Software Defined Radio -программно определяемое радио, новое течение в построении радиолюбительских конструкций, где часть функций приёмника (местами и передатчика) переложены на компьютер (микропроцессор, микроконтроллер). Взглянем на структурную схему:
Сигнал с антенны поступает на входные цепи, где отфильтровывается от ненужных сигналов, может усиливаться или делиться, всё зависит от задач устройства. В смесителе полезный сигнал смешивается с сигналами гетеродина. Да да, именно сигналами! Их два, и они сдвинуты по фазе на 90 градусов один относительно другого.
На выходе смесителя мы уже имеем сигналы звуковой частоты, спектр которых лежит от частоты гетеродина выше и ниже. К примеру: гетеродин равен 27,160мегагерц, а частота полезного сигнала 27,175мегагерц, на выходе смесителя мы имеем сигналы частотой 15килогерц. Да! Снова два. Их ещё называют IQ сигналами. Аудио усилителем уровень доводится до нужного уровня и подаётся на АЦП. По сдвигу фаз IQ сигналов, программа определяет выше или ниже гетеродина был полезный сигнал и подавляет ненужную зеркальную полосу приёма.
Примерно на тех же принципах кстати, работает и SDR передатчик: сдвинутый по фазам низкочастотный сигнал из ЦАП, смешивается с гетеродином в смесителе, на выходе мы имеем уже модулированный высокочастотный сигнал, годный для усиления по мощности и подаче на антенну.
Также следует отметить, что появились ещё более современные SDR системы, в них полезный сигнал напрямую подаётся на быстродействующий АЦП.
В радиолюбительской технике нижнего и среднего сегмента в основном, в качестве АЦП используется звуковые карты компьютера. Как встроенные в материнскую плату, так и внешние, подключаемые по USB или вставляемые в PCI разъём материнской платы. Причина этому проста: обычно встроенные в материнскую плату звуковые карты не блистают хорошими характеристиками и это компенсируют установкой внешних. Полоса обзора (полоса, в которой sdr способен принять полезный сигнал без перестройки гетеродина) напрямую зависит от звуковой карты: чем выше частота которую способна оцифровать звуковая карта, тем шире полоса обзора. Обычно это значения 44 килогерца(полоса обзора 22), 48 килогерц(полоса 24), 96 килогерц(48)и даже 192(96) килогерца. В технике высокого сегмента применяют качественные и дорогостоящие АЦП, сигнал с которых преобразуют встроенным в SDR микропроцессором к понятному компьютеру.
Основное примущество SDR технологии в радиолюбительской практике: это большое количество видов модуляций, регулируемые параметры трансивера (ведь обработка сигналов идёт программно) и панорамный обзор диапазона.
Так как SDR трансиверы и приёмники по сути своей есть приёмники и трансиверы прямого преобразования, будет полезно ознакомиться с теорией процессов происходящих в данных устройствах. Как именно выделяется или формируется нужная боковая полоса в SDR становиться понятно после прочтения документа.
Вопросы и мифы об SDR
Вопросы и мифы
Один из самых распространенных вопросов на сегодняшний день после покупки SDR-radio – это: «Какой компьютер использовать?» или «Какой компьютер купить, что бы его хватило на несколько лет?» Если ответить коротко, то сегодня – любой. И на этом статью можно было бы закончить. У меня же была возможность протестировать трансивер на нескольких компьютерах с разными параметрами, из которых я решил составить маленькую статью о том «Чего и сколько» в процентах.
На сегодняшний день, если после покупки трансивера вы решите сразу обновить и компьютер, то обратившись в ближайший компьютерный магазин, вы можете собрать любую систему в диапазоне от 10 до 30 тысяч рублей. Любой собранный сегодня системный блок компьютера обеспечит работу программу Power SDR с минимальной загрузкой ресурсов. Но не всем стоит сразу бежать в магазин за новым компьютером. За новым компьютером стоит бежать только в том случае, если у вас достаточно старый системный блок – это от 2007 года и старше. Моё же мнение, что сегодняшние, даже не самые дорогие компьютеры – лучше подходят для SDR, чем самые дорогие, но 3-5 летней давности. Для примера, если взять 2х ядерный процессор частотою 2ГГц выпуска 2007 года и такой же частоты 2011 года, то вычислительная мощность у них будет различаться в разы! А это значит, что программа Power SDR будет на старом процессоре использовать ресурсов так же в разы больше. Сколько это в цифрах – увидите сами минутой позже.
Для опытов я использовал несколько компьютеров разной комплектации и разных годов выпуска, несколько ноутбуков и даже решил опробовать пару нетбуков как особо слабые, но вполне возможные для использования варианты. На сегодня, все продаваемые компьютеры можно разделить на несколько категорий:
1. Компьютер классической конфигурации, включающий системный блок с материнской платой и полноценным процессором – на сегодня самая скоростная система. Ценовая категория 8 – 40 тыс. руб. в зависимости от типа процессора, материнской платы, объёма ОЗУ, винчестера и видеокарты;
2. Миниатюрные системные блоки, неттопы и моноблоки на основе процессоров АТОМ, которые впаяны на материнскую плату. Ценовая категория от 10 до25 т.р;
3. Ноутбуки на основе полноценных процессоров, ценовая категория от 15 до 50 т.р;
4. Нетбуки на основе процессоров АТОМ с ценами от 8 до 15т.р.
5. Планшетные компьютеры с процессорами АТОМ от 15 до 25т.р.
Все эти категории компьютеров сегодня будут работать с программой Power SDR. Отличаться они будут только количеством процентов загрузки системы. Так, нетбуки на основе процессора АТОМ, будут загружать систему от 30% и выше. А компьютеры на основе полноценных процессоров, максимум до 30%, и то, 20-30% будет на самых низкоскоростных процессорах. Следует так же знать, что скорость процессора – не единственный показатель производительности компьютера, отвечающий за всю математику в программе Power SDR. Этот параметр так же зависит от количества оперативной памяти. На сегодняшний день её должно быть минимум 1ГГб. На этом минимуме Power SDR ещё будет сносно работать. И чем слабее процессор, тем более её количество критично для нормальной работы. Ниже по тексту вы это увидите. Т.е. на количестве памяти лучше не экономить, и если есть возможность – укомплектовать материнскую плату памятью по возможному максимуму.
Для тех же, кто размышляет менять или менять компьютер, а так же, если менять – то на какой, представляю тестируемые мной системы:
1. Системный блок на основе процессора AMD Athlon 64 x2 Dual Core Processor 4800+ частотою 2.5ГГц. RAM 4Gb – загрузка 13…16%; ()
2. Системный блок на основе процессора Intel Pentium 4/800MHz(шина) частотою 2.6ГГц, RAM 1Gb – загрузка 25…30%; ()
3. Системный блок на основе процессора Intel ATOM D410 , RAM 2Gb – загрузка 34…40%; ()
4. Системный блок на основе процессора Intel АТОМ D525 , RAM 4Gb – загрузка 20…25%; ()
5. Системный блок на основе процессора VIA PV530 , RAM 2Gb – загрузка 65…70%; ()
6. Ноутбук Sony процессор Intel Core 2 Duo T6400 2GHz, RAM 4Gb – загрузка 14…16% ()
7. Ноутбук HP процессор Core 2 Duo T8400 2.24GHz, RAM 3Gb – загрузка 18..22%; ()
8. Нетбук Asus EEEPC 900, RAM 2Gb – загрузка 40-45%; ()
9. Нетбук Asus EEEPC 4G, RAM 1Gb в облегчённом режиме 630МГц – загрузка 80…85%; ()
10. Нетбук Asus EEEPC 4G, RAM 1Gb в полно скоростном режиме 900МГц – загрузка 55…60%; ()
Последние данные с применением таких старых нетбуков как EEEPC 900 и EEEPC 4G показывают, что программа Power SDR может работать и на таких слабеньких компьютерах. Причём ЕЕЕПС 4G работал на внешнем 19" мониторе, и в 2х режимах - 630 МГц и 900 МГц. При обоих режимах программа работала, но с разной величиной загрузки процессора. Сегодня можно приобрести нетбук с более мощным процессором и большим количеством оперативной памяти ОЗУ. Использовать их можно, например, как второй приёмник или трансивер для дачи в связке с трансивером Flex SDR-1500. На ноутбуках и на AMD-компьютере стояла система Windows 7, на всех остальных – Windows XP Sp3. Трансивер использовался SDR Flex-1500.
Все представленные цифры загрузки, имеют усреднённое значение – это мы видим на скриншотах. На каждом компьютере была установлена программа лог-журнала UR5EQF и загрузка возрастала не более чем на 5-7%. Также, хочу отметить, что загрузка процессора практически не зависит от качества применяемой видеокарты и количества памяти на ней. При тестировании программы Power SDR на системном блоке №2 с процессором Intel Pentium 4, я пробовал ставить очень старую видеокарту Riva TNT 2 c 16Mb видео памяти и мощную игровую видеокарту GeForce 6600 с 512Mb видео памяти. Цифра загрузки процессора практически не поменялась. Это говорит о том, что все расчёты DSP блока в программе лежат на плечах применяемого процессора. А разница в цифрах загрузки на ноутбуках показывает, что при расчётах активно используется ОЗУ. Процессор в ноутбуке НР мощнее и быстрее, чем в ноутбуке Sony на 250МГц, но памяти в нём меньше. Соответственно разница в загрузке составила порядка 7-10% в пользу Sony. Исходя из показанных цифр, можно предположить, что полноценные процессоры сегодняшнего дня – Intel i3, i5, i7 дадут еще меньшие цифры загрузки, т.к. они выполнены по более современной технологии и имеют на много большую производительность, чем старые процессоры при тех же значениях частот.
Особый интерес представляет собой связка SDR Flex-1500 с планшетным компьютером на основе процессора Atom N570. К сожалению, у меня не было возможности проверить столь интересную связку, в связи с отсутствием планшета для теста. Если у вас будет возможность, проведите тест и поделитесь впечатлениями… Вероятно стоит ожидать загрузку процессора в районе 20-40% и весьма интересный способ управления программой Power SDR пальцевым методом.
Для набора статистики по степени загрузки компьютера, предлагаю каждому, у кого есть такая возможность, сделать скриншот рабочего стола по образцу приведённых выше скриншотов и с описанием компьютера прислать на . По мере накопления информации, она будет выкладываться на сайте.
Главный миф – компьютер - это страшно, сложно и проблемно.
Компьютер – это уже актуальная необходимость современного мира, помогающая решать множество задач, в т.ч. и радиолюбительского характера. От расчётов на современном инженерном калькуляторе до моделирования схем и антенн. В сфере радиолюбителя–коротковолновика, это в основном управление трансивером, ведение аппаратного журнала, формирование отчётов после соревнования, распечатка, приём и отправка электронных QSL-карточек, контроль за прохождением, информирование о появлении в эфире редкой, дальней станции и наконец, уже сегодня, полная обработка сигнала, как на приём, так и на передачу в технологии SDR. Современное программное обеспечение уже хорошо отточено и сбои в программном обеспечении стали уже редкостью.
Второй миф – компьютерное железо глючно и компьютер сложно собрать самому стабильно-работающим.
Времена, когда отдельные компоненты системного блока между собою могли конфликтовать, уже лет 10 как канули в лету. Основные игроки компьютерного рынка давно друг с другом договорились о протоколах и спецификациях. Крупные компании, давно скупили мелкие. Основные элементы компьютера уже в большей мере содержаться на материнской плате и даже есть класс материнских плат, где «всё в одном» в т.ч. и процессор впаян. Но если вы всё же боитесь сами собирать компьютер, то сегодня в магазинах представлен большой выбор уже собранных системных блоков на любой вкус и любой ценовой категории. В основе своей, они уже с установленным программным обеспечением и оттестированы на стабильность работы. Для особо беспокоящихся, можно рекомендовать ноутбук. Эти компьютеры проходят тестирование на заводе изготовителе. Т.е. можно сказать, что на сегодня хороший ноутбук является не только мобильным компьютером, но и одним из самых стабильных.
Третий и самый распространённый миф, SDR – это сложно в настройке и в работе.
Сложным SDR был в самом начале своего появления. Первая реализация SDR трансивера в лице Flex SDR-1000, а затем всех бесчисленных клонов этого трансивера, требовала применения отдельной звуковой карты, целой кучи кабелей и проводов. Проблем связанных с этим было море. От настройки звуковой карты, до калибровки программы. Проблемы в разъёмах, разводке звука по каналам, совместимостью драйверов и операционных систем. Теперь всё это в прошлом! Самая младшая модель SDR трансивера SDR Flex -1500 уже содержит в себе современный и качественный АЦП и управляется по единственному USB кабелю. Так же АЦП уже встроены в старшие модели Flex-3000 и Flex-5000. Программа настройки сама установит нужные драйвера и откалибрует софт радиоприёмника и передатчика. Проблемы подавления зеркального канала по диапазонам больше не существует. Трансиверы SDR Flex-3000 и Flex-5000 (в комплектации Flex-5000ATU) содержатв в себе автотюнер, и у вас нет необходимости заново настраивать антенны, если вы сменили старый трансивер на новый SDR - трансивер. Теперь просто можно вставить наушники и микрофон в соответствующие гнезда, и работать в эфире. И главная особенность новых трансиверов фирмы Flex-radio – это полная поддержка и совместимость всех выпускаемых версий программного и аппаратного обеспечения со всеми новыми версиями операционных систем Windows фирмы Microsoft.
Мифы о заземлении
Помимо вопросов связанных с выбором компьютера для SDR – трансивера, существует так же несколько мифов о заземлении. На мой взгляд, это самый опасный и наиболее распространённый миф. История не использования заземления показывает, что история никого не учит. И каждый человек, пострадавший однажды достаточно сильно, потом сокрушается «Ну почему я не заземлился?», но поздно – всё сгорело или сам травмировался. В худшем случае, нарушение правил эксплуатации электрооборудования приводит к смертельному исходу. Наиболее частый вариант – это повреждённая аппаратура. И особенно обидно, когда эта аппаратура стоит очень больших денег. Трансиверы SDR – класса больше подвержены выходу из строя из-за нарушения правил эксплуатации и заземления. Связано это со спецификой работы блоков питания. Последствия неправильного радиочастотного заземления проявляются в виде зависаний компьютера и трансивера. В особо тяжелых случаях – это проявляется как «жжение» корпуса компьютера или трансивера.
Рассмотрим два вида заземления. Первое – заземление электротехническое. Второе – заземление радиочастотное.
Заземление электротехническое – это такой провод, через которое стекает постоянный электрический потенциал на землю. Т.е. проводник, имеющий 0-е электрическое сопротивление для постоянного тока между устройством под потенциалом и землёй. В частном случает это провод для электрического тока частотою 50Гц.
Как такое заземление работает?
Если, совершенно случайно, выгорает какой-нибудь элемент усилителя или трансивера, находящийся под высоким напряжением (обычно в блоке питания), или просто отваливается провод питания и предохранитель не сгорает – то корпус устройства, усилителя, блока питания и\или трансивера будет находиться под потенциалом высокого напряжения. Прикоснувшись к нему, вы рискуете получить удар электрическим током. В крайнем случае, вас «пощиплет» за пальцы, а в худшем – может убить. Хороший пример грубого нарушения правил техники безопасности показа . Что бы отвести высокий потенциал с корпуса, нужно предоставить ему проводник, который будет иметь существенно меньшее сопротивление, чем тело человека. Им и является провод заземления.
В корпусе любого компьютера находится импульсный блок питания. Схемотехника всех малогабаритных импульсных блоков питания такова, что на корпусе компьютера всегда присутствует потенциал равный половине питания электрической сети между корпусом блока питания компьютера и землей или 0-ым проводом. Иногда и в выключенном состоянии (зависит от блока питания). Т.е. 100 - 120 Вольт всегда присутствует на корпусе. Некоторых, этот потенциал неоднократно «кусал» за пальцы. А теперь представьте себе ситуацию. Подключаем к компьютеру трансивер. Данный трансивер соединен коаксиальным кабелем с антенной, которая на крыше или в огороде\в поле имеет хороший контакт с землей или хорошо заземлена. В данном случае между трансивером и компьютером будет присутствовать электрический потенциал напряжением 100-120 Вольт. И в момент соединения трансивера с компьютером, вы можете заметить искру. А теперь представьте, как себя чувствует трансивер? Если вам повезло, и общие контакты устройств разъёмов коснулись первыми, то разность потенциала снимается с корпуса и подключение проходит нормально. А если общие контакты касаются вторыми, то этот потенциал напрямую прикладывается к элементам порта связи и в итоге мы имеем «дефектный» трансивер или компьютер с выгоревшим портом. Друзья, это не про вас? Ну, слава Богу! Это пока не про вас. А вот тем, кому не повезло, сейчас наверняка грустно вспоминать убитый трансивер или компьютер и головные боли, связанные с ремонтом и последующей продажей бывшего мертвеца. Потому, друзья, обязательно, перед тем как использовать SDR – трансивер совместно с компьютером, найдите любую точку с нулевым потенциалом или заземления, например трубу с холодной водой для тех, кто живет в квартире. Живущие в частном доме, не поленитесь и сделайте контур заземления, и только тогда, заземлив, пользуйтесь на здоровье трансивером и компьютером.
Рассказывающие о том, что они в жизни заземлением не пользуется, и рекомендующие вообще не пользоваться им – находятся в «группе риска» до поры – до времени. Бегите от таких советчиков подальше, ибо они сами не соблюдают технику безопасности, так ещё и вам насоветуют поставить под угрозу свою жизнь, и жизнь вашей аппаратуры.
Особенно это касается пользователей SDR трансиверов!
Заземление радиотехническо е - провод, по которому «стекает» не излучившийся антенной, ВЧ потенциал на землю.
Представьте себе, что по антенному кабелю бежит горячая бесцветная жидкость и в точке питания антенны она испаряется. А та часть, что не испарилась, стекает обратно по кабелю в трансивер, заодно намочив и трансивер, и провода питания и компьютер. Вот такая это жидкость в сверх текучем состоянии. Мало того, она ещё и горячая, легковоспламеняющаяся и к тому же ядовитая. Затекая в микрофон, она начинает хлюпать, а затекая в усилитель, начинает гореть. В компьютере эта жидкость замыкает все контакты, и он начинает глючить. Протекая по проводам электросети, эта жидкость воняет и щипает глаза.
Решить все эти проблемы в большинстве случаев, помогает правильное ВЧ-заземление и ВЧ экранирование. Первая точка ВЧ-заземления должна находиться на правильно выполненной антенне. Один из главных элементов антенны - это такой известный конструктив как «Симметрирующее устройство». Оно позволяет скомпенсировать ВЧ напряжение на кабеле в точке питания антенны кабелем и тем самым минимизирует проникновение ВЧ по кабелю в помещение, где находится передатчик. Сравнить симетрирующее устройство можно с тазиком, куда излишняя жидкость стекает и ее удаляют. Достаточно часто симетрирующим устройством пренебрегают. А зря. Технически, симетрирующее устройство не является ВЧ заземлением, но в контексте решения проблемы оно играет одну из главных ролей. Правильно выполненный конструктив антенны, имеет качественное ВЧ заземление посредством электрически заземленной мачты или площадки крепления антенны. Так же главным ВЧ заземлением являются хорошие противовесы антенны. Это в большей степени относится к вертикальным несимметричным антеннам. Если их количество достаточно велико (>4..8) и они настроены в резонанс, то ВЧ, гуляющее по кабелю так же будет минимизировано. Избавиться от наводок ВЧ энергии и проникновения ВЧ энергии по кабелю, можно так же с помощью ВЧ барьеров или ВЧ изоляторов. К ним можно отнести ферритовый защелки или ферритовые кольца, например такие как . Достаточно намотать несколько витков кабеля на такие кольца, и для ВЧ энергии такой кабель будет иметь высокое сопротивление. Данный способ ВЧ изоляции позволяет эффективно экранировать компьютер и трансивер от ВЧ энергии, но не убирает ВЧ энергию с кабелей и проводов. Этот способ подавления ВЧ энергии наиболее эффективен, если используется мощный SDR трансивер типа Flex SDR-3000 и Flex SDR-5000, а так же в случае использования внешнего усилителя мощности.
Частным случаем ВЧ заземления является электротехническое заземление корпусов усилителя и трансивера. По нему ВЧ потенциал так же будет эффективно стекать на землю. Помните, если ВЧ потенциал есть на проводах и корпусах во время передачи, то он так же есть и на приём! А это значить, что все помехи, что находятся в зоне приёма, вы будете принимать не только антенной, но и кабелем и корпусом трансивера и компьютера. Т.е. вынеся антенну за пределы помещения передатчика, но, не избавившись от ВЧ-наводок, вы будите ловить все помехи из этого помещения.
В радиолюбительской практике существуют такие ситуации, когда отсутствует доступ к электротехническому заземлению и антенна так выполнена, что во время передачи «фонит» буквально вся электропроводка. Например, это может быть полностью изолированный застеклённый балкон и антенна типа «длинная верёвка случайного размера». В этом случае поможет снять потенциал с устройств такая дивная коробочка как «искусственная земля». Что она собою представляет? По сути, это маленькая антенна из короткого провода, (от 1 до 2х метров) настраиваемого в резонанс LC цепями в отдельном корпусе. Эта маленькая антенна отсасывает оставшийся потенциал с корпуса трансивера и переизлучает его в пространство в другом месте от антенны с низким КПД излучения. Аналогия – маленький пылесос, который с корпуса отсасывает ту самую стекшую с кабеля опасную жидкость. Такие устройства можно подключать не только к трансиверу, но и к компьютеру в особо тяжких электромагнитных условиях эксплуатации трансивера. Главное – основную антенну отнести подальше от этих переизлучателей. Американская фирма MFJ выпускает готовую «искуственную землю» под названием .
Таким образом, если вы имеете частые проблемы с компьютером не связанные с его наполнением, а связанные с работой трансивера на передачу, то вероятнее всего – эти проблемы связаны с наличием блуждающих ВЧ токов по антенному кабелю, корпусу трансивера и компьютера. Достаточно правильно выполнить антенну и всё заземлить, и эти проблемы исчезнут. Проверить характер зависаний компьютера можно, подключив вместо антенны на выход трансивера . Если «подвисания» компьютера прекратились, то делаем заземление и антенну.
Для многих радиолюбителей при выборе модели трансивера определяющим фактором является его цена, для других, менее стесненных в средствах, - высокие параметры и удобство пользования. Есть любители «поиграть» с новой моделью, а затем продать ее, есть «профессиональные» контестмены, которым требуются трансиверы с «супердинамикой», есть фанаты определенных фирм, на дух не переносящие аппаратуру других производителей.
Однако когда мы говорим о различных современных трансиверах, предназначенных для любительской KB радиосвязи, в первую очередь заострим внимание на выбранной производителем концепции таких устройств: «классические» супергетеродины с преобразованием вниз или вверх и только аналоговой обработкой сигнала; супергетеродины с преобразованием вниз или вверх со смешанной обработкой сигнала (аналоговой и цифровой); супергетеродины с преобразованием вниз или вверх и широким использованием цифровой обработки сигнала; программно-определяемые радиоустройства (SDR), в которых аналоговыми являются входные узлы и смеситель, а вся обработка сигнала - цифровая, осуществляемая с помощью персонального компьютера и/или быстродействующих АЦП и сигнальных процессоров. Многие параметры такого радиоустройства в основном определяются применяемыми алгоритмами обработки сигнала и, соответственно, могут быть улучшены по мере совершенствования программного обеспечения. Кроме того, в SDR-трансиверах автоматическая регулировка усиления также реализуется цифровыми методами.
Справедливости ради следует отметить, что под концепцию SDR подпадают и супергетеродины, в которых преобразование частоты используется для понижения частоты принятого сигнала, чтобы обеспечить его обработку сигнальными процессорами. Под обработкой сигнала подразумеваются: селекция, фильтрация, регулировка амплитудно-частотной характеристики, режекция несущих и тональных мешающих сигналов, подавление импульсных помех и фоновых эфирных шумов, визуализация (например, вывод спектра на графический дисплей) и т.д.
В сводной таблице наиболее популярные модели современных трансиверов расположены в порядке, определяемом совокупностью наиболее значимых электрических параметров (по результатам измерений, проведенных в лаборатории ARRL и публикуемых в журналах QST). Типичным представителем «классического» супергетеродина с преобразованием вверх и только аналоговой обработкой сигнала является трансивер Alinco DX-SR8T. Годами отработанные схемотехнические и конструкторские решения, повидимому, позволили создать один из самых недорогих трансиверов - «рабочую лошадку» для рядовых радиолюбителей.
В настоящее время трансиверы, в которых цифровая обработка сигнала играет второстепенную роль, а аналоговая - основную, уже редкость. И это понятно - мы являемся свидетелями процесса стремительного внедрения цифровых технологий практически в любой области радиоэлектроники. В приемных трактах современных супергетеродинов чаще всего применяется распределенная по каскадам селекция - сначала сигнал проходит через достаточно широкополосный аналоговый «руфинг»-фильтр, а дальнейшую требуемую избирательность обеспечивают дополнительные аналоговые или цифровые фильтры.
Современные устройства цифровой обработки сигнала позволяют создавать устройства обработки сигнала, близкие к идеальным, некоторые параметры которых значительно превосходят параметры аналоговых фильтров (кварцевых, электромеханических и т.д.) и других традиционных узлов приемо-передающей радиоаппаратуры (шумоподавители, notch-фильтры и т.д.). Наборы узкополосных (например, 2,4 и 1,8 кГц, 500 и 300 Гц) кварцевых фильтров применяются в некоторых моделях трансиверов для расширения динамического диапазона при малых расстройках от частоты принимаемого сигнала, чтобы максимально снизить уровень помех в приемном тракте.
В связи с необходимостью установки узкополосных фильтров для получения максимального динамического диапазона знаковым стало возвращение к преобразованию вниз в трансиверах, использующих супергетеродинную схему. Вновь «открыли» такое преобразование инженеры фирмы Elecraft, выпустив трансиверы К2 и КЗ, имеющие приемники с отличными параметрами по «динамике». Выгоду от применения низкой промежут очной частоты отметили не только радиолюбители, которые рублем (долларом, евро и т.д.) «проголосовали» за эти модели, но и разработчики фирм Yaesu и Kenwood - «китов», давно и успешно выпускающих связную радиоаппаратуру. В новинках этих фирм - трансиверах Yaesu FTdx5000 и Kenwood TS-590 применяется преобразование вниз (точнее смешанное, но об этом чуть ниже), и эти устройства действительно имеют отличные параметры (каждый в своей ценовой категории), а уж по соотношению «цена/ параметры» TS-590 пока явный фаворит. Кроме отличных динамических характеристик, этот трансивер выгодно отличают встроенная звуковая карта и универсальный USB-порт, обеспечивающий управление самыми разнообразными функциями - CW- и FSK-манипуляцией, САТ-системои и т.д. Правда, если в основном приемнике трансивера FTdx5000 на всех KB диапазонах применяется «честное» преобразование вниз (второй приемник этого трансивера имеет преобразование вверх), то в TS-590 преобразование смешанное - в тех диапазонах, где от приемника требуется максимальная динамика, используется преобразование вниз, а на незагруженных диапазонах, а также при работе с «широкими» кварцевыми фильтрами в загруженных диапазонах - преобразование вверх.
Получить сигнал гетеродина с низким уровнем фазовых шумов в системах с фазовой автоподстройкой частоты значительно сложнее, чем в устройствах прямого синтеза частоты, да и схемотехнически высококачественный синтезатор с ФАПЧ является весьма «навороченным» устройством.
Фирма Icom - третий «кит», производящий аппаратуру для любительской радиосвязи, - пока остается приверженцем супергетеродинов с преобразованием вверх. Однако, судя по основным электрическим параметрам даже «топовых» моделей этой фирмы, такой подход пока не позволяет создать транси- вер с максимальными динамическими характеристиками, и «топовые» модели Icom являются «крепкими середнячками».
Американскую фирму Flex Radio Systems с полным основанием можно назвать возмутителем спокойствия на рынке аппаратуры для любительской радиосвязи. Уже первая модель этой фирмы- программно-определяемый трансивер SDR-1000, с которым она вышла на рынок радиолюбительской аппаратуры, - произвела миниреволюцию в умах и предпочтениях многих радиолюбителей. Ведь, по сути, был предложен совершенно новый подход к конструкции трансивера и работе с ним: вместо передней панели с дисплеем и многочисленными ручками управления - экран персонального компьютера. Настройка на сигнал и управление режимами работы осуществляется с помощью компьютерной «мышки» и клавиатуры, в режиме реального времени на спектральном дисплее отображаются все сигналы в выбранном участке диапазона, настройка на любой из которых происходит практически мгновенно.
Фактически SDR-трансивер фирмы Flex Radio Systems - это «черный ящик» с минимальной аналоговой частью, обеспечивающей с помощью квадратурного смесителя перенос принимаемых сигналов на низкую частоту, на которой происходит обработка сигнала персональным компьютером. В настоящее время Flex Radio Systems выпускает SDR-трансиверы Flex-5000А и Flex-3000 - действительно современные высокоэффективные устройства.
Все трансиверы являются программно-определяемыми (исключение - Alinco DX-SR8T). Это значит, что их параметры в значительной степени зависят от применяемого программного обеспечения, новые версии которого радиолюбители могут «загрузить» в свои трансиверы с сайтов фирм-производителей. Практика показывает, что, как правило, новая версия программы может основательно улучшить качество работы трансивера, поэтому настоятельно рекомендуется проводить обновления программного обеспечения.
Фанаты группы ПЕЛАГЕЯ ("Полефаны") В Контакте
Концерт на площади Минина в Нижнем Новгороде 9 Мая 2013
Мини-концерт в Магасе (Ингушетия) 4 Июня 2014
Создайте тему (если она ещё не создана) на форуме http://ra3pkj.keyforum.ru
SDR HAM - Вводная информация
Внимание! В зимнее время возможен выход из строя микросхемы CY7C68013 из-за пробоя статическим электричеством, которое накапливается в воздухе и на окружающих предметах, а затем стекает по непредсказуемому пути. Необходимо, чтобы оборудование было заземлено, а земляная шина SDR была соединена с корпусом компьютера отдельным проводом. Прикосновение к платам и деталям на платах, которые подключены к оборудованию, производить только после снятия статического электричества с рук, например прикоснувшись к массивным металлическим предметам. НАСТОЯТЕЛЬНО рекомендую подключить корпус USB-разъёма (который на плате SDR) непосредственно к земляной шине SDR, для чего необходимо закоротить параллельную цепочку C239, R75 (около USB-разъёма).
По поводу приобретения чистых плат обращаться к Юрию (R3KBL) [email protected]
Скажу сразу - я не изготавливал этот трансивер, просто мне интересна сама тема и результаты. Тем более, что в трансивере применён синтезатор на AD9958 моей разработки, а также написана мной новая прошивка для интегрированного в плату USB-переходника, которая заменила исходную устаревшую прошивку "от немца" (об этом сказано ниже).
Общая информация
Трансивер SDR HAM является клоном SDR-1000, конструктивно разработан Владимиром RA4CJQ. В трансивере использованы известные схемные решения, наработанные многими радиолюбителями. Отличие от известного "киевского" клона SDR-1000UA довольно заметное. Краткое описание особенностей:
1. Одноплатная конструкция.
2. Усилитель мощности передатчика не менее 8 Вт (у кого есть талант, тот может выжать и больше).
3. Синтезатор частоты на микросхеме DDS AD9958 с низким уровнем спуров (синтезатор описан здесь: ).
4. Управление трансивером через USB (USB-переходник конструктивно описан здесь: , но для SDR-HAM прошивка специальная!!!).
5. Питание: +13,8В и двухполярное +-15В.
6. Двухступенчатый релейный аттенюатор на входе приёмника.
7. Измеритель КСВ и мощности.
8. Работа без тормозов в ЛЮБЫХ операционных системах Windows без установки драйвера (используется системный HID-драйвер самой Windows), что стало возможным после замены прошивки интегрированного в плату USB-переходника (об этом сказано ниже).
Информация о прошивках и программном обеспечении
Трансивер работает с официальными PowerSDR от FlexRadio Systems версий не выше 2.5.3 (начиная с версии 2.6.0 трансивер SDR-1000 и его клоны не поддерживаются), но работает с PowerSDR 2.8.0 от KE9NS, которая была в свою очередь адаптирована под SDR-1000 радиолюбителем Excalibur (последний писк моды). Здесь подробнее о этой версии 2.8.0 .
Контроллер AT91SAM7S (используемый для управления синтезатором на AD9958) следует прошивать как описано здесь: .
Теперь
поговорим о прошивке микросхемы
памяти 24C64, которая необходима для функционирования контроллера
CY7C68013 в качестве USB-переходника. Исторически, когда трансивер пошёл в
массы, в микросхему памяти "заливали" прошивку USB-LPT переходника от "немца"
(описан у меня на сайте ), но как
оказалось, в версиях Windows выше, чем Windows 7-32, прошивка
по-человечески не работает. Тормоза и проблемы с цифровой подписью драйвера!!!
(обладатели Windows XP и Windows 7-32 могут спать спокойно). Проблема
была решена после написания мной новой прошивки, которая работает в любых
операционных системах без тормозов и к тому же не требует установки драйвера
(Windows сама найдёт в своих закромах HID-драйвер). Прошивка создана мной в
содружестве с US9IGY.
Но есть нюанс - ПЕРЕпрошивка микросхемы памяти,
находящейся на
плате,
требует упражнений с паяльником, так как связана с поднятием одной ножки
микросхемы и подключением временного тумблера (об этом будет сказано
ниже). Прошитие в плате ЧИСТОЙ микросхемы (т.е. в свежеизготовленном
трансивере или когда микросхема памяти установлена их магазина) не требует
дополнительных упражнений с паяльником. Оба варианта Вашего поведения описаны
ниже:
1. чистую микросхему памяти 24C64 следует прошивать как описано здесь: , за исключением того, что используется специальная новая прошивка и не устанавливается упомянутый в конце указанной страницы основной рабочий драйвер. Скачать новую прошивку sdr_ham.iic: sdr_ham.zip . Прошивка прошивается в самом трансивере через USB (в этом же архиве лежит прошивка sdr_ham.hex для тех, кто пожелает прошить микросхему памяти вне трансивера, т.е. при помощи программатора). Перед прошиванием не забудьте переставить джампер на плате (который около 24C64) в положение разрешения программирования, а также не забудьте потом после прошивания вернуть его в первоначальное положение.
2. кто будет перепрошивать микросхему памяти 24C64 (которая имеет старую прошивку от "немца"), должен сделать всё тоже самое, что описано выше в пункте 1, но с учётом следующего: отпаять временно ножку 5 микросхемы 24C64 (делаем вид, что у нас чистая микросхема) и подключить её через тумблер, переставить джампер на плате (который около 24C64) в положение разрешения программирования и при разомкнутом тумблере подключить SDR к usb-гнезду компьютера. Далее включить питание SDR и запустить программу прошивальщика. Непосредственно перед прошиванием замкнуть тумблер. После прошивания выключить SDR и восстановить всё обратно.
Для справки. SDR (а точнее его USB-переходник) определяется компьютером как Устройство HID, в свойствах которого имеются следующие значения ID: VID_0483 и PID_5750.
После того, как все хлопоты по прошиванию завершены, можно смело выдохнуть и уже спокойно поместить в папку с PowerSDR файл Sdr1kUsb.dll от RN3QMP - cкачать sdr1kusb_rn3qmp.zip . В PowerSDR, в меню General -> Hardware Config поставьте галочку "USB Adapter".
Информация для обладателей различных других SDR-трансиверов!!! В прошивке микросхемы памяти 24C64 (для CY7C68013) я ограничился только тем, что необходимо для SDR HAM. Прошивка не предназначена для модернизации USB-переходников на CY7C68013 для SDR-1000 с DDS AD9854. Это подтверждается экспериментом UR4QOP в трансивере от UR4QBP - DDS AD9854 не работает! Так что констатирую, что прошивка предназначена только для SDR HAM. Что-либо адаптировать в прошивке для других применений (кроме как для SDR-HAM) не имею времени и мотивации.
Чистые платы от yuraws
Чистые платы с металлизацией отверстий, паяльной маской и маркировкой.
Прямая сторона:
Обратная сторона:
Схема
Скачать и распаковать схемы (а также чертежи платы с двух сторон) в формате PDF: sdr_ham_shema_pdf.7z Эти же схемы для общего ознакомления показаны ниже.
Входной аттенюатор, УВЧ:
Диапазонные полосовые фильтры (на схеме кольца Amidon указаны цветом - красные T50-2, жёлтые T50-6):
Смесители, усилители приёмника и передатчика:
Автоматика управления_1:
Автоматика управления_2:
Синтезатор частоты:
Переходник USB/LPT:
Микроконтроллер управления синтезатором частоты:
Усилитель мощности передатчика и АЦП измерителя КСВ и мощности:
Плата
Качественные чертежи платы в формате PDF находятся в том же документе, что и схемы (скачать в предыдущем параграфе). Ниже показан общий вид для ознакомления:
Дизайнерский проект
Скачать проект (со схемой и платой): project_sdr_ham.7z Просмотрщик AltiumDesignerViewer на официальном сайте: http://downloads.altium.com/altiumdesigner/AltiumDesignerViewerBuild9.3.0.19153.zip
Перечень элементов
Перечень от RA4CJQ сформирован автоматически программой разводки печатной платы, поэтому названия многих элементов носят не конкретный, а условный характер. Имейте в виду, что такие названия часто не пригодны для составления заказов на элементы в магазинах. Скачать перечень элементов в формате Excel 2007-2010 : sdr_ham.xlsx .
Перечень от Стива (KF5KOG). Этот перечень, кроме того, включает ссылки на магазины Mouser и Digikey (названия элементов кликабельны). Указаны названия по каталогу этих магазинов (они немного отличаются от названий самих производителей элементов): Parts List with Manufacturer part Numbers 18 Sep 2014.pdf
Ошибки и усовершенствования
Иногда от радиолюбителей поступают сообщения на форумах о замеченных ошибках, а также предлагаются различные усовершенствования. По мере возможности я буду здесь их публиковать.
#1. На плате перепутаны позиционные обозначения резисторов R90 и R94 в обвязке одного из транзисторов RD06 усилителя мощности. На рисунке правильное обозначение (резисторы помечены выделением):
#2. В схеме УВЧ, в цепи питания микросхемы DA1 AG604-89 резисторы R5 и R6 должны быть по 130 Ом каждый.
#3. Неоднократно сообщалось, что на чистых платах от производителя (ссылка на производителя вверху страницы) встречаются коротыши в зоне элементов ДПФ. Причём сопротивление коротышей может быть самым разным, например несколько Ом и выше. В режиме приёма это бывает не особо заметно на слух, а вот при передаче мала выходная мощность. Также коротыши встречались в зоне микросхем INA163, что выражалось в дисбалансе сигналов, подаваемых на левый и правый каналы звуковой карты. Часто коротыши не видны даже при большом увеличении. В таких случаях коротыши надо "выжигать" электрическим током небольшого напряжения, но достаточной мощности.
#4. Обратите внимание, что микросхема DD6 на плате изначально развёрнута на 180 град. по сравнению с микросхемами DD4, 8, 9. Это правильно! Можно машинально припаять DD6 аналогично DD4, 8, 9 и это будет не правильно.
#5. Трансивер требует для питания внешнее двухполярное напряжение +-15В (помимо напряжения +13,8В). В принципе можно питать от трансформаторного источника +-15В, но многие радиолюбители применяют микросхемы преобразователей DC/DC, мирясь с некоторым увеличением шумов от таких преобразователей. Для этого изготавливают платку, на которой распаивают микросхему и элементы обвязки, а саму платку размещают на плате трансивера. Используют микросхемы MAX743 (преобразователь из +5В в +-15В), ссылка на даташит http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX743.pdf , в даташите есть рисунок печатной платы, обвязка микросхемы достаточно сложна. Также используют микросхемы P6CU-1215 (из +12В в +-15В) или P6CU-0515 (из +5В в +-15В), требующих меньше элементов обвязки, ссылка на даташит http://lib.chipdip.ru/011/DOC001011940.pdf . Также упоминаются микросхемы RY-0515D и NMV0515S (обе из +5В в +-15В), последняя шумит мало. Надо сказать, что при использовании преобразователей из +5В в +-15В требуется увеличенный радиатор на стабилизатор +5В, т.к. ток потребления преобразователей заметный.
#6. Для получения выходной мощности 10Вт (и более) следует заменить транзисторы RD06HHF1 на RD16HHF1. Ток покоя каждого транзистора выставить 250мА. Если размер радиатора позволяет, то можно сделать ток покоя значительно больше. Stew KF5KOG в yahoo-группе предлагает поменять номиналы элементов обвязки этих транзисторов. Конденсаторы C254,268 изменить на 0,1 мк, а резисторы R91,102 изменить на 680 Ом.
#7. ВЧ-трансформатор на бинокле BN-43-202 на выходе усилителя мощности сильно греется. Предлагается заменить сердечник на трубки 2643480102 FERRITE CORE, CYLINDRICAL, 121OHM/100MHZ, 300MHZ. Размеры Dвнешн.12,3мм х Dвнутр.4,95мм х Длина 12,7мм, материал-43. Даташит http://www.farnell.com/datasheets/909531.pdf (на фото справа лежит для сравнения прежний трансформатор на бинокле):
Stew KF5KOG в yahoo-группе предлагает заменить сердечник на BN43-3312. Конденсатор C261 изменить на 100пФ, при этом выходная мощность на диапазоне 6м получается не менее 8Вт (при использовании транзисторов RD16HHF1). Вторичная обмотка 3 витка!
По-другому решал проблему радиолюбитель с ником Lexfx (форум CQHAM). Он установил дополнительный дроссель (на схеме красным цветом), при этом средний вывод бинокля уже не используется. Сердечник дросселя 10х6х5мм (вероятно 1000НН), 7 витков в два провода диаметром 0,8мм:
#8. Информация из yahoo-группы. Чтобы уменьшить шум УВЧ необходимо отрезать в одном месте земляную дорожку (на рисунке - Bridge gap), а в другом месте добавить SMD-индуктивность, разорвав в этом месте проводник (на рисунке - Cut Trace):
#9. Для выравнивания шумовой дорожки на панораме PowerSDR рекомендуют уменьшить величину ёмкости конденсаторов C104, 107, 112, 113 (на выходах смесителя FST3253 приёмника) до 0,012мк или даже до 8200пф.
#10. Ошибка при разводке платы. Выводы 2,3 (исток, сток) транзистора VT2 IRLML5103, подающего питание на микросхему УВЧ, надо поменять местами. Как это сделать, решайте сами. Возможно проводочками. Даташит IRLML5103.pdf
#11.
Неудачная схема обхода усилителя мощности. При переходе на передачу кабель
обхода остаётся подключённым к входу усилителя, что приводит к возбуду усилителя
на частоте 50 МГц. Предлагается использовать свободные контакты реле K26 для
полного отключения кабеля обхода. Реле К26 имеет две группы контактов. Выпаиваем
К26 (если оно уже было впаяно) и выполняем согласно схеме и рисунку ниже.
Используем обмоточный провод ПЭВ для перемычек. Возможно придеться немного
подогнуть ножки реле перед запайкой. Будет почти не заметно. На фрагменте
платы белыми чёрточками показаны места перерезания дорожек, а тонкими
чёрными линиями показаны проволочные перемычки:
Радиатор - алюминиевая пластина толщиной 3...4мм, закреплённая снизу платы на стойках. Транзисторы усилителя мощности и стабилизатор +5В распаяны на обратной стороне платы и прикручены к радиатору.