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无线电电子与电气工程百科全书 HF 收发器的通用全景 SDR 前缀。 无线电电子电气工程百科全书
今天，可能没有一个无线电爱好者不知道（至少一般而言）什么是 SDR（软件定义无线电）。 关于这个主题已经写了很多文章，在本文的框架内，没有必要详细介绍它是什么以及它如何工作。 我们假设读者在这方面有一些想法和一些经验。 这种相对较新的信号处理技术正日益渗透到我们的业余无线电生活中，并且已经有许多广播电台在使用 SDR 收发器。 一些无线电业余爱好者收听空中并目视观察 SDR 接收器上的情况，但他们仍然使用通常的“经典”收发器在空中传输信号。 事实上，除了 SDR 技术中业余无线电信号接收的卓越质量之外，计算机屏幕上美丽且信息丰富的空气全景也很吸引人。 但使用传统收发器进行传输也有其优点。 例如，大多数进口收发器通常具有“标准”100 W 输出，并且许多型号还具有内置自动调谐器。 大多数可供购买或重复购买的 SDR 收发器提供较小的发射器输出功率（不超过 20 W），并且没有内置天线调谐器。 因此，将来您还必须考虑额外的线性功率放大器和输出低通滤波器。 一般来说，SDR 收发器可能相当昂贵。 对于很多业余爱好者来说，还存在着一些心理障碍——虚拟的。 计算机屏幕上的收发器并不适合所有人，人们更喜欢在桌子上放置一个真正的收发器，而不是带有一对 LED 和连接器的不起眼的盒子，而是一个真正的收发器，带有漂亮的按钮和旋钮，您可以触摸和扭转。 远非每个人都能兼得，在选择时，大多数人还是更喜欢“经典”。 那么如果你有一个很好的普通收发器，没有钱购买单独的SDR收发器，但利用SDR的“好处”却既时尚又令人向往怎么办？ 主要有两种方式，各有优缺点。 让我们分别考虑它们。 第一种方法是购买或制造一个单独的成熟的 SDR 接收器，并通过传统的收发器以老式方式进行传输。 在这种情况下，您至少需要注意两件事：天线切换（在接收模式下必须连接到 SDR 接收器，在传输期间必须连接到收发器输出），以及收发器和收发器的调谐频率和工作模式的同步。一个单独的 SDR 接收器。 如果没有计划对收发器的干扰并且其所有者无法接受，那么这是实现 SDR 接收的非常方便的选择。 确实，这不是最便宜和最简单的。 一个很好的例子是“Hanter”接收器（约 200 美元），它有一个内置的天线切换单元。 该接收器的方案可在制造商的网站上找到[1]。 如果您想自己制作这样的 SDR 接收系统，您可以在那里亲自学习许多有趣的电路解决方案（特别是开关单元）。 至于SDR接收器和收发器的设置同步，自制并不是一切都这么简单。 接收器必须能够与 SDR 程序交换有关频率和操作模式的信息，而 SDR 程序又必须能够与其他程序进行通信。 原则上，这里的选择很小。 基本上，为了控制接收器，每个人都使用计算机的USB接口，并使用基于Si570芯片的频率合成器（由于微控制器有软件来控制合成器和接收器）。 该合成器用于“SoftRock”系列的许多 SDR 接收器和收发器中，也可以作为接收器的单独设备购买 [2]。 互联网上有大量有关制造以及购买各种 SDR 套件的可能性的信息，如果您愿意，在任何搜索引擎中都不难找到它。 输入关键字“sdr softrock”或类似的就足够了。 例如，您可以从信息丰富且有趣的网站 RV3APM [3] 开始评论。 该站点 [4] 的其中一页简要讨论了单独的接收器和收发器的同步。 实现SDR接收的第二种方法是将一个固定频率的最简单的SDR接收器（全景机顶盒）连接到收发器的IF路径。 这种方法在特殊程序POWERSDR/IF STAGE [2]的作者WU5X的网站上有详细描述。 作为示例，它还描述了如何将此类 SDR 接收器连接到 TS-940S 收发器的 IF 输出。 这种连接方案的唯一缺点是，并非每个收发器都具有缓冲的 IF 输出，甚至是宽带收发器，即从接收路径中移至主选择滤波器。 如果没有这样的 IF 输出，您将不得不自己做，或者放弃这个方法并返回到第一个 - 一个单独的接收器。 如果您是一名相当合格的无线电业余爱好者，您可以轻松地在收发器电路上找到第一个接收器混频器，并在其上连接一个缓冲级，从其输出端您可以将接收器的中频信号输出到收发器的后面板。 例如，在图中。 图 1 显示了带有内置缓冲放大器的 IC-735 收发器电路的片段。
所以，假设我们有一个 IF 输出。 现在您需要选择一个接收器。 在此阶段，还会有一些选项分离，具体取决于收发器的 IF 频率。 如果 IF 频率“低”——低于 40 MHz，甚至“圆形”，例如 9 MHz，那么您很幸运。 最简单的选择是购买，例如，这里 [6]，一套便宜的（21 美元）单频段 SDR 接收器“Softrock 6.2”或类似的，设计用于接收 40 或 30 米的范围，以及一个 12 MHz 石英谐振器。 接收器的本地振荡器电路可以以三次谐波（即 36 MHz 的频率）激励该谐振器。 由于接收器中的本地振荡器信号在馈送到混频器之前被除以四，因此我们得到约 9 MHz 的 SDR 接收频率。 这是最便宜的，也可以说是理想的选择。 但您可以自己组装一个具有固定中频的类似接收器。 在互联网上，已经提出了许多基于各种组件的简单接收器的选择。 这里不能不提到著名且受人尊敬的无线电业余爱好者 Tasa (YU1LM)，他开发并发布了多种 SDR 接收器和收发器。 访问他的网站 [7] 非常有用，您可以在其中找到他的设计工作的图表和详细描述、印刷电路板图纸（但是，所有这些都是英文的）。 如果石英谐振器可用于所需的频率，那么一切都很好并且可以理解。 如果他不是呢？ 该怎么办？ 选择范围很小。 要么放弃这个想法，要么制作一个频率合成器，这将在下面讨论。 现在让我们考虑最复杂（不幸的是，也是最常见）的选项 - 具有“高”中频和相应“上”转换的收发器。 绝大多数专有收发器都是根据这种结构制造的，但并非 SDR 接收器中常用的所有数字微电路都能够在 80 MHz 量级的频率下工作。 还需要有一个具有所需频率的石英谐振器。 还有其他困难。 在这种情况下，一些设计的作者使用了双倍频转换。 收发器第一个 IF 的信号（大多数情况下为 45...80 MHz）被传输到第二个 IF，其频率是 SDR 接收器能够运行的频率。 这不是最好的方法，因为双转换会降低接收器可实现的动态参数，并且如果转换频率选择不正确，可能会对接收产生额外的内部干扰。 全景机顶盒的动态范围应该得到认真对待，即使您继续在收发器上接收并只是看全景。 收发器的第一混频器和SDR接收器的混频器以及计算机声卡的输入的任何过载都会导致出现图像中并不真正存在的虚假信号全景。 任何削波产物和互调产物都将在全景图中完美可见。 因此，必须在信号电平方面很好地匹配整个SDR接收路径。 避免超载。 一个简单的标准 - 在“最安静”范围内，当天线连接到收发器时，全景噪声轨迹仅应略有上升，即需要较小的灵敏度裕度，但仅此而已。 不允许出现连接天线时空气中的噪声使全景图的噪声轨迹提高半个屏幕，即几十分贝的情况。 您只会在噪声中丢失信号，从而限制整个系统的动态范围。 使用收发器的衰减器或全景机顶盒输入端的单独衰减器。 另外，不要忽视 SDR 接收器输入端接收到的 IF 频率的良好带通滤波器。 在收发信机第一混频器的输出端，存在多种组合频率，并且SDR接收机还存在侧接收通道（例如在本振的谐波处），存在接收干扰的情况这个原因是有可能的。 如果在传统收发器中我们仅在干扰落入主选择滤波器的通带时才听到干扰，那么通过 SDR 接收，我们可以看到全景中的一切。 这些是一般性建议。 接下来，我们转向考虑重复提出的全景附件，其示意图如图 2 所示。 XNUMX.
该设备是一个直接转换为固定频率的接收器，并且在电路方面与“SoftRock 6.2”非常接近。 该选项具有出色的动态参数和非常好的简单性/价格/质量比。 与原来的“SoftRock”的主要区别是在Si570 CAC000141G（DD2）芯片上使用频率合成器而不是晶体振荡器。 该解决方案允许您将全景机顶盒调整到接收任何收发器的第一中频信号的频率，并且无需搜索所需的石英谐振器。 这不是一个廉价的解决方案（Si570 芯片的成本约为 30...40 美元），而是最高质量和最简单的电路设计。 使用这样的合成器，您可以接收 1 至 80 MHz 甚至更高的信号。 Si570 芯片（CMOS 版本）能够生成最大频率高达 160 MHz 的信号，但最大接收频率将受到混频器中使用的模拟开关 - FST3253 (DD4) 芯片的速度的限制。 机顶盒在 ICOM 收发器 IF 频率（70,4515 MHz）下的运行情况确实得到了检查。 接收器方案可以选择两个选项之一。 两个版本的全景机顶盒的接收部分和合成器是相同的，唯一的区别在于移相器。 选择哪个选项取决于您。 PCB 也设计有两种选择。 第一个选项是在四分频器上使用移相器，即最常见的选项，在我们的例子中提供 40 MHz (160 MHz / 4) 的最大接收频率，并且不需要移相器设置。 该选项对于低 IF 收发器非常有用。
第二种选择是使用积分 RC 电路作为移相器，它将移相器通道之一的信号相对于另一个通道延迟 90° 相位（图 3）。 该选项需要选择移相器电容器的电容并使用调谐电阻器进行微调。 这种移相器（而不是四分频器）允许您直接以合成器的工作频率生成两个信号，而无需对其进行分频。 在基于Si570的合成器的情况下，可以获得高达160 MHz的移相器的输出频率。 该最大频率将由所应用的逆变器的速度以及高频下安装电容的影响来确定。 YU1LM“单带 SDR HF 接收器 DR2C”接收器中使用了类似的选项。 在他的网站上，您可以找到完整的接收器电路，其中详细描述了该移相器的操作。 YU1LM 图还显示了移相器电容器电容的近似值，具体取决于接收频率（收发器第一个 IF 的频率）。 二阶输入带通滤波器 - C2L17C1 - 带宽相当宽。 该图显示了 18 MHz 频段内 IF 频率的额定值。 对于不同的IF值，需要重新计算滤波器元素的值。 使用 RFSim8.10,7 程序 [99] 可以非常简单方便地完成此操作。 流行且廉价的 Atmega570 (DD8) 微控制器用于控制 Si1 频率合成器，其 EEPROM 中记录有 SOFT_UNIPAN.hex 文件中的程序代码。 线圈 L1 包含 24 匝，用 PEV-2 0,35 线绕在 Amidon T30-6 环形磁芯上。 混频变压器T1缠绕在类似的磁路上并使用相同的导线。 初级绕组的匝数 - 9，次级绕组 - 2x3。 0PA2350（DA4）芯片可以替换为另一个低噪声双运放。 通过选择电阻器 R8 和 R10 来调整增益。
整个装置组装在尺寸为 60x65 mm 的印刷电路板上（图 4），由双面箔玻璃纤维制成，如图 5 所示。 图 0805 显示了其上部件的位置（全部用于带有四分频器的接收器选项）。 几乎所有电阻器和电容器的尺寸均为 XNUMX。
使用USBasp编程器可以方便地对控制器进行编程。 它相对便宜且方便，因为它使用 USB 连接到计算机。 互联网上有很多关于这些程序员和程序的信息。 编程器通过标准（大多数销售编程器附带）ISP电缆连接到全景机顶盒进行编程。
微控制器的配置如图所示进行设置。 6 在为编程器服务的程序窗口中，即仅对与内部 8 MHz 振荡器一起工作所需的配置位进行编程（CKSEL=0100 和 SUT=10）。 您还需要设置 EESAVE=0、BODEN=0、BODLEVEL=1 (2,7 V) 位。 合成器控制极其简单。 编写程序后，默认生成频率设置为 35,32 MHz，在除以 8,83 的情况下，给出的频率为 940 MHz，对应于 TS-XNUMXS 收发器的 IF 频率。 使用“FR-”（SB3）和“FR +”（SB4）按钮可以在很宽的范围内更改生成频率。 按住“FAST”按钮（SB2）可提高调谐速度。 设置所需频率后，应按“保存”(SB1) 按钮，新值将写入微控制器的非易失性存储器 - EEPROM。 每次打开全景机顶盒时都会设置此频率。 合成器的生成频率可以通过测量仪器来控制或在收发器或其他接收器上收听。 X3“MUTE”连接器可用于在传输时阻止 SDR 接收，为此您应关闭该连接器的触点。 芯片DA1——压降检测器（监控器）。 如果没有它，其他设计中的非易失性存储器中就会出现数据丢失的情况。 接收器实际上不需要配置，只要安装正确，即可立即开始工作。
在图中的照片中。 图7示出了完成的全景附件的视图。 它与提议的选项有些不同，因为这两个选项都是通过四分频器和 RC 移相器来制定和测试的。 在许多情况下，小尺寸使得可以将该机顶盒直接放置在收发器内，并且已经从收发器输出现成的 I/Q 信号，用于连接到计算机声卡的线路输入。 好吧，那么你需要在你的计算机上安装POWERSDR IF STAGE程序，并仔细研究WU2X网站上的所有信息[5]。 总之，我想指出使用全景机顶盒相对于使用单独的 SDR 接收器的一些优势。 这是相对简单的，并且机顶盒本身便宜，并且连接到收发器很容易。 如果不需要通过SDR程序控制电台，即您对电台的控制和频率调谐感到满意，那么您几乎可以使用任何SDR程序来查看全景和SDR接收（无需同步）单独的接收器和收发器的频率）。 缺点是您需要在收发器中提供 IF 输出。 目前，全景机顶盒使用 Kenwood TS-940S 收发器进行操作。 第二版接收器印刷电路板的微控制器程序和图纸可以从ftp://ftp.radio.ru/pub/2013/07/SDR4z5ky.zip下载。 文学
作者：谢尔盖·斯托利亚罗夫
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