Конвертер для приема цифровых видов связи

Многие радиолюбители интересуются цифровыми видами радиосвязи, но не знают с чего начать. В последнее время доступность персональных компьютеров стала причиной революции также в любительской радиосвязи. Достаточно прослушать любительские диапазоны КВ или УКВ, чтобы на определенных частотах услышать непонятные сигналы.

Эти странные сигналы, похожие на бульканье, представляют собой сигналы цифровой связи, осуществляемой с помощью компьютера. Среди цифровых способов передачи, к которым относится также CW, широкое распространение получили RTTY, AMTOR, SSTV, а в последнее время также FAX, PACKET RADIO, BPSK31, QPSK31, Pactor, MFSK, Throb, MT63, Hellschreiber, OLIVIA.

Цифровые сигналы в приемниках (трансиверах) можно выделять:

• либо на промежуточных частотах;
• либо на низких (звуковых).

Устройства, работающие на звуковых частотах, получили название низкочастотные конвертеры.

В этом разделе мы хотели бы показать читателям, что работа цифровыми способами передачи не обязательно должна подразумевать большие финансовые затраты.

Чтобы проводить радиосвязь с применением цифровых способов передачи, нужно иметь следующее оборудование:

• любой компьютер с COM-портом и соответствующим программным обеспечением (ПО);
• трансивер КВ либо УКВ (достаточно обычной радиостанции на диапазон 2 м, имеющей гнезда микрофона, наушника/динамика и управления РТТ);
• модем (он же конвертер) сопрягающий компьютер с трансивером, о котором пойдет речь.

Схемы конвертеров неоднократно публиковались в радиолюбительской литературе, очень много схем конвертеров можно найти в Интернете.

Модемы для цифровой радиосвязи производят многие зарубежные фирмы. Большой популярностью пользуются модемы, позволяющие работать только в режиме PACKET RADIO. К этой группе относятся модемы TNC-2, а также самый дешевый модем Baycom/Digicom.

С модемами поставляется соответствующее программное обеспечение.

У этих плат обычно есть также аналоговые и цифровые вход и выход. Конструкторская работа обычно ограничена распайкой кабелей, созданием блока питания и экранированной коробки для платы. Программное обеспечение обычно бесплатное.

Многие радиолюбители начали писать программное обеспечение для работы цифровыми видами связи. Эти программы позволяют работать не только на RTTY, но и SSTV, пакетом, через спутники, а также проводить различные эксперименты по цифровой обработке голоса.

Бесплатно соответствующее программное обеспечения для компьютеров PC. Все эти программы легче всего получить через Интернет.

Можно создать аппаратные модемы для приема цифровых видов связи. Определенная часть радиолюбителей создавали удачные [12,13] и менее удачные конструкции.

Наиболее многообещающим направлением является создание программ, использующих в качестве аппаратной части обычные звуковые PC карты. Кроме специальных (лицензионных) программ для цифровой передачи, имеется большое количество программ Shareware.

Схема конвертера

Знакомим читателей с описанием конструкции довольно простого и сравнительно недорогого конвертера. Конвертер можно собрать из общедоступных деталей буквально за выходные дни. С его помощью при использовании общедоступного ПО можно будет смотреть на экране все цифровые виды связи.

Описанный ниже конвертер для приема цифровых видов связи, является результатом анализа многих существующих конструкций и многолетней экспериментальной работы по приему сигналов любительских цифровых видов связи.

На рис. 1 показана схема конвертера. Входной сигнал с выхода приемника (трансивера) через разъем XS1, конденсатор С1, контакты реле К 1.1 подается на два активных фильтра, выполненных на операционных усилителях DA3 и DA7. Элементы фильтров R9--R11, С10, С11 и R27- R29, С18, С17 выбраны такими, чтобы на резонансной частоте их полоса пропускания была около 150 Гц.

Выделенные фильтрами низкочастотные сигналы двухтоновых посылок поступают на усилители-ограничители на микросхемах DA4 и DA8 и далее на вторые активные фильтры на операционных усилителях DA5 и DA9. Элементы этих фильтров R17-R19, С13, С14, R35--R37, С19.С20 выбраны такими, чтобы на резонансной частоте их полоса пропускания была около 60 Гц.

Затем соответствующие сигналы через диоды VD3 и VD6 приходят на операционные усилители DA6 и DAI0. После сложения сигналов, через резистор R55, контакты реле К 1.2, разъем XS2 сигнал поступает на вход звуковой карты компьютера.

Рис. 1. Принципиальная схема конвертера.

Режим «позитив» и «негатив» управляется программно. Фильтры служат для снижения количества ошибок в условиях QRM.

Светодиоды HL1, HL2 (АЛ307) являются индикаторами настройки при приеме сигнала RTTY. А когда используется только один канал, то для контроля приема, например, CW, один светодиод HL1. Это делается с помощью SA2: отключается один из каналов.

SA2 имеет две группы переключающих контактов, снимает напряжение питания +15 В и -15 В с четырех микросхем DA7-DA10.

При приеме станций в режиме SSTV, фильтры на микросхемах DA3- DA10 отключаются. В работу включается фильтр нижних частот на переключаемых конденсаторах с переменной полосой пропускания, выполненный на микросхеме МАХ7400.

Подстроечным резистором R1 47 кОм регулируется уровень входного сигнала, поступающего на вход микросхемы DAI МАХ7400. Подстроечным резистором R7 47 кОм выставляется уровень выходного сигнала после микросхемы DAI МАХ7400.

С помощью переменного резистора R4 10 кОм сужается полоса с 3 кГц до 800 Гц. Подавление не хуже 80 дБ. Переменный резистор установлен на передней панели.

Микросхема DA2 служит для получения стабилизированного напряжения +5 В, подаваемого на микросхему DAI МАХ7400. Схема включения и цоколевка микросхем серии 74хх приведены на рис. 2.

Рис. 2. Схема включения и цоколевка микросхемы МАХ7400.

Миниатюрные фильтры НЧ на переключаемых конденсаторах

Фильтры нижних частот на переключаемых конденсаторах 5-го порядка фирмы MAXIM серии МАХ74хх имеют ток потребления всего 1,2 мА (0,2 мкА в режиме ожидания). Эти фильтры выпускаются в 8-выводных корпусах mМАХ и идеально подходят для фильтрации сигнала маломощных ЦАП и защиты от наложения спектров.

Частота излома АЧХ зависит от тактовой частоты, изменяющейся в диапазоне от 1 Гц до 15кГц. Фильтры могут работать как в режиме перестраиваемой тактовой частоты при использовании внешнего конденсатора, так и в режиме внешнего управления частотой излома.

Фильтры Баттерворта 5-го порядка МАХ74І4 (5 В) и МАХ7410 (3 В) позволяют получить максимально плоскую АЧХ в полосе пропускания (передают импульсы с.малыми «всплесками»).

Фильтры Бесселя 5-го порядка МАХ7409 (5 В) и МАХ7413 (3 В) позволяют получить максимально линейную фазовую характеристику (передают импульсы без «всплесков»).

Эллиптические фильтры 5-го порядка МАХ7408 (5 В) и МАХ7412 (3 В) позволяют получить наибольшую крутизну переходного участка (имеют «всплески» как в полосе пропускания, так и в полосе задерживания). Еще большую крутизну АЧХ в переходной области имеют эллиптические фильтры МАХ7411 (5 В) и МАХ7415 (3 В).

Фильтры 8-го порядка серии МАХ74хх отличаются от фильтров 5-го порядка несколько большим током потребления (2 мА) и диапазоном изменения тактовой частоты. В этих фильтрах имеются также два режима тактирования - внутренний и внешний. Наиболее подходящие для конвертера микросхемы серии МАХ74хх приведены в табл. 1.

Таблица 1. Наиболее подходящие микросхемы серии МАХ74хх для конвертера.

Сегодня уже трудно установить, кто разработал простейший модем для RTTY и цифровых видов передачи информации (SSTV, PACKET, FAX и т. д.). С небольшими отличиями его описание было опубликовано в радиолюбительских журналах многих стран мира. В нашем варианте из него берется только каскад управления РТТ (рис. 3).

Рис. 3. Принципиальная схема каскада управления РТТ.

Схема на транзисторе VТ1 управляет переключением трансивера с приема на передачу. При появлении на шине DTR напряжения +10 В этот транзистор открывается и соединяет линию РТТ (Push То Talk) трансивера с общим проводом.

Тип транзистора VТ1 выбран для трансивера на полупроводниках с напряжением питания 12-14 В. В ламповых и ламповополупроводниковых трансиверах напряжение на линии РТТ может быть несколько десятков вольт, поэтому его надо измерить и установить транзистор VТ1 с соответствующим допустимым напряжением коллектор-эмиттер.

Для питания конвертера необходим двухполярный стабилизированный источник напряжения. Блок питания выполнен на одной мостовой сборке VD1 типа КІД402, выдает два стабилизированных напряжения +15В и -15В. Его принципиальная схема показана на рис. 4.

Рис. 4. Принципиальная схема двухполярного стабилизированного источника напряжения.

Стабилизация осуществляется с помощью стабилизаторов DA1 и DA2 типа LM78L15 и LM79L15, соответственно. Светодиод VD3 является индикатором подачи напряжения на схему.

При отключении напряжения питания снимается питание с реле РЭС49 {на схеме не показано) и его контакты соединяют вход XS1 с выходом XS2. Это дает возможность принимать цифровые виды связи, минуя конвертер, без переключения штекеров. Реле запаяно в схему навесным монтажом на разъемы XS1 и XS2.

Конструкция конвертера

Конвертер оформлен в виде отдельного блока с габаритами 120x50x180 мм и питается от сети 220 В. Функционально конвертер условно состоит из трех модулей. Модуль обработки RTTY и CW сигналов на операционных усилителях DA3-DA10. При этом одна линейка фильтра на DA3-DA6 выполнена на одной отдельной печатной плате, а фильтр на DA7-DA10 расположен на другой плате.

В конструкции платы расположены в два этажа.

Модуль с плавно регулируемой полосой на микросхеме DA1. Блок питания +15В и -15В {модуль 3), который может быть как встроенным, так и внешним.

Рис. 5. Вид печатной л латы с расположением деталей.

На задней стенке корпуса конвертера находятся выключатель сети SA1, держатель предохранителя FU1, разъемы XS1 и XS2. Монтаж выполнен на печатных платах. Эскиз печатной платы 45x150 мм показан на рис. 5. Блочная конструкция конвертера позволяет без больших затрат менять тот или иной узел.

Разъем Х3, через который с блока питания подается напряжение на модуль обработки цифровых сигналов, распаян таким образом, что неправильное его включение не приводит к выходу из строя элементов схемы.

Настройка

Правильно собранный конвертер в сложной настройке не нуждается. Только при помощи подстроечных резисторов R10, R14, R15, R18 и R28, R32, R33, R36 необходимо добиться нужной полосы сигнала.

Для настройки конвертера понадобятся:

• звуковой генератор;
• цифровой частотомер;
• осциллограф.

С помощью НЧ генератора и осциллографа или лампового вольтметра следует настроить АЧХ фильтров. Первоначально настраиваем верхний по схеме канал на микросхемах DA3-DA6, затем нижний на микросхемах DA7-DA10. Подаем на вход конвертера сигнал со звукового генератора уровнем до 1 В и частотой 830 Гц.

При этом контролируем частоту цифровым частотомером, а с помощью осциллографа наблюдаем сигнал на контрольной точке КТ1.

Резистором R10 добиваемся максимального уровня напряжения в контрольной точке, при этом уменьшают входной уровень. Далее подключаем осциллограф к контрольной точке КТ2 и при самом минимальном входном сигнале подстроечным резистором RI4 добиваемся симметричного напряжения после усилителя-ограничителя.

Осциллографом переключаемся на КТЗ и настраиваем активный фильтр на DA5. Делаем это с помощью R18, при этом подстроечный резистор R15 должен быть установлен в среднее положение. Постепенно уменьшая амплитуду входного сигнала со звукового генератора, добиваемся максимального уровня напряжения частотой 830 Гц в КТЗ.

Затем осциллограф подключаем к контрольной точке КТ4. Подстроечным резистором R8 в этой точке добиваемся уровня 2,1 В.

Аналогично проводим настройку второго канала на микросхемах DA7-DAW. Только на вход конвертера подаем сигнал со звукового генератора частотой 1000 Гц. Частоты каналов могут отличаться от указанных.

Это зависит и от индивидуальных слуховых навыков оператора.

Для приема сигналов с эфира подключаем:

• вход конвертера - к низкочастотному выходу приемника (трансивера);
• выход - к входу звуковой карты компьютера.

Настраиваться на работающую в эфире RTTY станцию следует при уменьшенной до минимума громкости приемника. Выход НЧ с трансивера на конвертер полезно взять до регулятора громкости, чтобы положение регулятора громкости не влияло на входной уровень конвертера.

Чувствительность конвертера довольно высока, и для работы не требуется высокий уровень низкочастотного сигнала. Например, для приема RTTY запускаем программу на компьютере, выбираем скорость 45,45 бод. Плавно меняя частоту настройки приемника, добиваются заметного на глаз чередования свечения светодиодов HL1, HL2.

Настройку можно считать завершенной при попеременном мигании светодиодов в такт с принимаемыми сигналами. Контролируем прием по тексту на экране монитора.

При отсутствии частотомера и звукового генератора можно воспользоваться панорамным индикатором настройки программы MIX2.21 в режиме RTTY. В инициализационном файле MIX.INI этой программы надо предварительно установить частоту 1000 Гц. Конвертер подключаем к трансиверу, находим в эфире несущую и настраиваем на эту частоту по индикатору так, чтобы указатель настройки был точно посредине.

Далее, подключив вольтметр переменного тока с высокоомным входом к выходу микросхемы DA3 (КТ1), вращением движка подстроечного резистора R10 добиваемся максимальных показаний осциллографа или лампового вольтметра. Аналогично после DA5 (КТЗ). Данный конвертер можно применить практически со всеми программами.

Много программ для цифровых видов связи есть на "www.cqham", "www.qrz.ru".

Детали и возможные замены

Каких-либо особых требований к элементам схемы нет. Вместо микросхемы DA1 МАХ7400 возможно применение микросхемы МАХ7403. Их цоколевка одинакова, но есть разница в цене.

Варикап VD1 состоит из двух включенных параллельно диодов КВ135. Возможна замена на КВ105 или импортный KV1235.

Вместо указанных на схеме операционных усилителей DA3-DA10 І40УД7, К140УД708 можно применить практически любые серий 140, 157, 574 в соответствующем включении, возможно применение сдвоенных операционных усилителей.

Печатная плата разработана под установку операционных усилителей DA3-DA10 К140УД708, хотя предусмотрен монтаж микросхем в металле 140УД7. Диоды VD2-VD10 - любые кремниевые малой мощности с допустимым обратным напряжением не менее 25 В, например, КД522, КД521, КД503.

Постоянные резисторы - типов С1-4, ОМЛТ, МТ, С2-23. Подстроечные резисторы - R10, R14, R15, R18, R28, R32, R33, R36 типов СПЗ-38, СПЗ-27, СП5-16, СП5-16А, СП5-2, СП5-3 с гибкими выводами. При применении подстроечных резисторов типа СП5-3 с гибкими выводами отверстия на печатной плате тоже предусмотрены.

Разъемы XS1, XS2 - низкочастотные типа СГ5. Микротумблеры - МТ-1, МТ-3, МТД1, П1ТЗ-1В. Реле - РЭС-49, РЭС60 на напряжение срабатывания 12-15 В. Разъемы X1, Х2 и выводы контрольных точек применены от современных компьютеров.

Особое внимание следует обратить на выбор пассивных элементов, входящих в состав фильтров конвертера. Отклонение от номинала сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов не должно превышать 5 %.

В качестве С10, С11, С13, С14, С16, С17, С19, С20 желательно применить пленочные конденсаторы типа К73-17, К73-16, К73-11.

Ни в коем случае нельзя применять керамические конденсаторы с ненормированным температурным коэффициентом. В противном случае при изменении температуры окружающей среды даже в пределах ±5 °С АЧХ фильтров сильно исказится.

Конденсаторы C1, С2, С3, С5, С6, С7, С9 типа КМ. Электролитические конденсаторы типа К50-6, К50-16 на рабочее напряжение 25 В. В качестве транзистора VТ1 (рис. 4.85) подойдет распространенный КТ315, который можно заменить на КТ312, КТ603 или практически любой кремниевый транзистор структуры п-р-п малой мощности.

В качестве трансформатора Т1 блока питания можно применить любой подходящий от бытовой радиоаппаратуры, с двумя вторичными обмотками, напряжением 15 В на каждой.

Элементы Lф и Сф образуют сетевой фильтр, предотвращающий высокочастотные помехи. В авторском варианте применен готовый сетевой фильтр от импортного видеомагнитофона. Возможно самостоятельное изготовление. Lф наматывают на ферритовом кольце диаметром 20-30 мм с проницаемостью 400-2000.

Обмотка выполняется двумя сложенными вместе проводами МГШВ и имеет 10-20 витков. Конденсатор Сф должен иметь рабочее напряжение не менее 400 В.

Вместо импортных стабилизаторов DA1 LM78L15 и DA2 LM79L15 на допустимый максимальный ток стабилизации 100 мА можно использовать стабилизаторы 142-й серии. Диодный мост - любой из серии КЦ409, КЦ407, КЦ405, КЦ402 или собран из диодов.

В блоке питания конденсаторы С2, С3, С6, С7 типа КМ. Электролитические конденсаторы С1, С4, С5, С8 танталовые.

Программное обеспечение

Конвертер может работать совместно с любым IBM совместимым ПК. Необходимое программное обеспечение, созданное киевским радиолюбителем Николаем Федосеевым (UT2UZ), распространяется бесплатно. Программу «МІХ» последней версии можно получить, обратившись к автору.

Программа JVCOM32 для радиолюбителей стран СНГ бесплатная. Регистрационный ключ высылает автор программы "EBackeshoff[at]pobox.com".

Программа MULTIPSK создана французским радиолюбителем F6CTE. Она имеет необычный интерфейс и возможно не так красива внешне, как другие программы, но качество приема некоторых цифровых видов связи, у нее очень хорошее. Радиолюбителям, интересующимся экспериментами, стоит на нее обратить внимание. Для работы в Contest multipsk не подходит.

Программа бесплатна для радиолюбителей.

Отличные программы, такие как MMTTY, MMSSTV, MMVARI, пишет японский радиолюбитель Makoto Mori, JE3HHT. Программы написаны очень качественно и продуманно, работать на них - одно удовольствие.

Опыт эксплуатации

Конвертер при длительной эксплуатации показал весьма хорошие результаты. Он обеспечивал уверенный прием как в условиях сильных помех от соседних станций во время соревнований, так и при работе с DX. На слух принимаемые станции терялись в шумах, а на экране монитора воспроизводилась достоверная информация.

Часть схемы для приема RTTY использовалась еще в комплекте с компьютером ZX-SPECTRUM и программой G1FTU/RTTY, трансивером на базе приемника Р-250М2 домашней разработки.

Авторы не ставили своей задачей конкурировать по качеству сигнала от конвертера с известными фирмами-изготовителями подобной электронной техники.

Опыт показал, что наша радиостанция с самодельной техникой ни в чем не уступает станциям, оснащенных дорогостоящей импортной аппаратурой производства известных фирм.

Данный конвертер длительное время работает совместно с коротковолновым трансивером UR5LAK и показал хорошие результаты при проведении полного набора цифровой радиосвязи.

Не следует экономить и делать упрощенные варианты конвертеров, при этом потеря нужной информации ничем не будет оправдана.

За основу части данной разработки была взята схема из книги "Franzis Verlang GmIH RTTY, AMTOR and Pocket Radio. Munchen 1985." и журнала "Демиденко А. Низкочастотный RTTY конвертер. Р1985 №9".

Источник: Вербицкий Л.И., Вербицкий М.Л. - Настольная книга радиолюбителя-коротковолновика. (ur5lak.qrz.ru).