SDR приёмник SoftRock Ensemble RX II
В радиолюбительской практике частенько требуется наличие контрольного радиоприёмника. С помощью контрольного приёмника можно не только послушать радио, но и отградуировать гетеродин, посмотреть побочные излучения каких-нибудь устройств, послушать свою работу в эфире и т.п.
В этой публикации я хочу рассказать об удивительной конструкции, которая изменила моё представление об аппаратуре для любительской радиосвязи и положила начало моему увлечению SDR (Software Defined Radio).
Речь идёт о SoftRock Ensemble RX II, который я использую в качестве контрольного радиоприёмника уже седьмой год.
На официальном сайте SoftRock Ensemble RX II продаётся или за $65 в виде набора, или за $85 собранным. При такой цене больше хочется говорить о достоинствах, чем о недостатках.
Особенностью приёмника является то, что он не работает автономно. Выход приёмника подключается к линейному входу звуковой карты компьютера. Синтезатор частоты приёмника управляется через USB.
Мной используется HF-версия SoftRock Ensemble RX II, которая работает в диапазоне частот 1,8…30 МГц. Этот диапазон разбит полосовыми фильтрами на четыре поддиапазона: 1,8…4 МГц; 4…8 МГц; 8…16 МГц и 16…30 МГц.
Приёмник покупал набором. Впервые в жизни мотал катушки для диапазонных полосовых фильтров (ДПФ) на кольцевых сердечниках. Важным моментом было наличие сайта с подробной инструкцией по монтажу и наладке.
После правильной сборки конструкция заработала сразу. Когда же я увидел эфир на панорамном индикаторе, я понял, это любовь навеки!
Аппаратная часть
Как понятно из названия, SoftRock Ensemble RX II был не первым в линейке. Видимая простота схемотехнического решения приёмника отрабатывалась американским радиолюбителем Tony Parks (KB9YIG) годами.
Принцип действия малосигнального тракта проще объяснить на схеме радиоприёмника SoftRock Lite II — «младшего брата» SoftRock Ensemble RX II. Схема взята из инструкции по монтажу и наладке:
Из схемы видно, что это гетеродинный приёмник с квадратурным детектором (QSD).
Схема источника питания (1 — Power Supply) — стандартная схема включения микросхемы линейного стабилизатора 78L05.
Принимаемый сигнал радиочастоты (РЧ) через диапазонный полосовой фильтр (ДПФ) C3, L1, C4 подаётся на первичную обмотку трансформатора T1. На выводе 2 трансформатора присутствует сигнал РЧ, синфазный принимаемому, а на выводе 4 — противофазный. На «среднюю точку» вторичной обмотки T1 (выводы 3, 5) подаётся напряжение смещения, равное половине напряжения питания. Напряжение формируется делителем на резисторах R3, R4 и фильтруется конденсаторами C7, C14, C16. Смещение нужно для правильной работы ключей и операционных усилителей (ОУ).
Ключи из состава мультиплексора-демультиплексора U3 переключаются сигналами со счётчика Джонсона, собранного на U2. В любой момент времени открыт только один ключ.
Сигнал I (Inphase) формируется на конденсаторе C5 подачей на него через R1 напряжения с вывода 2 трансформатора T1 через открытый ключ 1B4 (фаза сигнала гетеродина 0°), а также подачей через резистор R2 и открытый ключ 1B1 напряжения с вывода 4 трансформатора T1 (фаза 180°).
Сигнал Q (Quadrature) формируется на конденсаторе C6 подачей на него через R1 напряжения с вывода 2 трансформатора T1 через открытый ключ 2B3 (фаза сигнала гетеродина 90°), а также подачей через резистор R2 и открытый ключ 2B2 напряжения с вывода 4 трансформатора T1 (фаза 270°).
Резисторы R1 и R2 нужны для «выравнивания» разницы сопротивления открытых ключей мультиплексора-демультиплексора FST3253.
Сигналы I, Q усиливаются инвертирующими усилителями на двух половинках U4 и подаются на линейный вход звуковой карты компьютера, где и производится дальнейшая обработка квадратурного сигнала.
От простого к сложному
SoftRock Lite II предназначен для приёма сигналов на участке какого-либо одного радиолюбительского диапазона. Параметры участка определяются частотой кварцевого резонатора X1 (см. 2 — Local Oscillator) и частотой дискретизации звуковой карты.
При резонансной частоте кварца 28224 кГц и частоте дискретизации 96 кГц SoftRock Lite II будет принимать сигналы в диапазоне от 7008 до 7104 кГц. Диапазонный полосовой фильтр (C3, L1, C4), соответственно, должен иметь точно такую же полосу пропускания.
На рисунке ниже показан экран программы HDSDR. Выход приёмника подключен к линейному входу звуковой карты компьютера. Частота дискретизации звуковой карты — 96 кГц. Центральная частота приёма — 7056 кГц. На панорамном индикаторе — безмятежное спокойствие, царящее на любительском диапазоне 40 м воскресным утром 6 июня 2021 года:
В отличие от SoftRock Lite II приёмник SoftRock Ensemble RX II имеет плавную настройку в диапазоне частот от 1800 кГц до 30 МГц, поэтому схема устройства дополнена синтезатором частоты Si570, управляемым через USB контроллером ATTiny85, и переключаемым четырёхдиапазонным ДПФ.
Схема ДПФ приёмника SoftRock Ensemble RX II взята из инструкции по монтажу и наладке:
ДПФ состоит из четырёх фильтров с полосой пропускания: 1,8…4 МГц; 4…8 МГц; 8…16 МГц и 16…30 МГц. Фильтры переключаются сигналами «SEL 0» и «SEL 1» силами двух мультиплексоров-демультиплексоров FST3253 U8 и U9. Аттенюаторы R17, R18, R19 и R20, R21, R22 в цепях ДПФ «Band 0» и «Band 1» ослабляют на 14 dB входной сигнал на «низкочастотных» КВ-диапазонах, которые традиционно отличаются высоким уровнем помех.
Трансформатор T2 служит для гальванической развязки ДПФ и антенны. Первичная обмотка трансформатора T3 является входом QSD.
Схема управления и синтезатора частоты показана ниже:
Схема питается от разъема USB. Подключенный к шине USB микроконтроллер U1 управляет синтезатором частоты U3 по интерфейсу I2C. Выходной сигнал синтезатора через трансформатор T1 подаётся на вход счётчика Джонсона. В зависимости от частоты приёма микроконтроллер через оптроны U4 и U5 формирует сигналы «SEL 0» и «SEL 1» для переключения полосовых фильтров в ДПФ.
Особенностью схемы является то, что она гальванически развязана с малосигнальным трактом приёмника. Полигоны «земель» изолированы друг от друга, сигналы передаются через оптроны и трансформатор:
Это сделано, чтобы исключить перетоки по полигону «земли» между точкой подключения к разъему USB и точкой подключения к разъему звуковой карты.
Программная часть
Программная часть состоит из программы для управления и программы для обработки данных.
Для управления приёмником и его конфигурирования применяется программа CFGSR, созданная радиолюбителем из Нидерландов F.W. Krom (PE0FKO):
Порядок установки программы управления и нужных для её работы драйверов подробно описан в инструкции по монтажу и наладке.
Для правильной работы схемы управления нужно выбрать тип устройства. В нашем случае это «SoftRock Ensemble RX II LF/HF (HF)»:
Для работы с SoftRock Ensemble RX II обычно используется программа HDSDR. Для связи HDSDR с CFGSR служит библиотека ExtIO_Si570.dll, которую после установки конфигуратора надо скопировать из папки, куда установлен конфигуратор, в папку, куда установлена HDSDR.
Выход приёмника подключен к линейному входу звуковой карты компьютера. Запускаем HDSDR. Выбираем источник сигнала — «SoftRock Si570». Устанавливаем рабочую частоту дискретизации звуковой карты. Пытаемся принять сигналы точного времени, которые передаются на частоте 9996 кГц:
Как видно по панорамному индикатору, сигналы точного времени мы принимаем на частоте 9994,18 кГц. Это нужно исправить!
Калибровка частоты
Опорный кварцевый генератор находится внутри корпуса синтезатора Si570. Калибровка опорной частоты производится прямо из конфигуратора вводом частоты настройки на радиостанцию и её фактической частоты вещания:
После проведения процедуры калибровки мы начинаем принимать сигналы точного времени, как и положено, на частоте 9996 кГц:
Теперь наш маленький аппаратно-программный комплекс можно смело использовать в качестве контрольного радиоприёмника с калиброванной шкалой.
Unfinished Sympathy
До знакомства с SoftRock Ensemble RX II такие вещи как синтезатор частоты, панорамный индикатор и управление радиостанцией с помощью компьютера были для меня атрибутами профессиональной связной техники, которая стоит отнюдь не $85.
Сборка приёмника оказалась простой и приятной. Инструкции по монтажу и наладке написаны простым и понятным техническим английским языком.
Использование панорамного индикатора позволяет не только слышать, но и видеть, что происходит в эфире.
Мне очень нравится SDR. Надеюсь, и вам тоже.
Облачные серверы от Маклауд быстрые и безопасные.
Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!
