КОРОТКОВОЛНОВЫЙ ТРАНСИВЕР "УРАЛ-84"
А. Першин UA9CKV
Трансивер предназначен для проведения радиолюбительских радиосвязей в диапазоне коротких волн 1,8...29 МГц. Вид работы-телефон (SSB) и телеграф (CW). Трансивер полностью выполнен на полупроводниковых приборах и микросхемах, имеет встроенную цифровую шкалу (по схеме радиолюбителя В. Криницкого (RA9CJL), опубликованную в настоящем сборнике), встроенный блок питания. В трансивере предусмотрено подключение внешнего ГПД, что позволяет проводить радиосвязи на разнесенных частотах.
При разработке трансивера основное внимание уделялось получению высоких динамических параметров приемного тракта и хороших эргонометрических характеристик трансивера в целом.
Отсутствие усилителя ВЧ на входе приемника, применение высокоуровневого балансного смесителя, малошумящего и линейного тракта ПЧ позволило осуществить первую задачу. Вторая задача была решена применением неперестраиваемых полосовых фильтров на входе приемника, электронной коммутацией диапазонов и режима "передачи-приема".
1. Функциональная схема трансивера "Урал-84"
Трансивер (1) выполнен по схеме с одним преобразованием частоты. Выбор промежуточной частоты 9100 кГц определяется наличием самодельного кварцевого фильтра, изготовленного по методике, изложенной в журнале "Радио" № 1, 2 за 1982 г. (возможно применение промышленного кварцевого фильтра типа ФП2П-410-8,815 с незначительными изменениями в принципиальной схеме). Общими узлами трансивера в режиме приема-передачи являются: фильтры нижних частот Z1, полосовые фильтры Z2, смеситель U1, обратимый согласующий каскад А1, генератор плавного диапазона G1, кварцевый фильтр Z3.
| Основные технические данные трансивера |
|
| Чувствительность приемного тракта при соотношении сигнал/шум 10 дБ, мкВ, не хуже | 0,5 |
| Динамический диапазон по "забитию", дБ | 120 |
| Двухсигнальная избирательность (при расстройке сигналов 20 кГц), дБ | 96 |
| Полоса пропускания переключаемая: в режиме SSB, кГц | 2,4 |
| в режиме CW, кГц | 0,8 |
| Диапазон регулирования АРУ (при изменении выходного напряжения не более чем на 6 дБ), дБ, не менее | 100 |
| Уход частоты генератора плавного диапазона на наивысшей частоте за 20 мин после получасового "прогрева", Гц, не более | 100 |
| Выходная мощность передающего тракта, измеренная на эквиваленте антенны (R=75 Ом), Вт, не менее | 25 |
| Подавление несущей и нерабочей боковой полосы частот, дБ, не менее | 60 |
| Импеданс антенного входа, Ом | 75 |
Подключение узлов на прием или передачу производится контактами реле K1, К2, а также коммутатором S1. На схеме узлы показаны в режиме приема. Сигнал с антенного входа через фильтры нижних частот Z1, ступенчатый аттенюатор АТТ и трехконтурные полосовые фильтры Z2 поступает на балансный смеситель U1. На этот же смеситель подается напряжение от плавного гетеродина G1. Преобразованный сигнал проходит через согласующий каскад обратимого типа Л/и далее на кварцевый фильтр Z3, усиливается узлом А2 и поступает на смеситель U2, где смешивается с напряжением с опорного кварцевого генератора G2. Низкочастотный сигнал с выхода смесителя поступает на усилитель низкой частоты A3 и с него на громкоговоритель ВА1. При переходе с приема на передачу происходит соответствующее переключение функциональных узлов. Это делается либо вручную, либо системой голосового управления. Сигнал с микрофона BFJ, усиленный узлом А4, поступает на устройство голосового управления А8, которое в свою очередь управляет коммутатором S1, а также на смеситель U3, на котором присутствует напряжение с опорного генератора. Сформированный сигнал DSB усиливается узлом А5, проходит кварцевый фильтр Z3, где выделяется напряжение промежуточной частоты 9100 кГц с верхней боковой полосой частот и поступает через узел А1 на смеситель U1, на другой вход которого подано напряжение плавного гетеродина. Выделенный полосовыми фильтрами Z2 сигнал рабочей частоты с выхода смесителя U2 поступает на усилитель А6 и далее, усиливаясь по мощности в узле А7, через ФНЧ Z1 поступает на антенну WA1. Формирование телеграфного сигнала в трансивере производится с помощью манипулируемого генератора G3, который подключается к узлу А5, вместо устройства формирования однополосного сигнала. Трансивер выполнен по блочному принципу. На схеме нумерация элементов в каждом блоке своя. На основной плате (узел А6, 2) расположены обратимый смеситель, согласующий каскад, тракт УПЧ приемника, кварцевые фильтры, смесительный детектор, усилитель низкой частоты приемника, схема АРУ, широкополосный усилитель напряжения плавного гетеродина. Рис.2a.
Принципиальная схема основной платы трансивера (узел А6) Рис.2b. Принципиальная схема основной платы трансивера (узел А6) Высокоуровневый пассивный смеситель VD1 - VD8, Т2, Т3 собран по двойной балансной схеме. Его особенность - применение широкополосных трансформаторов с объемным короткозамкнутым витком (конструкция описана в журнале "Радио" № 1 за 1983 г.). В случае использования в смесителе современных высокочастотных диодов типа КД514А (а еще лучше диодов с барьером Шотки типа АА112) потери сигнала в нем составят около 4...5 дБ. Сигнал при приеме поступает на первичную обмотку L3 трансформатора Т2. Преобразованный сигнал снимается со средней точки обмотки L4. Напряжение плавного гетеродина усиливается широкополосным усилителем на транзисторе VTI и подается на входную обмотку L7 трансформатора Т3. На мощном полевом транзисторе VT2 собран каскад согласования смесителя с кварцевым фильтром. Транзистор типа КП905 выбран благодаря его хорошим шумовым параметрам и линейности. При приеме каскад работает усилителем с общим затвором и коэффициентом усиления около 12 дБ, входное сопротивление его имеет активный характер и постоянно в широком диапазоне частот. Согласование с восьмикристальным SSB кварцевым фильтром на частоту 9100 кГц обеспечивается с помощью автотрансформатора L12. Схемы кварцевых фильтров ZQ1 и ZQ2 изображены на 3 и 4.
3. Принципиальная схема кварцевого фильтра ZQ1
4. Принципиальная схема кварцевого фильтра ZQ2 Фильтр ZQ1 имеет следующие параметры:
| Полоса пропускания, кГц (на уровне -3 дБ) | 2,3 |
| Коэффициент прямоугольности | 1,8 |
| Неравномерность в полосе пропускания, дБ, не более | 1,5 |
| Входное сопротивление, Ом | 270 |
| Выходное сопротивление. Ом | 120 |
Если в фильтре ZQ1 будут использованы кварцевые резонаторы от радиостанции "Гранит" с частотами 9000...9150 кГц, то значения емкостей в схеме фильтра могут остаться без изменений. В фильтре ZQ2 полоса пропускания может изменяться. В режиме SSB она равна 2,3 кГц, а в режиме CW, когда параллельно кварцевым резонаторам включены конденсаторы величиной 68 пФ, полоса пропускания сужается до 800 Гц. При передаче каскад на транзисторе VT2 является истоковым повторителем.
Реверсирование режима работы этого каскада осуществляется коммутирующими напряжениями с шин управления. При приеме +15 В в шине Rх 0 В в шине Тх. При передаче 0 В в шине Rx, +15 В в шине Тх. Диодные ключи VD9 и VD10 подключают "горячий" конец автотрансформатора L12 к стоку транзистора при приеме или к его затвору при переходе на передачу. Заземление "холодного" конца автотрансформатора L12 по высокой частоте при приеме происходит через диодный ключ VD10 и конденсатор С5, при передаче - через диодный ключ VD9 и конденсатор С4. На транзисторах VT5, VT6 собран первый каскад УПЧ, имеющий усиление около 20 дБ. П-контур L17C29C30 позволяет согласовать транзисторы каскодной схемы и осуществить дополнительную фильтрацию полезного сигнала. Нагрузкой каскада является контур L16C26. Согласование со вторым кварцевым фильтром ZQ2 осуществляется с помощью катушки связи Lсв. Этот фильтр собран по лестничной схеме на 4 кварцах, имеет полосу пропускания по уровню 3 дБ, равную 2,6 кГц. В режиме приема телеграфных сигналов он переключается с помощью реле типа РЭС-49 на узкую полосу около 0,7 кГц путем подключения параллельно кварцам фильтра емкостей, равных примерно 68 пФ. Применение двух кварцевых фильтров ZQ1 с полосой пропускания 2,4 кГц и ZQ2 значительно улучшило подавление сигналов вне полосы "прозрачности" фильтров, которое достигло 100 дБ. Основное усиление сигнала производится каскадом на микросхеме DA1 К224УР4 (К2УС248 - старое обозначение). Смесительный детектор на транзисторах VT8, VT9 особенностей не имеет. Между детектором и входом предварительного усилителя низкой частоты на микросхеме DA2 включен ФНЧ ZQ3 типа Д3,4 (от радиостанций "Гранит"), который улучшает шумовые и избирательные параметры приемного тракта. Выходной каскад УНЧ собран по обычной схеме на транзисторах VT15, VT16, VT17. На транзисторе VT14 собран электронный ключ, с помощью которого шунтируется вход УНЧ в режиме передачи. В телеграфном режиме этот ключ закрыт, что позволяет прослушивать сигнал самоконтроля при передаче. Схема АРУ состоит из предварительного усилителя АРУ DA3, VT13, эмиттерного повторителя VT12, детекторов АРУ VD18, VD19 и VD24.
На транзисторе VT11 и диоде VD17 собрана вспомогательная цепь "быстрого разряда" с временем разряда около 0,2 с. При приеме полезного сигнала время разряда АРУ определяется основной цепочкой R36C53. При исчезновении сигнала происходит быстрый разряд С53 через диод VD17 и транзистор VT11. С истокового повторителя VT10 положительное напряжение АРУ, которое увеличивается с ростом силы сигнала, подается на регулирующие транзисторы VT4 и VT7, управляющие усилением каскадов ПЧ. Для осуществления задержки АРУ исток транзистора VT6 подключается к источнику опорного напряжения, собранного на стабилитроне VD11 и резисторе R25. В режиме передачи на транзисторы VT4, VT7 подается коммутирующее напряжение +15 ВТХ-О BRX, которое практически закрывает тракт ПЧ приемника. На транзисторе VT3 собран регулируемый усилитель, работающий в режиме передачи SSB или CW сигнала. Регулировка усиления каскада производится изменением напряжения на втором затворе VT3 и достигает глубины более -40 дБ. При желании на второй затвор этого транзистора можно завести напряжение ALC. При передаче манипулируемый телеграфный сигнал усиливается транзистором VT3, проходит через контуры L15C22 и паразитные емкости закрытого тракта ПЧ приемника, смешивается в детекторе с сигналом опорного гетеродина и поступает в УНЧ для самоконтроля. С этого же контура сигнал SSB или CW проходит через кварцевый фильтр ZQ1, поступает на согласующий каскад VT2, работающий в данном случае истоковым повторителем, и далее в смеситель VD1 - VD8, осуществляющий перенос сигнала на рабочую частоту. Преобразованный сигнал снимается с обмотки L3 на полосовой фильтр узла А2. В узле А2 (5) расположены: ступенчатый аттенюатор приемника, коммутирующее реле К17, полосовые диапазонные фильтры, предварительные каскады передатчика. В режиме приема сигнал из узла А1 поступает на аттенюатор, выполненный на двух резисторных, П-звеньях: R1R2R3, обеспечивающих затухание 10 дБ и R4R5R6 - 20 дБ. Управление аттенюатором производится переключателем на передней панели приемника S7 "АТТ", имеющего положения "О", "10 дБ", "20 дБ", "30 дБ".
П- звенья коммутируются контактами реле К13 - К.16 типа РЭС-49 (РЭС-79). После аттенюатора сигнал проходит через нормально замкнутые контакты реле К17 (РЭС-55А) и поступает на трехконтурные полосовые диапазонные фильтры, выбор которых производится шестью кнопочными переключателями "Диапазон" (SI - S6) с зависимой фиксацией. Коммутация диапазонных фильтров осуществляется с помощью реле К1 - К12 типа РЭС-49 (РЭС-79). Полосовые фильтры подавляют зеркальный канал более чем на 80 дБ. Рис.5.Принципиальная схема предварительного усилителя мощности и полосовых фильтров (узел А2) Применение реле для коммутации полосовых фильтров и аттенюатора обусловлено стремлением достичь максимально высокого динамического диапазона, переключение же с помощью диодных ключей (p-i-n диоды и т. п.) неоправдано из-за значительного уменьшения динамического диапазона и увеличения шума приемного тракта. После полосовых фильтров сигнал поступает в узел А6, рассмотренный ранее. В режим передачи напряжение SSB или CW сигнала, поступающее из узла А6, проходит через полосовые фильтры в обратном направлении и через контакты реле К17 поступает на широкополосный усилитель, выполненный на СВЧ транзисторах VT2, VT3, VT4, где усиливается до уровня 5...7 В эфф. с неравномерностью в диапазоне от 1,8...35 МГц не более 2 дБ. Нагрузкой предварительного усилителя служит широкополосный трансформатор 77 с объемным короткозамкнутым витком, аналогичный трансформаторам смесителя в узле А6. Широкополосный трансформатор Т2 выполнен из 16 ферритовых колец, надетых на медную трубку (конструкция описана в журнале "Радио" № 12 за 1984 г.). Цепочки R10R11C6 и R23C14 осуществляют частотную коррекцию АЧХ предварительного усилителя. Резисторы R13, R24 подбираются по минимальной неравномерности выходного напряжения во всем диапазоне усиливаемых частот. Каскад на транзисторе VT1 - электронный ключ с задержкой, необходимой для коммутации антенной цепи в узле А1. Узел А1 - усилитель мощности передатчика (рис.6) выполнен на мощном полевом транзисторе VTI типа КП904А.
Здесь же находятся диапазонные фильтры нижних частот (П-контур), коммутируемые реле типа РЭС-10. Напряжение сигнала с рабочей частотой от предварительного усилителя поступает на затвор транзистора VTI и усиливается до выходной мощности около 30 Вт. Нагрузка каскада - широкополосный трансформатор, выполненный на ферритовом кольце проницаемостью 300НН диаметром 32 мм по известной методике. Максимальный ток стока транзистора достигает 2 А. Через контакты реле К13, замкнутые во время передачи, усиленный сигнал проходит через фильтр нижних частот и поступает в антенну (разъем XI). Резистор R5 служит для установки начального тока транзистора. Через цепочку R7C31 осуществляется частотно-зависимая ООС. Усилитель мощности обладает достаточно хорошей линейностью. При правильном подборе тока покоя внеполосные излучения подавлены до -50 дБ. В режиме приема с гнезда XI сигнал проходит диапазонные ФНЧ и через нормально замкнутые контакты реле K13 (типа РЭС-55А) поступает на диапазонные полосовые фильтры (узел А2). Как показала практика (на трансивере проведено более 6000 связей), опасения, что сравнительно маломощные реле в усилителе мощности будут часто выходить из строя, необоснованы, так как все их контакты переключаются в отсутствии сигнала. Генератор плавного диапазона - узел A3 (7) представляет собой шесть отдельных диапазонных генераторов, коммутируемых по питанию вторым направлением (первое-для коммутации полосовых фильтров) кнопочных переключателей S1 -S6. На полевом транзисторе VTI собран непосредственно генератор по схеме индуктивной трехточки. Транзистор VT2 - эмиттерный повторитель. Нагрузкой всех шести эмиттерных повторителей служит резистор R6. Падение напряжения на нем, равное около +5 В, закрывает эмиттерные переходы неработающих повторителей, тем самым исключая влияние на частоту работающего генератора других диапазонных генераторов. ..Распределение частот ГПД по диапазонам и данные контуров приведены в табл. 1. Частоты ГПД выбраны таким образом, что при смене диапазона происходит автоматический выбор нужной боковой полосы.
С помощью реле К1, К2 (РЭС-55А) к трансиверу может быть подключен внешний ГПД. Отсутствие механических переключении, а также наличие отдельных контуров для каждого диапазона при их тщательной термокомпенсации позволило достичь хорошей стабильности, не прибегая к умножению частоты. Такое построение гетеродина позволяет оптимизировать уровни выходных напряжений, создать перекрытие по частоте, сделать величину расстройки независимой для каждого диапазона. Таблица 1.
| Диапазон | Частота ГПД, МГц | L1,мкГ | С3*,пф | Провод | Шаг намотки, мм | Примечание |
| 1,830...1,930 | 10,900...11,150 | 0,8 | 260 | Посеребр. 0,8 | 0,5 | Каркас - керамика диаметром 12мм Намотка горячая, внатяг с клеем БФ-2 и сушка 100°С |
| 3,500...3,800 | 12,600...12,900 | 0,5 | 300 | То же | 0,5 | |
| 7,000...7,200 | 16,100...16,300 | 0,25 | 330 | " | 0,5 | |
| 14,00...14,35 | 4,900...5,250 | 10 | 82 | ПЭВ 0,41 | Рядовая | |
| 21,00...21,45 | 11,900...12,350 | 1 | 140 | Посеребр. 0,8 | 0,5 | |
| 28,00...29,00 | 18,900...19,900 | 0,5 | 100 | То же | 0,5 |
Формирователь напряжения SSB и CW сигнала - узел А4 показан на 8. На транзисторе VTI собран опорный кварцевый генератор с частотой 9100 кГц. Транзистор VT2-буферный каскад, с которого сигнал опорного генератора поступает на балансный модулятор на варикапах VD1, VD2 и трансформаторе Т1. Модулятор имеет высокую линейность и позволяет подавить несущую частоту ¦не менее чем на 50 дБ. Каскад на микросхеме DA1 [представляет собой микрофонный УНЧ, с выхода 'которого усиленное напряжение низкой частоты поступает на среднюю точку обмотки L3 балансного модулятора и через эмиттерный повторитель VT6 в систему голосового управления (VOX). Каскад на транзисторе VT5 - манипулируемый телеграфный гетеродин, стабилизированный кварцем ZQ2. Его частота на 800...900 Гц выше частоты опорного гетеродина, т. е. совпадает с полосой "прозрачности" кварцевого фильтра ZQ1. В зависимости от вида работы, телефон или телеграф, на эмиттерный повторитель VT4 подается через контакты реле К1 напряжение либо от балансного модулятора (SSB), либо от телеграфного гетеродина (CW).
С выхода транзистора VT4 сигнал поступает для дальнейшего преобразования в узел А6 (основная плата). С помощью подстроечного резистора R21 устанавливается необходимое усиление микрофонного УНЧ, с помощью резисторов RI8, R15 производится балансировка несущей частоты опорного гетеродина. Индуктивность L1 служит для точной установки частоты опорного гетеродина на нижнем скате характеристики кварцевого фильтра ZQI. Работой трансивера в режиме "прием" или <передача" управляет коммутатор - узел А7 (9). Собственно коммутатор выполнен на мощных транзисторах VT5 - VT9. Транзисторы VT1. VT3, VT4 входят в систему VOX. VT7 - Anti-VOX. С помощью подстроечного резистора R1 устанавливается задержка срабатывания системы голосового управления, a RIO - порог срабатывания системы VOX. Резисторы R14 устанавливает порог срабатывания системы Anti-VOX. На транзисторах VT10 - VT12 выполнен стабилизатор напряжения плавного гетеродина +9 В. На транзисторе VT13 собран усилитель S-метра. В режиме приема на его вход через диод VD7 подается напряжение АРУ с основной платы, а через диод VD8 напряжение с узла А1, пропорциональное току стока мощного транзистора VT1. С помощью подстроечного резистора R19 устанавливается нуль S-метра, a R20 служит для калибровки. Рис.9. Принципиальная схема коммутатора RX - ТХ, стабилизатора напряжения +9 В и усилителя S-метра (узел А7) Управление коммутатором может происходить от педали, которая подключена к контакту 9 разъема XI как в режиме SSB, так и в CW. В режиме CW положительные импульсы, которые подаются на контакт 7 разъема XI от электронного автоматического телеграфного ключа, воздействуют на систему голосового управления, т. е. может осуществляться полудуплексная работа трансивера. Напряжения +15 В ТХ - О В RX снимаются с контактов 1,3 разъема X1 и поступают в узлы трансивера. Стабилизаторы +40 В и +15 В в блоке питания (10) выполнены по известным схемам и защищены по току. Схема соединений узлов трансивера приведена на 11.
