QRP трансивер Полевик-80 (3500-3580кГц, 3Вт)

Каждый год в католический Праздник Вознесения (13 мая в 2010 г.) QRP Contest Community [1] проводит интереснейшие QRP состязания - Minimal Art Session (MAS) [2]. Цель - установить как можно больше связей, используя максимально простую аппаратуру (состоящую из возможно меньшего числа электронных компонентов). Выходная мощность должна быть, естественно, не более 5 Вт.

В те еще прохладные майские дни, мне захотелось согреться душой, встретившись с одноклубниками RU-QRP, поддержать этот замечательный QRP тест и проверить простой трансивер. Решение было принято и предстояло основательно подготовиться. Собственно сам трансивер тогда еще не существовал.

Он был разработан, собран и отлажен за пару недель, а закончен в последний день перед контестом! Пословица: «русские долго запрягают, но быстро ездят» подходит в данном случае очень точно!

За основу конструкции взята экспериментальная схема трансивера «Полевик» уважаемого Владимира Тимофеевича Полякова [3]. По словам автора, этот трансивер не был воплощен «в металле» и представляет собой концептуальную идею. Идея мне понравилась, и я решил испытать ее в деле, внеся некоторые свои изменения.

Решающую роль в выборе схемы послужила исключительная простота схемы трансивера «Полевик», а также моя давняя любовь к прямому преобразованию, привитая книгами Владимира Тимофеевича.

Свой трансивер я назвал «Полевик-80» («FETter-80» в английском варианте), указывая на оригинал схемы RA3AAE, которая работает в диапазоне 80м. Простой трансивер нуждается в качественных деталях, только в этом случае можно ожидать от него хороших результатов. Именно поэтому в трансивере применены импортные компоненты.

Макет выполнен на куске фольгированного стеклотекстолита подходящих размеров. Длина соединительных проводов ВЧ цепей должна быть минимальной, хотя это и не так критично для диапазона 3.5 МГц. Технические характеристики трансивера «Полевик-80»:

• Напряжение питания 10 - 14 В
• Потребляемый ток (при 12В) в режиме приема 15-20 мА, в режиме передачи 0.5 - 0.7 А*
• Диапазон частот: 3500 - 3580 кГц**
• Чувствительность (при 10 дБ С/Ш): около 10 мкВ
• Выходная мощность: 3 Вт*

* - зависит от цепи согласования с антенной;

** - зависит от перекрытия частот гетеродином.

При необходимости этот трансивер можно переделать и на другие диапазоны. На ВЧ диапазонах следует обратить особое внимание на качество и стабильность гетеродина и смесителя.

Принципиальная схема

Принципиальная схема в том виде, как она была представлена судейскому комитету MAS, показана на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема трансивера.

Согласно правилам MAS, каждый компонент трансивера должен быть пронумерован. Компонентами в MAS считаются следующие детали: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы, лампы, кварцы и т.д. Селективная цепь (фильтр) выходного каскада передатчика считается как состоящая из 3-х компонентов (можно применять и более сложную, но лишние элементы не будут учитываться).

Обратите внимание, что в трансивере «Полевик-80» для фильтрации гармоник и согласования с антенной применен ФНЧ 5-го прядка, но по правилам он считается состоящим из 3-х компонентов. Аналогично, вместо «высокоумных» © телефонов использовались низкоомные наушники из компьютерного магазина, а согласование выполнено с помощью трансформатора. Поскольку, согласно правилам, ключ и наушники не считаются компонентами трансивера, то, и согласующий трансформатор не был посчитан. Всего в трансивере «Полевик-80» 36 «деталей». Поэтому категория MAS: - «А36» .

В режиме приема сигнал с антенны через ФНЧ на L2, L3, C3, C6, C8, C9 поступает на смеситель на полевых транзисторах (отсюда и название трансивера) VT3, VT5. Переходы исток-сток транзисторов включены параллельно, а на затворы через трансформатор T1 подается противофазное напряжение гетеродина. За один период гетеродинного напряжения проводимость транзисторов изменяется дважды.

При этом происходит преобразование сигнала: F = Fsig ± 2Fosc. Гетеродин работает на частоте в 2 раза ниже принимаемой. Как и в случае со смесителями на встречно-параллельных диодах [4], это выгодно по нескольким причинам: гетеродин с низкой рабочей частотой имеет меньший «уход» частоты, а его гармоники подавляются входным фильтром.

Низкочастотный ФНЧ L4, C11, C12 выделяет звуковой сигнал, который усиливается двухкаскадным УНЧ на транзисторах с высоким коэффициентом передачи тока. В качестве наушников можно использовать высокоомные телефоны или низкоомную гарнитуру с согласующим трансформатором (рис. 1).

Гетеродин выполнен по классической схеме Хартли на транзисторе VT1 и особенностей не имеет. Буферный каскад (VT2) служит для развязки гетеродина.

Выбор для смесителя мощных полевых транзисторов RD15HVF1, предназначенных для ВЧ и СВЧ усилителей, продиктован исключительно их хорошими параметрами и доступностью. Имея малую емкость затвора, они незначительно нагружают гетеродин, что повышает его стабильность.

Переходы транзисторов RD14HVF1 начинают проводить при напряжении на затвор-исток +3...4 В. В режиме приема истоки транзисторов VT3, VT5 по постоянному току отключены от «земли» через закрытый переход управляющего транзистора VT4, но замкнуты по переменному току через конденсатор C11. При этом полевые транзисторы VT3, VT5 ведут себя как управляемые сопротивления и обладают высокой линейностью.

В режиме передачи при нажатом ключе S1 открывается управляющий транзистор VT4, который замыкает на «землю» низкочастотный тракт трансивера и пропускает через себя истоковые токи смесителя значительной величины. Через трансформатор T2 на смеситель, который теперь играет роль усилителя-умножителя, поступает напряжение питания. А через конденсатор C9 сигнал передатчика поступает на согласующий фильтр, и далее - в антенну. Для достижения усилителем высокого КПД, нужно подобрать элементы ФНЧ на L2, L3, C3, C6, C8 с тем, чтобы согласовать низкое выходное сопротивление полевых транзисторов с сопротивлением антенны.

На рис. 2 показана фотография собранного макета трансивера «Полевик-80», на котором практически отрабатывалась схемотехника конструкции. В таком же «минималистском» виде трансивер принял участие в MAS 2010. (Примечание: гетеродин был собран на другой плате).

Рис. 2. Макет трансивера.

При монтаже ВЧ транзисторов RD15HVF1 следует минимизировать длину соединительных проводников, предусмотреть экранирование. Это поможет избежать самовозбуждения на ВЧ, а также снизит уровень побочных излучений.

Транзисторы VT1, VT2 можно заменить другими маломощными полевыми ВЧ транзисторами с небольшим напряжением отсечки. Вместо ВЧ транзисторов VT3 и VT5 можно использовать другие полевые транзисторы с как можно меньшей емкостью затвора, например BS170.

Если применить широко распространенный «полевик» IRF510, то из-за значительной емкости затвора, буферный каскад гетеродина на VT2 будет сильно нагружен, и напряжения на трансформаторе T1 окажется недостаточно для работы смесителя. В этом случае придется добавить в гетеродин еще один каскад усиления.

Вместо управляющего транзистора VT4 можно использовать мощный переключающий «полевик» другого типа, например IRF630. Транзисторы УНЧ VT6, VT7 следует подобрать по максимуму коэффициента передачи тока И21э (он должен быть не менее 800).

Катушки индуктивности можно намотать на имеющихся каркасах диаметром не менее 6 мм. Конкретные значения индуктивностей подбираются при согласовании ВЧ цепи.

Трансформаторы T1 и T2 наматывают на тороидальных сердечниках с проницаемостью 1000...2000 сложенным втрое толстым проводом в изоляции (например, годится жила от кабеля UTP, применяемого для прокладки компьютерных сетей). Обмотка содержит 5.8 витков. Средний вывод симметричной обмотки трансформатора T1 получается соединением начала одной обмотки с концом другой.

Все три обмотки трансформатора T2 соединяются аналогично. В качестве согласующего НЧ трансформатора можно использовать трансформатор из «радиоточки» или от старого радиоприемника. Питать трансивер лучше от аккумулятора, тогда возможный фон переменного тока не будет мешать приему.

Наладка трансивера сводится к установке режима работы УНЧ резистором R7, при этом напряжение на коллекторе VT7 должно быть близким к половине напряжения питания. Подстройкой сердечника катушки L1 «вгоняют» гетеродин в нужный диапазон. При нормальной работе, ВЧ напряжение на затворах VT3, VT5 должно достигать 4.5 В на пиках.

Подключив вместо антенны ее эквивалент, и нажав на ключ, подстраивают выходной ФНЧ, добиваясь максимальной мощности на эквиваленте антенны.

Рис. 3. Выходной сигнал передатчика на экране осциллографа.

Выходной сигнал передатчика виден на экране цифрового осциллографа, подключенного прямо к эквиваленту антенны.

Действующее значение напряжения (Vrms) равно 12.1 В, что при нагрузке 50 Ом соответствует почти трем ваттам (3 Вт). Улучшив согласование можно повысить КПД и даже получить QRO трансивер! (два транзистора RD15HVF1 способны «отдать» в антенну до 36 Вт!).

В процессе разработки и наладки этого трансивера у меня случился один веселый казус: когда еще на макете не был спаян УНЧ, я подключил к ФНЧ L4, C11, C12 наушники, а к антенному разъему - укороченный вертикал на 80м, и глубокой ночью, когда все спят, в тихой комнате из наушников услышал сигналы любительских телеграфных радиостанций! Если прислушаться, можно было распознать и далекие грозовые разряды, и очень слабенький фоновый шум помех. И все это даже без УНЧ! Получилось этакое «детекторное прямое преобразование».

В MAS 2010 на этом трансивере было проведено 3 QSO с другими участниками: Виталиком UU7JF, Валерой RW3AI и Ахматом UA9FAX. QSO с Ахматом было трудным, но расстояние более 1500 км с использованием такой простой аппаратуры мы перекрыли.

Надеюсь, что в следующем году участников в MAS будет больше, и, если так случится, то задача этой статьи будет выполнена!

Литература:

1. QRP Contest Community, www.qrpcc.de

2. QRP MAS, www.qrz.ru/contest/detail/477.html

3. CQ QRP #13, qrp.ru/modules/mydownloads/cache/files/cq-qrp/13.pdf

4. В. Т. Поляков, «Радиолюбителям о технике прямого преобразования» - М.: Патриот, 1990. - 264 с, www.cqham.ru/ftp2/RLTPP.djvu

Автор: Дмитрий Горох UR4MCK. CQ-QRP №31.