ред. от 01.04.2020

15.03.2020

Чтобы высвободить один из своих самодельных SDR-трансиверов с сервера WebSDR - решил собрать новый приёмник на базе разработки US5NCJ V13. Будет распаяна только та часть схемы, которая необходима для работы приёмника. Корпуса 4053, выполняющие роль коммутаторов устанавливаться не будут:

Часть компонентов осталась с прошлой сборки трансивера, часть была докуплена и самое главное - в наличии есть несколько плат.

Сам приёмник будет состоять из трёх компонентов: плата приёмника, кварцевый генератор (или синтезатор), диапазонный полосовой фильтр. Конструкция будет собрана в корпусе от CD-ROM.

За пару выходных дней были установлены почти все компоненты:

21.03.2020

Сегодня закончил сборку приёмника. Площадка под кварцевый генератор была варварским способом подготовлена с помощью мини алмазного диска:

Нижняя правая ножка генератора используется в качестве опорной и никуда не подключается. Питание взял с ближайшего чипа. Были сомнения относительно работоспособности генератора от напряжения 2.6В, но, как оказалось, генератор прекрасно работает. Стабилизатор напряжения - едва тёплый. Посмотреть частоту генерации и амплитуду выходного сигнала своим С1-73 я не могу (эх, пора уже обзавестись чем-то более функциональным), но квадратурные сигналы после деления частоты на 4 прекрасно наблюдаются. Заодно, убеждаешься в работоспособности данного узла схемы. Так же, приблизительно можно оценить равенство уровней квадратурных сигналов.

Как это часто бывает, приёмник работать сразу не захотел. Оказалось, что вместо ёмкостей 3300пФ были запаяны индуктивности во входном фильтре верхних частот. Соответственно, входной сигнал замыкался на корпус. Потом оказалось, что подавление зеркала (симметричный сигнал с противоположной стороны панорамы относительно нулевой ПЧ) составляет всего 18дБ. Поиск причины этого обстоятельства привёл к смесителям на ключах 3157. В наличии было 4 штуки (по две из разных партий) и, как выяснилось, с каждого корпуса выходной сигнал имел разную амплитуду.

Заменив оба смесителя, удалось получить подавление зеркала около 35дБ - тоже мало. Видимо, решение проблемы займёт какое-то время. Необходимо получить не менее 45дБ подавления, аппаратно.

Кстати говоря, если для оценки уровня подавления зеркала используется какая-либо программа (например, HDSDR), то имеет место следующая особенность: величина подавления зеркального сигнала отличается при различной отстройке от нулевой ПЧ. Например, если стать выше/ниже нулевой ПЧ на 10кГц, то будем наблюдать одно подавление, а если станем выше/ниже на 50кГц от нулевой ПЧ - другое (меньшее). То же самое относится и к программной регулировке подавления зеркала. Наилучший результат будет получен именно для той частоты, относительно которой производится регулировка по максимальному подавлению. На других частотах результат будет отличаться.

Если в наличии имеется тестовый сигнал достаточно высокого уровня (на сколько помню, S9+20дБ и выше ), то для оценки степени подавления зеркала не подойдёт программа PowerSDR версий 2.X.X, т.к. в ней автоматически будет включаться функция программного подавления зеркала и будет создаваться ложное впечатление того, что вам удалось получить потрясающие результаты в этом аспекте...

Для калибровки своих устройств я использую кварцевый генератор от US5NCJ (любезно подаренный мне автором) на фиксированную частоту с фиксированным (известным) уровнем, поэтому, при оценке уровня подавления зеркального сигнала отталкиваюсь от имеющегося оборудования в наличии. Первая гармоника генератора находится на диапазоне 80м и имеет максимальный уровень. На диапазоне 40м вторая гармоника данного генератора имеет уровень -71дБм, что соответствует значению по шкале S-метра S9+2дБ. Несмотря на ограниченный функционал данного калибровочного генератора, подключая его к разным SDR, можно оценить относительную степень подавления зеркала того или иного устройства и сравнить их между собой...

По настройке и поиску возможных неисправностей в схеме.

На корпус УНЧ идёт 4 сигнала (на фото выше - четыре проволочных перемычки). Сигналы должны быть идентичны по амплитуде и сдвинуты по фазе между собой, как показано на схеме. При проверке каскада УНЧ можно брать любой из этих сигналов и поочерёдно подавать на каждый из четырёх входов 33179. Получение идентичного уровня сигнала на панораме приёмника (уровень зеркального сигнала на панораме будет идентичным основному во всех случаях) говорит о правильной работе данного каскада. В моём случае оказалось, что все четыре канала УНЧ работают идентично (цифровой S-метр в HDSDR показывает уровень с точностью до десятых долей децибела), а вот амплитуды сигналов со смесителей отличаются между собой от смесителя к смесителю. Т.е. один смеситель выдаёт два сигнала, скажем, с уровнями S8+1дБ, а другой - с уровнями S7+4дБ. Уровни, выходящие с каждого смесителя между собой идентичны. Амплитуды квадратурных сигналов 0° и 90°, формирующиеся до смесителей на ключах 3157 - одинаковые и составляют 1,25В. К сожалению, сдвиг фаз на своём С1-73 я наблюдать не могу.

Кварцевый генератор Kyocera подключен к точке питания корпуса 74LVC1G74. Кстати, напряжение после выпрямителя AMS1117 у меня получилось 2,6В.

В работе на реальную антенну с подавлением зеркала в железе около 35дБ картинка выглядит следующим образом:

Как раз, проходил контест. Зеркала сильных CW-сигналов видны в правой части панорамы. В идеале, такого быть не должно...

В программе SDR# это не так заметно:

Запись I/Q-файла в момент этого контеста для программы HDSDR. В программе необходимо установить частоту 192кГц и инвертировать каналы:

22.03.2020

Снял старый приёмник с WebSDR сервера 40м и посмотрел подавление зеркала (опорный генератор установлен идентичный, тестовый генератор использовался идентичный) - оказалось ещё меньше - 28дБ.

Кроме того, старый приёмник имел чрезмерное усиление (уровень выше на 5,5дБ) и частенько перегружался от сигналов ближних станций. Новый приёмник (судя по практике использования трансивера, выполненного по этой же схеме) должен иметь более широкий динамический диапазон.

На скриншоте выше приёмник питался от компьютерного блока питания. Потом я решил запитать его от аккумулятора (обратите внимание на область нулевой ПЧ):

После этого, подобрал адаптер питания 12В для постоянного подключения к новому SDR-приёмнику.

Эксперименты с подавлением зеркала решил закончить, установил плату в корпус и произвёл замену приёмника на сервере WebSDR 40m. Возможно, понадобится незначительная коррекция частоты, т.к. используется аналогичный, но другой кварцевый генератор.

Вид платы с обратной стороны:

Кстати говоря, для эксперимента, попробовал использовать сигналы 0° и 90° и только два из четырёх операционников УНЧ 33179. Приёмник работает так же, но уровень сигнала становится ниже и подавление зеркала ухудшается... 

Сейчас, уровни сигналов с каждого из двух смесителей, различаются незначительно (0,4дБ). Пришёл к выводу, что подбирая отдельные экземпляры 3157, можно свести этот параметр к минимальным значениям и получить максимально возможное подавление на аппаратном уровне. Разумеется, программно, можно значительно увеличить подавление, но в случае с WebSDR такой функции нет.

23.03.2020

К сожалению, надежды на высокую перегрузочную способность нового приёмника пока не оправдались. Ближайший сосед, включившийся в тот же вечер и проходящий с уровнем S9+63дБ, перегружает АЦП звуковой карты:

В режиме отображения спектра периодически наблюдается подпрыгивание всей панорамы на пиках сигнала и появление зеркал с удалением на равные промежутки по панораме в обе стороны относительно исходного сигнала:

В то же время, калибровка уровня на WebSDR не проводилась (я просто забыл это сделать) и при обычной работе в эфире на калиброванном трансивере в режиме нажатия сосед проходит именно с этим уровнем (ранее, я специально просил его в эфире провести данный эксперимент). В режиме SSB сигнал, в большинстве случаев, даже в пиках не достигает такого же уровня, что может давать надежду на запас в несколько дБ при будущей калибровке. Необходимо будет произвести калибровку уровня в ближайшее время. 

Что касается решения проблемы перегрузки АЦП звуковой карты - здесь возможны два варианта: уменьшить чувствительность по входу звуковой карты в настройках конфигурации сервера WebSDR или поставить аттенюатор на выходе приёмника (нецелесообразно). В то же время, я больше склоняюсь к тому, что калибровка S-метра приёмника должна быть близкой к реальной. Тогда, WebSDR будет отображать реальную картину по уровням сигналов принимаемых станций, т.к. многие корреспонденты мониторят прохождение своего сигнала по удалённым WebSDR и вводить их в заблуждение не имеет смысла. Хотя, конечно же, много зависит от приёмной антенны и её диаграммы. На сколько помню, есть функция настройки S-метра на любое значение при одном и том же сигнале. Т.е. можно уменьшить чувствительность по входу, но задать необходимое показание S-метра в настройках. В общем, вопрос пока открыт...

Один важный нюанс. Если переключить приёмник в режим отображения спектра, то видно, что шум отображается на панораме в виде некой дуги. На SDR с прямой оцифровкой такого эффекта нет. Здесь же, в виду использования фильтров, происходит подавление сигналов за пределами границ принимаемого диапазона простейшими RC-цепями (стоят между смесителями и УНЧ) и оно не имеет безупречный Г-образный вид, а при неправильно подобранных номиналах, способно заметно ослабить сигналы на границах полосы приёма. Если же эти фильтры не применять или отодвинуть границу подавления слишком далеко - в полосу отображаемого панорамой сигнала будут лезть зеркала мощных станций, находящихся по обе стороны от полосы приёма и различные комбинационные продукты (в случае с диапазоном 40м туда лезут вещательные станции, одну из них хорошо видно в вечернее время на частоте 7023кГц - это не что иное, как зеркало вещательной станции, работающей на частоте 7215кГц, т.е. 7215кГц-192кГц=7023кГц). Спад уровня сигналов к краям панорамы достигает 10дБ и более. Т.е. при калибровке S-метра приёмника вблизи нулевой ПЧ, этот же сигнал с тем же уровнем но на другой частоте (на границе панорамы) будет отображаться S-метром со спадом. Поэтому, в случае с квадратурными SDR приходится искать компромисс между подавлением за пределами полосы и допустимым спадом на краях панорамы.

26.03.2020

А вот интересная картинка, сделанная сегодня:

Никакие изменения в схему и настройку сервера не вносились к этому моменту. Включалась другая ближняя станция, но с мощностью 100Вт. Уровень сигнала, приблизительно, тот же, однако, перегрузки АЦП уже нет. Возможно, в прошлом случае сказалась меньшая линейность сигнала и присутствовали сплеттеры. В любом случае, уровень S9+60 приёмник переваривает достойно. Есть, конечно, зеркальный сигнал (уровень был -53dBm) и он хорошо виден на панораме с противоположной стороны относительно нулевой ПЧ, причём, отображается, как сигнал USB. В эфире его нет, разумеется, это - издержки недостаточного подавления зеркала в квадратурных SDR, в частности, в варианте приёмника WebSDR... Тем не менее, подавление зеркального канала "в железе" получилось более 40дБ.

Вечером, при хорошем прохождении, целый лес зеркал от вещательных станций диапазона 41м отображался на панораме:

Похоже, недостаточная степень затухания сигналов после RC-фильтров между смесителями и УНЧ. Буду пытаться решить данную проблему путём изменения номиналов фильтра с предварительным моделированием в программе RFSimm...

28.03.2020

В RC-фильтрах заменил ёмкости с 0,015uF (по схеме - 27nF) на 0,033uF.

Вечером того же дня подобной картины с зеркалами несущих вещательных станций уже не наблюдалось. Прохождение было достаточно хорошим. Зеркало станции 7205 проходило с уровнем до S9+15 на отметке 7013кГц панорамы. Так же, в полный рост бывает видна и станция 7210кГц на отметке 7018кГц панорамы. Избавиться от подобного негативного эффекта при данной схемотехнике и полосе 192кГц практически невозможно...

p.c. Есть идея, заменить аналогичным приёмником трансивер на WebSDR 80m в ближайшем будущем, чтобы использовать трансивер для полноценной работы в эфире...

Продолжение следует...