Часть 1. SDR приемник с кварцевым гетеродином
 Как показывает время, интернет и сотовая связь не могут в полной мере заменить старое доброе радио. Ведь слушать радио эфир на коротких волнах, а тем более проводить любительские радиосвязи намного интереснее, чем общаться по сотовому телефону или через Skype. В любительском радио эфире можно пообщаться с коллегами по увлечению, обсудить технические вопросы, наконец, просто поговорить с человеком, находящимся за многие тысячи километров от вас. Кроме того - простор для творчества, ведь многие радиолюбители традиционно используют самодельные трансиверы, приемники, антенны. В общем, радиолюбители - люди увлеченные, у них никогда не возникает вопроса, чем заняться в Новогодние каникулы и выходные дни. У нормальных людей фантазия обычно не идет дальше просмотра телевизора и ремонта квартиры... Но я немного отвлекся. Пора перейти к описанию самодельного коротковолнового приемника, который позволит начинающим сделать первые шаги в эфире, а более опытным радиолюбителям познакомиться с новым направлением в радиосвязи - SDR. Описание этого приемника было опубликовано в журнале «Радио» №12 за 2010 г., стр. 51...55. При использовании технологии software-defined radio (SDR) практически весь объем работ по обработке и демодуляции радиосигнала перекладывается на программное обеспечение, которое запускается на персональном компьютере. С помощью программных алгоритмов могут быть реализованы такие функции, которые очень сложно получить при аналоговой обработке. В идеальном SDR приемнике принимаемый сигнал с антенны через диапазонный полосовой фильтр поступает на быстродействующий аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который оцифровывает весь спектр КВ диапазона. Оцифрованный сигнал можно передавать непосредственно в компьютер. Но пока вычислительной мощности персональных компьютеров недостаточно для обработки такого большого объема информации в реальном времени. Поэтому сигнал с АЦП подается на микросхему программируемой логики - FPGA, где проходит предварительную обработку. Из всего спектра вырезаются участки необходимой ширины и передаются в компьютер для дальнейшей обработки. Аппаратно все получается очень просто - не нужно никакого ГПД, аналоговая часть приемника сведена к минимуму. Соответственно, никаких побочных каналов приема, а динамический диапазон определяется разрядностью АЦП. К сожалению, пока комплектующие для подобных вещей довольно дефицитные и дорогие. Да и изготовить плату, а затем смонтировать микросхему в корпусе на 208 выводов с шагом 0,5 мм в домашних условиях по силам далеко не каждому радиолюбителю. А ведь FPGA еще нужно запрограммировать. Поэтому, по крайней мере в ближайшие годы, конструирование SDR аппаратуры c непосредственной оцифровкой всего спектра сигнала с антенны останется уделом профессионалов. Хочется верить, что при серийном выпуске стоимость таких SDR приемников и трансиверов будет не очень высокой. В настоящее время в любительских условиях реализация SDR реальна только на низких частотах (десятки килогерц) т.к. в качестве АЦП и ЦАП обычно используется звуковая карта компьютера. Для переноса спектра ВЧ сигналов на низкую промежуточную частоту в радиолюбительских устройствах целесообразно использовать принцип прямого преобразования. Этот принцип был предложен очень давно. Радиолюбителям со стажем наверняка хорошо знакомы работы В.Т.Полякова (RA3AAE), который в 80-е годы прошлого века предложил много идей и схемотехнических решений для аппаратуры прямого преобразования. SDR приёмник способен принимать и демодулировать практически все виды модуляции CW, SSB, AM, FM, а с помощью дополнительного программного обеспечения и цифровые виды связи, как радиолюбительские так и коммерческие, например DRM цифровое радиовещание. Практически все SDR программы имеют панорамный анализатор спектра.  Ну а теперь перейдем к описанию схемы и конструкции моего SDR приемника. При его разработке я поставил цель создать по возможности простой и доступный для повторения всеволновый SDR КВ приемник с непрерывным диапазоном принимаемых частот 30 кГц … 65 мГц. Это не одноплатная конструкция, каждый блок смонтирован на отдельной плате и функционально закончен. Своего рода "электронные кубики". В зависимости от целей и возможностей каждый радиолюбитель может сначала собрать простой однодиапазонный приемник. Затем модернизировать его, превратив в всеволновый. Кроме того, любой блок можно собрать по другой схеме и на других комплектующих. Приемник с кварцевым гетеродином будет перекрывать участок диапазона, равный частоте дискретизации звуковой карты компьютера. Обычно 48 кГц, т.е +/- 24 кГц от средней частоты. За основу я взял одну из схем, предложенных известным радиолюбителем, пропагандистом SDR аппаратуры - Tasa (YU1LM/QRP). Ознакомиться с его описанием можно на сайте http://www.yu1lm.qrpradio.com/sdr%20rx%20yu1lm.htm. По классификации автора эта схема известна как приемник DR2G. Это, на мой взгляд, одна из его самых совершенных и продуманных схем. Я внес в нее лишь несколько "косметических" изменений, исправил некоторые неточности и перевел чертеж платы в формат Sprint Layout, попутно скорректировав конфигурацию некоторых печатных проводников. Приемник собран на микросхемах серии 74LVC. Эта серия функциональный аналог 74HC, но она имеет существенно большее быстродействие. Например, триггер 74LVC74 может работать на частотах до 250 мГц, а ключи 74LVC4066 работают с частотой коммутации до 100 мГц и имеют сопротивление в открытом состоянии около 5 Ом. Но напряжение питания этой серии не должно превышать 3,6 В.  В качестве гетеродина использован кварцевый генератор, собранный по классической схеме. Частоты кварцев должны быть в 4 раза выше желаемых частот приема. Например, для кварца 28328 кГц диапазон частот приема будет 7082 +/-24 кГц. Переключателем SA1 переключаются 2 кварцевых генератора, поэтому прием можно вести на двух участках по 48 кГц каждый. Учитывая возможность работы фазовращателя приемника в режиме деления на 2, возможен прием еще в двух участках КВ диапазона на частотах в два раза выше. Для приведенного выше примера это 14164 +/-24 кГц, но избирательность по зеркальному каналу в этом случае будет гораздо хуже. Более детально схема, конструкция и методика наладки описана в подробном описании (ссылка в конце странички). Хочу еще обратить особое внимание на антенну. В 80-е годы прошлого века в Кирове на кусок провода длиной 2-3 метра, протянутый около окна на кухне, на трансивер "РАДИО-76" я на 57-58 принимал любительские станции 5-го района в диапазоне 160 м. А на активную рамочную антенну диаметром около 30 см можно было уверенно слушать сигналы любительских спутников серии "Радио" в диапазоне 28 мГц. Сейчас такой номер не проходит. В городских условиях на комнатную антенну даже вещательные станции услышать почти невозможно. Никакие эксперименты с "балконными антеннами", магнитными рамками и т.п. не дают положительных результатов. Многочисленные импульсные блоки питания бытовой техники, компьютеры, сотовая связь и многое другое отнюдь не улучшают электромагнитную обстановку. Поэтому, во избежание разочарований, необходимо использовать только наружную антенну. Хотя бы кусок провода длиной около 20 м, брошенный из окна на ближайшее дерево или фонарный столб. Но не забывайте про электробезопасность. Этот провод не должен проходить ни под, ни над линиями электропередач. Для снятия статического электричества его следует соединить через резистор порядка 10 кОм с "землей". В качестве "земли", если нет других вариантов, можно использовать трубы отопления или (лучше) водопровода. Наконец, аппаратная часть готова. Можно устанавливать и запускать программу SDR. Для приемника с кварцевым гетеродином можно использовать одну из следующих: KGKSDR: http://www.m0kgk.co.uk/sdr/, Rocky: http://www.dxatlas.com/Rocky/, SDRadio или WinRad: http://www.weaksignals.com/. Управление и настройка этих программ интуитивно понятны и я не буду подробно описывать эти вопросы. При необходимости всегда можно почитать встроенную справку по конкретной программе или поискать информацию по ней на форумах в Интернет. Несколько слов о звуковой карте. Безусловно, это очень важный компонент приемной системы и от ее качества зависят все параметры приемника. Полоса обзора на панорамном индикаторе равна частоте дискретизации звуковой карты. Например, если частота дискретизации 48 кГц, приемник можно будет программно перестраивать в диапазоне +/- 24 кГц от частоты гетеродина. Но я бы не рекомендовал сразу бежать в магазин в поисках качественной звуковой карты стоимостью в несколько сотен долларов. Очень даже не плохие результаты получаются и со встроенной AC97. И только, если что-то не устраивает, можно подумать о приобретении другой, более качественной. Хочу отметить еще один важный элемент приемной системы - мышку. Ведь это будет основной орган настройки. Особо следует обратить внимание на плавность вращения колеса прокрутки, надежность и отсутствие дребезга в кнопках, а также отсутствие случайных бросков курсора по экрану при движении мышки. О том, как превратить этот приемник во всеволновый с непрерывным диапазоном принимаемых частот 30 кГц … 65 мГц читайте во второй части статьи. |
 | Подробное описание | ||||||||||
 | Платы в Sprint Layout и схемы в Orcad 9.1 Часть 2. Всеволновый SDR приемник 30 кГц...65 мГц
|
Где брались расчеты элементов всеволнового SDR?
ОтветитьУдалить