Проект RW3FY. Высококачественный трансивер DX-мена из набора унифицированных модулей

[Илья RW3FY]

Всем привет!


Предлагаю вашему вниманию проект, в основу которого легла работа «Разработка универсального набора модулей для изготовления коротковолновых радиолюбительских трансиверов», выставлявшаяся в 2007 году на конкурс «Радиосвязь-2007» (занявшая там 2 место).


Главной идеей было создание набора «унифицированных кубиков», которые бы позволяли с большой степенью гибкости конфигурировать будущий аппарат, и, с одной стороны, не пытаясь ставить перед собой наполеоновские цели, с другой стороны, иметь возможность построить трансивер с достойными характеристиками, двигаясь постепенно от простого к сложному. Точно так же, как в нынешнее время можно постепенно апгрейдить компьютер или автомобиль (например, внедорожник), выбирая нужный именно тебе уровень характеристик и набор опций – только в ещё значительно более широких пределах. В итоге у меня получился набор законченных плат-модулей, из которых можно собирать не меньше десятка различных вариантов трансивера – от совершенно простых 1-3 диапазонных аппаратиков начинающего радиолюбителя до супернавороченных аппаратов экстра-класса для работы в серьёзных контестах и охоты за DX.


Попутно ставилась цель обеспечить возможность мобильного использования всех этих аппаратов в сложных условиях, в т.ч. климатических – поэтому питание трансивера ориентировано на диапазон напряжений автомобильной бортовой сети (10,5…18В), а климатическое исполнение – на уровне «индустриального» стандарта (диапазон рабочих температур окружающей среды -40…+50 градусов (разумеется, с должным запасом ))) )).


Кроме этого, ставилась задача обеспечения максимальной технологичности изделия – так, чтоб даже в самой сложной конфигурации аппарат требовал минимума настроечных операций и совсем не требовал подбора элементов.


Один из главных моментов в этой разработке – реализация принципа «от простого к сложному». Знаю многих радиолюбителей, кто, взглянув на полную схему, просто хватался за голову – типа как это сделать – хоть по времени, хоть по оснащению стендов, хоть финансово? Ребят, я вам как в Одессе – вопросом на вопрос – а описалово хотя бы поверхностно читали??? Ну не нуна всё и сразу, здесь и сейчас!!! Идём к цели мааааленькими шагами, каждый раз чётко фиксируя ПРАКТИЧЕСКИЙ ОСЯЗАЕМЫЙ как минимум собственными ушками меломанскими результат ))):


Шаг 1. Собираем самую простую версию IF2, с ОДНИМ ЭМФом. Получаем аналог трансивера Лаповка из 80 гг прошлого века (и нисколько не сложнее по схеме! ))) ) – но на современном уровне, с дикой линейностью в обе стороны, и не требующий вообще никакой наладки, кроме подбора двух емкостей согласования ЭМФа!!! Конструкция будет проста… даже не как автомат Калашникова, а как пистолет ПМ. Но «стрелять» будет, уверяю, как «Стечкин»! Чтобы это было не игрушкой на столе, а реальным трансивером – сразу собираем схему со штатными полосовиками и УРЧ (причём УРЧ может быть урезанным – ОДИНОЧНЫМ (второй УРЧ – добавите позже!)) А в качестве ГПД - смело ставьте синтезатор на AD9951(54) или аналогичной DDS – впоследствии его выбрасывать не придётся, он просто станет вторым гетеродином более сложного аппарата. И… Трансивер на три НЧ бэнда готов!!! Нет только УМ, всё остальное в наличии. УМ позже нарисуется, более чем универсальный и суперлинейный, но пока… можете всунуть туда совершенно любой! Благо схем на совершенно копеечных деталях хоть отбавляй! А позже я подкину вам хороший и дорогой. Просто оставьте для него немножко места ))).


Шаг 2. Поигрались с игрушкой на одном ЭМФе, понравилось, почуяли, что такое реально прозрачный эфир, но захотелось большего – легко!!! В описалове тракт IF2 специально разбит на две части!!!. Делаем к «базовой» плате IF2 плату «расширения» - и получаем сумасшедшую избирательность по соседнему каналу на приём, АРУ уровня хай-энд на приём, компрессор и ПЧ-ограничитель на передачу, повышающие в разы энергетику SSB сигнала.


Шаг 3. Наигрались с аппаратом начального уровня? Хотим все диапазоны и CW? Легко! Но тоже не всё сразу, а по шагам:


А) Собираем IF1&RF и IF1 Main Unit. «ГПД» на DDS делаем вторым гетеродином, а на первый смеситель (теперь уже Н-образный на FST3125, или, как более качественная альтернатива - «крестообразный» на двух аналогичных микросхемах) подаём сигнал от полноценного вседиапазонного синтезатора. На соответствующий вход IF1 (он предусмотрен заранее) заводим сигнал от манипулируемого ключом телеграфного генератора. Получаем в итоге простейший аппарат с двумя преобразованиями и пусть слегка компромиссным, но уже вполне взрослым CW. Полосу пропускания пока регулируем только за счёт PBT, двигая гетеродины. Дёшево и сердито, для начинающего достаточно. А для не начинающего… Идём дальше )))
Б) Добавляем плату «опциональных» фильтров. На ней есть вполне себе узкий CW фильтр. Но при желании не вопрос поставить ещё более узкий. И не один. Я думаю, что тот, кто самостоятельно дошёл до этого этапа, легко сообразит, как линейку из двух переключаемых фильтров, ничего в базовой части не перепахивая, дополнить до линейки из 22 переключаемых фильтров. И наслаждаться полноценным CW с любой полосой какая вздумается даже без всяких РВТ ))). Таким CW, которое уже нигде, наверно, на таком уровне звучания сегодня не услышишь.


В) Поигрался, послушал, захотел ещё большего? (ну типа подготовленный полный привод это классно, но хочу не самоблоки, а ручные блокировки дифференциалов? ))) ) Легко!!! Например, вводим в схему нотч- фильтр. Трёхзвенный, умышленно с полосой режекции не стремящейся к нулю – с закрытыми глазами мгновенно режем любую тональную помеху от 30 до 60 дБ, а то и больше! И снова ничего в уже собранной схеме менять не надо – просто добавляем в нужное место ещё один «кубик»!!!


Г) Захотели подавитель импульсных помех по ПЧ (наша АРУ прекрасно их давит, но ведь нет же предела совершенству!!!) – и такая возможность предусмотрена тоже… Но… Тут уже придётся или напрячь собственную головушку, или терпеливо ждать продолжений от автора. Ибо… Не трансивером единым )))). Автор тоже людь, со всеми свойственными человекам страстями и, да и вообще, поскольку, как и все, смертен – то хочет, как и все, успеть немножко пожить… не только в пределах шэка ))). Так что творческое сотрудничество приветствуется! )))


Д) Поимели уже всё что хотели, но… А вот ещё бы нам второй приёмник!!! - Господа!!! Дык вот в чём как раз преимущество использованной схемотехники – она даёт такую возможность с минимальными затратами!!! Ибо… Просто делаем ещё один такой же тракт, один в один!!! – И получаем хоть второй приёмник, хоть запасной передатчик, хоть полный дуплекс!!! )))) Причём поскольку схемотехника обоих «каналов» совершенно идентична – то и затраты сил и мозгов на изготовление минимальны!!! )))


Е) То, что было выше – «традиционный» путь. Но… Для любителей новизны и (или) отхода от стандартных решений задуманы отдельные для них пути ))). Например, есть в комплекте плата для подключения «цифры» - хошь, стыкуй её с DSP по ПЧ, хошь – с современным трактом по схеме «прямого преобразования» - в обоих случаях решая вопрос ставшей притчей во языцех «дынамыкы» за счёт высокоуровневого тракта 1-й ПЧ, а перенося основную селекцию на милую и удобную многим НЧ, чем-то кому-то, быть может, облегчаем жизнь 9ну или уменьшаем количество противоречий с его собственной религией ))) )! В случае с DSP – получаем полный набор современных «фишек» на базе всё того же тракта. Другой вариант – более «традиционный» - просто ограничиться одним преобразованием частоты, с основной селекцией на базе кварцевых фильтров. Ведь IF1 в полном комплекте – отличный «фронт-энд» для такого аппарата – который надо лишь дополнить «окончанием», аналогичным по схемотехнике тракту IF-2, но учитывающим разницу частот между 500 кГц и, скажем, 8,86…9 МГц. Я такой вариант обязательно сделаю… Но… зачем ждать манны небесной? Есть люди, кто, творчески подойдя к моим решениям, уже давно наслаждаются звучанием эфира на подобных аппаратах… Ну а ТЫ чем хуже?
В общем, ещё одна моя цель – подтолкнуть людей от повторения шаблонных решений к истинному творчеству. Если мне это удастся – будем считать, что главная цель вообще всего достигнута. Ибо… Пока мы умеем ДУМАТЬ САМОСТОЯТЕЛЬНО и НЕ БОЯТЬСЯ ПРИНИМАТЬ РЕШЕНИЯ – нас никто и никогда не победит!


Ну и ещё что хотелось сказать… Выложив достаточно давно в сеть схемотехнику этого аппарата, уже приходилось сталкиваться с некоторой критикой от различных «гуру». Типа «А почему не так как вот тут, ведь так как у тебя динамика не самая большая?» «А почему вот так, ведь так как у тебя не будет студийного звучания станции с уровнем S9+100?» «А где панорама, ведь в наше время принято слушать не ушами, а глазами?» И т.д. и т.п.


Сразу отвечу, во избежание последующих вопросов. Чем хорош автомат Калашникова? Максимальной прицельной дальностью? Максимальной убойной силой? Отнюдь. Он хорош сбалансированностью всех характеристик. Именно поэтому и живёт столько лет, именно за это его ценят в очень многих странах до сих пор. Вот именно на это – на сбалансированность всех характеристик – я и делаю упор. Поэтому динамика тракта – не предельно-возможная отнюдь, а разумно-достаточная – такая, какой можно ещё воспользоваться, если ну ооооочень сильно напрячься в деле построения гетеродинов. И линейность ПЧ не предельная – а такая, которая позволяет сочетать разумно линейность и способность системы не затыкаться от импульсных помех и любых других резких перепадов уровня, и позволяет ушкам нашим на практике выделять слабые сигналы в самых сложных условиях. А вод подавление всякой гадости в передатчике – под стать избирательности приёмника – так, чтоб N таких аппаратов наилучшим образом стыковались в при работе в подгруппе мульти-мульти. И простота с технологичностью – они есть, но там, где нужно бескомпромиссно бороться, например, с неравномерностью АЧХ или с искажениями всех видов – то я не пожалел средств, чтоб в этой борьбе мы с вами гарантированно и в кратчайшие сроки вышли победителями… А что до панорам – SDR, подключенный к моему тракту через развязанный делитель мощности и связанный со управлению через виртуальный СОМ-порт, решает этот вопрос полноценно на 250%, а не в виде урезанного суррогата, что мы видим на мордах современных «иномарок». Так что… Я буду стеной стоять за оправданные навороты в схемотехнике, но категорически против неоправданных )))).


На этом, пожалуй, можно вступительную речь закончить, и перейти собственно к делу… Всем удачи!

73!

P.S. Дополнение от 18.03.2008.
Дабы облегчить поиск, выкладываю здесь самую последнюю версию схем и краткое описание проделанных по отношению к изначальному варианту доработок. Впредь, в случае возникновения изменений, буду выкладывать обновления в том числе и здесь, в первом сообщении темы.

P.P.S. Дополнение от 11.05.2008.
Выкладываю обновлённый файл со схемами, который содержит окончательный вариант схемы Notch-фильтра. Остальные узлы без изменений.

P.P.P.S. Дополнение от 08.11.2008.
В связи с периодически получаемыми в приват просьбами читателей, выкладываю комплект файлов с эскизами топологий плат ( http://forum.cqham.ru/download.php?id=31748 ). Кроме того, сподобился доделать вторую часть описания . Файл с перечнем ссылок, по которым можно скачать разные варианты описания, можно скачать тут: http://forum.cqham.ru/download.php?id=32041 Изменений в схемах по сравнению с выложенным тут вариантом от 11.05.2008 никаких нет, просто доделано подробное описание.
p. s. ссылка

http://ra3ggi.qrz.ru/RW3FY/rw3fy_last.pdf

[uv5ecj]

Проект заслуживает внимания. Покамест читаю доку, хотелось бы узнать какой девайс применялся для снятия АЧХ на компьютере (естественно кроме самого компьютера), желательно схема или ссылка.
Зараннее благодарен.

[Илья RW3FY]

Для переноса спектра на НЧ при "компьютерных" измерениях я использовал приёмник прямого преобразования, собранный чисто из подручных средств --- использовались платы "из хлама" --- не пошедшие в своё время по различным причинам в те либо иные конструкции. Поэтому схему его я нигде не выкладываю --- если делать "с нуля", а не пытаться приспособить "завалявшийся мусор", лучше выбрать более другие элементы, да и вообще сделать его по-другому.

Этот "измерительный приёмник" состоит из высокоуровневого смесителя на диодах АА112 и УНЧ на ОУ. В качестве гетеродина на него подаётся либо сигнал кварцевого генератора с поделённой в ДПКД частотой, либо от внешних кварцевых генераторов, либо от DDS AD9951, либо от обычного ГСС --- в зависимости от требуемых частот и целей измерения.

Чтобы сделать подобныую примочку на более современном уровне --- можно, например, найти подходящую схему ППП в ветке форума про "современный ТПП" --- там есть простые схемы, обладающие неплохой динамикой. А ещё --- приставку для компьютерных измерений публиковал когда-то Геннадий Брагин --- она тоже подойдёт. Где и когда была публикация, я не помню, но Вы можете спросить его самого --- он в здешних форумах бывает регулярно.

73!

[Serg007]

Приветствую всех.
здравстуйте, Илья.
Познакомился с описанием конструкции - монументальную, однако, вещь затеяли, масштабно, почти с производственным размахом .
Есть небольшие опечатки в схемах, но в целом осталось очень приятное впечатление как от описания так и от самой конструкции.
Вопрос однако - в описании упоминается о том что пьезокерамические ЭМФ производства АВЕРС имеет существенно большую динамику по сравнению с обычными ЭМФ. Не могли бы привести здесь конкретные цифры Ваших имерений ( пусть и ориентировочные )

[Илья RW3FY]

Познакомился с описанием конструкции - монументальную, однако, вещь затеяли, масштабно, почти с производственным размахом .

Приветствую, Сергей!
Без малого 15 лет работы на производстве накладывает некоторый отпечаток, однако --- это уже в крови .

Есть небольшие опечатки в схемах, но в целом осталось очень приятное впечатление как от описания так и от самой конструкции.

Опечаток в схемах нет, просматривал всё достаточно внимательно и несколько раз, в разное время. Есть некоторые отличия от тех фрагментов, что выкладывались мной ранее. И есть некоторые внесённые по ходу экспериментов "на повторяемость" изменения, цель которых --- в улучшении этой самой повторяемости с учётом возможных разбросов параметров кварцев и катушек. Есть ошибки в эскизах топологий, которые мне пришлось подправлять уже на живом железе резачком и дрелью, поэтому в эскизах плат они не отражены.

Вопрос однако - в описании упоминается о том что пьезокерамические ЭМФ производства АВЕРС имеет существенно большую динамику по сравнению с обычными ЭМФ. Не могли бы привести здесь конкретные цифры Ваших имерений ( пусть и ориентировочные )

Пока есть только результат грубой сравнительной оценки --- в ситуации, когда на фильтры Аверс подавалось что-то в интервале -10...0 дБм, мне не удалось обнаружить вносимых ими интермодуляционных искажений. В подобной ситуации ЭМФ-ы с магнитострикционными преобразователями выдают хорошо заметный на спектроанализаторе уровень IMD. Более детально вопросом IMD фильтров Аверс думаю заняться тогда, когда начну разрабатывать версию тракта 2-й ПЧ, оптимизированную конкретно под них.

P.S. А относительно нижней границы ДД --- потерь в фильтрах Аверс существенно меньше, чем в фильтрах с магнитострикционными преобразователями.

73!

[Serg007]

Спасибо, Илья.
Надо полагать, что разница в ДД3 примерно 15-20дБ, т.е похоже реально получить не менее 90дБ в связке со смесителем FST3125 - очень любопытно...
Под опечатками я имел ввиду неточности в названиях элементов, прежде всего логических ИМС.

[Илья RW3FY]

Спасибо, Илья.
Надо полагать, что разница в ДД3 примерно 15-20дБ, т.е похоже реально получить не менее 90дБ в связке со смесителем FST3125 - очень любопытно...

А попробуйте. Думаю, результат будет хорошим. Можно сделать очень маленький трансивер на НЧ диапазоны. А если применить фазовое подавление зеркалки --- можно попытаться сделать и на все.

У фильтров Аверс есть и ещё один плюс --- неравномерность АЧХ, не превышающая указанную в паспорте, у них получается вообще без настройки . Если применить использованную мной в тракте ПЧ2 идеологию "схемотехники на ОУ" --- получится вообще тракт, в котором ничего ни подбирать, ни настраивать не нужно, даже элементы согласования фильтров. "Plug-and-Play"

Под опечатками я имел ввиду неточности в названиях элементов, прежде всего логических ИМС.

А каких именно?

73!

[Илья RW3FY]

Да, сорри, в нескольких местах вместо 74АС00 написал 74АС74

Конечно, все элементы 2И-НЕ должны там быть 74АС00 (либо их возможная замена --- т.е. в данном случае (поскольку тут это не критично) --- 2И-НЕ практически любых ТТЛ либо КМОП серий), а D-триггеры --- 74АС74 .

Надо же, сколько раз в упор смотрел, и всё равно проморгал очепятку Спасибо, Сергей!

73!

[Владимир 85]

Скажите , Илья , где-то здесь http://forum.cqham.ru/viewtopic.php?...asc&highlight=
вы писали о том что внесли в окончательно смонтированный "боевой" вариант схемы по ходу настройки изменения . Как я понимаю в схеме отсюда http://ra3ggi.qrz.ru/RW3FY/project.shtml все учтено ?

...Более детально вопросом IMD фильтров Аверс думаю заняться тогда, когда начну разрабатывать версию тракта 2-й ПЧ, оптимизированную конкретно под них...

Если можно чуть по подробнее , что вы собираетесь изменить .

[Илья RW3FY]

Скажите , Илья , где-то здесь http://forum.cqham.ru/viewtopic.php?...asc&highlight=
вы писали о том что внесли в окончательно смонтированный "боевой" вариант схемы по ходу настройки изменения . Как я понимаю в схеме отсюда http://ra3ggi.qrz.ru/RW3FY/project.shtml все учтено ?

Да, тот вариант схем и описания, который выложен на сайт RU3GA, содержит все изменения и доработки, и полностью соответствует тому, что сейчас лежит у меня на столе, собранное как окончательный вариант приёмопередающего тракта. А вот с эскизами плат будьте осторожны --- в них есть ошибки и несоответствия окончательным схемам. Эти топологии я выложил только как некие примеры возможной компоновки.

Если можно чуть по подробнее , что вы собираетесь изменить .

ЭМФ-ы Аверс обладают меньшими потерями, большей динамикой и требуют несколько иной схемы включения, чем обычные. Установить ЭМФ-ы Аверс можно и в ту схему, которая есть сейчас, введя вместе с этими фильтрами и элементы их согласования, а также искусственно увеличив затухание фильтров путём использования в цепях согласования резисторов. Но такой вариант не будет оптимальным --- он не позволяет получить максимальный эффект от замены традиционных ЭМФ-ов на более современные. В связи с этим есть смысл схему тракта 2-й ПЧ оптимизировать под применение именно фильтров Аверс, что я и собираюсь проделать впоследствии. Оптимизация будет заключаться в некотором уменьшении усиления и перераспределении его в пределах тракта. При этом не исключено, что место включения "подчисточного" ЭМФ-а несколько изменится. Изменится и способ согласования ЭМФ-ов --- в соответствии с тем, что наилучшим образом подходило бы для фильтров Аверс. Т.е. фактически это будет отдельная версия исполнения тракта 2-й ПЧ, но строящаяся на базе уже отработанных решений, которую можно будет использовать в качестве альтернативы ныне существующей. Несмотря на полную совместимость по подключению с существующей ныне версией, преимущества версии под фильтры Аверс наиболее полно могут проявляться при использовании её в качестве самостоятельного приёмопередающего тракта трансивера с одним преобразованием частоты на НЧ диапазоны, а также в качестве тракта 2-й ПЧ, но совместно с более простыми трактами 1-й ПЧ (ввиду более высокой чувствительности платы, использующей фильтры Аверс, некоторые места тракта 1-й ПЧ можно будет упростить без проигрыша в качестве).

P.S. Есть и ещё один возможный вариант --- установить ЭМФ-ы Аверс в нынешний вариант схемы тракта 2-й ПЧ, не меняя его схемотехнику, а лишь дополнив его цепями согласования фильтров, не вносящими потерь. А излишек усиления при этом убрать уменьшением номиналов резисторов в цепях ООС усилителей. Передающий тракт подвергается такой экзекуции без проблем, а в приёмном будет некоторый избыток усиления. Возможно, это не скажется негативно на качестве работы тракта, но чтобы в этом убедиться, потребуется эксперимент. Возможен также и комбинированный вариант --- тот фильтр, что включен ближе ко входу RX, согласовывать без потерь, а тот, что ближе к выходу, с потерями. Думаю, в таком варианте можно получить приличный эффект от использования фильтров Аверс, но вмешательство в схемотехнику при этом минимально.

73!