручки...)

Не охваченными вниманием у нас остались органы регулировки, а также разъёмы.

Скорее всего, то и другое так же подбирается из уже имеющегося в наличии, исходя из габаритов и метода крепления (переменные резисторы либо паяются прямо на плату, либо вешаются на панель с помощью гайки). У местного автора после ремонта радиоприёмника «Tecsun S-2000» остались сдвоенные переменные резисторы RK097G, они и были употреблены в дело. Сдвоенные резисторы конкретно тут не нужны, более уместны обычные, RK097N:

Переменные резисторы RK097N.

Подкова активной области переменного резистора с механизмом скольжения и контактами тут более-менее защищены от пыли и конденсата, так что деталька, возможно, прослужит долго. Но если имеете сведения про более надёжный механизм, ставьте его.

Всякий резистор нуждается в ручке, про них тоже не забываем:

Ручка для переменного резистора.

Для подключения тангенты и подвода питания как нельзя лучше подходят авиационные разъёмы GX12. Хотя им есть альтернатива - всевозможных разъёмов ещё советских времён, чуть ли не с золочёными контактами, у народа ещё много. Беда в том, что они довольно громоздкие.

Авиационные разъёмы GX12.

Безусловно, имеют право на жизнь варианты применения для тангенты компьютерных USB шнуров с разъёмами типа A и B на конце, ежели найдёте «маму» с креплением на панель. Оно вряд ли получится герметично, но сами по себе USB шнуры хороши - они хотя бы экранированы, и содержат достаточное число жил.

С радиочастотным разъёмом та же история.

По идее, для подключения антенны надо бы сразу ставить стандартное гнездо для радиостанций SO239, чтобы иметь возможность цеплять на него какую угодно готовую антенну. Однако думается, «радиостанция 151 палаты» вряд ли будет применяться прямо на базе оперативных операций - там уместно нечто совсем другое.

Да и не всё так просто - на поверхности размером со спичечный коробок не помещаются SO239, плюс два GX12. И приходится удовлетвориться куда более компактным BNC. Но если места много - другой разговор.

На всякий случай внесём это всё в смету:


Радиодеталь: Количество: Цена/шт: Сумма:
Резистор RK097N 3 $0.25 $0.75
Ручка резистора 3 $0.11 $0.33
Разъём питания GX12/2 1 $0.72 $0.72
Разъём тангенты GX12/5 1 $0.79 $0.79
Комплект BNC (мама-папа) 1 $0.50 $0.50
Итого: $3.09

§6.5 О погодном исполнении.

Несмотря на то, что собираемая радиостанция заявлена как походная, и даже соответствующим образом оформлена в жёсткий металлический неубиваемый корпус, тем не менее, есть и ряд ограничений, про которые Вы должны знать, понимая их природу.

  1. Прежде всего, местный автор не имел никаких сценариев, даже гипотетических, для использования своего изделия на морозе. Потому на фото плат Вы наблюдаете обыкновенные алюминиевые электролитические конденсаторы для бытового применения.

    Правда, в конструкцию на всякий случай ставились лишь электролиты с маркировкой «-40°+85°». Они либо из старых запасов, либо выпаянные из плат от устаревшей бытовой техники европейского производства. То, что этим конденсаторам по 20 с гаком лет, роли не играет.

    Весьма сомнительно, что в современных магазинах Вам попадётся нечто близкое по качеству. Там всё сейчас сплошь китайское. По азиатским стандартам предельная нижняя рабочая температура алюминиевого электролитического конденсатора не нормируется вообще, либо обозначена на корпусе как 20° (то есть для комнатных температур).

    И не факт, что даже продукция, промаркированная для использования при отрицательных температурах, не окажется в итоге подделкой.

    А вот внутри действительно всепогодных армейских радиостанций мы увидим электролиты марок ЭТО, и последовавших за ними К52-2, К52-5 и К53-1. Все они танталовые, плюс серебряно-танталовые К53-14, К53-4. Температуры -60°, а то и -80° для них являются совершенно обыденными и заурядными. Они рождены работать в ледяном аду.

    Поэтому, воспроизводя схемотехнику «Радио 151 палаты», обращайте внимание на параметры используемых Вами электролитических конденсаторов. Это важно. Хотя сама схема и составлена так, чтобы фактическая ёмкость электролитов (она падает на морозе) была не особо критична.

  2. Относитесь с пониманием к номенклатурному ряду микросхем.
    Использованные в конструкции самые доступные, но не самые лучшие.
    У них есть арктические аналоги, но весьма дефицитные:


    Чип и арктический аналог: Рабочая температура, °C
    Tmin Tmax
    NE612AN
    SA612AN

    -40°
    +70
    +85°
    NE5532P
    SA5532P

    -40°
    +70°
    +85°
    LM386N-1
    KA386

    -20°
    +70°
    +70°
    SSM2167 -40° +85°
    К561ТЛ1
    CD4093BE
    -45°
    -55°
    +85°
    +125°
    LM3914N-1
    частичный аналог ECG1500

    -30°
    +70°
    +75°

  3. С росой и конденсатом внутри корпуса девайса придётся бороться.
    В походных условиях конденсат будет всегда.

    Платы с обеих сторон обязательно покрываются защитным слоем лака.
    Зовётся он «Лак акриловый изоляционный для печатных плат».
    Дёшево и сердито.

    Впрочем, и нескольких слоёв цапон-лака тоже должно хватить.
    Ещё дешевле и намного сердитее.

    Правда, тут есть шанс нарваться на подделку в виде нитроцелюлозного лака. Покройте им плату и поднесите спичку - оно весело загорится, яростно, почти со взрывом. Если Вас с такими вещами вынюхают служебной собакой на вокзале, и она возле Вас сядет задницей на пол, как её учили - всё, можете начинать молиться. Припишут терроризм вообще без вопросов. Ибо взрывчатое вещество внутри непонятной шайтан-коробки с поражающими элементами (металл корпуса).

    Посему местный автор пользуется простым спирто-канифольным покрытием. Медные полигоны плат под ним не деградируют даже в сыром климате. И ничто не мешает в любой момент что-нибудь перепаять. Лак же придётся предварительно долго и нудно отскребать, обычно вместе с печатными проводниками дорожек.

    Ещё можно плату окунуть в парафин.
    Но это только если внутри девайса ничего сильно не греется.
    Да и снаружи тоже ничто не припекает.

С прочими моментами, обычно выводящими из строя рации в походе, мы не столкнёмся. Никакого хлипкого и нежного дисплея на жидких кристаллах тут нет, а то, чего нет, и разбить нельзя. Кнопки и переключатели, а так же прочие тщедушные энкодеры, отсутствуют как класс. Механики и оптики в виде шкал и циферблатов не наблюдается. Только три тупых потенциометра, с которых можно лишь сорвать ручки, но это никак не скажется на их работе.

§6.6 Что у нас получилось в итоге.

К этому моменту мы обрели довольно компактную радиостанцию размером с пару очешников, но тяжёленькую, в солидном металлическом корпусе. По исполнению она пригодна для летнего аутдора. Ломаться в ней нечему.

Радиостанция 151 палаты с тангентой и питанием.

Схема построения радиотракта с селекцией кварцевыми фильтрами прямо на радиочастоте совершенно уникальная, но применима для радиостанции лишь с единственным, фиксированным каналом связи.

Все характеристики приёмопередатчика тщательно зафиксированы, изучены и проанализированы. Они вполне адекватны возможностям схемотехники и использованным комплектующим. Из чего следует, что каких-либо обидных просчётов при конструировании девайса не допущено.

Отсутствие узлов, сложных в изготовлении или настройке, позволяет легко повторить предлагаемую конструкцию, при необходимости внося в неё изменения. Базовая схемотехника подробно оговорена, а всё, что сверх того - Ваши думки.

В целом получилось именно то, что и планировалось - предельно простая радиостанция без единого контура, с параметрами, достаточными для нужд тактической связи. Для работы «на даль» аппарат вряд ли подходящий, а вот для местной связи из гор, лесов и полей, вполне годен. С соответствующей антенной, о чём далее.

Местный автор порывался сконструировать нечто подобное сразу, как только вышли первые книжки В.Т.Полякова. Не прошло тридцати лет, и вот китайцы наконец предоставили такую шикарную возможность :)

§6.6.1 Усиление и динамический диапазон приёмника.

Все рассмотренные ниже параметры изучались и ранее, но на уровне дискретных плат. Однако, наличие массивного металлического корпуса весьма сильно сказывается. Так что заново перемерим чувствительность по ранее разработанной методике. А потом поиграемся с аттенюатором, и оценим, на что он способен.

Реальная чувствительность приёмника.

Удивительно, но тщательно замеренная чувствительность приёмника, даже с учётом потерь в антенном коммутаторе и антенном фильтре, составила 1.4 µVrms при 12 dB SINAD, или 0.35 µVrms MDS.

Экранированный корпус действительно творит чудеса.

Режим максимального усиления радиотракта.

Представим себе радиостанцию 151 палаты в виде чёрного ящика, у которого входное 50-омное сопротивление (туда подаётся ВЧ сигнал), и 50 Омный резистор на выходе вместо динамика тангенты. Динамик и правда попался 50-Омный, так что мы вправе заменить его на эквивалент. Параллельно резистору цепляем осциллограф.

Сейчас нас интересует главным образом область больших сигналов.
Связанная с корректным исчислением динамического диапазона.

Режим измерения прост. Регулятор громкости поставлен на максимум, аттенюатор выкручен в ноль (дополнительного затухания не вносит). На входе и выходе по 50 Ом, потому амплитуды фиксируются в единицах dBm. Для пересчёта в другие единицы измерения пользуйтесь калькулятором.

Частота на входе 3.687 МГц (и 1 кГц на выходе приёмника):

Усиление приёмника радиостанции 151 палаты на большом сигнале.

Согласно S-метру, по горизонтали отложен сигнал от S3 до почти S7.
На динамике амплитуда сигнала при этом меняется от 1 до более 10 Vpp.

Естественно, все измерения только для неискажённого сигнала.
Который оценивается визуально, по осциллографу (никаких приборов нет).

Из этого графика сходу можно извлечь полезные данные.

Мощность по выходу УНЧ.

По калькулятору при 24 dBm на 50-омной нагрузке выделяется мощность 250 mW. Ощущения это подтверждают. Резистор МЛТ мощностью в четверть Ватта на ощупь становится тёпленький.

В действительности такая электрическая выходная мощность избыточна. Динамическая головка тангенты 0.25ГДШ-2 на полной громкости орёт вот просто душераздирающе.

Оценка линейности радиотракта.

Так как полное усиление по ВЧ и НЧ будет основным режимом работы радиостанции на приём, тщательно исследуем данные нарисованного выше графика, перестроив их в иных координатах. А именно, рассмотрим сквозной коэффициент усиления всего радиотракта как функцию от амплитуды входного сигнала.

Зависимость усиления радиотракта от амплитуды входного сигнала.

То, что на малых сигналах усиление тракта выше, чем на больших, совершенно естественно. Но усиление должно уменьшаться с ростом входного сигнала по линейному закону. Что мы примерно и наблюдаем (асимптота красного цвета, проведённая по критерию минимального среднеквадратичного отклонения от экспериментальных точек).

В динамическом диапазоне от S2 до S7 радиотракт линеен и кошерен.
До однодецибельной точки компрессии мы даже и не дошли.

Уменьшение усиления по НЧ.

Далее, убавляя усиление по НЧ, и повышая сигнал на антенном входе, поддерживаем выходную мощность 250 mW при неискажённой синусоиде. Сигнал с антенного входа получается 6.3 mVpp, или -40 dBm.

Таков максимальный сигнал, который может быть принят без искажений.
И пока что без аттенюатора. Грубо говоря, это S9+33 dB.

Отметим, что достигнутый динамический диапазон в 76 dB довольно близок к предельному для чипа SA602AN. То есть своей схемотехникой всё, что можно, мы из этого чипа выжали.

Задействование аттенюатора.

А теперь включаем аттенюатор, и повторяем измерения.

Максимальный сигнал на антенном входе, при котором ещё не возникает искажений на плате приёмника, составляет 112.5 mVpp (-15 dBm). Таким образом, аттенюатор вносит затухание 25 dB, и с ним можно принимать станции с уровнем S9+58 dB.

Этого вполне достаточно, так как градуировка S-метра заканчивается на значении S9+60 dB.

Если никакого подвоха с использованным аттенюатором -80 dB нет (а именно от него зависит точность данных по чувствительности), то динамический диапазон приёмного тракта без аттенюатора составляет 76 dB. И 101 dB с аттенюатором.

§6.6.2 Основные характеристики радиостанции.

  1. Диапазон питающего напряжения: 9.5-14 Вольт.

  2. Приёмник.

    • Выходная неискажённая мощность на динамике 50 Ом:
      250 мВт.

    • Чувствительность:
      MDS: 0.35 µVrms, или -116 dBm.
      12 dB SINAD: 1.4 µVrms, или -104 dBm.

    • Динамический диапазон:
      76 dB без аттенюатора (от S2 до S9+33 dB).
      101 dB с аттенюатором (до S9+58 dB).

    • Подавление:
      соседнего канала ниже по частоте: 60 dB;
      соседнего канала выше по частоте: 50 dB;
      внеполосной АМ помехи ±10 кГц: 105 dB (методика).

    • Энергопотребление в режиме MDS: 40 mA.
      вместо антенны подключен эквивалент;
      усиление по ВЧ и НЧ выставлено полное;
      питание +12V.

  3. Передатчик.

    • Импеданс: 50 Ом.

    • Выходная мощность: 1 Ватт в голосе.
      От питающего напряжения в диапазоне 11-14 Вольт не зависит.

    • Подавление несущей: 47 dB.

    • Энергопотребление при 12 Вольтах:
      Включение на передачу без голоса: 60 mA.
      При разговоре: 300-380 mA.

    • Всевозможные гармоники и интермоды мерить нечем.
      Но для их подавления предпринято всё возможное.

§6.6.3 Первые испытания радиостанции.

Далее по тексту встретится обзорная глава по антеннам, рассказывающая, какая антенна здесь наиболее уместна, и как её исполнить наиболее правильно. Но всё это исключительно для открытых пространств.

В городских условиях при тестировании радиостанции возможно лишь бросить из окна провод случайной длины на ближайшее дерево, получив антенну типа «луч». Либо, заморочившись с её согласованием силами трансформатора импеданса, а так же постаравшись добиться резонансной длины, преобразовать «луч» в End Fed антенну.

Местный автор попробовал оба варианта, и нашёл, что End Fed много удобней. Оная без проблем моделируется, и при построении хорошо соответствует расчётам. Позднее в §8.3 встретится ссылка на обстоятельный отчёт, пока же только впечатления от испытаний в городской черте:

  1. Наводки от АМ «вещалок» отсутствуют полностью.
    А это бич любых схем на основе ППП.

    Затухания за пределами полосы пропускания кварцевого фильтра приёмного тракта, стоящего сразу после антенны (не менее 90 dB при расстройке ±4 кГц) совершенно достаточно для исключения эффекта прямого детектирования как близких по частоте вещалок, так и кратных частоте гетеродина.

    Например, на второй гармонике гетеродина как раз расположен кусок радиовещательного диапазона 41 метр. Частота 7375 кГц вовсю используется. И там сотни киловатт...

  2. Приёмный радиотракт имеет достаточную чувствительность.
    Может быть, даже избыточную.

    При приёме радиолюбителей линейный регулятор громкости находится вблизи минимального значения, примерно в первой позиции из десяти.

  3. Излучаемая передатчиком мощность на не очень тщательно согласованную антенну End Fed, да к тому же ещё и низковисящую, местный автор оценивает в 1 Ватт.

    Тем не менее через такую антенну зенитного излучения SSB сигнал на хорошую аппаратуру слышат и принимают на удалении в 200 км ночью.

  4. Если работать «цифрой», например, PSK31, то связь на 32 км (удаление до единственного доступного контрольного приёмника) возможна в любое время, исключая дневные часы от полудня до сумерек.

  5. Было бы сильно интересно, какова дистанция работы поверхностной волной (она явно меньше 32 км), и есть ли хоть какая-то «мёртвая зона» сразу за радиусом действия поверхностной волны (теоретически на этой частоте её быть не должно).

    Однако, в Сибири этого не понять.
    Людей с аппаратурой поблизости тупо нет. Так что нет и ответа.

В целом местный автор остался вполне удовлетворён первыми тестами аппаратуры, особенно приёмом на полноразмерную антенну в городских условиях с высоким уровнем индустриальных помех. Ближайший аналог («Карат» в любой модификации) в точно таких же условиях на приём уже просто не работает, затыкаясь от помех.

Глава 7. Смета на «радиостанцию 151 палаты».

Мы недаром в каждой главе рисовали по табличке с ценой деталей на АлиЭкспрессе как источнике радиодеталей, так что теперь просто сведём все таблички воедино:

Плата или блок: Стоимость:
Плата №1 однополосного приёмника. $2.20
Плата №2 НЧ компрессора и SSB формирователя. $5.86
Плата №3 линейного усилителя мощности передатчика. $2.56
Плата №4 логики и УНЧ. $1.03
Блок измерения (ток антенны, заряд батарей) и индикации. $0.50
Микрофонный усилитель и тональный генератор тангенты. $0.28
Органы управления, разъёмы. $3.09
Итого: $15.52

Да, стоимость радиодеталей всей конструкции на момент её создания получилась в русских деньгах около тысячи рублей по ценам китайской розницы. Плюс ещё столько же причитается на качественный металлический корпус, если его не удастся подобрать готовый, и придётся покупать там же.

Всякие мелкие винтики и гаечки уж позвольте не учитывать.
Они приобретаются в оффлайне буквально за 10 рублей на весь девайс.

Так что фактически данная конструкция практически ничего не стоит.
Ну так для того, чтобы что-то делать, деньги не нужны.
Деньги нужны, чтобы ничего не делать :)

Честное предупреждение о рисках работы с АлиЭкспресс.

Местный автор обоснованно полагает, что все радиодетали, продаваемые на АлиЭкспресс, особенно по бросовой цене, являются отбраковкой, отвергнутой китайской промышленностью.

Такое смелое утверждение можно аргументировать.

  1. Давайте вспомним, как на плате компрессора речевого сигнала были перепутаны местами два резистора. В результате чего плата просто не функционировала как компрессор.

  2. В пакете с кварцами из 20 штук два оказались на «левые», да ещё и разные частоты, хотя на корпусе у них стоит совершенно иная маркировка (тот номинал, что покупался).

    Другой такой же пакет содержал кварц, отказавшийся возбуждаться хоть на какой-то частоте. Видимо, с убитым внутри кристаллом.

  3. Из 20 штук полевых транзисторов два оказались бракованными.

  4. Магнитная проницаемость пары сердечников из карбонильного железа с очевидностью не совпадает, и довольно сильно.

Хотя местный автор покупал у китайцев лишь малую часть деталей (почти всё уже было изначально), 10% брака по практически всем позициям как-то настораживает. Причём это лишь проверка на работоспособность - параметры транзисторов никто внимательно не смотрел. Насколько они соответствуют даташиту, отдельный вопрос.

Скорее всего, Алиэкспресс выполняет ту же функцию, что и отделы с радиодеталями в советское время. А именно, реализует некондицию.

Поэтому при закупке у китайцев деталек за копейки чётко осознавайте, что приобретаете Вы именно некондицию. До 10% которой исходно вообще никак не работает, а всё остальное не прошло ОТК по какому-то параметру.

Если этот параметр для Вас не критичен, либо не особо и важен, всё хорошо. Если же проконтролировать параметр нечем (нет соответствующего прибора), то получится угадайка.

Глава 8. Антенная система, возможные варианты.

Это самостоятельная тема, никак не связанная с конкретной железякой. Но при конструировании «конкретной железяки» всё равно нужно оговориться, под какую именно антенну она создавалась, и почему.

Все переносные КВ радиостанции (да и УКВ тоже) обычно рассчитаны на эксплуатацию с фактически суррогатными антеннами. Это либо так называемый «штырь», либо «наклонный луч». Редко когда что-то другое.

Волновое сопротивление любого из этих вариантов меняется в широких пределах в зависимости от внешних условий. Поэтому в станцию сразу ставят согласующее устройство как минимум с одной ручкой. Сегодня оно зовётся «тюнер», ранее в литературе обозначалось как «СУ».

Беда в том, что эффективность суррогатных антенн весьма невысока.
Для QRPP станции требуется более радикальное решение.

Стало быть, в конструкции появляется фидер, транспортирующий сигнал от радиостанции к антенне. Чтобы не потерять по пути мощность этого сигнала, необходимо согласовать передатчик с фидером, а фидер с антенной. То есть согласование сопротивлений делается в двух точках. И тут становится понятным, почему переносные КВ станции обычно оснащают антеннами без фидера, оставляя всего одну точку согласования. Так проще.

Местному автору представляется логичным сразу отказаться от антенн, подключаемых непосредственно к радиостанции. Это избавляет нас от тюнера прямо внутри корпуса, и экономит треть его объёма. Пусть выход передатчика будет 50-омным, и сопрягается с 50-омным же кабелем непосредственно.

Теперь было бы идеально подобрать такой тип антенны, чтобы она так же непосредственно сопрягалась с кабелем, то есть имела волновое сопротивление 50 Ом. Если же это невозможно, трансформация сопротивлений пусть осуществляется балуном.

В «радиостанции 151 палаты» именно так всё и сделано.
Настал черёд обзора возможных антенн.
Просто для понимания, с чем придётся иметь дело.

При этом стоит помнить закон «чем меньше радиостанция, тем больше антенна», и не хотеть странного.

§8.1 Полноразмерный диполь.

Наверное, самая очевидная и простая конструкция антенны.
Сама антенна резонансная, формула для длины её полотна:

{11} L [м] = 142.5 / F [МГц]

Частота передатчика в кГц:


Общая длина полотна антенны cм.
  50-80ом длина плеча cм.

Рекомендуемая высота мачты:
не ниже
не выше метров от земли (крыши).

При высоте ниже рекомендуемой, антенна излучает только в зенит.
При высоте выше допустимой, антенна излучает узкими лепестками.

Обратите внимание на оговорку про высоту подвеса диполя.

Разные авторы отмечают хорошую работу диполя на нашем диапазоне в качестве антенны зенитного излучения при высоте подвеса 10-12 метров. При размещении ниже часть излучаемой мощности поглощается землёй.

Полезно так же знать, что волновое сопротивление высоко подвешенного, «классического» диполя, равно 73 Ома, ввиду чего его запитывают «телевизионным» кабелем. При низком подвесе (10-12 метров) импеданс заметно снижается. Тут уже уместен 50-омный кабель, родной для всей приёмо-передающей техники. При ещё более низком подвесе волновое сопротивление антенны опустится ниже 50 Ом, согласование с кабелем пропадёт.

Теперь об ориентировании дипольной антенны.

Из вступительной части мы выяснили, что в походных условиях, в интересах так называемой тактической связи, та самая связь обязана вестись пространственным лучом, посредством отражения от ионосферы. При этом ориентирование диполя в точности на корреспондента не обязательно.

Но всё-таки не стоит забывать и про поверхностную составляющую.
Для чего дипольную антенну полезно ориентировать на корреспондента.

В армии этой премудрости учат так: человеку дают сообразить, в какую сторону ему надо вести связь, и велят встать туда лицом, вытянув руки в стороны. А потом параллельно вытянутым рукам натянуть диполь. Поэтому связистов как минимум два - один изображает правильное направление диполя, второй ставит антенну по образцу.

Пример промышленно выпускаемой дипольной антенны:


Дипольная антенна.

Видно, как организована обещанная многодиапазонность - на оболочке проводов диполей нанесены цветные метки, соответствующие средней частоте диапазона. Диполи сматываются с катушек до нужной метки, и в таком положении растягиваются верёвками.

Именно так устроен армейский «тактический диполь».
Но он куда брутальней, на картинке выше лишь его гламурная версия.

Переход от кабеля к диполю конкретно тут выполнен через балун 1:1 (что это вообще такое, без проблем гуглится), однако такой балун не обязателен. Есть наглядная и доходчивая инструкция, как без него обойтись:

На диапазон 80 метров диполь будет длинноват, по 19 с лишним метров каждое плечо. Это слишком уж много медного провода. Китайцы себе такого позволить не могут, и на этот диапазон диполи не делают. Смотрите видео для поиска выхода из ситуации.

Что ещё надо знать о дипольной антенне.

  1. Шнур оттяжки должен крепиться к концу провода диполя через изолятор. На малых мощностях таким изолятором может стать обычная кабельная стяжка.

    Непосредственно крепить диполи за ветки и деревья нельзя.

  2. При разворачивании дипольной антенны необходимо стремиться к перпендикулярности полотна антенны коаксиальному кабелю. Если такое требование не соблюдается, ближнее электромагнитное поле диполя искажается, и в оплётке кабеля возникают наводки, приводящие к появлению стоячей волны. Мощность, излучаемая антенной, при этом заметно падает.

    К примеру, если криво висящий фидер при этом ещё и раскачивается ветром, как обычно и бывает в походных условиях, излучаемая антенной мощность федингует - она то больше, то меньше. Это даже видно по индикатору мощности.

  3. Для борьбы с таким явлением рекомендуется в верхней части кабеля надеть на него ферритовое кольцо, либо ферритовую трубку, какие ставят на кабелях компьютерных мониторов. А ещё лучше взять кольцо побольше, и пропустить через него коаксиальный кабель раз 6-8. Это называется «запорный дроссель». Заодно он предотвращает проникновение на антенный вход приёмника помех, наведённых в кабеле снижения.

    Наличие балуна в некоторой степени решает эту проблему.

  4. Длина фидера не должна быть равной четверти длины волны с учётом коэффициента укорочения для данного типа коаксиального кабеля (это справочный параметр для него).

  5. При настройке диполей в резонанс важно делать их равной длины.

О вреде укорочения диполя.

Так как частота радиоканала низкая, дипольная антенна получается длинная. Может возникнуть мысль укоротить её физически примерно вдвое, восстановив электрическую длину «удлиняющими» катушками в каждом диполе (и так иногда действительно поступают).

Все дипольные антенны являются резонансными, и на диапазоне 80 метров при типовой добротности антенны порядка 7-10 полоса её пропускания очень грубо оценивается килогерц в 300. Понятно, что многое зависит от исполнения полотна антенны. И если диполи построены из слишком уж тоненького проводка (а зачем QRPP станции, да ещё и переносной, тяжёлый толстый провод, да?), то полоса пропускания антенны будет ещё уже.

Полноразмерную дипольную антенну можно настроить, свернуть, развернуть на новом месте в такой же конфигурации, и примерно попасть в резонанс, не очень-то и выраженный.

Получится ли сделать так же с укороченной антенной?
Увы.

Если взять два диполя метров по 9-10, настроить их удлиняющими катушками в резонанс на частоте радиоканала, то окажется, что полоса пропускания антенны составляет килогерц сто. Потому как её добротность выросла в 2-3 раза.

Естественно, при разворачивании на новом месте, укороченная антенна в резонанс не попадёт, так что её придётся «строить на частоту» каждый раз. Замучаетесь концы диполей подворачивать - они же не на земле лежат, а задраны метров на 10.

§8.2 Антенна зенитного излучения Inverted V.

Стоит заметить, что процедура разворачивания полноразмерного диполя на природе весьма смахивает на квест. Потому как развесить 40-метровую верёвку повыше и по возможности горизонтально, это та ещё задача. Приходится верёвочки натягивать, грузики с привязанными к ним шнурочками через ветки перекидывать... Оно, конечно, весело, но только в первый раз.

Между тем, если центральную часть дипольной антенны поднять с помощью шнурочка, перекинутого посредством грузика через ветку дерева, на высоту метров 10 или больше, а концы диполей растянуть в стороны, как это показано на картинке, получится тоже интересная разновидность дипольной антенны зенитного излучения:

Антенна «Inverted V» диапазона 80 метров.

На рисунке высота подвеса 14 метров получается при угле между диполями около 90°. Если допустить угол 120°, высота подвеса будет 10 метров. Чем угол меньше, тем заметнее выражена способность антенны к зенитному излучению. Но одновременно падает и волновое сопротивление антенны, вплоть до совсем неприемлемого.

Так что высота подвеса метров 10-12, и диполи под углом до 120°, видимо, наиболее рациональная конфигурация этой антенны для её полевого использования.

При настройке такой антенны в резонанс окажется, что длина плеч получается на 3% короче по сравнению с диполем. Так сказывается близость земли. Чтобы этот эффект не усугублять, концы антенного полотна не должны доходить до земли на метр. А сама антенна рассчитывается с поправкой примерно на 3%.

Вот калькулятор, учитывающий эту особенность:

Частота передатчика, кГц:

50ом
Общая длина полотна cм. Длина плеча cм.

Стоит сказать, что в отличие от классической дипольной антенны, у этой диаграмма направленности шаровая (во все стороны), да ещё и с максимумом в зенит. Такое довольно странное поведение постулируется для угла раскрытия диполей 90°, но при более тупых углах, очевидно, это уже не так. Потому как медленная трансформация в обычный диполь должна так же постепенно превратить шаровую диаграмму направленности в «восьмёрку» в горизонтальной плоскости, либо в бублик, если смотреть картинку в пространстве.

Но в любом случае, антенна очень интересная, и используется радиолюбителями чаще, чем классическая дипольная. Ведь у неё только одна точка подвеса. Соответственно, материалов по изготовлению и настройке такой антенны в Сети много.

Поэтому на этот вариант и ориентируйтесь.

§8.3 Антенна зенитного излучения End Fed.

Любой вид дипольной антенны, как симметричной, так и несимметричной (такие тоже бывают) довольно капризен - при каждом развёртывании антенны её приходится подстраивать под изменившиеся условия, особенно при низком подвесе. Для чего у радиолюбителя должен быть какой-то прибор. Обычно это антенный анализатор, вещь дорогущая.

Несмотря на предельную простоту изготовления упомянутых выше антенн (нужны лишь коаксиальный кабель, медная жила, да несколько обрезков текстолита в качестве изоляторов), их всё-таки никак нельзя признать тактическими антеннами.

Под тактической антенной обычно понимают антенно-фидерную систему, пусть и не блещущую выдающимися характеристиками, но и не требующую при установке на новое место каких-либо подстроек. А так же позволяющую устанавливать антенну самыми разнообразными способами.

Например, натягивать её прямо от палатки к одиноко стоящему дереву. Или вешать между деревьями на манер диполя. Когда дерево всего одно, дозволяется натянуть ту же антенну на манер «Inverted V». А если деревьев нет вообще, пробросить антенну по кустам. Или свесить её вниз с обрыва, если действо происходит на склоне горы.

Понятно, что такая антенна просто обязана запитываться с конца, что и закреплено её названием «End Fed». По сути это не что иное, как «длинный луч», или в простонародье «верёвка».

Длинный луч бывает высокоомным и низкоомным.
Вот простейший калькулятор:

Частота передатчика, кГц:

Длина высокоомного (500-2000ом) полотна cм.
Длина низкоомного (30-60ом) полотна cм.

  30-60ом (500-2000ом)  

Точное сопротивление антенны «Луч» зависит от расположения в пространстве. Подключать антенну к передатчику можно с любой стороны. Заземление и использование согласующего устройства на радиостанции обязательны!

Маломощной радиостанции более предписан полноразмерный вариант.
Причём сопротивление полотна в реальности достигает 3500 Ом.

И тут возникает инженерная проблема, связанная со столь высоким волновым сопротивлением антенны в точке питания. Для чего просто необходим трансформатор сопротивлений примерно 1:64. Он как раз и выполняет роль согласующего устройства, о котором предупреждает калькулятор, а подводящий коаксиальный кабель длиной метров пять служит противовесом (заземлением).

Для трансформатора используется 43 амидоновский материал разного типоразмера. Есть сообщения, что подходит и советский феррит марки 1000НН. Для QRPP мощностей диаметр кольца может быть небольшим - кольцо должно налезть на кончик мизинца.

Далее на ферритовом кольце мотается автотрансформатор, у которого в первичной обмотке 2 витка, во вторичной 16. Вот они с нумерацией на фото:

Трансформатор сопротивления 1:64 для антенны End Fed

Способ намотки, конечно, интересный, но это всего лишь трансформатор по напряжению 1:8, а по сопротивлению 1:64. Кабель подключается снизу, оплётка к петлевому концу провода, центральная жила к одиночному проводу. Антенное полотно припаивается к верхнему проводнику.

Логичнее было бы реализовать катушку с отводом, но тут скрутка двух витков катушки намекает на широкополосный трансформатор на длинных линиях (ШПТЛ). Это уже претензия на вседиапазонность конструкции, так что и антенное полотно компромиссной длины, да ещё и рвётся на части удлиняющей катушкой:

Длина антенного полотна антенны End Fed

Для конкретной и единственной частоты полотно антенны считается по калькулятору. Материал полотна, конечно, влияние оказывает, и длина антенны под него подстраивается.

Что-то подобное серийно выпускается китайцами под маркой LW1650:

Китайский вариант антенны «End Fed» под маркой LW1650

Тут опять-таки заморочки со вседиапазонностью, так что и балун 1:9 по сопротивлению, и длина антенного полотна 16 метров, что совсем мало. Но зато есть коаксиальный 50-омный кабель длиной 6 метров, все положенные разъёмы, и даже верёвочки для растяжек.

Если перемотать трансформатор, и заменить антенное полотно (думается, всегда найдётся, откуда срезать никому уже не нужный полевой кабель), то это вполне приличный полуфабрикат.

Самостоятельно End Fed антенну тоже можно собрать.
Местный автор такое делал: Самодельная End Fed антенна.

§8.4 Антенна бегущей волны HF20A.

Это уже чисто тактическая антенна, весьма напоминающая антенну Бевереджа, которая широко используется в армии на диапазонах LB и УКВ. И с минимальной переделкой получится из показанного выше китайского набора.

Исторически антенна Бевереджа обслуживала трансатлантические линии связи, где весьма уместна оказалась её ярко выраженная направленность, а так же некоторая нечувствительность к атмосферным помехам. Это всегда была стационарная антенна, используемая на приёмо-передающих центрах аж до сих пор.

Но есть и варианты реализации для походных условий:

Антенна бегущей волны HF20A, способы установки.

Слева на полотне антенны болтается балун. Справа в разрыв полотна антенны врезан резистор мощностью не менее чем половина выходной мощности передатчика. Концы антенны физически заземлены (металлические колышки от палатки, длинные отвёртки, и т.п.)

Забавно, что если вешать антенну по первому варианту, направление излучения зависит от частоты (см. стрелочки над рисунком). При классическом подвесе антенной бегущей волны никаких сюрпризов не возникает.

Конкретную реализацию лучше подсмотреть у китайцев:

Антенна бегущей волны HF20A на АлиЭкспрессе.

Это всеволновой вариант, для всех КВ диапазонов.
Кусочки антенного полотна (сечение 1 мм кв.) такой длины:

  1. 1.45 метра - между землёй и балуном.
  2. 18.9 метров - между балуном и резистором.
  3. 1.45 метра - между резистором землёй.

Резистор на фото мощный (100 Ватт), для 200-Ваттного передатчика. Точное его сопротивление 488 Ом.

Самое интересное - это балун:

Балун антенны бегущей волны HF20A.

Здесь мы видим 8 витков тремя проводами (трифлярная обмотка) на кольце из 61 амидоновского материала (магнитная проницаемость 125). Все три обмотки соединены последовательно, к первой подведён коаксиальный кабель. Получается автотрансформатор 1:3, или трансформатор сопротивления 1:9.

Из чего мы понимаем, что волновое сопротивление полотна антенны в точке крепления к балуну около 450 Ом или чуть больше, и примерно такое же сопротивление нагружает линию с другой стороны. Чтобы ток замыкался в контур, земля обязана быть сырой и хорошо проводящей, так что для каменистых сухих почв эта антенна не подойдёт.

В интернете есть отзывы на конкретно этот вариант антенны, человек работал QRP мощностью на 80 метрах из Финляндии со всей Европой. На частоте радиоканала КСВ антенны HF20A равен 1.36 при входном сопротивлении 63 Ома. Это весьма неплохо для вседиапазонной антенны, но на одну конкретную частоту её можно согласовать почти идеально, подбором длины полотна.

Общее замечание по антеннам.

Наиболее практичны так называемые «тактические» антенны, последние две в этом перечне. Их достаточно просто растянуть по месту, не забивая себе голову настройками и согласованиями. Вроде бы идеальный выбор, да?

Однако, трансформатор сопротивлений работает не за бесплатно, и в нём обязательно будут потери. На приём их особо не ощутить, но на передачу QRPP мощностью потери заметны. Потому-то антенны и зовутся «тактическими», они лишь для местной связи. Радиолюбители иначе их называют «тихими».

Всё-таки предпочтительнее остановиться на первых двух антеннах, тем более, что они превращаются друг в друга просто изменением способа подвеса. Согласующего устройства в них нет, потерь тоже. Но подобрать длину диполей в резонанс придётся. Как и думать о входном волновом сопротивлении самой антенны.

Материал полотна разнообразен - от полевого кабеля до любого другого, содержащего медную жилу. Это уже упомянутая витая пара, кабели для сигнализаций марки КСПВ 2х0.4 или КСПВ 2х0.5 (весьма дёшевы), либо вообще МГТФ 0.35 (очень лёгок, но уже держит усилие на разрыв, достаточное для подвеса полуволнового диполя в трёх точках).

§8.5 Автомобильная штыревая антенна.

Может возникнуть идея применения КВ связи в движении.
Скажем сразу, идея не очень-то хороша.

Укороченные антенны на 80-метровом диапазоне работают плохо.
Они крайне неэффективны.
Однако люди спрашивают, как всё-таки подойти к решению вопроса.

Давайте сперва вычислим сопротивление штыревой антенны. В случае, когда её высота много меньше длины волны, применяется страшная формула, все геометрические размеры в которую подставляются в метрах:

{12} Активное сопротивление короткого штыря.

λ - длина волны,
ξ - высота штыревой антенны,
η - радиус штыря.

Глядючи на эту формулу, нужно сразу определиться с радиусом штыря.

Наблюдая укладку антенных сумок разных войсковых радиостанций (да и штатских тоже), мы там увидим дюралевые трубки с резьбой на концах, дабы из них собирался примерно двухметровый штырь. Диаметр трубок близок к сантиметру.

Альтернативой такой сборной конструкции выступает антенна Куликова.
Она тоже с палец толщиной, ежели усреднить по всей длине.

Поэтому примем η за 0.005 метра.
То есть диаметр штыря пусть у нас тоже будет сантиметровый.

Из формулы получается, что активное сопротивление штыревой антенны высотой в пару метров, выполненной из сантиметровой трубки, около четверти Ома. А вот реактивное сопротивление весьма велико. Если местный автор всё правильно посчитал, оно около 1900 Ом. Характер сопротивления - емкостной (~23 пФ).

Дабы его скомпенсировать, в соответствии с формулой {2} необходима индуктивность 82 µH. Это так называемая «удлиняющая катушка», обычно намотанная на диэлектрическом цилиндре, из которого торчит штырь антенны. Катушка подсоединяется своим верхним выводом к штырю, нижним должна подключаться к фидеру.

Но не тут-то было.

Хотя, в соответствии с формулой Томсона, система из штыря с емкостным сопротивлением вблизи 23 пФ и индуктивности около 82 µH резонирует как раз на частоте радиоканала 3.687 МГц, с 50-омным фидером такая антенная система совершенно не согласована, и дополнительно потребуется тюнер.

Изготовлению которого местный автор Вас обучать не станет, так как своими руками он такую штуку не собирал. Можете схему тюнера позаимствавть у DL1FDN, практическая конструкция антенны которого весьма близка к честно вычисленной тут по формулам.

Только помните, что входное сопротивление штыря всего четверть Ома, так что удлиняющую катушку надо мотать из очень толстого и непременно медного провода. А иначе вся мощность на катушке и рассеется.

То же касается и тюнера.
90% мощности Вы там и потеряете.

Вот почему эффективность коротких штыревых антенн на нижних КВ диапазонах мизерная, и ими в практической работе никто не пользуется. Разве что от великой безысходности. Но всю дорогу надо помнить, что двухметровый штырь в палец толщиной на диапазоне 80 м имеет КПД 2-5%.

Дополнение. Общеупотребимые термины.

Перечень малопонятных и не всегда вразумительных слов:

  1. КВ, SW (Short Wave) - короткие волны.

  2. CW (Continuous Wave — незатухающие колебания) - телеграф.

  3. SSB (Single Side Band) - однополосная модуляция.
    Бывает двух видов, LSB и USB:

    LSB (Lower Side Band) - нижняя боковая полоса.
    Встречается на радиолюбительских диапазонах до 10 МГц.

    USB (Upper Side Band) - верхняя боковая полоса.
    Используется на радиолюбительских диапазонах свыше 10 МГц.
    А также во всех разновидностях профессиональной связи.

    DSB (Double Side Band) - LSB+USB.
    Две боковые полосы сразу, с подавленной несущей.
    Практически не встречается.

  4. dBm - Уровень в dB по отношению к 1 mW на нагрузке 50 Ом.

    В приёмо-передающей технике все каскады радиотракта обычно 50-омные, поэтому соотношение мощностей удобно указывать в таких единицах.

    Связь между dBm, W, VRMS, Vp и Vpp задана таблицей.

  5. Синусоидальные напряжения:

    Синусоидальные напряжения VRMS, Vp, Vpp

    Vpp - размах напряжения от пика до пика.

    Vp - пиковое значение напряжения от нуля (см. рис).
    Vp=½Vpp

    VRMS - среднеквадратичное значение напряжения.
    VRMS=Vpp/(8)½
    VRMS=Vp /(2)½

    VRMS равно напряжению постоянного тока, рассеивющего в активной резистивной нагрузке такую же мощность.

  6. QRP - «малая мощность», никак не переводится.
    Термин пришёл из Q-кодов.

    Само понятие весьма условное.
    Для SSB модуляции под QRP понимают мощность 10 Ватт и менее.
    Для CW модуляции QRP - мощность не более 5 Ватт.

    Ещё меньшая мощность обозначается как QRPP.
    Для CW это до 1 Ватта, для SSB - до 2 Ватт.

    Правда, есть специфика.

    Несмотря на то, что работа малой мощностью относится к увлечениям, а вовсе не вызвана отсутствием мощного аппарата, и для такого увлечения даже специально выделены частоты на всех диапазонах, в Стране подобное частотное распределение в SSB участках обычно не соблюдается.

    По крайней мере, на бескрайних просторах Сибири и Дальнего Востока понятие «QRP/QRPP в телефоне» отсутствует начисто. Использование маломощного передатчика, ввиду чего надо напрягать слух, корреспондентом воспринимается как неуважение. А уж чтобы встать со своим киловаттом в сторонке от QRP частоты, об этом и речи не идёт.

  7. Радиолюбитель - энтузиаст радиосвязи, умеющий собрать приёмопередатчик из того, что имеется в доступности, и выйти на нём в эфир. В каноническом определении повторяльщики чужих схем или просто алёкальщики в готовые покупные конструкции радиолюбителями и вовсе не считались, но сейчас всё несколько демократичнее.

  8. В помощь: Технологии изготовления печатных плат.

Другие статьи категории «Радиосвязь»

Самодельная End Fed антенна на 80 метровый диапазон.

Самодельная End Fed антенна на 80 метровый диапазон. В одной из прошлых публикаций мы овладевали искусством построения максимально простой SSB радиостанции, но при этом ещё не тяготеющей к профанации. Теперь пришла пора укомплектовать её подходящей антенной. Обзор нескольких типов наиболее подходящих антенн в той публикации тоже содержится. После анализа всех вариантов приходится признать, что не самой лучшей, но наиболее практичной будет «End Fed антенна», что на местный диалект переводится как «запитанная с краю».

BaoFeng UV-5R: дальность связи с разными антеннами.

BaoFeng UV-5R: дальность связи с разными антеннами. Данная статья является логическим продолжением материала про китайскую вундерваффе. Ибо в том материале остались недосказанными некоторые практические моменты, которые в саму статью дописывать теперь уже вряд ли имеет смысл - её из-за объёмности и так фиг осилишь. Но оговорить сугубо практические вещи всё-таки хочется, дабы не прослыть диванным аналитиком.

Интересная радиостанция - выбор и обзор BaoFeng UV-5R.

Интересная радиостанция - выбор и обзор BaoFeng UV-5R. Периодически у всего мужского населения планеты возникает остро выраженная потребность сбежать из дома. Хотя бы ненадолго. Ибо мужики постоянно страдают — то от недостатка общения с женским полом, то от избытка. А чаще всего, разной фигнёй, не понятой ими самими. Так что вдруг возникшая страсть к перемене мест понятна…
14 марта 2019, 13:52

№ 1Сначала не поверил своим глазам.

Серьёзная заявка на всенародное признание, особенно от пациентов 151 палаты. Перечитав статью несколько раз, понял, что знания мои в радиотехнике мизерны, усидчивость никакая по сравнению с местным автором, но всё же повторение конструкции возможно.

Низкий поклон, Мастер, за этот подарок.

Со своей стороны, приложил руку, и сделал архив с несколькими файлами в формате PDF - airsound.ru

Он содержит на данный момент два файла:

  1. p.pdf - лист с картинками плат из поста, с первой по четвёртую, да индикаторная плата в простом и зеркальном виде, для распечатки в натуральную величину. Проверяется линейкой.

  2. t.pdf - отсканированное изображение платы тангенты в натуральную величину, может кому понадобится для создания новой платы с усилителем и тональным генератором.

    Тангенты заказывал здесь: ali.onl

Возможно, архив будет наполняться новыми файлами.

Спасибо.

При покупке тангенты стоит обратить внимание на количество кнопок на ней.

Современные БаоФенги имеют две кнопки включения на передачу, отдельно для первого и второго канала. Вполне может быть так, что обе они задублированы и на тангенте. И тогда для тонального генератора не придётся изобретать кнопку, как-то её приторочивать, портя дизайн.

Выглядит такое чудо примерно так:

В дырочку для слива конденсата напрашивается разъём наушников.

Имеет смысл выбирать тангенту побольше и попузатее.
Она и удобнее, и фаршируется детальками проще.

airsound
20 марта 2019, 19:11

№ 2Популярных видео бы ещё.

Автор, раз уж упоминаете 151 палату, ссылайтесь туда )
guns.allzip.org

Вероятно, что-то типа этого будет лучше: lasto.com

КПД чтива (сохранено локально, ибо форумы долго не живут) хоть и близок к нулю, но толка больше, чем от ютуба.

Ролики про Сатком к КВ связи никакого отношения не имеют, ибо задействуют ретранслирующие спутники НАТО. Надо понимать, что это полный иллегал по определению. Как при этом дядьки не боятся светить лицами в экран, уму непостижимо. Никогда не делайте так.

Естественно, весь радиообмен на всех каналах этих ретрансляторов круглосуточно прослушивается и непременно записывается средствами радиоразведки. При малейшем намёке на «охоту на ведьм», которой уже пора вскоре случиться, таких дядек хоть сади, хоть к стенке ставь.

Когда простая переписка в мессенджере классифицируется как «сговор с использованием криптографических средств шифрования», и автоматом является отягчающим обстоятельством, доказанное использование инфраструктуры связи космической группировки противника всё равно в каких целях уж и не знаю на что потянет.

А вот по «Карату» ролик зачётный. Режиссуры, правда, никакой...

Вне населённых пунктов он действительно работает на 25-30 км.
Довольно наглядно показано, что и как при этом слышно.
Да, сквозь шипение и шум, но вот такая она, КВ связь малой мощностью.

QRZ
07 апреля 2019, 21:28

№ 3А как насчет передачи данных?

Труд поистине Впечатляет!

Своих слов попросту не нашлось, поэтому повторюсь словами предыдущего оратора: Низкий поклон, Мастер, за этот подарок.

Но всё же не спокойно на душе. Ибо писец он хотя пока и теоретический, но вполне себе осязаемый. Голосовая связь это конечно замечательно и очень даже нужно.

Однако, вопрос.

В наш век цифровых технологий, можно ли эту штуковину доработать для передачи данных? Или девайс требует переделки в корне? Хотелось бы услышать хотя бы общие соображения местного автора относительно цифровой передачи данных подобным устройством.

Тут вообще нет каких-либо проблем - все цифровые виды связи по сути являются набором синусоидальных колебаний разного тона (звуковой частоты), поданных на линейный вход передатчика.

Собственно, «цифра» изначально и появилась как приставка к радиоканалу. Никто для неё приёмопередатчик как-то по-особому не переделывает.

В данном случае линейный вход в виде тангенты хорош - амплитуда входного сигнала может быть любой от 20 до 200 mV (там компрессор на входе, выровняет), управление передачей выведено туда же (просто замкнуть контакт на землю), выход звука приёмника там же.

Если нужна развязка, она достигается прямым включением пары 600-омных трансформаторов с АлиЭкспресса (продаются готовыми для звукотехники, причём весьма неплохого качества), и оптроном оттуда же.

Впрочем, энтузиасты «цифры» всё это знают и умеют.
В этом девайсе всё стандартно.

Другое дело, что используемая девайсом частота не предназначена для цифровых видов связи (ибо есть регламент), так что все кварцы надо синхронно заменить на другие.

В статье неспроста присутствует картинка про кварцы на 3.579545 МГц - при построении радиоканала на них его частота уйдёт на 2 кГц выше, а там уже по регламенту «цифра». Она начинается с 3.58 МГц.

Kotov
08 мая 2019, 01:50

№ 4Трансформаторы

Поддержу ораторов выше: Низкий поклон за эпичный труд.
В ПДФе нету?
Я бы распечатал)))

Пишете в предыдущем каменте о трансформаторах с Али...
Ссылочкой не поделитесь?

PDF производится на свет силами любого онлайного сервиса, которых тьма. Так что без проблем: lasto.com

Аудио трансформаторы 1:1 на 600 Ом выглядят так: ali.onl

Обратите внимание, их номенклатура довольно широка. Есть со средней точкой, с разным соотношением витков обмоток, в общем, на все случаи жизни.

Старайтесь покупать только такие, параметры которых в описании чётко указаны (сопротивление обмоток на постоянном токе и импеданс на одном килогерце, их индуктивность, диаметр провода и число витков). На Али полно и никак не сертифицированных поделий, за чуть меньшую цену, но они в итоге могут оказаться диким трешем.

UT4
08 мая 2019, 11:06

№ 5Цифра

К слову, было бы очень интересно почитать статью уважаемого Местного Автора об использовании таки цифры с применением данной радиостанции. Пробивная способность у какого-нибудь PSK повыше, а у разных специальных мод - еще выше. А там и до ББС недалече..

Местный автор имеет интерес исключительно к бескомпьютерному девайсу, работающему ортодоксально, то есть голосом. Ибо в схеме его применения никакие компьютеры даже близко не просматриваются (эта мысль важна, она исходная и заглавная).

Насколько представляется местному автору, все цифровые виды связи основаны на излучении несущей, модулируемой либо по телеграфному принципу, либо девиацией по частоте, обычно скачком.

Посему для именно цифровых видов связи SSB канал и вовсе не нужен (и даже вреден, с его компрессорами речевого сигнала), а достаточно кварцевого генератора со смещением частоты варикапом, и дальнейшим линейным усилителем мощности. КПД которого раза в 2-3 выше, чем для SSB радиоканала. Это буквально пара-тройка маломощных транзисторов, загнанных в режим класса Е.

Впрочем, даже усилитель мощности самому паять не нужно - у китайцев есть вот такие готовые конструкции, сразу с радиатором и разъёмами:

На вход слева подаётся модулированный цифрой сигнал с кварцевого генератора уровнем до 10 mW, справа снимается 3W. Производитель заявляет работу в диапазоне 2-700 МГц, но вряд ли усиление во всём этом диапазоне одинаково. Питание 12-15 Вольт.

Усилитель не предназначен для SSB (у него нет необходимой линейности), но пригоден для CW, FM и любой «цифры». На АлиЭкспрессе стоит 10 долларов. Фактически по цене комплектующих.

Ну и раз уж компьютер для цифровой модуляции тут всё равно необходим, имеет смысл тупо поставить в качестве приёмника донгл от RTL-SDR.COM. С качественным преселектором ему на вход.

Это была бы оптимальная конструкция минимальной сложности и стоимости, но требующая мудрости на этапе состыковки звукового потока с SDR приёмника с собственно софтом цифровой связи - всякие виртуальные кабели, COM-порты, и прочая.

Конечно, эмулировать модем для цифровых видов связи обычной аналоговой радиостанцией тоже можно, но это не оптимально, и такими вещами вряд ли стоит заниматься.

Потому как если смещение несущей эмулируется звуком разной высоты относительно подавленной несущей в SSB канале, а у звуковых колебаний есть амплитуда и фаза, в процессе манипуляции ими мы получим довольно грязный в спектральном отношении сигнал по сравнению с непосредственной манипуляцией частотой несущей в цифровом модеме.

UT4
08 мая 2019, 23:19

№ 6Применение ГПД

Ну и последний вопрос: рассматривался ли вариант применения ГПД? Если есть какие-то наработки - поделитесь, плз. Уж очень Ваша конструкция заинтересовала.

Перестройка по частоте тут невозможна, и ГПД бессмыслен.

Из всего спектра частота канала связи вырезана кварцевым фильтром, как при приёме, так и при передаче. А он ведь узкополосный, 2 кГц шириной. В §1.6 есть картинка.

За супергетеродинное качество приёма по чутью и избирательности, а так же предельную простоту конструкции, мы расплатились фиксированной частотой радиоканала.

Что прекрасно для радиосвязи в группах, но не подходит радиогубителю.

Изначальная идея была в построении на современной элементной базе чего-то аналогичного советским «Недрам», «Нивам», «Каратам». Это были тщательно продуманные и оптимизированные конструкции, работающие до сих пор. В данной конструкции их концепция сохранена.

Кстати, Омский приборостроительный завод имени Козицкого в частной переписке подтвердил, что готов выпускать Караты мелкими сериями и сейчас. Но цена одной штуки заявлена в 700 долларов. Не знаю, как относиться к этой цифре. Наверное, с юмором.

UT4
09 мая 2019, 20:54

№ 7О цифровых видах связи.

По здравому размышлению, QRPP аппаратура, работающая SSB модуляцией с весьма небольшой мощностью, всё-таки должна подстраховываться неким аварийным способом увеличения дальнобойности.

UT4UUB прав, акцентировав внимание на «цифре».

Однако обвешивание аппарата дополнительным оборудованием, и не дай бог, ещё и компьютером, вот вообще не представляется целесообразным.

Местный автор видит простейшее решение вопроса таким образом:

  1. Решаемся работать с PSK31.
    Оффсайт - aintel.bi.ehu.es
    Там же есть записи звучания этого режима.
    Запись может пригодиться для тестирования приложения.

  2. Гуглим само приложение «DroidPSK 3.01.apk».
    Приложение есть в доступе. Оно древнее, но его достаточно.
    Можете купить последнюю версию в ГуглПлее.

    Скачиваем его, льём на мобилу с Андроидом.

  3. Разбираемся, как программа работает. Есть PDF для распечатки.
    Либо тупо читаем хэлп к ней.
    Можно сразу на русском языке - Гугл переводит пристойно.

  4. Соображаем, как оперативная информация вбивается в макрос, чтобы быть переданной.

  5. Заморачиваться пайкой аудио кабеля для соединения мобилки с радиостанцией не обязательно. Тангента орёт достаточно громко, микрофон телефона её прекрасно слышит. А уж телефон заливается соловьём, хоть уши затыкай.

  6. Виды связи - PSK31 и PSK63 на выбор.

Местный автор смоделировал ситуацию с помощью WebSDR приёмника «из Улыбино», расположенного в 32 км (можно почитать подробную статью из другой темы Самодельная End Fed антенна на 80 метровый диапазон. ), и убедился в прекрасной работе приложения без всяких аудио кабелей.

Настраиваем WebSDR на нужную частоту, активируем на его панельке управления кнопку записи, пищим приложением «DroidPSK» в тангенту. Останавливаем запись, WebSDR скидывает .wav файл на диск.

Теперь открываем этот файл в любом проигрывателе, и слушаем приложением звук прямо из динамика ноутбука. Таким макаром эмулируется принимающий конец радиолинии.

Если эфирный канал чист от разговоров, переданная информация чётко декодируется.

Своего рода телеграф для не знающих телеграфа :)

Но для более серьёзного применения имеет смысл заморочиться кабелем и простейшим интерфейсом с ключом на транзисторе (звук из мобильного телефона должен приводить к замыканию контакта передачи на землю). Это будет некий аналог VOX.

Мастер Ласто
Все заметки категории «Радиосвязь»