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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Prefijo SDR panorámico universal para transceptor HF. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Antenas. Mediciones, ajuste, coordinación Hoy en día, probablemente no haya radioaficionado que no sepa, al menos en términos generales, qué es SDR (Software-Defined Radio). Ya se ha escrito mucho sobre este tema, y en el marco de este artículo no es necesario entrar en detalles sobre qué es y cómo funciona. Supondremos que el lector tiene alguna idea y alguna experiencia en esta área. Esta tecnología de procesamiento de señales relativamente nueva está impregnando cada vez más nuestra vida de radioaficionados, y ya hay muchas estaciones de radio en el aire que utilizan transceptores SDR. Algunos radioaficionados escuchan el aire y observan visualmente la situación en los receptores SDR, pero aún transmiten su señal al aire utilizando el transceptor "clásico" habitual. De hecho, además de la excelente calidad de recepción de la señal de radioaficionados en tecnología SDR, atrae la presencia de un hermoso e informativo panorama del aire en la pantalla de la computadora. Pero trabajar en transmisión desde un transceptor convencional también tiene sus ventajas. Por ejemplo, la mayoría de los transceptores importados, por regla general, tienen una salida "estándar" de 100 W, y muchos modelos también tienen un sintonizador automático incorporado. La mayoría de los transceptores SDR que se ofrecen para la compra o la repetición proporcionan una pequeña potencia de salida del transmisor (no más de 20 W) y no tienen un sintonizador de antena incorporado. Por lo tanto, en el futuro, también deberá cuidar un amplificador de potencia lineal adicional y filtros de paso bajo de salida. En general, un transceptor SDR puede ser bastante costoso. Para muchos aficionados, también existe una barrera psicológica, virtual. El transceptor en la pantalla de la computadora no se adapta a todos, y una persona prefiere tener sobre la mesa no una caja anodina con un par de LED y conectores, sino un transceptor real con hermosos botones y perillas que puede tocar y girar. Ni mucho menos todo el mundo puede tener también ambos, y a la hora de elegir, la mayoría sigue prefiriendo los “clásicos”. Entonces, ¿qué hacer si tiene un buen transceptor ordinario, no hay dinero para comprar un transceptor SDR por separado, pero está de moda y es deseable usar los "beneficios" de SDR? Hay dos formas principales con sus propias ventajas y desventajas. Considerémoslos por separado. La primera forma es comprar o hacer un receptor SDR completo por separado y trabajar en la transmisión a la antigua usanza, desde un transceptor convencional. En este caso, debe ocuparse de al menos dos cosas: la conmutación de antena, que debe estar conectada al receptor SDR en modo de recepción y a la salida del transceptor durante la transmisión, y la sincronización de la frecuencia de sintonización y los modos de funcionamiento del transceptor y un receptor SDR separado. Si la interferencia con el transceptor no está planificada y no es aceptable para su propietario, esta es una opción muy conveniente para implementar la recepción SDR. Es cierto que no es el más barato y fácil. Un buen ejemplo es el receptor "Hanter" (alrededor de $200), que tiene una unidad de conmutación de antena incorporada. El esquema de este receptor está disponible en el sitio web del fabricante [1]. Allí puede aprender por sí mismo muchas soluciones de circuito interesantes (unidad de conmutación en particular) en caso de que desee hacer un sistema de recepción SDR de este tipo. En cuanto a la sincronización de la configuración del receptor SDR y el transceptor, no todo es tan simple con la producción propia. El receptor debe poder intercambiar información sobre la frecuencia y los modos de funcionamiento con el programa SDR, que, a su vez, también debe poder comunicarse con otros programas. Y la elección aquí, en principio, es pequeña. Básicamente, para controlar el receptor, todos usan la interfaz USB de una computadora y usan un sintetizador de frecuencia basado en el chip Si570 (debido a la disponibilidad de software para que el microcontrolador controle el sintetizador y el receptor). Este sintetizador se usa en muchos receptores y transceptores SDR de la serie "SoftRock", y también se puede comprar como un dispositivo separado del receptor [2]. Hay mucha información sobre la fabricación, así como sobre las posibilidades de adquirir varios conjuntos SDR en Internet, y si lo deseas, no te será difícil encontrarlo en cualquier buscador. Basta con introducir las palabras clave "sdr softrock" o similar. Por ejemplo, puede comenzar la revisión con un sitio muy informativo e interesante RV3APM [3]. Solo una de las páginas de este sitio [4] habla brevemente sobre la sincronización de un receptor y un transceptor separados. La segunda forma de implementar la recepción SDR es conectar el receptor SDR más simple (decodificador panorámico) a una frecuencia fija a la ruta de FI del transceptor. Este método se describe en detalle en el sitio web de WU2X, el autor del programa especial POWERSDR/IF STAGE [5]. Como ejemplo, también describe cómo conectar dicho receptor SDR a la salida IF del transceptor TS-940S. El único inconveniente de un esquema de conexión de este tipo es que no todos los transceptores tienen una salida de IF almacenada en búfer, e incluso una de banda ancha, es decir, fuera de la ruta de recepción al filtro de selección principal. Y si no hay tal salida IF, tendrá que hacerlo usted mismo o abandonar este método y volver al primero: un receptor separado. Si es un radioaficionado bastante calificado, puede encontrar fácilmente el primer mezclador receptor en el circuito de su transceptor y conectarle una etapa de búfer, desde cuya salida puede enviar la señal IF del receptor al panel posterior del transceptor. Por ejemplo, en la fig. 1 muestra un fragmento del circuito transceptor IC-735 con un amplificador de búfer incorporado.
Entonces, supongamos que tenemos una salida IF. Ahora debe seleccionar un receptor. En esta etapa, también habrá cierta separación de opciones, dependiendo de la frecuencia de FI del transceptor. Si la frecuencia de FI es "baja", menos de 40 MHz, e incluso "redonda", por ejemplo, 9 MHz, entonces tiene suerte. La opción más fácil es comprar, por ejemplo, aquí [6], un conjunto económico ($21) de receptor SDR de banda única "Softrock 6.2" o similar, diseñado para recibir un alcance de 40 o 30 metros, y un receptor de cuarzo de 12 MHz. resonador. El circuito oscilador local del receptor permite excitar este resonador en el tercer armónico, es decir, a una frecuencia de 36 MHz. Dado que la señal del oscilador local en el receptor se divide por cuatro antes de enviarse al mezclador, obtenemos una frecuencia de recepción SDR de aproximadamente 9 MHz. Esta es la opción más barata y, se podría decir, la ideal. Pero usted mismo puede ensamblar un receptor similar con un IF fijo. En Internet se han propuesto muchas opciones de receptores simples basados en varios componentes. Y aquí es imposible no mencionar al conocido y respetado radioaficionado Tasa (YU1LM), quien desarrolló y publicó muchas variedades de receptores y transceptores SDR. Es muy útil visitar su sitio web [7], donde se pueden encontrar diagramas y descripciones detalladas del trabajo de sus diseños, dibujos de placas de circuitos impresos (sin embargo, todo esto está en inglés). Todo es bueno y comprensible si se dispone de un resonador de cuarzo para la frecuencia requerida. ¿Y si no lo es? ¿Qué hacer? La elección es pequeña. O abandone esta idea o haga un sintetizador de frecuencia, que se discutirá a continuación. Ahora consideremos la opción más compleja (y, desafortunadamente, la más común): un transceptor con un IF "alto" y, en consecuencia, una conversión "hacia arriba". La gran mayoría de los transceptores propietarios se fabrican de acuerdo con esta estructura, pero no todos los microcircuitos digitales comúnmente utilizados en los receptores SDR son capaces de operar a frecuencias del orden de los 80 MHz. También es necesario disponer de un resonador de cuarzo a la frecuencia deseada. Hay otras dificultades también. En este caso, los autores de algunos diseños utilizan conversión de doble frecuencia. La señal de la primera FI del transceptor (45...80 MHz en la mayoría de los casos) se transfiere a la segunda FI, a una frecuencia en la que el receptor SDR es capaz de operar. Esta no es la mejor manera, ya que la doble conversión reduce los parámetros dinámicos alcanzables del receptor y puede crear una interferencia interna adicional a la recepción si las frecuencias de conversión no se eligen correctamente. El rango dinámico de un decodificador panorámico debe tomarse en serio, incluso si continúa recibiendo en el transceptor y solo mira el panorama. Cualquier sobrecarga tanto del primer mezclador del transceptor como del mezclador del receptor SDR, así como de la entrada de la tarjeta de sonido del ordenador, dará lugar a la aparición de un panorama de señales falsas que realmente no existen en la imagen. Cualquier producto de recorte y productos de intermodulación serán perfectamente visibles en el panorama. Por lo tanto, es necesario hacer coincidir bien toda la ruta de recepción SDR en términos de niveles de señal. Evite la sobrecarga. Un criterio simple: en el rango "más silencioso", la pista de ruido panorámico solo debe aumentar ligeramente cuando la antena está conectada al transceptor, es decir, se necesita un pequeño margen de sensibilidad, pero no más. No se deben permitir situaciones en las que el ruido del aire cuando la antena está conectada eleve la pista de ruido del panorama en media pantalla, es decir, en decenas de decibelios. Simplemente perderá la señal en el ruido, limitando el rango dinámico de todo el sistema. Utilice los atenuadores del transceptor o un atenuador separado en la entrada del decodificador panorámico. Además, no descuide un buen filtro de paso de banda para la frecuencia de la FI recibida en la entrada de su receptor SDR. A la salida del primer mezclador del transceptor, existe una amplia gama de varias frecuencias combinacionales, y el receptor SDR también tiene canales laterales de recepción (en los armónicos del oscilador local, por ejemplo), y una situación de recepción de interferencia para esta razón es posible. Y si en un transceptor convencional escuchamos interferencias solo cuando caen en la banda de paso del filtro de selección principal, entonces con la recepción SDR vemos todo en el panorama. Estas son recomendaciones generales. A continuación, pasamos a la consideración del accesorio panorámico propuesto para la repetición, cuyo diagrama se muestra en la Fig. 2.
El dispositivo es un receptor de conversión directa a una frecuencia fija y tiene un circuito muy parecido a "SoftRock 6.2". Esta opción tiene excelentes parámetros dinámicos y una muy buena relación simplicidad/precio/calidad. La principal diferencia con el "SoftRock" original es el uso de un sintetizador de frecuencia en el chip Si570 CAC000141G (DD2) en lugar de un oscilador de cristal. Esta solución le permite ajustar el decodificador panorámico a la frecuencia de recepción de la primera señal IF de cualquier transceptor, y no es necesario buscar el resonador de cuarzo deseado. Esta no es una solución barata (un chip Si570 cuesta alrededor de $30...40), sino el diseño de circuito más simple y de la más alta calidad. Con un sintetizador de este tipo, puede recibir señales de 1 a 80 MHz e incluso más. El chip Si570 (versión CMOS) es capaz de generar una señal con una frecuencia máxima de hasta 160 MHz, pero la frecuencia de recepción máxima estará limitada por la velocidad de los interruptores analógicos utilizados en el mezclador: el chip FST3253 (DD4). Realmente se verificó el funcionamiento del decodificador a la frecuencia del transceptor ICOM IF - 70,4515 MHz. El esquema del receptor se puede seleccionar en una de dos opciones. La parte receptora y el sintetizador son los mismos para ambas versiones del decodificador panorámico, la única diferencia está en los desfasadores. La opción que elijas depende de ti. El PCB también está diseñado para dos opciones. La primera opción es usar un desfasador en un divisor por cuatro, es decir, el más común, brindando en nuestro caso una frecuencia máxima de recepción de 40 MHz (160 MHz / 4) y no requiere un ajuste de desfasador. Esta opción es útil para transceptores de baja FI.
La segunda opción es utilizar un circuito RC integrador como desfasador, que retrasa la señal de uno de los canales del desfasador en relación con el otro canal en 90° en fase (Fig. 3). Esta opción requiere la selección de la capacitancia de los capacitores de cambio de fase y el ajuste fino con una resistencia de ajuste. Tal cambiador de fase, en lugar de un divisor de frecuencia por cuatro, le permite generar dos señales directamente en la frecuencia operativa del sintetizador, sin dividirla. En el caso de un sintetizador basado en el Si570, es posible obtener la frecuencia de salida del defasador hasta 160 MHz. Esta frecuencia máxima estará determinada por la velocidad de los inversores aplicados y la influencia de la capacidad de montaje a altas frecuencias. Se utiliza una opción similar en el receptor YU1LM "Monoband SDR HF receiver DR2C". En su web puedes encontrar un circuito receptor completo con una descripción detallada del funcionamiento de este desfasador. El diagrama YU1LM también muestra los valores aproximados de la capacitancia del capacitor desfasador, dependiendo de la frecuencia recibida (la frecuencia de la primera IF de su transceptor). El filtro de paso de banda de entrada de segundo orden, C2L17C1, es de banda bastante ancha. El diagrama muestra los valores nominales para la frecuencia de FI en la banda de 18 MHz. Para un valor de IF diferente, es necesario volver a calcular los valores de los elementos de filtro. Es muy simple y conveniente hacer esto usando el programa RFSim8.10,7 [99]. El popular y económico microcontrolador Atmega570 (DD8) con los códigos de programa del archivo SOFT_UNIPAN.hex grabados en su EEPROM se usa para controlar el sintetizador de frecuencia Si1. La bobina L1 contiene 24 vueltas enrolladas con cable PEV-2 de 0,35 en un núcleo magnético de anillo Amidon T30-6. El transformador mezclador T1 está enrollado en un circuito magnético similar y con el mismo cable. El número de vueltas del devanado primario - 9, el secundario - 2x3. El chip 0PA2350 (DA4) se puede reemplazar con otro amplificador operacional dual de bajo ruido. La ganancia se ajusta seleccionando las resistencias R8 y R10.
Todo el dispositivo está ensamblado en una placa de circuito impreso con dimensiones de 60x65 mm (Fig. 4) de lámina de fibra de vidrio de doble cara, y en la fig. 5 muestra la ubicación de las piezas en él (todas para la opción de receptor con un divisor por cuatro). Casi todas las resistencias y condensadores son de tamaño 0805.
Para programar el controlador, es conveniente utilizar el programador USBasp. Es relativamente económico y conveniente ya que utiliza una conexión USB a una computadora. Hay mucha información sobre estos programadores y programas para ello en Internet. El programador está conectado al decodificador panorámico con un cable ISP estándar (viene con la mayoría de los programadores vendidos) para la programación.
La configuración del microcontrolador se establece de acuerdo con la Fig. 6 en la ventana del programa que sirve al programador, es decir, sólo se programan los bits de configuración necesarios para trabajar con el oscilador interno de 8 MHz (CKSEL=0100 y SUT=10). También debe configurar los bits EESAVE=0, BODEN=0, BODLEVEL=1 (2,7 V). El control del sintetizador es extremadamente simple. Después de escribir el programa, la frecuencia de generación predeterminada se establece en 35,32 MHz, que, en el caso de un divisor por cuatro, da una frecuencia de 8,83 MHz, correspondiente a la frecuencia de FI del transceptor TS-940S. La frecuencia de generación se puede cambiar en un amplio rango utilizando los botones "FR-" (SB3) y "FR +" (SB4). La velocidad de sintonización aumenta manteniendo presionado el botón "FAST" (SB2). Una vez configurada la frecuencia deseada, debe presionar el botón "GUARDAR" (SB1), y el nuevo valor se escribirá en la memoria no volátil del microcontrolador: EEPROM. Esta frecuencia se establecerá cada vez que se encienda el decodificador panorámico. La frecuencia de generación del sintetizador puede controlarse mediante instrumentos de medición o escucharse en un transceptor u otro receptor. El conector X3 "MUTE" puede ser útil para bloquear la recepción SDR en el momento de la transmisión, para lo cual deberá cerrar los contactos de este conector. Chip DA1 - detector de caída de voltaje (supervisor). En su ausencia, se han dado casos de pérdida de datos en memoria no volátil en otros diseños. El receptor prácticamente no necesita ser configurado y, con una instalación adecuada, comienza a funcionar de inmediato.
En la fotografía de la Fig. 7 muestra una vista del accesorio panorámico terminado. Es algo diferente de las opciones propuestas, ya que ambas opciones se elaboraron y probaron en él, con un divisor por cuatro y un cambiador de fase RC. Las pequeñas dimensiones en muchos casos permiten colocar este decodificador directamente dentro del transceptor, y ya desde el transceptor emite una señal I / Q lista para conectar a la entrada de línea de una tarjeta de sonido de computadora. Bueno, entonces debe instalar el programa POWERSDR IF STAGE en su computadora y estudiar cuidadosamente toda la información en el sitio web de WU2X [5]. En conclusión, me gustaría señalar algunas ventajas de usar un decodificador panorámico sobre el uso de un receptor SDR separado. Esto es relativa simplicidad, y el bajo costo del decodificador en sí, y la facilidad de conexión al transceptor. Si no hay necesidad de controlar el transceptor desde el lado del programa SDR, es decir, está satisfecho con el control y la sintonización de frecuencia del transceptor, entonces se puede usar casi cualquier programa SDR para ver el panorama y la recepción SDR (no hay necesita sincronizar las frecuencias de un receptor y un transceptor separados). La desventaja es que necesita una salida IF en el transceptor. Actualmente, el decodificador panorámico funciona con un transceptor Kenwood TS-940S. El programa del microcontrolador y los dibujos de la segunda versión de la placa de circuito impreso del receptor se pueden descargar desde ftp://ftp.radio.ru/pub/2013/07/SDR4z5ky.zip. Literatura
Autor: Sergey Stolyarov
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