В последните години все-повече се говори за т.нар. „софтуерно радио“ (или SDR). Една от първите реализации на подобно устройство с която се сблъсках беше SDR приемник описан на страницата на LZ1AQ (www.lz1aq.signacor.com/docs/SDR/SDR.htm). Там доста подробно е описан и принципът на работа на този тип приемници.
Доста широко разпространение в последно време намериха и предлаганите от китайски производители DVB –T тунери предназначени за гледане на ефирна цифрова телевизия през компютъра. По същество цялото устройство представлява приемник с пряко преобразуване на честотата плюс бърз аналогоцифров преобразувател и USB интерфейс за връзка с компютъра. Тъй като входната (радиочестотната) част на приемника е предназначена да работи в широк честотен диапазон (24 MHz до 1700 MHz ) то принципно е възможно само чрез смяна на софтуера да се построи широколентов панорамен приемник покриващ този честотен диапазон. Допълнително предимство на цифровата обработка на приетия сигнал е възможността да се демодулират различни видове модулация. За радиолюбителите особен интерес представлява по – нискочестотната част от радиочестотният спектър от 1,8 до 30 MHz. Аз си закупих от www.aliexpress.com кита за сглобяване показан на долната снимка.
Малката бяла кутийка в центъра на снимката представлява самият SDR приемник. Приемникът се вади от корпуса си и се монтира върху печатната платка. Радиоприемникът се състои от два чипа единият , който отговаря за радиочестотната е R820T , а другият е RTL2832 , представлява бърз аналогоцифров преобразувател. Според описанието на търговеца устройството е предназначено за работа в обхвата от 100 KHz до 1,7 GHz. За целта са предвидени два входа 1 – за честоти от 100 KHz до 30 MHz 2- за честоти от 25 MHz до 1.7 GHz. Проблемът, е че в по – нискочестотният обхват (1) чувствителността на устройството е много ниска (тъй като входният сигнал се подава директно на I и Q входа на RTL2832 без да минава през R820T) около 30 – 35uV. Едно от възможните решения на проблема е да се ползва вторият вход (2) където чувствителността е значително по-добра , но за целта е необходимо целият нискочестотен спектър до 28 MHz да се пренесе в УКВ обхвата,на честоти по високи от 108 MHz.
Описаното в тази статия устройство представлява конвертор , който пренася целият радиочестотен спектър от 1,8 до 30 MHz в обхвата от 110,490 MHz до 138,690 MHz. За основа ползвах публикуваната от Tomasz WatoroWski схема на подобен конвертор. В моят вариант промених някои части от схемата , а други добавих. Печатната платка и схематаа са направени така , че дават възможност за експериментиране. Например могат да се премахнат или променят някои от съгласуващите звена или да се промени типа на входният филтър с цел подобряване на приемането. Схемата на конвертора е показана на фиг.1.
Фиг.1
Нека да разгледаме работата на конвертора. Антената е развързана по постоянен ток от входа на конвертора благодарение на кондензатора C1 , следват два противопосочно свързани диода (D1 , D2) чиято роля е да защитават входа от проникване много силни входни сигнали – при напрежения по-големи от 0,6 V диодите се отпушват и шунтират входният сигнал. С елементите L1 ,L2,C3,C4,C5,C6 и C7 е построен нискочестотен филтър на Кауер от пети ред който пропуска целият спектър на сигнала до 28 MHz. За изчисляването на елементите на филтъра използвах програмата SWC Filter Designer V 2.12 на W4ENE. Амплитудночестотната характеристика на вече готовият филтър е показана на фиг.2.
Фиг.2
Загубите в лентата на пропускане са около 3dB. При проектирането на филтъра избрах честота на среза 28MHz , за да може честотата на осцилатора (36,230MHz) да остане извън лентата на пропускане на филтъра. По този начин се предотвратява възможността за образуване на паразитни комбинационни честоти на входа на конвертора.
С индуктивността L5 и C2 е изградено просто съгласуващо звено , чиято задача е да преобразува изходното съпротивление на входният филтър (50 ома) до входното съпротивление на смесителя U1 което е около 1500 ома. Стойностите на елементите на съгласуващото звено са изчислени за съгласуване при честота 14 MHz , тъй като това е приблизително средната честота на радиолюбителският обхват. Целта е да имаме максимално добро прехвърляне на сигнала от антената до входа на смесителя. Като смесител е избрана популярната интегрална схема NE612. Тя съдържа високочестотен усилвател , двойнобалансен смесител и осцилатор. Усилвателят осигурява усилване на входният сигнал около 14 dB. NE612 е предназначен да работи с входни честоти до 500 MHz , а максималната работна честота на локалният осцилатор е 200 MHz. Въпреки високата работна честота на осцилатора при експериментите срещнах големи трудности при оптите ми да накарам генератора да работи на честоти по- високи от 35 MHz. Това беше и причината да се спра на малко по – сложна схемна реализация. Генератора е построен с транзистор T1 , а бобината IF3 се настройва докато се получи максимална амплитуда на изходният сигнал от генератора.Честотата на осцилатора (36,230 MHz) е подбрана така , че след утрояване да се получи честота която е извън гражданският обхват (88 MHz -108 MHz).
От осцилатора сигналът се снема от емитера на T1 и през прехвърлящият кондензатор C25 се подава в базата на T2. С бобината IF1 ,кондензатора C21 и T2 е изграден утроител. Резонансната честота на трептящият кръг IF1 ,C21 се настройва на утроената честота на основният хармоник на осцилатора (108,690 MHz). Чрез втората секция на бобината IF1 и C20 е изграден последователен трептящ кръг. Утроената честота постъпва за усилване в резонансният усилвател изграден с транзистора T3 и паралелният трептящ кръг образуван от C22 и първата секция на IF2. Сигналът от усилвателя се снема от трептящият кръг образуван от втората секция на IF2 и C23 и през прехвърлящият кондензатор C19 попада на входа на смесителя. Сигналът подаван към смесителя е с честота 108,690 MHz и амплитуда около 300 mVp-p.
Елементите R2,C16 , R3,C17 и R4, C18 образуват филтърни групи на захранването , като по такъв начин предотвратяват проникване на високочестотни сигнали от отделните стъпала в захранващата верига , а от там и евентуалното самовъзбуждане на устройството.
Захранването на отделните стъпала се осъществява през антенният изход на конвертора (P2). Стабилизираното захранване ( +5 V) се осигурява от RTL-SDR приемника през антенният му вход. За да се получи надеждно изолиране на захранването от високочестният изходен сигнал са поставени разделителният кондензатор C11 и дроселът Dr1.
С бобината L3 и кондензатора C12 е изградена втора съгласуваща верига (подобна на L5 , C2) от 1500 ома (такова е изходното съпротивление на NE612) към 75ома (такова е входното съпротивление на RTL-SDR приемника). Честотата за която трябва да се постигне максимално съгласуване ще е 108,690 MHz + 14,000 MHz = 122,690 MHz.
Бобината L4 и кондензатора C13 образуват режекторен кръг (последователен трептящ кръг) , който се настройва на утроената честота на осцилатора (108,690 MHz). Целта е да се потисне проникването на осцилаторната честота в изходният сигнал. Амплитудночестотната характеристика на изходният филтър е показана на фиг.3
Фиг.3
Изпълнение.
Нека започнем с бобините на входният филтър. L1 е изработена от проводник ПЕЛ 0,7 и съдържа 9 намотки с диаметър ф 5мм. L2 е подобна и съдържа 8 намотки от проводник ПЕЛ 0,7 с диаметър ф5мм. Входният филтър не е критично звено в конструкцията и смятам , че не се нуждае от допълнителна настройка.
IF1 и IF2 са идентични и съдържат по две намотки , разположени една над друга и навити в една и съща посока. Всяка от намотките е изработена от от проводник ПЕЛ 0,7 и съдържа 5 намотки. Тялото върху , което се изпълняват намотките е с диаметър ф5 мм.
IF3 също е навита върху тяло ф5 мм и съдържа 16 намотки от проводник ПЕЛ0,4.
L3 и L4 са идентични. Изработват се върху тяло ф5 мм и съдържат по 5 намотки от проводник ПЕЛ0,7.
Всички бобини са екранирани , за да се предотврати влиянието на външни полета върху работата им.
Кондензаторите C21 , C22 и C23 могат да се запоят директно върху съответните бобини като при това те ще останат екранирани от металните капачки на бобините. Аз избрах този вариант на монтаж , въпреки , че на платката е предвидено място за тези елементи.
Бобината L3 (3.3uH) и Dr1(100uH) са фабрични. Смесителят U1 се поставя на цокъл за по-голямо удобство.
Всички елементи са разположени върху едностранна печатна платка с размери 60х100мм. Графичният оригинал на платката и разположението на елементите е показано на фиг.4 и фиг.5
фиг.4 фиг.5
Изображенията на страна спойки и страна елементи са дадени огледални , за да може от pdf файловете да се изработят фотошаблони (ако се ползва фотографски метод за изработка).
На фиг.6 е показана наситената печатна платка без поставени защитни екрани на бобините.
Фиг.6
На фиг.7 се вижда готовият конвертор с поставени защитни екрани на бобините.
фиг.7
Настройка:
„Оживяването“ на конвертора може да започне с подаване на захранване +5 V на куплунг P2 , като предварително сме извадили U1 от цокъла. С волтметър проверяваме дали на извод 8 на U1 имаме напрежение +5V. По същият начин проверяваме дали имаме захранващо напрежение и на колекторите на T1,T2 и Т3. Ако всичко е наред , изключваме захранването , поставяме U1 на мястото и отново подаваме захранване. При 5 V захранващо напрежение консумацията на цялото устройство трябва да е около 10мА. Свързваме осцилоскоп към емитера на Т1 и въртим сърцевината на бобина IF3 адкато получим сигнал с максимална амплитуда и честота равна на честотата на кварцовият резонатор Q1 (36,230 MHz). Проверете честотата с честотомер. Свържете сондата на осцилоскопа в изхода на умножителя (връзката IF1 и C20) и въртете сърцевината на IF1 докато отделите третият хармоник на осцилатора (108,690 MHz). Търси се положението, при което амплитудата е максимална. Свържете сондата на осцилографа към извод 6 на U1 и регулирайте IF2 до получаване на максимална амплитуда.
Сега внимателно донастройте и трите бобини IF3,IF1 и IF2 до получаване на сигнал с максимална амплитуда и чистота.
При настройката на бобините можете да изпробвате различни сърцевини – не всички сърцевини дават добри резултати. Сигналът на извод 6 на U1 трябва да е с амплитуда около 300 mVp-p. С това настройката на осцилатора и умножителя приключва.
Настройката на изходният режекторен филтър L4 – C13 става най-лесно с помощта на програмата SDRsharp. За целта свържете конвертора към RTL-SDR приемника , а приемника свържете към компютъра и стартирайте SDRsharp. Към входа на конвертора не включвайте антена , а го оставете свободен. В полето Shift на SDRsharp добавете отместването на честотата , което ще имаме (в нашият случай 108690000 Hz). За работна честота изберете 0 Hz и стартирайте приемането. По този начин ще наблюдаваме в началота на обхвата (най-в ляво на екрана) спектъра на умножената честота от генератора. Освен основната честота в целият обхват се наблюдават и множество паразитни комбинационни честоти.Започнете да настройвате сърцевината на L4 до получаване на минимални нива паразитните честоти. Настройката трябва да се прави много бавно , защото промените които правим се отразяват на екрана с известно закъснение. При добра настройка спектърът се изчиства.На фиг.7 се вижда приeманата честотна лента преди да е настроен режекторният кръг , а на фиг.8 след регулиране на L4.
Фиг.7
фиг.8
По подобен начин се настройва и L3. От сигналгенератор подаваме сигнал с амплитуда около 1 uV и честота 14 MHz на входа на конвертора. Настройваме RTL-SDR приемника на същата честота. Наблюдаваме на екрана подадения от генератора сигнал и настройваме сърцевината на L3 до получаване на максимално ниво на приетия сигнал.
Ако нямаме сигналгенератор , алтернативен вариант е да свържем към входа на конвертора антена и да си изберем честота на която виждаме някой постоянен по амплитуда сравнително слаб сигнал. Сега отновo въртим сърцевината на L3 до получаване на максимално ниво на приетият сигнал.
С това настройката на конвертора приключва. Чувствителността на готовият конвертор е около 0,5uV.
На долните няколко адреса можете да разгледате статии с описание на работата на RTL – SDR примници.
Кратко описание на работата на RTL-SDR приемника (статията е на руски)
Описание на набора за сглобяване (SDR 100 KHz – 1.7GHz) и повишаващ преобразувател за обхвата 0 – 30MHz (статията е на руски)
http://blog.radiospy.ru/obzory/o-kitajskom-nabore-sdr-100khz-1-7ghz-direct-sampling.html
Описание на набора за сглобяване SDR 100 KHz – 1.7GHz (статията е на руски)
25.11.2018г.