Данная статья является продолжением серии публикаций про SDR (Software Defined Radio). В двух предыдущих статьях мы разобрались, как работает схема Tayloe, как с помощью схемы Tayloe осуществить синхронный приём АМ сигналов, и как устроен связной SDR-приёмник.
В этой публикации мы рассмотрим схему SDR-трансивера, т.е. SDR-приёмопередатчика, в котором часть узлов используется как при работе на приём, так и при работе на передачу.
Для изучения принципов работы SDR-трансиверов возьмём за основу схему радиостанции SoftRock Ensemble RXTX американского радиолюбителя Tony Parks (KB9YIG), поскольку схемы связных SDR-приёмников мы изучали на примере конструкций SoftRock Lite II и SoftRock Ensemble RX II этого же автора.
Для лучшего понимания изложенного материала желательно освежить в памяти принцип действия детектора Tayloe, а также устройство приёмников SoftRock Lite II и SoftRock Ensemble RX II.
Принцип действия детектора Tayloe описан в первой публикации цикла: Синхронный АМ приёмник Полякова
Устройство и работа приёмников SoftRock Lite II и SoftRock Ensemble RX II описаны в следующей публикации цикла: SDR приёмник SoftRock Ensemble RX II
КДПВ была взята из Wikipedia.
Общие сведения о трансивере
На официальном сайте SoftRock Ensemble RXTX продаётся или за $89 в виде набора, или за $124 собранным. Подробная инструкция по монтажу и наладке находится на сайте http://www.wb5rvz.org.
Трансивер SoftRock Ensemble RXTX не работает автономно. Выход приёмного тракта подключается к линейному входу звуковой карты компьютера. Вход передающего тракта подключается к линейному выходу. Установка частоты и режимов работы трансивера производится через USB.
Для управления трансивером и его конфигурирования применяется уже известная нам по публикации про приёмник SoftRock Ensemble RX II программа CFGSR, созданная радиолюбителем из Нидерландов F.W. Krom (PE0FKO):
Как и у большинства простых трансиверов в SoftRock Ensemble RXTX нет возможности переключить диапазон. Границы рабочих частот трансивера определяются полосой пропускания применённого ДПФ.
В зависимости от выбранного ДПФ трансивер SoftRock Ensemble RXTX может работать на любительских диапазонах: 160 м; 80 и 40 м; 40, 30 и 20 м; 30, 20 и 17 м; 15, 12 и 10 м.
ДПФ с полосой пропускания, включающей в себя любительские диапазоны 40, 30 и 20 м был разработан по просьбам радиолюбителей, поскольку диапазоны 40 м и 20 м очень популярны.
Для работы с SoftRock Ensemble RXTX, как и для работы с SoftRock Ensemble RX II, обычно используется программа HDSDR (http://www.hdsdr.de/). Для связи HDSDR с CFGSR служит та же библиотека ExtIO_Si570.dll.
Приёмный тракт трансивера
Схема приёмного тракта трансивера SoftRock Ensemble RXTX практически аналогична схеме SoftRock Lite II:
Различие в том, что при переключении трансивера в режим передачи выходы микросхемы U10, на которой собран квадратурный детектор, переводятся ключом на транзисторе Q9 в высокоимпедансное состояние, а вход диапазонного полосового фильтра (ДПФ) на элементах L4, C39 замыкается на «землю» открытым транзистором Q11.
Схема управления трансивером
Схема управления трансивером SoftRock Ensemble RXTX приведена на рисунке ниже:
Различия со схемой управления приёмником SoftRock Ensemble RX II заключаются в том, что из двух оптронов, переключавших приёмные ДПФ, остался один. Он теперь переключает режим работы трансивера. Цепь называется «PTT» (Push to Talk).
Также схема управления дополнена разъёмом J2 «Paddles», к которому могут быть подключены педаль включения режима передачи и/или телеграфный ключ. Микроконтроллер U1 обрабатывает состояние контактов разъёма J2 и передаёт их в компьютер.
Проверить состояние контактов J2 можно на вкладке «Test» программы CFGSR.
Передающий тракт трансивера
Передающий тракт трансивера состоит схемы квадратурного формирователя-возбудителя (QSE) и усилителя мощности. Реализация усилителя мощности не содержит каких-либо оригинальных схемных решений, поэтому сосредоточим внимание на схемных решениях, применённых в QSE.
Схема квадратурного формирователя-возбудителя (QSE) из состава трансивера SoftRock Ensemble RXTX приведена на рисунке ниже:
Квадратурный формирователь-возбудитель (QSE) трансивера реализован на схеме Tayloe. Для корректной работы схемы Tayloe в качестве QSE на сигнальные входы мультиплексора-демультиплексора U8 надо подать сигнал ЗЧ со сдвигом фаз 0°, 90°, 180°, 270°, а на входы управления – сигнал гетеродина со сдвигом фаз 0° и 90°.
Сигнал гетеродина подаётся на QSE с формирователя квадратурного сигнала на счётчике Джонсона. Формирователь реализован на микросхеме U5 из состава схемы управления. Хочу заострить внимание, что квадратурный сигнал гетеродина подаётся на QSE в «противофазе» относительно сигнала, подаваемого на QSD.
Квадратурный сигнал звуковой частоты (ЗЧ) подаётся со звуковой карты компьютера на разъём J3. Операционные усилители (ОУ) из состава U6 служат для преобразования сигнала I (Inphase) со сдвигом фазы 0° в сигналы со сдвигом фаз 0°, 180°, которые выделяются на конденсаторах C16 и C15 соответственно. ОУ из состава U7 служат для преобразования сигнала Q (Quadrature) со сдвигом фазы 90° в сигналы со сдвигом фаз 90°, 270° (C18 и C17 соответственно).
В результате работы квадратурного формирователя-возбудителя (QSE) на вторичной обмотке трансформатора T2 образуется радиочастотный сигнал (РЧ), который подаётся на вход диапазонного полосового фильтра (ДПФ) на элементах C20, L1, C21. С выхода ДПФ отфильтрованный сигнал РЧ подаётся на вход усилителя мощности (PA, Power Amplifier).
Цепь на транзисторе Q2 служит для перевода выходов микросхемы U8 в высокоимпедансное состояние, когда трансивер работает на приём.
Чтобы разобраться, почему на QSE подаётся инвертированный квадратурный сигнал гетеродина, обратимся к главе 3 книги В.Т. Полякова «Трансиверы прямого преобразования».
Структурная схема квадратурного формирователя-возбудителя (QSE) трансивера SoftRock Ensemble RXTX в целом соответствует приведённой на рисунке ниже:
Читаем у Полякова описание работы схемы:
… НЧ сигнал от микрофонного усилителя подается на широкополосный НЧ фазовращатель А1, создающий относительный фазовый сдвиг 90° между выходными сигналами. Напряжение гетеродина также проходит через ВЧ фазовращатель А4. Сдвинутые по фазе НЧ и ВЧ сигналы попарно смешиваются в балансных модуляторах А2 и А3, а затем складываются на выходе формирователя.
Обозначим НЧ сигнал как Aс*cos(Q*t), а ВЧ сигнал как Aг*cos(w*t). Сдвинутые по фазе на 90° сигналы будут выражаться функциями Aс*sin(Q*t) и Аг*sin(w*t). После перемножения в модуляторах и суммирования получаем выходное напряжение формирователя:
Uс=Aс*Aг*(cos(Q*t)*cos(w*t) + sin(Q*t)*sin(w*t)) = Aс*Aг*cos(w — Q)*t
Оно соответствует нижней боковой полосе сигнала. Легко убедиться, что переключение выводов одного из фазовращателей (рис. 9) приведет к подавлению нижней и выделению верхней боковой полосы.
Функция фазовращателя НЧ (A1) реализована программным способом. Сигнал I (Inphase) поступает в смеситель A2, реализованный на операционных усилителях (ОУ) из состава U6 и четырёх ключах из состава U8. Сигнал Q (Quadrature) поступает в смеситель A3, реализованный на ОУ из состава U7 и четырёх ключах из состава U8. Фазовращатель сигнала гетеродина (A4) реализован на двух D-триггерах из состава U5 в схеме управления, включенных по схеме счётчика Джонсона.
Читаем далее у Полякова:
…Однако если на передачу формирователь выделяет нижнюю боковую полосу, то при приеме он будет выделять верхнюю, и наоборот, В этом легко убедиться, выписав тригонометрические формулы или используя рассуждения, подобные приведенным выше. Поэтому в схеме рис. 9 одновременно с переходом на прием надо коммутировать ветви одного из фазовращателей.
Видим, что для предотвращения инверсии боковой полосы передаваемого сигнала в трансивере SoftRock Ensemble RXTX «коммутируется» сигнал фазовращателя гетеродина. Другим возможным вариантом была бы перепайка перемычек у разъёмов J2 или J3.
Краткие выводы
Я считаю SDR-трансивер SoftRock Ensemble RXTX вершиной творчества Tony Parks (KB9YIG). Конструкция трансивера даёт наглядный пример применения схемы Tayloe как для демодуляции, так и для модуляции сигналов РЧ.
Простота схемы и хорошая повторяемость оправдывают применение в конструкции отнюдь недешёвых компонентов Si570 и LT6231.
Относительным недостатком трансивера является, по моему частному мнению, отсутствие управления по CAT-интерфейсу.
В остальном SDR-трансивер SoftRock Ensemble RXTX является блестящим примером по-настоящему радиолюбительской конструкции.
Аренда виртуального VPS/VDS-сервера с быстрыми NVMе-дисками и посуточной оплатой у хостинга Маклауд.
