Оборудование для радиолюбителей, аппаратура для радиолюбителей
SDR Трансивер SDR-2000.ua
SDR трансивер SDR-2000.ua построен по схеме прямого преобразования частоты в низкую промежуточную частоту с последующей обработкой сигналов компьютерной программой. Все конструктивно-схемные решения были направлены на улучшение технических показателей приемо-передающего тракта и конструкции. Для исследований и наладки применялись современные измерительные средства и комплексы. Анализатор спектра RSA3308A фирмы Tektronix, сервис монитор HP8935 фирмы Agilent и другие приборы. Все эти средства позволили провести достоверные измерения основных параметров приемо-передающего тракта, а также в процессе исследований видеть влияние некоторых факторов на улучшение или ухудшение параметров трансивера SDR-2000.ua.
Цена: $700 без учета стоимости доставки.
Доставка по Украине: осуществляется с помощью служб экспресс-доставки "Новая почта", "Автолюкс", "Гюнсел" и др. Возможен самовывоз.
Доставка в Россию: заказы в Россию доставляются Укрпочтой. Ориентировочная стоимость доставки в Россию 200 грн. (25$), срок 2-4 недели.
Основные отличия SDR-2000.ua от предыдущих моделей:
- изменена структура приемного тракта;
- отключаемый предварительный усилитель высокой частоты;
- термостатированный генератор опорной частоты;
- встроенный блок коммутации для двухканальных звуковых карт;
- встроенный микрофонный усилитель;
- усилитель и блок коммутации для головных телефонов;
- индикация режимов работы;
- разъем для подключения внешнего конвертера;
- применение USB интерфейса;
- изменена структура передающего тракта;
- введена система регулировки подавления несущей частоты;
- выходная мощность передатчика 15 ватт;
- индикация выходной мощности и КСВ;
- регулировка выходной мощности передатчика с передней панели;
- измерительный генератор, для калибровки приемного тракта;
- вентилятор с термодатчиком регулировки оборотов;
- одноплатная конструкция.
Технические характеристики:
| Наименование параметра | Значение |
|---|---|
| Диапазон принимаемых частот | 1.6 MHz – 65 MHz (прием) |
| Стабильность частоты (не хуже) | ±0.1 ppm (0 °C to +50 °C) |
| Шаг перестройки | 1Hz (минимальный) |
| Режимы приема/передачи | A1A (CW), A3E (AM), J3E (LSB, USB), F3E (FM), F1B (RTTY), F1D (PACKET), F2D (PACKET) |
| Передача (только любительские диапазоны) | 160m – 6m |
| Входное сопротивление | 50 Ohms |
| Трансвертерный вход/выход(IF 50 Ohms) | TX +5dBm RX MDS -135dBm Filter -2,4kHz |
| Ток потребления: В режиме приёма не более В режиме передачи не более |
0,8A 5,0A |
| Напряжение питания (стабилизированное) | 13.8 V ± 10% |
| Размеры | 264мм (ширина), 187мм (глубина), 53мм (высота) |
| Вес | 1,8 кг |
| Передатчик | |
| Выходная мощность | 1–15 Watts CW или SSB при напряжении питания 13,8 Вольт |
| 3rd-order IMD | Не хуже –36 dB @14.2 MHz 15 Watts |
| Виды передачи | A1A (CWU, CWL), J3E (USB, LSB), A3E (AM), F3E (FM), DIGITAL |
| Подавление гармоник | Не хуже –60 dB (160 – 10m) по отношению к максимальной мощности |
| Подавление несущей частоты в режимах SSB, CW, DIGITAL | Не хуже -65 dB (на любительских диапазонах) по отношению к максимальной мощности |
| Подавление нерабочей боковой полосы | Не хуже -60 dB по отношению к максимальной мощности |
| Приемник | |
| Тип приёмника | Прямое преобразование в низкую промежуточную частоту |
| Промежуточная частота | Задаётся программно до 20 kHz |
| Чувствительность при S/N 10dB (зависит от параметров звуковой карты, среднее значение) | 14,2 MHz Preamp High; Filter-2,4kHz – 0.16 µV 14,2 MHz Preamp High; Filter-500Hz - 0.07 µV |
| MDS (зависит от параметров звуковой карты, среднее значение) | 14,2 MHz Preamp High; Filter-2,4kHz – 135dBm 14,2 MHz Preamp High; Filter- 500Hz – 140dBm |
| IMD DR3 (зависит от параметров звуковой карты, среднее значение) | 14.2 MHz Preamp High; 102.5 dBm |
| IP3 (зависит от параметров звуковой карты, среднее значение) | +22 dBm на 14 MHz Preamp High разнос частот 2 kHz |
| Селективность по (–6/–60 dB) – зависит только от программы управления | CW 500 Hz –6/-60 dB: 500/640 коэффициент прямоугольности -1.28 SSB 2.4 kHz –6/-60 dB: 2.39/2.54 коэффициент прямоугольности -1.06 AM 6.6 kHz –6/-60 dB: 6.60/6.74 коэффициент прямоугольности -1.02 |
| Подавление зеркального канала приёма | Не менее -60 dB (160m – 10m) |
Тракт приема
К компьютеру трансиверный блок подключается с помощью USB кабеля. Данные с USB контроллера поступают на контроллер управления трансивером, выполненного на ПЛИС фирмы ALTERA. Переход на использование ПЛИС позволил резко уменьшить размеры блока ввода-вывода, длинны дорожек и перевод ПЛИС при программировании в режим "микропотребления” один из факторов уменьшение помех (спуров) при приеме.
Рисунок 1. Блок-схема SDR-2000.ua
Рассмотрим работу трансивера согласно блок-схеме (Рисунок 1) в режиме приёма.
Сигнал с антенного разъёма поступает на LPF фильтр 5-го порядка, который "помогает” диапазонному полосовому фильтру (BPF) формировать важный высокочастотный скат в общей частотной характеристики приёмного фильтра. LPF фильтр, переключаемый по диапазонам, используется так же в режиме передачи для фильтрации гармоник усилителя мощности. Индуктивности намотаны на кольцах Т50-2, T50-6, T50-17 фирмы AMIDON. Коммутация фильтров осуществляется с помощью реле. После LPF включен аттенюатор, который имеет затухание от 0dB до 30dB с шагом 10dB и управляется из консоли PSDR функцией -Preamp. Положение: OFF затухание -30dB, LOW -20dB, MED-10dB, HIGH-0dB. При этом усиление в усилителях на INA163 установлено равным 20dB и в процессе работы не изменяется. Эти меры позволяют улучшить как динамический диапазон приёмного тракта в целом, так и подавление зеркального канала приёма. Если изменять коэффициент передачи усилителя при помощи реле (что используется в оригинале и во всех известных клонах), из-за разброса величины применяемых сопротивлений (1%), сопротивления контактов реле, изменяется подавление зеркального канала приёма даже на одном диапазоне при смене усиления функцией-Preamp. Это происходит из-за неизбежной разбалансировки амплитудной и фазочастотной характеристики усилителей.
Далее сигнал поступает на трёх контурный диапазонный полосовой фильтр (BPF), который применялся во всех конструкциях SDR-ов, начиная с первой, так называемой "Киевской версии”. Расчеты фильтров производилась программой RFSim99, с последующей проверкой в изготовляемых изделиях.
Сигнал после BPF поступает на отключаемый предварительный широкополосный усилитель (RF Amplifier), собранный на малошумящем транзисторе 2SC3357 с усилением +12dB (2 бала по S-метру). Такое решение применялось во всех версиях SDR-UA, особенно эта функция полезна на низкочастотных диапазонах 160м и 80м. На самом деле, зачем использовать максимальную чувствительность приёмника на этих диапазонах, да ещё и в городских условиях приёма. При калибровке S-метра усилитель должен быть включён. При эксплуатации трансивера с выключенным предварительным усилителем необходимо помнить, что S-метр будет показывать уровень принимаемых сигналов на 2 бала ниже. Управление предварительным RF усилителем (включением/выключением) определяет программирование Х2 Pins5 осуществляемого через Setup программы PSDR, закладка Ext.Ctrl.
На Рис.2 показан пример установок для управления предварительным усилителем ВЧ. На диапазонах 40-30-20-17-15-12-10 и 6м усилитель будет включен, а на 160-80-60м-выключен.
Рисунок 2. Пример установок для управления предварительным усилителем ВЧ.
После RF усилителя принимаемый сигнал поступает на коммутатор, с помощью которого к смесителю приемо-передающего тракта можно подключать либо сигнал HF диапазона или VHF трансвертер через разъём XVRT расположенный на задней панели трансивера. Трансвертер должен иметь свои фильтры по ПЧ для режима приема и передачи. Тем самым промежуточная частота трансвертера может быть любой (14-30MHz) и задается в настройках программы.
Смеситель приёмного тракта выполнен на микросхеме FST3253 и симметрирующем трансформаторе Т4-1+.
На управляющие входы микросхемы смесителя подаётся сигнал с синтезатора частоты DDS выполненного на микросхеме AD9854.
Для уменьшения помех от цифровой части, прежде всего, оптимизированы цепи питания и земли как самого блока DDS, так и приемо-передатчика.
В качестве опорного генератора DDS применен кварцевый генератор, помещенный в термостат. Генератор собран по схеме рекомендованной фирмой Analog Device в Application note AN419.
Генератор имеет низкий уровень фазового шума. Кварцевый резонатор устойчиво возбуждается на 5-7 механических гармониках. Резонатор типа АСТ753 фирмы Advanced Crystal Technology. Дрейф частоты 200 MHz с прогретым термостатом (3-5мин.) не более 10…20 Hz (0,1ppm).
На Рис. 3 показана спектрограмма выходного сигнала DDS после формирователя в полосе обзора 2 kHz, а на Рис. 4 в полосе 40 kHz. Для сравнения на Рис. 5 представлена спектрограмма первого гетеродина трансивера Elecraft K3, а на Рис. 6 спектрограмма первого гетеродина трансивера YAESU FT1000 MK5 Field.
Рисунок 3. SDR-2000.ua LO выход после формирователя DS90LV028 (Обзор 2kHz).
Рисунок 4. SDR-2000.ua LO выход после формирователя DS90LV028 (Обзор 40kHz).
Рисунок 5. Elecraft K3 выход LO1 (Обзор 2kHz).
Рисунок 6. FT1000MarkV field выход LO1.
Выходной сигнал IQ после фильтра смесителя поступает на малошумящие усилители, собранные на микросхемах INA163 с усилением +20dB. С выходов усилителей усиленный IQ сигнал поступает на выходные RCA разъёмы Sound Card LINE IN. При помощи качественного аудио кабеля разъём Sound Card LINE IN трансивера SDR-2000.ua соединяем с разъёмом внешней звуковой карты LINE IN, соблюдая при этом фазировку каналов.
Совместно с SDR-2000.ua можно использовать различные современные звуковые карты. Только имейте ввиду, что интегрированные звуковые карты в некоторых ноутбуках имеют совмещенный линейный и микрофонный вход, работающий в МОНО режиме. Соответственно, корректная обработка IQ сигналов будет невозможна (подавление нерабочей боковой полосы, подавление несущей и т.д.). Не следует ожидать от простых звуковых карт высоких параметров всего приёмного устройства, ведь в SDR технике большинство важнейших характеристик, чувствительность, динамический диапазон, подавление зеркального канала и неиспользуемой боковой полосы, скорость обработки, зависят именно от звуковой карты.
При использовании двухканальных звуковых карт (E-MU 0204/0404 USB; CREATIVE 2NX USB) или интегрированных звуковых карт ноутбуков, в режиме работы SSB на левый канал линейного входа звуковой карты при переходе на передачу необходимо подавать усиленный микрофонным усилителем сигнал с микрофона. Для этой цели служит встроенный микрофонный усилитель выполнен на малошумящем транзисторе BC850C и коммутатор, выполненный на реле K1. Активация этой функции осуществляется установкой джампера JP1 на плате SDR-2000.ua расположенного около разъёма LINE IN. При включении передачи срабатывает реле К1 подключая микрофонный усилитель к левому каналу звуковой карты. Микрофонный предусилитель имеет усиление около 10dB.
Микрофон подключается к разъёму MIC, а головные телефоны или внешнюю активную акустику подключают используя разъём PHONES на передней панели трансивера. Низкочастотный сигнал приёма, обработанный DSP, через разъём Line Out поступает на блок коммутации (MUTE&MONITOR Block) и усиления для головных телефонов (HEADPHONE Amplifier). В блоке MUTE&MONITOR осуществляется защита от щелчков при переключении приём/передача. Эти узлы необходимы для корректного подключения и работы микрофона и головных телефонов с двухканальными звуковыми картами. При этом с картами Delta44, INFRASONIC QUARTET удобно использовать внутренний микрофонный усилитель, выход которого находится на задней панели SDR-2000.ua с маркировкой MIC, при этом джампер JP1 на плате SDR-2000.ua необходимо отключить.
В настоящее время из бюджетных карт, наиболее качественной PCI картой является - INFRASONIC QUARTET, а с USB интерфейсом E-MU 0204 USB.
Тракт передачи
В тракт передачи внесены изменения затрагивающие улучшения подавления несущей частоты и регулировки выходной мощности.
С выхода звуковой карты, через разъём Line Out сформированный низкочастотный IQ сигнал подается на вход драйвера IQ модулятора. Здесь происходит формирование модулирующего сигнала и сигналов балансировки передающего смесителя (QSE). Проводились "лабораторные" работы для поиска оптимального согласования передающего смесителя. При этом была изменена схема включения (добавлены цепи согласования, цепи балансировки). Процесс настройки и оптимизации контролировался анализатором спектра.
Для улучшения балансировки передающего смесителя применен счетверенный цифровой потенциометр AD5263. Управлять им можно по шине I2C. Для управления AD5263 используется микроконтроллер, который получает код диапазона из блока управления на МС ПЛИС и по шине I2C передает значения настройки в AD5263. Балансировка смесителя на каждом диапазоне и запись этих значений в память микроконтроллера производится при настройке изделия с использованием анализатора спектра. Балансировка передающего смесителя, не зависит от внешних устройств (звуковой карты, компьютера). Изменяя выходное напряжение на каждом потенциометре можно улучшать балансировку смесителя передатчика не менее чем на 18-20dB.Особенно это необходимо на ВЧ диапазонах. В итоге подавленная несущая находится на уровне не хуже -70-75dB при таком же уровне 2,3.4 гармоники в нерабочей (подавленной) боковой полосе. Уровень 2,3.4 гармоники зависит от качества звуковой карты. Также очень важно не "перекачать” смеситель по НЧ.
На Рис. 7 показана спектрограмма на выходе BPF оптимизированного смесителя со схемой балансировки на AD5263 (уровень НЧ Drive=80). Выходной (полезный) ВЧ сигнал частотой 7,050MHz уровнем -2,85dBm(227mV), подавление несущей -68,3dB.
Рисунок 7. Выходной спектр передатчика после BPF 7.050 MHz LSB.
На Рис. 8 показана спектрограмма на выходе BPF оптимизированного смесителя со схемой балансировки на AD5263 (уровень НЧ Drive=100). Выходной (полезный) ВЧ сигнал частотой 7,050MHz уровнем +1,26dBm(365mV), подавление несущей -70,6dB.
Рисунок 8. Выходной спектр передатчика после BPF 7.050 MHz.
При этом уровень 3 гармоники вырос от уровня несущей на 12dBm, а по отношению к полезному сигналу, третья гармоника подавлена на -58dBm. Как видно из диаграммы уже наступает "перекачка" смесителя (растет уровень третьей гармоники). Изменив раскачку по НЧ (Drive=90), смеситель не будет перекачан.
В итоге мы получаем смеситель передатчика с хорошими параметрами (выходное напряжение около 350mV, а подавление несущей частоты – не менее 70dB). В дальнейшем, при проектировании усилителя мощности он был рассчитан на уровень входного сигнала поступающего от смесителя с учетом BPF -330…350mV p-p.
На Рис. 9 показана спектрограмма, стандартного, не модернизированного передающего смесителя.
Рисунок 9. Выходной спектр передатчика после BPF 7.050 MHz LSB без элементов оптимизации.
В результате имеем выходной (полезный) ВЧ сигнал с частотой 7,050MHz и уровнем -6,09dBm(156mV p-p), подавление несущей -52,4dB. При этом несущая частота и гармоники подавлены не более -52dB, выходной ВЧ сигнал не более 150mV.
Все измерения проводились на одной тестовой плате. При этом в качестве микросхемы смесителя использовалась МС FST3253MTC, драйвер НЧ DRV135UA, трансформатор ВЧ типа Т4-1 фирмы Mini-Circuits, система балансировки с использованием МС AD5263.
Сигнал с выхода передающего смесителя (QSE) поступает на коммутатор (XVTR Switch), и далее на полосовой диапазонный фильтр (BPF). После фильтрации сигнала, дальнейшее усиление до мощности в 15-25 ватт происходит двухтактным усилителем мощности с использованием полевых транзисторов средней мощности RD06HHF1 и RD16HHF1 фирмы MITSUBISHI c одной только особенностью, что мощность регулируется на входе УМ (после смесителя и BPF) с помощью переключаемого аттенюатора с шагом в 1dB. В программе PSDR движок Drive устанавливается равным 80-100 значений, а выходная мощность, если необходимо, регулируется кнопками, установленными на передней панели SDR-2000ua. Все это сделано для того, чтобы не ухудшать соотношение подавленной несущей к рабочей боковой полосе при передаче. При таком способе регулировки выходной мощности одновременно изменяется уровень подавленной несущей и уровень полезной боковой полосы. В результате принятого способа регулировки, для любой установленной выходной мощности подавление несущей будет не хуже -70dB.
Если использовать регулировку из программы с помощью движка Drive, мы будем уменьшать только полезный сигнал (уровень рабочей боковой полосы), при этом уровень подавленной несущей изменяться не будет.
Пример: При максимальной выходной мощности (движок Drive=100) соотношение полезного сигнала к подавленной несущей равно -70 dB. Теперь, если нам нужно изменить выходную мощность (оптимизировать раскачку более мощного усилителя), например, на 10dB нам необходимо переместить движок Drive на более низкую отметку, при этом мы уменьшим только уровень IQ сигнала (выходной НЧ сигнал с SB), а уровень несущей останется неизменным. Тогда -70dB-(-10dB)= -60dB.И так далее, ухудшая соотношение между подавленной несущей и уровнем рабочей боковой полосы.
На выходе усилителя мощности установлен диапазонный фильтр нижних частот 5-го порядка (LPF). Он выполнен на кольцах Т50 фирмы AMIDON. Фильтр ослабляет вторую и третью гармонику до уровня не хуже -60…65dB. Все эти меры применены для получения качественного выходного сигнала передатчика, который в свою очередь будет использован для раскачки более мощного усилителя мощности. Выходная мощность усилителя не менее 15 ватт при IMD 3 гармоники -38dB, и 22-25 ватт при IMD -25dB.
После фильтра нижних частот (LPF) установлен измеритель КСВ. Он дает возможность индикации в программе PSDR следующих параметров: выходной мощности, отраженной мощности и КСВ в антенне или на входе внешнего усилителя мощности.
Переключение трансивера в режим передачи возможен с помощью внешней педали или кнопки подключенной к разъёму PTT. Замыкая контакт – переводим трансивер в режим передачи.
Управление внешним усилителем мощности удобно производить через разъём TX Ground. В режиме передачи на центральном штырьке разъёма TX Ground- земля.
Кроме того, для управления внешним усилителем мощности следует активировать функцию PTT на передней панели программы (кнопка X2TR). В меню "Setup", можно выбрать время задержки подачи ВЧ напряжения на усилитель мощности (Х2 DELAY) в миллисекундах, на время необходимое для срабатывания реле в УМ (оптимальное время задержки 10…20mS). Реле включения передачи в УМ подключают через разъём X2 pin7 (PTT Output) или разъём TX Ground на задней панели SDR-2000.ua. С внешним УМ и не активированной функцией X2TR - будет режим "ОБХОД” (Рис.10).
Рисунок 10. X2TR
Это основные схемные изменения, внесенные в новую конструкцию SDR-2000.ua, для улучшения технических показателей приемо-передающего тракта и конструкции трансивера.