
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 [4].
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 [1]. 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. В целом смеситель практически повторяет конструкцию из [2].
Смеситель показал достаточно высокие параметры. В качестве трансформатора T2 можно использовать резонансный контур на частоту первой ПЧ. Это даст 6-8 dB прибавки в усилении, но приведет к деградации динамического диапазона. Как вариант - использование в трансивере двух разных смесителей. Один для НЧ диапазонов с большей динамикой и меньшим усилением и второй для ВЧ диапазонов, с большим усилением. Кстати именно так и поступили в TS-590S.
Настройка смесителя сводится к балансировке подстроечным резистором R2 по минимуму сигнала гетеродина на выходе. Примечательно что балансировка влияет на подавление сигнала гетеродина и не влияет на значение IP3.
Тракт ПЧ-НЧ сделан по мотивам трансивера "Стрекоза" [3]. 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 Q6Q10 и третий смеситель, выполненный так же на SA612. После смесителя напряжение звуковой частоты усиливается каскадом на U8.1 и дополнительно фильтруется активным фильтром на U8.2.
На элементах D2,C14,R6,Q3 выполнена цепь быстрой АРУ, задача которой восстановить усиление тракта после резкого падения уровня входного сигнала. Резистором R29 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 (C39) 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 Si570/Si5351.
Детали
SA612 можно заменить на аналоги. У меня например работают самые дешевые NE602, купленные на ebay у китайцев.
В каскадах УПЧ вместо пары 2SK241 можно применить один BF998. При этом на второй затвор необходимо подать смещение порядка 8 вольт (выбирается по максимальному усилению).
NE5532 можно заменить на любые операционные усилители. Коэффициент шума для них не критичен.
КД409 можно заменить на КД510А или импортные pin диоды BAR64, BA591 и подобные. Детальное исследование поведения различных диодов в системе АРУ есть в [3].
Q3 - любой кремниевый, например 2N2222 и т.п.
Катушка L1 содержит 10 витков на кольце T37-2. Можно использовать подходящие кольца 30ВЧ (с изменением количества витков), либо применить готовый дроссель на 470 nH.
Номиналы R3 и C12 зависят от применяемого фильтра и указаны в его даташите.
ЭМФ может быть любой из того что есть, но необходимо подобрать значения конденсаторов C1,C3,C4. Делается это на макетке следующим образом. Вместо C3 и C4 ставим переменные конденсаторы по 150-200 pF. Сигнал частотой 500 kHz подаем с ГСС через резистор сопротивлением 1.5 kOm. Именно такое выходное сопротивление имеет смеситель на SA612. Подключаем осциллограф или ВЧ-вольтметр ко второй обмотке ЭМФ. Варьируя значения конденсаторов добиваемся максимального напряжения на выходе. После чего параллельно второй обмотки ЭМФ подключаем переменный конденсатор в 200 pF и настраиваем его в резонанс. Измеряем емкости и впаиваем в схему постоянные конденсаторы. Несмотря на длинное описание вся процедура заняла 5 минут.
Настройка тракта сводится к настройке в резонанс L1C13 по получению максимального усиления.
Литература
1. Активный смеситель TS-590S и TenTec Orion II
2. Vasily Ivanenko, QRP HomeBuilder - QRPHB
3. UR5FFR, Трансивер DragonFly (Стрекоза)
4. UR5FFR, Согласование смесителя в трансиверах SW2013/SW2015/SW2016