Трансивер Setonix

небольшой, сумчатый, удобный
de RT3C

КВ трансивер дачно-мобильный для переноски в небольшой сумке, 9 КВ диапазонов с возможностью автономного питания и выходной мощностью около 10 Ватт. В концепции подобных аппаратов наличие всех диапазонов от 160 до 10м считалось избыточным. Но появление таких программ как CFMRDA этот взгляд на мобильную технику несколько изменила. Работа с загородных QTH в контестах в подгруппах LP и QRP предъявляет требования к наличию CAT, параметрам избирательности приёмника и удобству управления TRX.


Виды модуляции: CW, SSB.

Ток потребления от источника 13,8В в режиме приёма: 250 mA.

Чувствительность приёмника: 0,8 мкВ (28 МГц, без УРЧ, полоса 2,4 кГц).

Выходная мощность при Uпит 13,8В: 7,5Вт (28 МГц); 9,7Вт (1.8 МГц).

Схема с одним преобразованием частоты, ПЧ 8818 кГц определяется кварцевым фильтром ФП2П4-410.

Гетеродины (VFO, BFO) выполнены на двух готовых сборках микросхемы SI5351 управляемых микропроцессором Atmega 168 20-PU. За основу взята схема R9OFG, но его управление синтезатором перестроено под использование готовых сборок и изменена управляющая программа:

1. Переключение CW / SSB выполняется одним нажатием кнопки. Удержание более 2 с. переключает инверсную полосу в SSB или CW-R в телеграфе.
2. Обмен CAT приведён к стандарту CI-V ICOM. В настройках различных программ трансивер можно указать как IC756 или подобный. Это снимает обязательное требование наличия и запуска OmniRig и служебной программы.
3. Изменен способ ввода данных фильтров ПЧ в настройках. Вместо ввода границ полос пропускания ФОС, указывается их центральная частота и смещение опорного генератора при SSB или желаемый тон CW при приёме. Это позволило выделить "Тон CW" как отдельную опцию настройки.
4. Переключение инверсной полосы SSB и режима CW-R выполнено через изменение частоты опорного гетеродина. При классической схеме с ПЧ около 8-9 МГц это делает возможным такое переключение на любом диапазоне и исключает ситуации когда на НЧ диапазонах оно либо невозможно, либо из-за низкой частоты VFO приводит к невозможности подавить зеркальный канал приёма (диапазон 10МГц).
5. При установке нового шага перестройки значения в более младших разрядах округляются. Индикация незначащих младших разрядов погашается.
6. В настройки добавлена возможность умножения частоты VFO на 2 (4).
7. Увеличено до трёх количество переключаемых ступеней аттенюатора: 6, 12 и 18 dB.
8. Добавлены функции: быстрого переключения диапазонов BandUp, BandDown и быстрого переключения шага перестройки TS (100Гц / 1кГц).




Прошивка от 30.06.24

Выходные разъёмы микрофонной гарнитуры, ACC1, ACC2 идентичны трансиверам ICOM, чтобы иметь полную заменяемость всех интерфейсов с домашним аппаратом.

В режиме приёма сигнал с антенны поступает на входные фильтры приёмника, трёхконтурные, с релейной коммутацией диапазонов.
Перед преселектором возможно включение УРЧ на КТ610А и аттенюатора со ступенями 6-12-18 dB.
После ДПФ сигнал подаётся на первый смеситель приёмника: пассивный, балансный, диоды КД514, в ключевом режиме. Далее на реверсивный усилитель и после него на ФОС, кварцевый фильтр ФП2П4-410. Технически на плате ФОС размещены два реле для подключения трёх кондесаторов и сужения полосы пропускания при CW по принятой схеме. Однако это не выполнено, так как формирование узкой полосы для телеграфа возложено на второй кварцевый фильтр в тракте ПЧ с переменной полосой пропускания. Если практика покажет, что этого недостаточно, можно вернуться к сужению полосы ФОС или заменить его на два отдельных КФ для SSB и CW.
Сигнал ПЧ после ФОС поступает на вход УПЧ. За основу схемы УПЧ и АРУ взяты решения из основной платы трансивера UR4QBP, но добавлен ещё один каскад на BF998. Катушки индуктивности LC контуров для всех каскадов УПЧ выполнены на броневых сердечниках СБ12-а в экранах. Между вторым и третьим каскадами УПЧ установлен "подчисточный" четырёхкристальный кварцевый фильтр с регулируемой полосой пропускания от 1400 до 2650 Гц. Усиленный сигнал ПЧ подаётся на второй смеситель приёмника в виде простого ключа на КП303Е. После него сигнал звуковой частоты подаётся на активный ФНЧ пятого порядка с частотой среза 2600 Гц (К157УД2) и далее на УЗЧ: ОУ NE5532 и оконечный каскад (КТ3102 и пара транзисторов КТ816Г-КТ817Г). Традиционно используется отдельный выход AF сигнала ЗЧ до регулятора громкости на гнездо ACC1 для передачи на компьютер. Этот выход блокируется в режиме передачи. Схема УЗЧ при изготовлении готовых плат предполагала некоторую универсальность, как и то, что не все его каскады будут задействованы в работе. При полном включении в работу всех каскадов такой УЗЧ может иметь усиление до 100 dB и его можно применить даже для ППП, вырезав его по установленному заранее контуру из общей заготовки платы ПЧ-ЗЧ.
Детектор АРУ выполнен по ЗЧ, управляющий сигнал разделяется на две цепи с разным постоянным времени и подаётся на все три каскада УПЧ. Из него же выделяется сигнал для S-метра.
Самопрослушивание реализовано по сигналу в тракте ПЧ и имеет независимую регулировку уровня.

Телеграфный генератор с кварцевой стабилизацией.
В SSB использован микрофонный усилитель-ограничитель по схеме Полякова В.Т. RA3AAE. Один из этих сигналов, соответственно виду модуляции, подаётся на регулируемый усилительный каскад на BF998 перед ФОС, с его помощью регулируется выходная мощность трансивера.
Выходной каскад УМ на двух IRF510 (схема RV3LE), для УМ предусмотрено два режима: походный 10W и стационарный с питанием +36V и 25W на выходе.
ФНЧ передатчика пятого порядка, встроенный КСВ-метр с функцией аварийной блокировки при превышении КСВ.
Опционально предусмотрен CW фильтр по ЗЧ и эл. ключ с памятью.

Конструкция

Габариты корпуса 185 х 140 х 84 мм (без учёта ручек управления и разъёмов). Корпус собран из дюралевых пластин: передней и задней панели (толщина 2 мм), трёх перегородок и шасси 100х100 мм (по 3 мм). Для соединения стыков перегородок и панелей в их торцах сделаны отверстия с резьбой M2,5. Дополнительно шасси и все перегородки скреплены двумя мощными уголками. К уголкам двенадцатью винтами M4 крепятся все элементы корпуса кроме передней панели. Этим обеспечивается хороший электрический контакт между ними и общая механическая прочность корпуса.

Фронтальные панели легко снимаются, передняя свободно, а задняя с минимальными рассоединениями, так как на ней закреплены платы питания и усилителя мощности. Остальные печатные платы расположены на шасси и перегородках, их расположение и разводка выполнены так, чтобы обеспечить самые короткие ВЧ-соединения между узлами трансивера. Блок ДПФ в отдельном экранированном корпусе.

Для мобильной работы на левой стенке корпуса предусмотрена возможность прикрепления пластикового отсека для 4 литиевых АКБ типа 18650.

Масса трансивера 1,9 кг.

Печатные платы (всего их 12) спроектированы самостоятельно и изготавливались как заводским способом, так и с помощью ЛУТ.

Блок А0. Управление питанием

Схема блока A0
На входе платы А0 управления питанием предусмотрено два раздельных варианта питания трансивера: через разъём J1 от источника напряжением +14В (допустимо от 12 до 20В) или через разъём J2 от внешнего блока питания с парой напряжений +12,6В и +28-36В. При использовании одиночного источника на J1, его напряжение подаётся неизменным на цепи питания реле и выходного каскада УМ. Стабилизатор DA1 7812 формирует из него +12В для питания всех остальных узлов. Испытанные практически варианты питания через J1 приведены в таблице 1 на схеме. Появление напряжения +28В на контакте 1 разъёма J2 сигнализиует о подключении внешнего БП (двойной источник). Оно включает реле K1, которое перенаправляет +28В на питание выходного каскада УМ и +12,6В на остальные цели. При этом размыкающий контакт разъёма J1 размыкает цепь питания реле K1 и тем самым исключает одновременную подачу питания сразу с двух разъёмов.
Цепь питания выходного каскада PA защищена предохранителем F1 на ток 3А. Его перегорание индицируется светодиодом VD3 на задней панели. Светодиод VD4 на плате питания свидетельствует о нормальной работе стабилизатора DA1. VD4 может быть исключен или перенесён на переднюю панель как индикатор включения питания трансивера.
Плата A0 расположена на задней панели рядом с выключателем S1. Разъёмы Utx/rx и Urel выполнены в виде клеммы под винт. Для того чтобы снять заднюю панель вместе с платой достаточно только отсоединить эти клеммы и снять винтовое крепление радиатора DA1 к перегородке. Цепь питания выходного каскада соединена постоянно с платой УМ на задней панели и отключения не требует.

Блок А1. Диапазонные полосовые фильтры (ДПФ)

Одним из экспериментов в этом проекте была разработка конструкции компактного блока ДПФ на 9 диапазонов с хорошими параметрами и без использования магнитных сердечников в катушках индуктивности. В результате данный блок оказался самым трудным в исполнении, потребовал нескольких серьёзных переделок...

Фильтры первоначально были выполнены по трёхконтурной схеме DL2KQ. Первая версия платы оказалась неудачной: несмотря на поперечное взаиморасположение и замыкание на землю "горячих" концов катушек индуктивности, тщательное экранирование, требуемое подавление зеркального канала в 70-80 dB не было достигнуто. Основной проблемой оказалось проникновение внеполосного сигнала не через отключенные фильтры, а через неудачно спроектированную "землю" печатной платы.
В итоге платы ДПФ пришлось проектировать и переделать заново. Их размер увеличен до 100 x 77 мм.
Всего фильтров восемь (на 24 и 28 МГц используется один общий). Размещёны на двух отдельных платах по четыре штуки.

В новой версии ДПФ для диапазонов 160 и 80 м применены более простые фильтры на основе Т-образных ФНЧ 3-го порядка, где индуктивности заменены последовательными контурами:



Эта схема очень удобна в изготовлении и проста в настройке, а требования к ДПФ на 1,8 и 3,5 МГц несколько ниже, поскольку зеркальный канал расположен выше 18-20 МГц, где уровень потенциальных помех ниже. При этом требуемое подавление легко увеличить, например, подключив в тракт приёма выходные ФНЧ тракта передачи.
Но несмотря на заметное улучшение параметров с новой платой, фильтры ВЧ-диапазонов всё равно не дотягивали до расчётных. "Пролаз" уменьшился, но не исчез. При анализе схемы DL2KQ возникло предположение, что улучшения можно добиться заменой индуктивной связи входного и выходного контура на емкостную. Это кратно снижает напряжение на горячих концах параллельных контуров и должно уменьшать "пролаз" на вернем скате полосы фильтра.
Все фильтры от 7МГц и выше были заново расчитаны и спроектированы по такой схеме (пример на 40м):


NB: Элементы последовательного контура имеют идентичные параметры с параллельными контурами, но включены к 1/30 (считая от земли) части витков катушек параллельных контуров. В модели это показано пересчётом значений L и С последовательного контура.
Предварительные расчёты в RFSimm99 показали, что АЧХ фильтров даже немного улучшится за счёт более крутого нижнего ската. К примеру, фильтр по схеме DL2KQ на 14 МГц имеет на 7030 кГц расчётное затухание -84dB, а по новой схеме уже -95dB. Такое свойство особо ценно для ВЧ-диапазонов, где зеркальный канал расположен ниже частоты ПЧ, в тех частях спектра, где уровень помех (и часто широкополосных) бывает очень высоким.
Файлы моделей программы RFSimm99 этого примера:

Исходный вариант DL2KQ bpf_14_dl2kq.cct
Новая схема bpf_14_dl2kq1C.cct

Платы при третьей переделке оставлены без изменений, новые конденсаторы установлены навесным монтажом. Небольшим плюсом стало уменьшение требуемого количества отводов катушек. Замеры показали правильность данного решения: "пролаз" на верхем скате снизился до приемлимых значений. Данные измерений АЧХ фильтра на 7 МГц представлены на рисунке ниже (ДПФ открыты, без экранов).


Небольшой выброс заметен в районе 19 МГц: влияние рядом расположенного фильтра диапазона 18 МГц.
АЧХ фильтра диапазона 14 МГц. Потери в полосе 14000-14250 кГц не выше 2,5 dB.



Для катушкек индуктивности использованы фторопластовые каркасы диаметром 10 мм.



Отдельным конструктивным решением является зеркальное расположение двух одинаковых и симметричных плат по разным сторонам общей экранирующей перегородки.
Оно было обусловлено:
1. Ограниченными размерами корпуса.
2. Дополнительным экранированием и сокращением максимальной длины ВЧ-цепей.
3. Экономическими причинами при заводском изготовлении: обычно при заказе прототипа изготавливается от 5 до 10 идентичных плат с желательными размерами до 100 х 100 мм.
В дальнейшем развитии такого решения параметры конструкции можно дополнительно улучшить путём разнесения элементов каждого фильтра по разные стороны перегородки с некоторым усложнением коммутации (в данном случае это не реализовано).

Блок А4. Тракт ПЧ-ЗЧ приёмника

Схема блока ПЧ-ЗЧ.

Блок А7. ФНЧ тракта передачи

Схема ФНЧ тракта передачи особенностей не имеет. Для примера приводится схема и полученные характеристики ФНЧ для диапазона 14 МГц.

Схема и расчётная АЧХ.
Измеренная АЧХ реального фильтра.
Подавление около -40dB на частоте 42 МГц (третья гармоника сигнала 14МГц) соответствует расчётному. КСВ фильтра при нагрузке 50 Ом менее 1,1.

Блок А9. Автоматический телеграфный ключ и управление

Схема на микропроцессоре PIC16F73, тактируемым от внешнего генератора (HS), в качестве которого используется опорный гетеродин (BFO). Его частота 8818 кГц позволяет настроить USART для обмена на скорости 19200 с точностью до 1%.
Помимо автоматического CW ключа отвечает за обработку данных КСВ, управление командой PTT (задержки, режим QSK), контроль напряжения питания трансивера и дополнительные сервисные функции Band up, Band down, TS (быстрая смена шага перестройки). Было бы оптимальным возложить все эти функции на CPU VFO, но идея запоздала — плата синтезатора уже была в работе. Блок обменивается информацией с синтезатором и внешними устройствами через CAT по протоколу CI-V, выступая в обмене как независимое устройство с отдельным адресом. В памяти ключа хранится четыре CW сообщения, вызываемых нажатием кнопок М1 - М4.
В дальнейшем развитии предполагается доработать в программе более гибкое управление соотношением точки-тире (сейчас доступны только 1:3, 1:2), инверсию контактов автоматического ключа и автораспознавание вида манипулятора (при включении простого вертикального ключа в разъём автоматического).
Плата также содержит балансный модулятор SSB, телеграфный генератор и новую схему управления напряжениями TX/RX.

Схема коммутации напряжений Utx/Urx по ходу создания трансивера была переделана. Исходный вариант на двух комплиментарных ключах пары КТ816 и КТ817 оказалась довольно чувствительным в настройке, и при этом сохранялся заметный ток утечки ключей, что неприемлимо для портативного аппарата с автономным питанием. Решение проблемы подсказал в форуме RUQRP Тадас LY1CE в виде схемы с использованием MOSFET транзисторов, которая успешно заработала (tnx!).




Стоит обратить внимание, что для подобной схемы оказались важными два аспекта:

1. Максимальное напряжение затвор - исток MOSFET транзисторов должно превышать напряжение питания. Для многих распространённых серий оно составляет только 8В, что недостаточно при 12В U питания. Поэтому для ключей были применены транзисторы IRLM5203TR и SI2308A, у которых этот параметр составляет +-20В.

2. В области когда управляющий сигнал PTT составляет около половины напряжения питания оба ключа могут быть открыты, что требует крутых фронтов для управляющего сигнала. В одном из испытаний входной сигнал PTT от микропроцессора подавался для задержки через RC цепь, что привело к пробою всех транзисторов обоих ключей.

Конкурс

Проект 2 мая 2024 г. заявлен на конкурсе Сам себе радиоконструктор QRP Клуба 72. Условиями конкурса определено, что проект обязательно должен быть начат и закончен в течение одного календарного года.

Хроника проекта

:

15.02.2024 Начато изготовление корпуса трансивера.

17.02 Собран и запущен синтезатор частоты.

28.02 Начато проектирование основной платы ПЧ-ЗЧ приёмника (A4).

24.04 Заработал приёмник, первый приём сигнала SM5ACQ на 14 Мгц.

01.06 Запуск передающей части, сигнал принят скиммером.

04.06 Первое QSO c DL1BWU CW QRP 1W на частоте 14022,5 kHz. Подтверждено HQSL на портале HAMLog.

17.06 Запущено управление трансивером через CAT по стандарту CI-V.

18.08 В летнем туре QRP игры "Сделай Сам" проведено 6 QSO.

20.09 Работы по завершению корпуса трансивера.

08.11 Идёт процесс перестроения блока входных диапазонных фильтров (ДПФ), заказана новая печатная плата. Для нового ДПФ выточены 10мм каркасы катушек из фторопласта.

19.11 Спроектирована и заказана небольшая плата дополнительного активного ФНЧ (К157УД2) в тракте звуковой частоты. Она будет размещена над основной платой ПЧ-ЗЧ.

06.12 Идёт настройка нового блока ДПФ. Полные результаты измерений и фотографии для конкурса будут опубликованы до 29 декабря.

19.12 Монтаж платы CW ключа и доп. управления. Управляющая программа написана и загружена в CPU.

20.12 Получены 8 кварцев 8820 кГц, из них отобраны 4 для подчисточого фильтра.

22.12 Встроенный автоматический тлг ключ заработал, идёт отладка программы (регулировки скорости, памяти сообщений).

28.12 Трансивер предполагается использовать в январской игре Мороз RU-QRP клуба, проверяется его работа при температуре около ноля.

2025 год


01.03 В тракт ЗЧ добавлен ФНЧ 5-го порядка на МС К157УД2 с полосой пропускания до 2600 Гц и подавлением в полосе задерживания 23 dB на октаву.
В тракт ПЧ внесён дополнительный "подчисточный" 4-х кристальный кварцевый фильтр с регулируемой полосой пропускания 1400 - 2650 Гц.

29.03 После замены микросхемы дешифратора диапазонов К155ИД10 на К555ИД10 ток потребления в режиме приёма уменьшился на 30 mА.

Планы

В перспективе развития проекта - замена простого первого смесителя приемника на двойной балансный с быстродейстующими ключами ADG3257 и делением частоты vfo  на два триггерами 74AC74. Такое изменение должно снизить уровень шума и побочных продуктов прямого синтеза на SI5351, выходной сигнал которой спектральной чистотой не отличается.
Сигнал после смесителя будет подан на диплексор и далее переключаемый по направлению усилитель на КП903А по принятой схеме. Такое решение исходно предполагалось для первого смесителя, но не было уверенности, что получится модифицировать программу синтезатора для генерации удвоенной частоты.