Клон SDR-2000UA



Рекомендую: ПЕЛАГЕЯ!

pelagea.jpg

Фанаты группы ПЕЛАГЕЯ ("Полефаны") В Контакте

Концерт на площади Минина в Нижнем Новгороде 9 Мая 2013

Мини-концерт в Магасе (Ингушетия) 4 Июня 2014

Создайте тему (если она ещё не создана) на моём форуме http://ra3pkj.keyforum.ru (кликабельно)

 

Чистые платы для различного применения от Юрия (R3KBL) на его сайте http://sdrham.ru (кликабельно)

 

 

Общее описание

Трансивер SDR-2000UA конструкции UT5UUR (в содружестве с UY2UA и UT3UC) представляет из себя заметно усовершенствованный аппарат SDR-1000UA. Усовершенствования сделаны как в части улучшения параметров, так и в части эксплуатационных свойств. Некоторые усовершенствования будут мной рассмотрены в данном разделе. Электрическая схема трансивера имеет новые узлы, не использовавшиеся в SDR-1000UA.

При подготовке материала использовалась информация из http://ut5uur.kiev.ua/

Внешний вид трансивера SDR-2000UA :

sdr2000ua.jpg

Вид изнутри :

plata_1.jpg

Как видите, добротно сделанный аппарат. Слева вверху усилитель мощности 15 Вт (на выходе пара транзисторов RD16HHF1), ниже его расположены семь ФНЧ усилителя мощности (заметьте - в оригинальном SDR-1000 установлены шесть ФНЧ, просто здесь добавлен ещё диапазон 6 м). Справа вверху экранированные полосовые фильтры. Ниже их термостатированный кварцевый генератор. Ещё ниже - экранированный ФНЧ DDS. Вообще, вопросам экранирования наиболее важных узлов здесь уделено достаточное внимание.

На сайте автора указано, что максимальная выходная мощность может быть 25Вт при некоторой потере линейности усилителя. Для конструкторов замечу, что применённые выходные транзисторы позволяют получить до 40Вт при напряжении питания 18В. Так что есть смысл при проектировании SDR-аппаратов использовать для питания трансивера набор напряжений вместо одного традиционного напряжения 13,8В.

Часть платы с синтезатором частоты, ДПФ, смесителями, усилителями ПЧ. В общем здесь малосигнальная часть аппарата :

plata_2_.jpg

На показанном выше фото экран на ФНЧ DDS отсутствует и поэтому можно видеть, что ФНЧ DDS сделан по двойной схеме с применением ВЧ трансформаторов в отличии от оригинального SDR-1000 и SDR-1000UA, где применена четверная схема без ВЧ трансформаторов. Применённая в SDR-2000UA схема ФНЧ в своё время была предложена нашему SDR-сообществу радилюбителем RV3DLX и в настоящее время она приобрела популярность. Данная схема позволяет уменьшить степень рассогласования фаз в ветвях ФНЧ относительно друг друга при неблагоприятном возможном разбросе индуктивностей и ёмкостей. Скачать показанное выше фото с отличным качеством : Plata_2.jpg

В синтезаторе частоты используется традиционная микросхема DDS AD9854, но по информации от RV3DLX, в этом аппарате немного ниже уровень спуров по сравнению с другими SDR-аппаратами, использующими эту микросхему. Вероятно это связано с более удачной топологией платы в части синтезатора.

Здесь схема трансивера : SDR2000ua_sch_new.zip

Блок-схема SDR-2000UA:

sdr-2000ua_block_shema.gif

При приёме используется ДПФ и ФНЧ. Эксперименты, проведённые Юрием UR4IX, показали эффективность такого сочетания по подавлению побочных каналов приёма, в частности на нечётных гармониках гетеродина. При проектировании SDR-трансиверов традиционного направления применение ДПФ+ФНЧ при приёме я лично считаю обязательным.

 

Регулирование выходной мощности

Теперь обратимся к известной проблеме регулирования выходной мощности передатчика, свойственной многим SDR-трансиверам. На форумах эта проблема поднималась не единожды. Напомню, что регулировать выходную мощность можно при помощи движка регулятора в программе PowerSDR, т.е. программным способом. При этом уровень неподавленного до конца сигнала синтезатора частоты, пролезающего на антенный выход трансивера, остаётся постоянным, т.е. независимо от уровня выходной мощности излучаемого полезного сигнала. Даже если движок мощности поставить в нулевое положение, то и в этом случае в эфире можно обнаружить тот же самый остаток сигнала синтезатора частоты, что и при максимальном положении движка. То же самое имеет место и при любом другом виде излучения (CW и т.д.). Проблема заключается в неидеальной "балансности" смесителя передатчика. Решение проблемы - регулировать мощность не программным способом, а аппаратным! Иначе говоря, если Вы уменьшаете выходную мощность при помощи реального (а не виртуального в PowerSDR) регулятора, то одновременно уменьшаете и уровень излучаемого в эфир остатка сигнала синтезатора. Это и было сделано в трансивере SDR-2000UA.

Смотрим на выше приведённую блок-схему и видим две кнопки "-" и "+" под общим названием "RF POWER". Это кнопки управления аттенюатором передатчика с шагом 1 дб. Смотрим на схему, видим те же кнопки, но уже под общим названием "TX Level":

tx_balans_att.gif

Кнопки "-" и "+" управляют контроллером ATtiny24, который в свою очередь переключает при помощи трёх полевых транзисторов релейный аттенюатор, состоящий из трёх ступеней -1 дб, -2 дб и -4 дб. Итого максимальное ослабление -7 дб. Данный аттенюатор установлен непосредственно на входе усилителя мощности и обеспечивает при необходимости уменьшение мощности в 1...5 раз от уровня максимальной мощности. Аттенюатор показан здесь:

tx_att.gif

 

Дополнительные меры по подавлению остатка сигнала синтезатора на выходе передатчика (читай - по подавлению несущей)

Приведённая выше информация по регулированию мощности призвана показать как регулируется мощность в SDR-2000UA без ухудшения соотношения "полезная мощность/остаток сигнала синтезатора" в антенне. Но сам остаток сигнала синтезатора может оказаться (в абсолютном выражении) непозволительно большим. В SDR-2000UA эта проблема решается оригинальным способом - микроконтроллер в зависимости от диапазона производит дополнительное балансирование смесителя передатчика, при этом балансировка для каждого диапазона забивается в память микроконтроллера на этапе изготовления трансивера. Т.е. пользователю ничего предпринимать не нужно при первом включении трансивера. Правда, здесь есть один ньюанс, если у Вас выйдет из строя по какой-либо причине микросхема смесителя, то вся система балансировки окажется бесполезной, так как система изначально настраивается под конкретный экземпляр микросхемы. Впрочем, продвинутый пользователь после замены микросхемы мог бы (в принципе) сам всё настроить при наличии открытой методики, но таковой судя по-всему нет. Реализованная автором схема позволяет получить дополнительные 20дб (!!!) подавления несущей и достичь величин -70...75дб. Обратимся к схеме :

tx_balans_att_1.gif

Микроконтроллер ATtiny24, получив код диапазона (сигналы D0_BIAS...D2_BIAS), отсылает команды в цифровой счетверённый потенциометр AD5263 (AD5263.pdf) Для связи между ними используется интерфейс I2C. Потенциометр AD5263 - это управляемые кодом переменные сопротивления в количестве четырёх штук. Напряжения с движков этих сопротивлений (сигналы Bias1...Bias4) подаются на смеситель передатчика. Смотрим ниже :

tx_balans.gif

Указанные сигналы Bias1...Bias4 далее меняют своё название на B-1...B-4. Через операционные усилители NE5532 (NE5532.pdf, NE5532_1.pdf) они воздействуют (по постоянному току) на каналы смесителя FST3253, выравнивая их сопротивления. Одновременно операционные усилители передают (по переменному току) IQ сигналы с выхода звуковой карты на смеситель. Заметьте, многие резисторы имеют 1% допуск, т.к. требуется температурная стабильность схемы, иначе балансировка смесителя будет гулять от температуры. Справка: все высокоточные резисторы имеют высокую термостабильность. Конденсаторы, применяемые в схеме, должны быть качественными.

 

Усилитель для наушников и внешней акустики

Данная схема даёт возможность подключать наушники в случае применения 2-канальной звуковой карты (в SDR-1000UA с этим была проблема). Так как в 2-канальной карте в качестве выходного разъёма используется линейный выход (замечу, что обычно линейный выход и выход для наушников в этих картах одновременно не работают), то подключить наушники напрямую к карте невозможно. Поэтому для увеличения мощности в SDR-2000UA использована двухканальная (стерео) микросхема усилителя мощности, представляющая из себя по сути мощный двухканальный операционный усилитель. Коэффициент усиления по напряжению близок единице, поэтому к выходу микросхемы можно подключить также активные компьютерные колонки. Смущает только то, что один единственный разъём (FrontPanel Phone Jack) используют для наушников и для колонок. Впрочем, нетрудно поставить ещё один разъём параллельно имеющемуся разъёму.

Как известно при применении 2-канальных карт нет возможности регулировать уровень самоконтроля при передаче. Реально уровень самоконтроля в наушниках нередко очень велик и уменьшить его не представляется возможным. В SDR-2000 эта проблема в некоторой степени решена - уровень самоконтроля при передаче снижается на фиксированную величину при помощи аналоговых коммутаторов 74LVC2G53DBV (74LVC2G53.pdf). К сожалению решение проблемы не доведено до логического завершения, всё-таки надо иметь плавную регулировку уровня самоконтроля, к тому же я заметил, что в новых версиях PowerSDR уровень самоконтроля буквально от "фонаря". Смотрим на схему:

fone_1.gif

При переходе на передачу переключаются посредством внешнего сигнала "RX/TX" каналы внутри аналоговых коммутаторов, что приводит к подключению резисторов сопротивлением 1,0 МОм (R97, R100) в разрыв входных цепей усилителя мощности. Тем самым достигается снижение уровня самоконтроля при переходе на передачу.

Вообще в SDR-2000 применение аналоговых коммутаторов позволило во многих местах отказаться от применения реле, которые как известно создают щелчки в каналах звука, и наконец просто неприятно клацают.

 

Цепи управления внутренним усилителем мощности передатчика

По сравнению с SDR-1000UA, в трансивере SDR-2000UA применён более серьёзный усилитель мощности передатчика (25 Вт против 1 Вт в SDR-1000UA). Соответственно, были использованы "правильные" сигналы управления усилителем.

Цепи управления включают в себя следующие сигналы: PAF0...PAF2 для переключения ФНЧ усилителя мощности, PA_TR для обхода усилителя в режиме приёма, PA_BIAS для подачи напряжения смещения на затворы полевых транзисторов усилителя в режиме передачи. Все эти сигналы являются штатными и поддерживаются программой PowerSDR. Указанные сигналы не использовались в предыдущем трансивере SDR-1000UA, но были выведены на внутренний разъём (гребёнка).

В связи с применением в SDR-2000UA эффективных переключаемых ФНЧ стало возможно использовать их для "подручной" работы для подавления побочных каналов приёма на нечётных гармониках гетеродина (в режиме приёма). Это очень большой плюс! В SDR-1000UA этого нет. 

Ниже на схеме показана схема переключения ФНЧ усилителя, где сигналы PAF0...PAF2 (в виде двоичного кода) после дешифрации используются для переключения реле ФНЧ:

lpf_sdr2000.gif

На следующей схеме обозначен (внизу справа) сигнал управления смещением транзисторов PA_BIAS. Сигнал расщепляется на четыре сигнала по количеству транзисторов:

bias_sdr2000.gif

И наконец, последний сигнал управления PA_TR. Ниже на фрагментах показан этот (уже усиленный для управления реле) сигнал, названный как PA_TR_DRV. На первом фрагменте показана коммутация выхода усилителя, а на втором коммутация в цепях входа усилителя:

pa_tr_sdr2000.gif

pa_tr1_sdr2000.gif