|
Изготовив и испытав SDR приемник с кварцевым гетеродином, описанный
в первой части статьи,
можно приступить к его модернизации. Технология SDR как нельзя лучше пригодна для создания всеволнового
приемника, который перекрывает непрерывный диапазон частот от 30 кГц до 65 мГц. Его основа
- собственно приемник - описан в первой части статьи. Без каких либо изменений на его основе собираем
теперь более совершенный всеволновый приемник, в котором заложено все необходимое для преобразования
его в КВ трансивер. Описание этого всеволнового приемника было опубликовано в журналах «Радио»
№3, 4, 5, 6 за 2011 г.
Синтезатор частоты
В первую очередь необходимо модернизировать гетеродин. Наиболее оптимальный вариант, на мой взгляд,
это синтезатор прямого синтеза (DDS). Он прост по конструкции, содержит минимум намоточных элементов
и практически не требует наладки. В качестве основы синтезатора я выбрал микросхему AD9951 фирмы
"Analog devices". Она способна работать с тактовой частотой до 400 мГц, что теоретически позволяет
формировать сигнал с частотой до 200 мГц. В данной конструкции максимальная частота гетеродина 130 мГц.
В общем, AD9951 - это разумный компромисс между ценой, простотой реализации и качеством работы.
И, главное, эту микросхему можно приобрести в Интернет магазинах по разумной цене.
Микросхема синтезатора включена по типовой схеме, рекомендованной производителем. Другой схемы,
наверное, и быть не может. Тактовая частота подается с генератора DD2. Его частота может быть 400/N мГц,
где N - коэффициент умножения тактовой частоты синтезатора. Он может быть 1 или принимать любое целое
значение от 4 до 20.
Противофазный сигнал с выходов синтезатора проходит через фильтр нижних частот L1…L6, C28…C41 и поступает
на входы быстродействующего компаратора DA1. С выхода компаратора сигнал гетеродина подается на основную
плату приемника. Питается синтезатор от источника питания 5 В, потребляемый ток около 100 мА.
Все необходимые напряжения для его узлов стабилизируются DA2…DA6. Такое большое количество стабилизаторов
с одной стороны улучшает развязку цифровой и аналоговой частей синтезатора, а с другой уменьшает мощность,
рассеиваемую каждым стабилизатором. Благодаря этому радиаторы для них не требуются.
Синтезатор управляется по трем линиям UPD, SDIO и SCLK. Учитывая, что микросхема синтезатора дорогая,
а перепаять ее на другую плату довольно сложно, блок управления собран на отдельной плате. Это сделано
для того, чтобы при необходимости его можно было легко заменить, соответственно изменив интерфейс управления
приемником. Например, с другим блоком управления можно применить данный синтезатор в аналоговом приемнике
или трансивере с управлением частотой валкодером.
Блок управления синтезатором
В качестве управляющей программы для приемника выбрана PowerSDR, последняя версия которой всегда свободно
доступна на сайте компании FlexRadio Systems
Она является программной основой трансиверов FlexRadio для прямого декодирования и модуляции радиосигналов.
Программа имеет удобный пользовательский интерфейс, визуальную настройку на сигналы радиостанций,
позволяет различными способами выводить НЧ сигнал, в том числе и с помощью программы виртуального звукового
кабеля. Данное программное обеспечение является наиболее сложным и многофункциональным среди других
программных продуктов, максимально использует вычислительные мощности персонального компьютера и
возможности звуковой карты.
Программа используется с трансиверами SDR-1000 и всеми модификациями Flex-5000. Кроме трансиверов
она работает с широким спектром радиоприемных устройств заводского или любительского изготовления.
В первые годы своего существования компания "FlexRadio" не делала секретов из своих разработок,
схемотехника и программное обеспечение были полностью открытыми. Оригинальную схему трансивера SDR-1000
можно и сейчас скачать с сайта компании. К чести "FlexRadio" следует отметить, что программа PowerSDR
так и осталась свободно доступной, включая и ее исходный текст.
Ориентироваться на управление через LPT порт в настоящее время нецелесообразно, т.к. он практически исчез
из стандартной конфигурации компьютера. К счастью, появились разработки конвертеров USB-LPT. Я использовал
Converter From USB To Parallel, Henrik Haftmann.
Наиболее подходящим мне показался вариант, названный автором "USB2LPT Release 1.5". Он собран на дешевом
контроллере ATMega48, схемотехника и программное обеспечение полностью открыты, включая и исходные тексты.
Учитывая, что такой конвертер вряд ли понадобится для каких-то других целей, нет смысла делать его в виде
переходника, проще встроить непосредственно в приемник.
DD1 - это конвертер USB-LPT. Формат управляющего слова AD9951 отличается от AD9854, поэтому необходим
конвертер протокола. Он выполнен на DD2 типа ATMega48. Учитывая невысокую стоимость и доступность этих
контроллеров, я посчитал нецелесообразным вмешиваться в авторскую прошивку конвертера USB-LPT для совмещения
его с конвертером протокола в одном контроллере.
Кроме управления синтезатором, на DD2 возложена функция переключения ДПФ. Дело в том, что в программе
PowerSDR эта функция предусмотрена, но ее аппаратная реализация на микросхемах дискретной логики довольно сложна.
На схеме также показаны выводы виртуального LPT порта. В схеме приемника они не используются, но могут
потребоваться, если в дальнейшем на базе этого приемника возникнет желание сконструировать трансивер.
Диапазонные полосовые фильтры
Любой приемник прямого преобразования имеет побочные каналы приема на частотах, кратных частоте гетеродина,
т.е. 2F, 3F, 4F и т.д. В данном случае на быстродействующие ключи, выполняющие роль смесителя, подается
сигнал гетеродина прямоугольной формы. В спектре такого сигнала наибольшую амплитуду имеют нечетные гармоники,
поэтому наиболее сильные помехи проникают в приемник на нечетных гармониках частоты приема - 3F, 5F, 7F и т.д.
Это можно наглядно наблюдать на частотах около 1,9 мГц. Если на входе нет полосового фильтра, весь любительский
диапазон 160 м кажется забитым вещательными станциями с АМ. В действительности эти станции работают в вещательном
диапазоне 31 м, а принимаются они на пятой гармонике гетеродина.
Поэтому всеволновый SDR приемник обязательно должен иметь полосовые диапазонные фильтры на входе. Ширина их полосы
пропускания должна быть такой, чтобы эффективно подавлять помехи на нечетных гармониках частоты приема.
В то же время нет особой необходимости применять высокодобротный перестраиваемый преселектор,
Для перекрытия всего диапазона частот от 30 кГц до 65 мГц используются 9 полосовых фильтров, которые переключаются
с помощью электромагнитных реле. За основу взята схема из описания одной из модификаций трансивера SDR-1000,
которая, в свою очередь, полностью повторяет схему интегральных субоктавных полосовых фильтров из
из классического справочника:
"Э.Рэд, Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике - М.: 1990".
Только на диапазон часто ниже 2,5 мГц вместо полосового фильтра я использовал П-образный фильтр нижних частот.
Входное и выходное сопротивление фильтров 50 Ом.
На диапазоне ниже 1,8 мГц сейчас дальний прием практически невозможен, поэтому я оставил его как обзорный,
"на всякий случай" и не стал усложнять схему ДПФ. Но, все же, совсем исключать возможность приема в диапазоне
длинных и средних волн, как это сделано в некоторых модификациях трансивера SDR-1000, я не стал. Если дальний прием
на этих частотах представляет интерес, можно использовать дополнительный внешний перестраиваемый контур на входе
приемника, а местные станции можно принимать и без дополнительных фильтров.
Фильтры переключаются с помощью электромагнитных реле. Это самый простой и надежный вариант. Кроме того, когда
приемник выключен, все фильтры отключены от антенны, что в какой-то степени уменьшает опасность повреждения
приемника во время грозы.
Все катушки фильтров намотаны на кольцах фирмы "Amidon" типа T50-6. Несмотря на высокую стоимость, я все же
применил кольца именно этой фирмы. Во-первых, добротность катушек на этих кольцах получается достаточно высокой,
а затухание в фильтрах небольшое. Катушки на кольцевых сердечниках имеют малое поле рассеяния и их необязательно
экранировать. Во-вторых, расчетные значения индуктивности полностью соответствуют фактическим. А это существенно
облегчает настройку фильтров.
Принципиальная схема блока ДПФ, чертежи всех плат, а также намоточные данные всех катушек, особенности
конструкции и наладки приемника приведены в подробном описании. Там же описано, как установить и настроить
программу PowerSDR, под управлением которой работает приемник.
|
