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無線電子工学および電気工学の百科事典 HF トランシーバー用のユニバーサル パノラマ SDR アタッチメント。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
無線電子工学と電気工学の百科事典 / アンテナ。 測定、調整、調整 現在では、少なくとも一般的に、SDR (Software-Defined Radio) が何なのかを知らないアマチュア無線家はいないでしょう。 このトピックについてはすでに多くのことが書かれているため、この記事の枠組み内では、それが何であり、どのように機能するかについて詳しく説明する必要はありません。 読者はこの分野についてある程度の理解と経験があることを前提とします。 この比較的新しい信号処理技術は私たちのアマチュア無線生活にますます浸透しており、SDR トランシーバーを使用する多くの無線局がすでに放送されています。 アマチュア無線家の中には、SDR 受信機で空気を聞いて状況を視覚的に観察する人もいますが、それでも通常の「古典的な」トランシーバーを使用して信号を空気に送信します。 実際、SDR テクノロジーを使用するアマチュア無線家は、優れた信号受信品質に加えて、コンピューター画面上の美しく有益な放送パノラマの存在に魅了されています。 ただし、従来のトランシーバーからの送信には独自の利点があります。 たとえば、ほとんどの輸入トランシーバーは、原則として「標準」100 W 出力を備えており、多くのモデルには自動チューナーも内蔵されています。 購入またはリピート用に提供されている SDR トランシーバーのほとんどは、送信出力が低く (20 W 以下)、アンテナ チューナーが内蔵されていません。 したがって、将来的には、追加のリニア パワー アンプと出力ローパス フィルターにも注意する必要があります。 一般に、SDR トランシーバーは非常に高価になる場合があります。 多くのアマチュアにとって、ある種の心理的障壁、つまり仮想的な障壁もあります。 コンピューター画面上のトランシーバーはすべての人に適しているわけではありません。人々は、いくつかの LED とコネクターを備えた平凡なボックスではなく、タッチして回転できる美しいボタンとノブを備えた本物のトランシーバーをテーブルに置くことを好みます。 誰もが両方を持てるわけではなく、選ぶときは依然として「クラシック」を好む人がほとんどです。 では、優れた通常のトランシーバーを持っていて、別の SDR トランシーバーを購入するお金はないが、SDR の「利点」を活用することがファッショナブルであり、望ましい場合はどうすればよいでしょうか? 主に XNUMX つの方法があり、それぞれに長所と短所があります。 それらを別々に考えてみましょう。 XNUMX つ目の方法は、別の本格的な SDR レシーバーを購入または製造し、通常のトランシーバーから昔ながらの方法で送信に取り組むことです。 この場合、少なくとも XNUMX つのことに注意する必要があります。アンテナの切り替えは、受信モードでは SDR レシーバーに接続し、送信時にはトランシーバー出力に接続する必要があります。もう XNUMX つは、トランシーバーとトランシーバーの同調周波数と動作モードの同期です。独立したSDRレシーバー。 トランシーバーとの干渉が計画されておらず、その所有者が許容できない場合、これは SDR 受信を実装するための非常に便利なオプションです。 確かに、最も安くて簡単というわけではありません。 良い例は、アンテナ切り替えユニットを内蔵したハンター受信機 (価格約 200 ドル) です。 この受信機の回路図は、メーカーの Web サイトで入手できます [1]。 同様の SDR 受信システムを自分で作成したい場合は、多くの興味深い回路ソリューション (特にスイッチング ユニット) を見つけることができます。 SDRレシーバーとトランシーバーの設定の同期については、自作する場合、すべてがそれほど簡単ではありません。 受信機は、周波数および動作モードに関する情報を SDR プログラムと交換できなければなりません。また、SDR プログラムは他のプログラムとも通信できなければなりません。 そして、原則として、ここでの選択肢は小さいです。 基本的に、受信機を制御するには、誰もがコンピューターの USB インターフェイスを使用し、Si570 チップに基づく周波数シンセサイザーを使用します (シンセサイザーと受信機を制御するためのマイクロコントローラー用のソフトウェアが利用できるため)。 このシンセサイザーは、SoftRock シリーズの多くの SDR 受信機およびトランシーバーで使用されており、受信機とは別のデバイスとして購入することもできます [2]。 製造に関する情報や、インターネット上にはさまざまな SDR セットの購入可能性に関する情報がたくさんあります。必要に応じて、どの検索エンジンでも見つけるのは難しくありません。 「sdr ソフトロック」などのキーワードを入力するだけです。 たとえば、非常に有益で興味深い Web サイト RV3APM [3] からレビューを始めることができます。 このサイトのページの 4 つ [XNUMX] で、別個の受信機とトランシーバーの同期について簡単に説明しています。 SDR 受信を実装する 2 番目の方法は、5 つの固定周波数で単純な SDR レシーバー (パノラマ セットトップ ボックス) をトランシーバーの IF パスに接続することです。 この方法は、特別プログラム POWERSDR/IF STAGE [940] の作者である WUXNUMXX の Web サイトに詳しく説明されています。 例として、このような SDR 受信機を TS-XNUMXS トランシーバーの IF 出力に接続する説明もあります。 この接続方式の唯一の欠点は、すべてのトランシーバーがバッファリングされた IF 出力を備えているわけではなく、さらには広帯域の IF 出力、つまりメイン選択フィルターへの受信パスから分離されていることです。 そして、そのようなIF出力がない場合は、自分で作成するか、この方法を放棄して最初の方法、つまり別の受信機に戻る必要があります。 あなたが十分な資格を持ったアマチュア無線家であれば、トランシーバーの回路図で最初のレシーバーミキサーを簡単に見つけて、そこにバッファー段を接続することができます。その出力からレシーバーの IF 信号をトランシーバーのリアパネルに出力できます。トランシーバー。 たとえば、図では図 1 は、バッファアンプを内蔵した IC-735 トランシーバ回路の一部を示しています。
そこで、IF 出力があると仮定しましょう。 次に、受信機を選択する必要があります。 この段階では、トランシーバーの IF 周波数に応じて、オプションの分離も行われます。 IF 周波数が 40 MHz 未満の「低い」場合、さらには 9 MHz など「丸い」場合でも、幸運です。 最も簡単な選択肢は、たとえばここ [6] で、21 メートルまたは 6.2 メートルの範囲を受信するように設計されたシングルバンド SDR 受信機「Softrock 40」または類似品と 30 MHz クォーツの安価な (12 ドル) セットを購入することです。共鳴器。 受信機の局部発振回路により、この共振器は 36 次高調波、つまり 9 MHz の周波数で励起されます。 受信機の局部発振器信号はミキサーに供給される前に XNUMX で除算されるため、約 XNUMX MHz の SDR 受信周波数が得られます。 これは最も安価であり、理想的なオプションであると言えるかもしれません。 ただし、固定 IF を備えた同様の受信機を自分で組み立てることもできます。 インターネットでは、さまざまなコンポーネントを使用したシンプルな受信機のオプションが多数提供されています。 そして、ここで、多くの種類の SDR 受信機およびトランシーバーを開発、公開してきた、有名で尊敬されているアマチュア無線家 Tasa (YU1LM) について言及しないわけにはいきません。 彼の Web サイト [7] にアクセスすると、彼の設計の動作に関する図や詳細な説明、プリント基板の図面が見つかります (ただし、すべて英語です)。 必要な周波数の水晶振動子があれば、すべてがうまくいき、理解できます。 彼がそこにいなかったらどうしますか？ 何をするか？ 選択肢は少ないです。 このアイデアを放棄するか、後述する周波数シンセサイザーを作成するかのどちらかです。 次に、最も複雑な (そして、残念なことに、最も一般的な) オプションである「高」IF とそれに応じて「アップ」コンバージョンを備えたトランシーバーを見てみましょう。 ブランドのトランシーバーの大部分はこの構造を使用して作られていますが、SDR 受信機で通常使用されるすべてのデジタルマイクロ回路が約 80 MHz の周波数で動作できるわけではありません。 所望の周波数の水晶共振器を備えることも必要である。 他にも困難があります。 この場合、一部の設計の作成者は 45 倍の周波数変換を使用します。 トランシーバーの最初の IF (ほとんどの場合 80 ～ XNUMX MHz) からの信号は、SDR 受信機が動作可能な周波数まで XNUMX 番目の IF に転送されます。 これは最良の方法ではありません。二重変換によって受信機の達成可能な動的パラメータが減少し、変換周波数の選択が適切でないと追加の内部受信干渉が発生する可能性があるからです。 トランシーバーで受信を続けてパノラマを見るだけの場合でも、パノラマ セットトップ ボックスのダイナミック レンジを真剣に考慮する必要があります。 トランシーバーの最初のミキサーと SDR レシーバーのミキサーの両方、およびコンピューターのサウンド カードの入力に過負荷がかかると、パノラマ画像に偽の存在しない信号が表示されます。 振幅制限積と相互変調成分はパノラマではっきりと見えます。 したがって、SDR 受信パス全体を信号レベルで適切に調整する必要があります。 過負荷を避けてください。 単純な基準 - 「最も静かな」範囲では、アンテナがトランシーバーに接続されているときにパノラマのノイズ トラックがわずかに上昇するだけである必要があります。つまり、わずかな感度マージンが必要ですが、それ以上は必要ありません。 アンテナ接続時の空気ノイズにより、パノラマのノイズ トラックが画面の半分、つまり数十デシベル上昇するような状況は許可すべきではありません。 ノイズの中で信号が失われるだけで、システム全体のダイナミック レンジが制限されます。 トランシーバーの減衰器、またはパノラマ セットトップ ボックスの入力に別の減衰器を使用します。 また、SDR レシーバーの入力で受信した IF 周波数に適したバンドパス フィルターを無視しないでください。 トランシーバーの最初のミキサーの出力には、可能なすべての組み合わせ周波数が広範囲に存在し、SDR レシーバーにはサイド受信チャネル (たとえば、局部発振器の高調波など) もあり、これに対して受信干渉が発生する可能性がある状況があります。理由は可能です。 従来のトランシーバーでは、メイン選択フィルターの通過帯域内にある場合にのみ干渉が聞こえますが、SDR 受信ではパノラマですべてが見えます。 これらは一般的な推奨事項です。 次に、繰り返し提案されているパノラマアタッチメントの検討に進みます。その図を図に示します。 2.
このデバイスは固定周波数へのダイレクト コンバージョン受信機であり、回路設計は「SoftRock 6.2」に非常に似ています。 このオプションには優れた動的パラメーターと、非常に優れたシンプルさ/価格/品質の比率が備わっています。 オリジナルの「SoftRock」との主な違いは、水晶発振器の代わりに Si570 CAC000141G (DD2) チップ上で周波数シンセサイザーを使用していることです。 このソリューションを使用すると、トランシーバーの最初の IF から信号を受信する周波数に合わせてパノラマ セットトップ ボックスを構成できるため、必要な水晶共振器を探す必要がありません。 これは安価なソリューションではありません (Si570 チップの価格は約 30 ～ 40 米ドル) が、回路設計においては最高品質で最もシンプルです。 このようなシンセサイザーを使用すると、1 ～ 80 MHz、さらにはそれ以上の信号を受信できます。 Si570 チップ (CMOS バージョン) は最大 160 MHz の最大周波数の信号を生成できますが、最大受信周波数はミキサー (FST3253 (DD4) チップ) で使用されるアナログ スイッチの速度によって制限されます。 セットトップ ボックスの動作は、ICOM トランシーバーの周波数 70,4515 MHz で実際にテストされました。 受信回路は XNUMX つのオプションから選択できます。 受信部とシンセサイザーはパノラマ セットトップ ボックスの両方のバージョンで同じですが、唯一の違いは移相器です。 どのオプションを選択するかはあなた次第です。 PCB も XNUMX つのオプション向けに設計されています。 最初のオプションは、40 分周器で移相器を使用することで、最も一般的です。この場合、最大受信周波数は 160 MHz (4 MHz/XNUMX) であり、移相器の調整は必要ありません。 このオプションは、IF が低いトランシーバーに便利です。
90 番目のオプションは、積分 RC 回路を移相器として使用することです。これにより、移相器チャネルの 3 つの信号が、もう一方のチャネルに対して位相が XNUMX°遅延します (図 XNUMX)。 このオプションでは、移相器コンデンサの容量を選択し、トリミング抵抗を使用して微調整する必要があります。 このような移相器を使用すると、周波数を 570 で分周する代わりに、シンセサイザーの動作周波数を分周せずに直接 160 つの信号を生成できます。 SiXNUMX ベースのシンセサイザーの場合、最大 XNUMX MHz の移相器の出力周波数を得ることが可能です。 この最大周波数は、使用するインバータの速度と高周波での設置容量の影響によって決まります。 同様のオプションは、YU1LM「モノバンド SDR HF レシーバー DR2C」レシーバーでも使用されます。 彼の Web サイトでは、この移相器の動作の詳細な説明を含む受信機の完全な図を見つけることができます。 また、YU1LM の図は、受信周波数 (トランシーバーの最初の IF の周波数) に応じて、移相器コンデンサーの静電容量のおおよその値を示しています。 2 次入力バンドパス フィルター - C17L1C18 - は非常に広帯域です。 この図は、8.10,7 MHz 帯域の IF 周波数の定格を示しています。 IF 値が異なる場合は、フィルター要素の定格を再計算する必要があります。 これは、RFSim99 プログラム [8] を使用すると非常に簡単で便利です。 Si570 周波数シンセサイザを制御するには、人気が高く安価な Atmega8 (DD1) マイクロコントローラを、EEPROM メモリに書き込まれた SOFT_UNIPAN.hex ファイルのプログラム コードとともに使用します。 コイル L1 には 24 ターンが含まれており、Amidon の T2-0,35 リング磁気コアに PEV-30 6 ワイヤが巻かれています。 ミキサー変圧器 T1 は、同様の磁気コアに同じワイヤで巻かれています。 一次巻線の巻数は9、二次巻線は2×3です。 0PA2350 (DA4) チップは、別の低ノイズ デュアル オペアンプに置き換えることができます。 ゲインは抵抗 R8 と R10 を選択することによって調整されます。
デバイス全体は、両面フォイルグラスファイバー製の 60x65 mm のプリント基板上に組み立てられています (図 4)。 図 5 は、その上の部品の位置を示しています (すべて 0805 分周器を備えた受信機バージョンのもの)。 ほとんどすべての抵抗とコンデンサのサイズは XNUMX です。
コントローラをプログラムするには、USBasp プログラマを使用すると便利です。 パソコンとのUSB接続なので比較的安価で便利です。 これらのプログラマーとそのプログラムに関する情報がインターネット上にたくさんあります。 プログラマーは、プログラミング用の標準 (販売されているほとんどのプログラマーに付属) ISP ケーブルを使用してパノラマ セットトップ ボックスに接続します。
マイクロコントローラーの構成は図に従って設定されます。 つまり、内部 6 MHz 発振器 (CKSEL=8 および SUT=0100) で動作するために必要な構成ビットのみをプログラムします。 また、ビット EESAVE=10、BODEN=0、BODLEVEL=0 (1 V) を設定する必要があります。 シンセサイザーのコントロールは非常に簡単です。 番組の録画後、デフォルトでは、生成周波数は 35,32 MHz に設定されます。8,83 分周器を使用すると、周波数は 940 MHz となり、TS-XNUMXS トランシーバーの IF 周波数に対応します。 「FR-」(SB3)、「FR+」(SB4)ボタンで発生周波数を広範囲に変更できます。 「FAST」(SB2)ボタンを長押しするとチューニングの速度が速くなります。 希望の周波数を設定したら、「SAVE」ボタン (SB1) を押すと、新しい値がマイクロコントローラーの不揮発性メモリー - EEPROM に書き込まれます。 この周波数は、パノラマ セットトップ ボックスがオンになるたびに設定されます。 シンセサイザーの発振周波数は、測定器で監視したり、トランシーバーやその他の受信機で聴くことができます。 コネクタ X3「MUTE」は、送信時に SDR 受信をブロックするのに役立ちます。このコネクタの接点を短絡する必要があります。 チップ DA1 - 不足電圧検出器 (スーパーバイザ)。 これが存在しない場合、他の設計では不揮発性メモリでデータが失われるケースがありました。 受信機は実質的にセットアップを必要とせず、正しくインストールされていれば、すぐに動作を開始します。
写真図では。 図７は、完成したパノラマコンソールの図を示す。 どちらのオプションも 7 分周器と RC 移相器を使用して検討およびテストされているため、提案されたオプションとは多少異なります。 多くの場合、寸法が小さいため、このアタッチメントをトランシーバー内に直接配置することができ、トランシーバーからコンピューターのサウンド カードのリニア入力に接続するための既製の I/Q 信号を出力できます。 それでは、POWERSDR IF STAGE プログラムをコンピュータにインストールし、WU2X の Web サイト [5] にあるすべての情報を注意深く調べる必要があります。 結論として、別個の SDR レシーバーを使用する場合と比較して、パノラマ セットトップ ボックスを使用する場合の利点をいくつか挙げておきたいと思います。 これは、セットトップ ボックス自体が比較的シンプルで低コストであること、およびトランシーバーへの接続が簡単であることです。 SDR プログラムからトランシーバーを制御する必要がない場合、つまりトランシーバーの制御と周波数調整に満足している場合は、ほぼすべての SDR プログラムを使用してパノラマと SDR 受信を表示できます (同期する必要はありません)。別々の受信機とトランシーバーの周波数）。 欠点 - トランシーバーに IF 出力が必要です。 現在、パノラマ セットトップ ボックスは Kenwood TS-940S トランシーバーとともに使用されています。 マイクロコントローラー プログラムと受信機プリント基板の第 2013 バージョンの図面は、ftp://ftp.radio.ru/pub/07/4/SDR5zXNUMXky.zip からダウンロードできます。 文学
作者: セルゲイ・ストリャロフ
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