Трансивер с преобразованием вверх Phoenix (Феникс)

[Relayer]

Опубликовано сравнительно немного конструкций любительских трансиверов с т.н. преобразованием "вверх" - когда первая ПЧ выбирается выше максимальной принимаемой частоты. Это при том, что коммерческие трансиверы используют данную схемотехнику более последних 20 лет. Серьезным сдерживающим фактором было необходимость применения синтезатора для первого гетеродина работающего на сравнительно высокой частоте. Появление в последнее время доступных одночиповых синтезаторов Si570, Si5351 существенно упростило конструирование.

Наиболее известной любительской конструкцией является серия трансиверов SW. Несмотря на то, что трансивер производится уже более 5 лет, схемотехника его практически не претерпела существенных изменений. В трансивере есть масса спорных и сомнительных моментов которые приводят к весьма скромным параметрам тракта в целом (динамика 80dB при расстройке в 20kHz).

Целью конструирования трансивера "Феникс" было создание простого в повторении тракта, требующего минимум настроек. Исходя из доступности фильтров была выбрана раскладка 1я ПЧ - 45 MHz, вторая ПЧ - 500 kHz. В качестве фильтра по 1й ПЧ используется любой заводской фильтр на 45 MHz с сопротивление около 600 ом. ФОС по 2й ПЧ - ЭМФ. Так как фильтры промышленные, то не составляет сложности приобрести их несколько одинаковых. А это приводит к трансиверу с полностью раздельными трактами приема и передачи, которые используют идентичные фильтры. Такая конструкция упрощает схемотехнику т.к. отпадает необходимость в цепях коммутации по ВЧ. Если при низких частотах ПЧ коммутация не вызывает существенных проблем, то при частоте ПЧ 45 MHz и выше падает развязка в тракте. Так же если ознакомиться со схемотехникой зарубежных промышленных аппаратов то у всех у них тракты максимально раздельные. Это лишний раз подтверждает что направление выбрано правильно. Некоторое избыточное количество деталей с лихвой окупается простотой настройки.

Характеристики приемного тракта очень сильно определяются примененным первым смесителем. Так как первый гетеродин работает в диапазоне частот 47..75 MHz то популярные в последнее время смесители на коммутаторах тут не особо применимы, т.к. из-за задержек переключения будут иметь повышенное затухание. Решено было использовать активный смеситель. Выбор пал на смеситель на четверке полевых транзисторов, аналогичный примененному в TS-590S и TenTec Orion II. Использовалась четверка подобранных J310. Подбор осуществлялся китайским универсальным тестером "всего". Накачку ПТ осуществляет драйвер на 74AC86, который формирует сигнал на затворах в противофазе с достаточной амплитудой для надежного запирания транзисторов.

 

 

 

Тракт ПЧ-НЧ сделан по мотивам трансивера "Стрекоза". После смесителя сигнал с ПЧ 45 MHz попадает на кварцевый фильтр. Я применил фильтры M45B4 с полосой пропускания 7.5 kHz, но могут быть применены любые промышленные фильтры на соответствующие частоты и импедансом порядка 400-600 ом. Например 45K15B или аналогичные. Фильтр согласован по выходу с помощью резистора R13, сопротивление которого равно рекомендуемому сопротивлению нагрузки для примененного фильтра.

Далее сигнал усиливается резонансным каскадом на полевых транзисторах Q5Q6. Нагрузкой каскада является контур L2C32, настроенный на частоту ПЧ, и динамическое сопротивление p-i-n диода D3 осуществляющего АРУ.
Было смакетировано несколько вариантов этого каскада. При использовании апериодической нагрузки в виде дросселя падало усиление и существенно рос уровень шумов. При замене двух 2SK241 на один J310 падало усиление почти на 10 dB, скорее всего из за большей проходной емкости транзистора. Использование резонансной нагрузки оказалось самым оптимальным. Введение АРУ как можно раньше позволило устранить перегрузки второго и третьего смесителей, которые выполнены на достаточно слабеньких SA612.

 

 

Второй смеситель выполнен на SA612. В качестве ФСС применен ЭМФ ФЭМ-034Н-500-3.1. Могут быть применены другие ЭМФ с соответствующей коррекцией C20C22C23.
После ЭМФ сигнал поступает на каскад УПЧ Q1Q4 и третий смеситель, выполненный так же на SA612. После смесителя напряжение звуковой частоты усиливается каскадом на U1.1 и дополнительно фильтруется активным фильтром на U1.2. Цепь детектора АРУ D1D2Q2 не содержит особенностей. Резистором R6 устанавливают порог срабатывания системы АРУ.

Усиление в тракте равномерно распределено по всем каскадам. 1й каскад УПЧ и второй смеситель обеспечивают 45 dB, еще 35 dB приходится на ЭМФ, 2й УПЧ и 3й смеситель. Общее усиление со входа до выхода 3го смесителя (C7) составляет 80 dB.

Чувствительность тракта не хуже чем 0.5 uV (SSB, С/Ш=10dB). При испытании двухтональным генератором с разносом в 10 kHz динамический диапазон составил 100 dB. При меньшем разносе, когда оба тона попадают в полосу пропускания фильтра на 45 MHz динамический диапазон будет меньше.

Частоты гетеродинов формирует синтезатор собственной разработки на Arduino/Si5351. Его модификация свелась к прописыванию в коде частот ПЧ и включению нужной раскладки с помощью define.

 

Тракт передачи не имеет никаких особенностей и выполнен полностью на SA612.

 

 

Опробована еще одна топология активного смесителя с достаточно высокими параметрами. В основу была положена схема из трансивера YES-97 Г.Брагина RZ4HK. Схема была переработана под современную элементарную базу.

 

 

В смесителе работают четыре J310 по два в каждом плече. Транзисторы подбирались по близости параметров с помощью китайского "тестера радиокомпонент". Это позволило отказаться от токовыравнивающих резисторов в истоках. В цепях ООС используются двухзатворные BF998. Смеситель показал отличные характеристики. Его IP3 составляет +40dBm при работе на нагрузку в виде КФ 45MHz с импедансом 560 ом. Испытания проводились двухтоновым сигналом с разносом частот 10kHz и уровнем 0 dBm.
Динамический диапазон по интермодуляции третьего порядка с таким смесителем будет не хуже 105dB.

 

Платы в собранном виде: слева - передатчик, справа вверху - приемник, внизу - первый смеситель.

 

 

Более подробную информацию о примененных деталях, настройке и вариантах схемы можно найти на домашней странице проекта

 

 

 

 

[Relayer]

В ходе различных экспериментов было выявлено что SA612 достаточно неплохо работает как AM-детектор если на нее не подавать сигнал гетеродина. Коэффициент передачи при этом составляет примерно -10..-12 dB, что не так уж и плохо.
Так же выяснилось, что AM вполне сносно принимается даже используя сравнительлно узкий однополосный ЭМФ. При этом настройка на станцию получается немного сдвинута а 300-400 Hz. В этом случае через фильтр проходит несущая и одна из боковых полос, и в дальнейшем детектируются в SA612. Конечно высокие частоты беспощадно обрезаются, но слушать сигнал вполне можно

 

Думаю информация будет полезна всем кто использует SA612

[UT3FT]

Да, этот факт известен, тоже думал в своей конструкции так и сделать, использовать её как детектор в режиме АМ. Но результаты на детекторных диодах  реально лучше, посему остановился на диодном детекторе.

Пробовал подключать выход SA612 (дифференциально) к операционному усилителю, результат не плохой получился, но на диодах реально лучше.

 

 

Ещё пробовал разные вариации с транзисторами и диодами, типа детектора повышенной чувствительности (диод в цепи база коллектор) и тд и тп, результаты унылые.

типа...

 

 

[Relayer]

Гм, мне такая инфа ни разу не попадалась. Есть ссылки?

 

Немного покопал тырнет. Нашел вот тут такую схему ам-детектора на SA612

 

 

На гетеродинный вход SA612 подается входной сигнал и она работает как перемножитель. Сделал у себя так - сигнал на выходе вырос на 10-15дБ. Тут как бы все понятно.

 

Но почему у меня SA612 детектирует с 6 и 7 выводами которые закорочены на землю через 0,1uF? Я вижу только два варианта: либо внутри микросхемы идет пролаз по цепям смещения входного сигнала в цепь гетеродина и в результате мы получаем перемножитель, либо идет обычное детектирование на p-n переходах

[valer]

Конструкция интересная. А печатки не собираетесь выложить?

[Relayer]

Проекты на сервисе EasyEDA со схемами и печатными платами
1. Phoenix active mixer
2. Phoenix RX
3. Phoenix TX

Все печатки рассчитаны на планарный "бездырочный" монтаж обычных выводных деталей. Подробности видны на фото собранных плат в этой теме

 

[valer]

Спасибо!

[Абрамий]

Уважаемый  UR5FFR  , что вы можете сказать  об этом

 

Что Вы можете сказать об этой конструкции смесителя ?

http://jr1pwz.my.coocan.jp/ham/hf-50mhz-dds-trx/dbm-comp/dbm-comp0.htm

Конкретно-же  вот эта :
http://jr1pwz.my.coocan.jp/ham/hf-50mhz-dds-trx/dbm-comp/fetmixer.gif

 

http://jr1pwz.my.coocan.jp/ham/hf-50mhz-dds-trx/dbm-comp/fetmixer.gif



Автор для неё намерил аж IP3 46,5 ДБМ при потерях в 7ДБ и при накачке ключей синусом 20ДБМ .

По тексту перевода получается , что частота гетеродина была 25,7МГц , сигнала 15МГц , ПЧ 10,7 МГц .

Это совсем не мало однако получается !

И выходит ,что сравнительно низкочастотный и вдобавок ещё и не дорогой полевой V-МОП транзистор VN66AFD с  весьма большими входными емкостями по 50-80 пФ и сравнительно медленным временем переключения - около 10-15нс - очень хорошо работает на высоких частотах и даёт очень высокий динамический диапазон .

И главное транзистор VN66AFD в этой схеме не накачивается меандром , а накачивается синусоидальным сигналом в 20ДБМ .
Что однако явно предпочтительнее .
Накачать меандром такой полевой транзистор в такой схеме и не получиться из-за слишком больших емкостей .

Что вы об этом  Ув.. Андрей .  думаете ?
Реальные-ли эти данные или всё это не ответствует действительности ?
Я такие транзисторы кстати достал .

 

 

Так-же у меня имеются  ВЧ  полевые транзисторы  RD01MUS1 и RD01MUS2 ( эти  с защитой затвора )  .

Они не очень-то и дорогие .
 
Знаю ,что у них разброс всех параметров намного менее ,чем у старых  советских КП905 , а  крутизна сильно больше и   ближе скорее  к КП907  и сопротивление в открытом состоянии намного меньше .
А их разброс по пороговому напряжению всего  от 1 до 3 вольт , а у КП905 -КП907 намного более .
Значит получается ,что  потери пассивного смесителя на этих транзисторах будут намного менее чем на КП905 и уже наверное  ближе к КП907  .
И так-же из этого  получается ,что им нужно намного меньшее напряжение гетеродина , чем КП905-КП907  .
Не более 10 вольт .
Если-же транзисторы   RD01MUS1 и RD01MUS2  использовать в схемах усилителей или активных смесителей ,то они могут иметь паразитные возбуждения на СВЧ , но в пассивных схемах смесителей это полностью исключено .
Емкости-же их вполне сравнимые с КП905 и больше только менее чем в 1,5 раза , а крутизна-же  намного более !

Смущает меня только наличие паразитного диода в этих транзисторах , в КП905 он конечно  тоже есть . но как-то  особо не влияет .
А вот как будут себя вести эти паразитные  диоды в RD01MUS1 и RD01MUS2 мне совершенно непонятно . наверное на их стоки нужно подавать какое-то напряжение смещения для запирания этого самого диода .

RD01MUS2 и  с защитой затвора  ,но во как  эта защита затвора будет влиять на динамику ?

 

Возможно ,что у этих транзисторов ещё и малый уровень шума в активном режиме , а тогда можно было-бы их использовать вместо КТ610 или КТ939  немного доработав схему  включения
 , но никаких  данных об шумах  транзисторов    RD01MUS1 и RD01MUS2  нет ..

Что Вы об этом всём скажете ?

[Relayer]

Да ничего я не скажу. Схемы эти видел. Смысла в них сейчас особого нет т.к. на FSA3157 проще и не хуже. Кроме этого из-за разброса параметров транзисторов будет пролаз гетеродина на выход. Если вам интересно - берите паяльник и пробуйте. У меня ни старых КП9** в нужном количестве нет, ни этих раритетных VN66, тоже. Да и желания связываться с ними тоже нет

 

транзистор VN66AFD в этой схеме не накачивается меандром , а накачивается синусоидальным сигналом в 20ДБМ .
Что однако явно предпочтительнее .

Кто вам сказал что предпочтительнее? Единственное преимущество накачки синусом - нет приема на третьей гармонике гетеродина. Ну так ДПФ и так ее отфильтрует. По динамике у синуса проигрыш

 

У более современных RD01MUS большая крутизна, что приведет к проблемам согласования активного смесителя. Причем без разницы в какой схемотехнике - придется что-то мудрить.

[Абрамий]

Ваша конструкция   конечно  лучше  и  главное  сильно проще   конструкции покойного RA3PDD  Роса  3 !

 ( Я RA3PDD лично знал и   снабжал его деталями  и разным  инструментом .)

 

 

Имеется  ли у  Вас  печатная плата  на описанный вами  смеситель  ( по ссылкам её нет )  ;  

Опробована еще одна топология активного смесителя с достаточно высокими параметрами.

В основу была положена схема из трансивера YES-97 Г.Брагина RZ4HK.

Схема была переработана под современную элементарную базу.

Похожую по принципу   конструкцию смесителя я видел у  RV3ATU , но она была на порядок сложнее и с двумя  фильтрами    ФП2П-3-1 45,5МГгц .

 

 

И вот что ещё  Вы  пишете ,что  усиление  .  :

1й каскад УПЧ и второй смеситель обеспечивают 45 dB,

Т.е.   до  фильтра основной селекции усиление очень велико .

Но ведь  динамический диапазон SA612 весьма мал и не более  70 dB,

А у Вас-же   получается ,что  на  второй смеситель  наваливается  усиленный сигнал .

Тем более что  и полоса пропускания  недорого и дешевого  фильтра 1ПЧ на  45Мгц   весьма велика , а прямоугольность  его  весьма низкая .
 

Вот например   в  FT-840 ( и многих других  трансиверах и приёмниках )    ровно та-же проблема с разогнанным   усилением  между  первым и вторым смесителем  и плохими характеристиками   фильтра 1ПЧ и недостаточным динамическим  диапазоном  2  смесителя  .

 

В Вашей  конструкции  это получается   аналогичная  проблема .

И вдобавок и динамический диапазон ЭМФ тоже не более 70-80dB .

Для меня все это не проблема  , у меня  например есть   большие  фильтры  ФП2П-3-1 45,5МГгц ,  полоса 8КГц и югославские  кварцевые  фильтры  IMP  на 500КГц  , так-же и  наши очень большие   кварцевые  фильтры  на 128КГц .

 

 Есть  так-же  и импортные  большие   кварцевые фильтры  RACAL  на  40,455 МГц   с полосой 16КГц и с очень   хорошей прямоугольностью  и  импортные  кварцевые фильтры на 455 КГц .

Вдобавок  у меня  ещё  есть  микросхемы    смесителей SL6440  и у которых динамический диапазон точно  выше  80-85dB , как и все остальные характеристики  лучше .

 

Потому все это для меня не особо-то  критично , в но  вот для других-же   будет наверное однако   проблема  !

 

 

Я-бы  усиление после    фильтра  первой ПЧ    прибрал-бы   до   15-20 dB  и добавил-бы  ещё один фильтр по первой ПЧ   , а   второй смеситель сделал-бы   таким-же как и первый  и первый каскад УПЧ  перенёс  после ЭМФ .

[Relayer]

Имеется  ли у  Вас  печатная плата  на описанный вами  смеситель  ; 

Печатки нет. смеситель оказался капризным при повторении - не смог добиться стабильного воспроизведения параметров. Поэтому я от него отказался. Более перспективная и стабильная конструкция смесителя описана тут - Высокодинамичный активный смеситель с ООС. Благодаря ООС смеситель имеет отличные параметры. IP3 при правильной балансировки достигает значения +46dBm. Без балансировки +35..+40dBm.

 

1й каскад УПЧ и второй смеситель обеспечивают 45 dB,

Т.е.   до  фильтра основной селекции усиление очень велико .

Но ведь  динамический диапазон SA612 весьма мал и не более  70 dB,

А у Вас-же   получается ,что  на  второй смеситель  наваливается  усиленный сигнал .

Что касается динамики внутри полосы пропускания первого фильтра - то она ограничена SA612. Тут не ставилась задача ее оптимизации, так как сложность конструкции начинает существенно возрастать. Не забываем что тракт изначально проектировался как простая альтернатива схемотехнике применяемой в трансиверах SW*

 

Не является проблемой применить во втором смесителе AD831 с гарантированным IP3=+29dBm (сопоставимо с вашими SL6440 но продолжает производиться в отличии от чипов PLESSEY). Либо продублировать еще раз первый смеситель. Вместо ЭМФ поставить КФ или аверсовские пьезофильтры, но это все будет раза в два сложнее чем то что есть и это будет другой трансивер. Но и параметры конечно будут получше. Стоит ли овчинка выделки - надо собирать и мерять.

[Абрамий]

Вы знаете  ,а ведь  наверное  надо  стоки  полевых транзисторов   в ваших схемах смесителей  ,   через  емкость  в примерно 0,01Мкф   и параллельный контур на ПЧ 45Мгц    соединить с  общим проводником и  таким образом  закоротить  стоки полевых транзисторов  по всем частотам  ВЧ  , кроме ПЧ  и  близких к ней . 

По моему опыту и  опыту RV3ATU   так получается заметно лучше .

Во всяком случае число пораженных точек  точно уменьшается , но и    динамический диапазон  тоже должен увеличиться за счет  того ,что все  паразитные сигналы  на стоках  полевых транзисторов  сразу и сильно уменьшаются  .

Фактически это получается  диплексер  . 

Наверное в таком случае не надо будет балансировать смеситель  подстроечными  конденсаторами , а только  настроить контура  на ПЧ 45 Мгц  .

 

 

И не думали-ли Вы использовать в этой конструкции микросхему MC3362 ?

[Relayer]

Я экспериментировал с резонансной нагрузкой смесителя. Дает порядка 6дб прибавки усиления, но очень существенно просаживает динамику. Диплексер для активного смесителя не нужен - он необходим только для пассивных смесителей.

[Абрамий]

Что резонансная нагрузка в отличие  от широкополосной  нагрузки сильно уменьшает  динамику активных смесителей  - это я знаю .

И полагаю  , что диплексер весьма   необходим  и для  активных смесителей .   

[Relayer]

И полагаю , что диплексер весьма необходим и для активных смесителей

Тут не надо полагать или не полагать. Соберите макет с/без диплексера, обмерьте его и опубликуйте результаты. Все остальное - не более чем предположения и домыслы.