UR5FFR

Радиолюбительские конструкции и программы
It is currently 22 Jul 2017, 16:50

All times are UTC + 2 hours




Post new topic Reply to topic  [ 7 posts ] 
Author Message
PostPosted: 12 Apr 2017, 22:38 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 264
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
В конструировании самое сложное - придумать название для того что получилось :) Потому что без хорошего названия никакой корабль никуда не поплывет. А коль название выбрано то можно и перейти к технической части.

Опубликовано сравнительно немного конструкций любительских трансиверов с т.н. преобразованием "вверх" - когда первая ПЧ выбирается выше максимальной принимаемой частоты. Это при том, что коммерческие трансиверы используют данную схемотехнику более последних 20 лет. Серьезным сдерживающим фактором было необходимость применения синтезатора для первого гетеродина работающего на сравнительно высокой частоте. Появление в последнее время доступных одночиповых синтезаторов Si570, Si5351 существенно упростило конструирование.

Наиболее известной любительской конструкцией является серия трансиверов SW. Несмотря на то, что трансивер производится уже более 5 лет, схемотехника его практически не претерпела существенных изменений. В трансивере есть масса спорных и сомнительных моментов которые приводят к весьма скромным параметрам тракта в целом [4].

Целью конструирования трансивера "Феникс" было создание простого в повторении тракта, требующего минимум настроек. Исходя из доступности фильтров была выбрана раскладка 1я ПЧ - 45 MHz, вторая ПЧ - 500 kHz. В качестве фильтра по 1й ПЧ используется любой заводской фильтр на 45 MHz с сопротивление около 600 ом. ФОС по 2й ПЧ - ЭМФ. Так как фильтры промышленные, то не составляет сложности приобрести их несколько одинаковых. А это приводит к трансиверу с полностью раздельными трактами приема и передачи, которые используют идентичные фильтры. Такая конструкция упрощает схемотехнику т.к. отпадает необходимость в цепях коммутации по ВЧ. Если при низких частотах ПЧ коммутация не вызывает существенных проблем, то при частоте ПЧ 45 MHz и выше падает развязка в тракте. Так же если ознакомиться со схемотехникой зарубежных промышленных аппаратов то у всех у них тракты максимально раздельные. Это лишний раз подтверждает что направление выбрано правильно. Некоторое избыточное количество деталей с лихвой окупается простотой настройки.

Характеристики приемного тракта очень сильно определяются примененным первым смесителем. Так как первый гетеродин работает в диапазоне частот 47..75 MHz то популярные в последнее время смесители на коммутаторах тут не особо применимы, т.к. из-за задержек переключения будут иметь повышенное затухание. Решено было использовать активный смеситель. Выбор пал на смеситель на четверке полевых транзисторов, аналогичный примененному в TS-590S и TenTec Orion II [1]. Использовалась четверка подобранных J310. Подбор осуществлялся китайским универсальным тестером "всего". Накачку ПТ осуществляет драйвер на 74AC86, который формирует сигнал на затворах в противофазе с достаточной амплитудой для надежного запирания транзисторов. В целом смеситель практически повторяет конструкцию из [2].

Attachment:
Mixer-4xFET.png
Mixer-4xFET.png [ 79.76 KiB | Viewed 1141 times ]


Смеситель показал достаточно высокие параметры. В качестве трансформатора T2 можно использовать резонансный контур на частоту первой ПЧ. Это даст 6-8 dB прибавки в усилении, но приведет к деградации динамического диапазона. Как вариант - использование в трансивере двух разных смесителей. Один для НЧ диапазонов с большей динамикой и меньшим усилением и второй для ВЧ диапазонов, с большим усилением. Кстати именно так и поступили в TS-590S.
Настройка смесителя сводится к балансировке подстроечным резистором R2 по минимуму сигнала гетеродина на выходе.

Тракт ПЧ-НЧ сделан по мотивам трансивера "Стрекоза" [3]. После смесителя сигнал с ПЧ 45 MHz попадает на кварцевый фильтр. Я применил фильтры M45B4 с полосой пропускания 7.5 kHz, но могут быть применены любые промышленные фильтры на соответствующие частоты и импедансом порядка 400-600 ом. Например 45K15B или аналогичные. Фильтр согласован по выходу с помощью резистора R13, сопротивление которого равно рекомендуемому сопротивлению нагрузки для примененного фильтра.

Далее сигнал усиливается резонансным каскадом на полевых транзисторах Q5Q6. Нагрузкой каскада является контур L2C32, настроенный на частоту ПЧ, и динамическое сопротивление p-i-n диода D3 осуществляющего АРУ.
Было смакетировано несколько вариантов этого каскада. При использовании апериодической нагрузки в виде дросселя падало усиление и существенно рос уровень шумов. При замене двух 2SK241 на один J310 падало усиление почти на 10 dB, скорее всего из за большей проходной емкости транзистора. Использование резонансной нагрузки оказалось самым оптимальным. Введение АРУ как можно раньше позволило устранить перегрузки второго и третьего смесителей, которые выполнены на достаточно слабеньких SA612.

Attachment:
IF-AF.png
IF-AF.png [ 119.35 KiB | Viewed 128 times ]


Второй смеситель выполнен на SA612. В качестве ФСС применен ЭМФ ФЭМ-034Н-500-3.1. Могут быть применены другие ЭМФ с соответствующей коррекцией C20C22C23.
После ЭМФ сигнал поступает на каскад УПЧ Q6Q10 и третий смеситель, выполненный так же на SA612. После смесителя напряжение звуковой частоты усиливается каскадом на U8.1 и дополнительно фильтруется активным фильтром на U8.2.

На элементах D2,C14,R6,Q3 выполнена цепь быстрой АРУ, задача которой восстановить усиление тракта после резкого падения уровня входного сигнала. Резистором R29 устанавливают порог срабатывания системы АРУ.

Усиление в тракте равномерно распределено по всем каскадам. 1й каскад УПЧ и второй смеситель обеспечивают 45 dB, еще 35 dB приходится на ЭМФ, 2й УПЧ и 3й смеситель. Общее усиление со входа до выхода 3го смесителя (C39) составляет 80 dB.

Чувствительность тракта не хуже чем 0.5 uV (SSB, С/Ш=10dB). При испытании двухтональным генератором с разносом в 10 kHz динамический диапазон составил 100 dB. При меньшем разносе, когда оба тона попадают в полосу пропускания фильтра на 45 MHz динамический диапазон будет меньше.

Частоты гетеродинов формирует синтезатор собственной разработки на Si570/Si5351.

Детали
SA612 можно заменить на аналоги. У меня например работают самые дешевые NE602, купленные на ebay у китайцев.
В каскадах УПЧ вместо пары 2SK241 можно применить один BF998. При этом на второй затвор необходимо подать смещение порядка 8 вольт (выбирается по максимальному усилению).

NE5532 можно заменить на любые операционные усилители. Коэффициент шума для них не критичен.
КД409 можно заменить на КД510А или импортные pin диоды BAR64, BA591 и подобные. Детальное исследование поведения различных диодов в системе АРУ есть в [3].
Q3 - любой кремниевый, например 2N2222 и т.п.
Катушка L1 содержит 10 витков на кольце T37-2. Можно использовать подходящие кольца 30ВЧ (с изменением количества витков), либо применить готовый дроссель на 470 nH.

Номиналы R3 и C12 зависят от применяемого фильтра и указаны в его даташите.

ЭМФ может быть любой из того что есть, но необходимо подобрать значения конденсаторов C1,C3,C4. Делается это на макетке следующим образом. Вместо C3 и C4 ставим переменные конденсаторы по 150-200 pF. Сигнал частотой 500 kHz подаем с ГСС через резистор сопротивлением 1.5 kOm. Именно такое выходное сопротивление имеет смеситель на SA612. Подключаем осциллограф или ВЧ-вольтметр ко второй обмотке ЭМФ. Варьируя значения конденсаторов добиваемся максимального напряжения на выходе. После чего параллельно второй обмотки ЭМФ подключаем переменный конденсатор в 200 pF и настраиваем его в резонанс. Измеряем емкости и впаиваем в схему постоянные конденсаторы. Несмотря на длинное описание вся процедура заняла 5 минут.

Настройка тракта сводится к настройке в резонанс L1C13 по получению максимального усиления.

Литература
1. Активный смеситель TS-590S и TenTec Orion II
2. Vasily Ivanenko, QRP HomeBuilder - QRPHB
3. UR5FFR, Трансивер DragonFly (Стрекоза)
4. UR5FFR, Согласование смесителя в трансиверах SW2013/SW2015/SW2016

_________________
Кацапи, йдiть до дому!


Top
 Profile  
 
PostPosted: 13 Apr 2017, 08:11 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 264
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
В тракте с минимальными переделками вместо ЭМФ можно применить кварцевый фильтр. Выходное сопротивление смесителя на SA612 составляет 1.5 kOm. При использовании высокоомных фильтров необходимо рассчитать согласование по входу с помощью конденсатора либо Г-образной цепочки. Выход фильтра нагружаем на резистор равный его характеристическому сопротивлению который устанавливается вместо C20. Расчеты проще всего выполнить в RFSimm99.

В случае применения низкоомных фильтров (например QER) такое согласование приведет к падению усиления. Его можно компенсировать применив дополнительный каскад на транзисторе Q7

Attachment:
UP-conversion-45-MHz-QER.png
UP-conversion-45-MHz-QER.png [ 121.26 KiB | Viewed 1339 times ]


Номиналы R19R17 устанавливаются равными характеристическому сопротивлению фильтра. Номинал R21 управляет усилением каскада Кус=R19/(2*R21). При указанных номиналах коэффициент усиления этого каскада 6 dB. Не следует сильно форсировать тут усиление, т.к. это может ухудшить динамику - не забываем что первая ПЧ у нас достаточно "широкая" - 15 kHz.

По постоянному току каскад Q7 использует потенциал на выходе SA612 равный 5 вольт (при питании микросхемы напряжением 6 вольт). При этом коллектор транзистора подключен к шине 12 вольт. Ток коллектора равен

(5v-0.7v)/R18 = (5-0.7)/680 = 6mA

При необходимости его можно варьировать изменяя номинал R18

_________________
Кацапи, йдiть до дому!


Top
 Profile  
 
PostPosted: 15 Apr 2017, 22:17 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 264
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Тракт передачи не имеет никаких особенностей и выполнен полностью на SA612.

Attachment:
TRX-Phoenix-TX.png
TRX-Phoenix-TX.png [ 100.29 KiB | Viewed 1339 times ]


Тракт рассчитан на подключение электретного микрофона. Выход ЭМФ нагружен напрямую на вход SA612. Есть применить тут резонансный контур как по входу то это приведет к перегрузке второго смесителя и несимметричному ограничению сигнала. На выходе установлен УВЧ на Q1 который не только усиливает сигнал на 10 dB, но и обеспечивает выходное сопротивление равное 50 om (SA612 имеет выходное сопротивление 1.5 kOm). Во избежании завалов на ВЧ диапазонах тут рекомендуется применять транзисторы с граничной частотой не менее 500-600 MHz (2SC1907, S9018, BFR93). Я применил S9018 который имеет Ft=800 MHz. В случае применения СВЧ транзисторов типа BFR93 необходимо применять стандартные меры по предотвращению самовозбуждения - резисторы/бусинки в цепи базы.

Настройка тракта сводится к подбору конденсаторов C22C23 в зависимости от примененного ЭМФ. Процедура идентична описанной ранее для тракта RX. В случае идентичных ЭМФ номиналы совпадают с ранее найденными для тракта RX.

_________________
Кацапи, йдiть до дому!


Top
 Profile  
 
PostPosted: 22 Apr 2017, 23:21 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 264
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
При использовании в смесителе в качестве трансформатора контура настроенного на частоту первой ПЧ был получен выигрыш в усилении 7 dB. Трансформатор был выполнен на кольце T37-6 и содержал 8 витков скрутки. Подстроечный конденсатор был включен в одно из плеч (от стока на землю).
При этом параметр IP3 смесителя ухудшился. С +30 dBm он упал до +15.6 dBm. Это эквивалентно уменьшению динамического диапазона на 10 dB - со 100 dB до 90 dB.

Была так же опробована модификация такого смесителя описанная в патенте [1]

Attachment:
US8558605.png
US8558605.png [ 14.47 KiB | Viewed 1180 times ]


Были использованы биполярные транзисторы S9018. Смещение на базах составляло 5V (стабилизированное). Нагрузка была нерезонансная. При этом коэффициент передачи упал на 3 dB, а IP3 ухудшился на 8 dB и составил +22 dBm. Такая модификация смесителя нецелесообразна ввиду деградации всех параметров.

Параметры смесителя оказались критичны к сопротивлению резисторов в истоках. В приведенной ниже табличке сведены измерения для различных номиналов

Attachment:
measure-ip3.png
measure-ip3.png [ 4.29 KiB | Viewed 1148 times ]


При значении меньше 220 ом растет уровень шума смесителя, при значениях больше 470 ом падает коэффициент передачи. Исходя из этих измерений я остановился на значении 220 ом.
При использовании полевых транзисторов других типов значения резисторов необходимо подбирать по максимуму динамического диапазона.

Литература
1. Frequency mixer topology providing high linearity, low noise and high gain. Patent US8558605

_________________
Кацапи, йдiть до дому!


Top
 Profile  
 
PostPosted: 26 Apr 2017, 22:46 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 264
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Проекты на сервисе EasyEDA со схемами и печатными платами

1. Phoenix active mixer
2. Phoenix RX
3. Phoenix TX

Все печатки рассчитаны на планарный "бездырочный" монтаж обычных выводных деталей. Подробности видны на фотою Платы в собранном виде: слева - TX, справа вверху - RX, внизу - первый смеситель.

Attachment:
DSC05323.jpg
DSC05323.jpg [ 290.81 KiB | Viewed 1100 times ]

_________________
Кацапи, йдiть до дому!


Top
 Profile  
 
PostPosted: 28 Apr 2017, 00:00 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 264
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Схему АРУ приемника можно модифицировать добавив цепь быстрой разрядки. Таким образом мы получаем быстрое время "отпускания" АРУ. Дополнительные элементы обведены на схеме красным (кроме диода D1)

Attachment:
Fast-AGC-mod.png
Fast-AGC-mod.png [ 20.3 KiB | Viewed 1069 times ]


Скорость "отпускания" можно регулировать варьируя номиналы R17C33.
Если на базу транзистора Q7 через резистор сопротивлением примерно 10 kOm подать через переключатель с фиксацией плюсовое напряжение питания то мы получим возможность переключаться между медленной и быстрой АРУ

UPD обновлена схема в первом посте

_________________
Кацапи, йдiть до дому!


Top
 Profile  
 
PostPosted: 08 Jul 2017, 21:14 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 264
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Для приемника с непрерывным перекрытием КВ неплохо бы иметь и AM-детектор - вдруг захочется по вещательным бендам пройтись послушать. Но усложнять схемотехнику вводя дополнительные фильтры и детектор тоже не сильно хочется, т.к. трансивер изначально предназначен для работы SSB и прием AM - это просто дополнительная "фишка".

В ходе различных экспериментов было выявлено что SA612 достаточно неплохо работает как AM-детектор если на нее не подавать сигнал гетеродина. Коэффициент передачи при этом составляет примерно -10..-12 dB, что не так уж и плохо. Это позволяет не вводя никаких изменений в схему принимать AM просто отключив третий гетеродин.

Чтобы поднять чувствительность необходимо включить SA612 в режиме перемножителя. При этом между ножками 1 и 6 устанавливается конденсатор 10nF, а 6я нога отключается от R24C33. Но такая доработка потребует уже дополнительных цепей коммутации для переключения режима детектирования сигнала.

Так же выяснилось, что AM вполне сносно принимается даже используя сравнительлно узкий однополосный ЭМФ. При этом настройка на станцию получается немного сдвинута а 300-400 Hz. В этом случае через фильтр проходит несущая и одна из боковых полос, и в дальнейшем детектируются в SA612. Конечно высокие частоты беспощадно обрезаются, но слушать сигнал вполне можно

Литература
1. AM Receiver with Synchro Detector

_________________
Кацапи, йдiть до дому!


Top
 Profile  
 
Display posts from previous:  Sort by  
Post new topic Reply to topic  [ 7 posts ] 

All times are UTC + 2 hours


Who is online

Users browsing this forum: No registered users and 1 guest


You cannot post new topics in this forum
You cannot reply to topics in this forum
You cannot edit your posts in this forum
You cannot delete your posts in this forum
You cannot post attachments in this forum

Search for:
Jump to:  
Powered by phpBB® Forum Software © phpBB Group