СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТЫ ЛЮБИТЕЛЬСКОГО ТРАНСИВЕРА

---

С.РАДЧЕНКО, US8MX, г.Луганск.

---

Достоинством описываемого СЧ является постоянная плотность настройки и отсутствие валкодера. Основной недостаток описываемого СЧ - отсутствие таких сервисных удобств как наличие нескольких ячеек для запоминания частот, сканирование частот и т.д. Однако наличие второго VFO позволяет, тем не менее, "запомнить", кроме основной, еще одну частоту в пределах каждого диапазона. Два VFO позволяют также проводить QSO с разносом до 20...50 кГц и более (что является не такой уж большой редкостью при работе многих DX-экспедиций), или объявлять частоту приема (например, 7165 кГц для USA-станций) при частоте ТХ 7050 кГц. Использование традиционной расстройки ±5 кГц в таких аппаратах как UW3DI, UA1FA, "Урал" и др. не позволяет проводить вышеуказанные QSO [3]. Структурная схема СЧ приведена на рис.1, схема коммутации VFO - на рис.2.

Особенностью СЧ является наличие отдельной вспомогательной промежуточной частоты на каждом диапазоне. Промежуточная частота СЧ образована разностью (или суммой) выходной частоты и частоты VFO (генератора "привязки"). ПЧ синтезатора делится последовательно включенными делителями на DD1, DD2 с коэффициентом деления 32 и ДПКД на DD3. Коэффициент деления ДПКД устанавливается в зависимости от выбранного диапазона согласно таблицы. Промежуточная частота СЧ выделяется с помощью резонансных контуров, которые переключаются с помощью реле К1...К10. Промежуточная частота делится до частоты сравнения, равной 15,625 кГц. Частота сравнения определена предельной частотой счета ДПКД на микросхеме DD3 (К561ИЕ15Б).

Принципиальная схема синтезатора (рис.3a).
Принципиальная схема синтезатора (рис.3b).

В ФД частота ПЧ после деления сравнивается с частотой КВ-генератора, деленной на 64 с помощью DD4. Для предотвращения проникновения частоты VFO в спектр выходного сигнала СЧ, необходимо тщательно отделить ГУН и буферные усилители от остальных элементов схемы. Как и электронная цифровая шкала, счетчики и делители частоты СЧ без тщательного экранирования могут создавать значительные помехи приему, и поэтому, кроме экранирования, ввод и вывод всех цепей цифровых устройств осуществляются через развязывающие LC-фильтры на основе дросселей ДПМ 0,1-100. ГУН на транзисторах VT5 и VT6 собран по схеме несимметричного мультивибратора, отличающегося низким коэффициентом гармоник и стабильностью выходной частоты [4]. Для выравнивания амплитуды выходного напряжения буферный усилитель охвачен петлей АРУ, управляющее напряжение для которой получено выпрямлением ВЧ-напряжения с помощью диодов VD1, VD2. Изменение коэффициента деления ДПКД при смене диапазона осуществляется путем подачи логической "1" на установочные входы DD3. Двоично-десятичный код задается шифратором на диодах VD4...VD21 в соответствии со значениями коэффициентов деления. Наиболее распространенные значения ПЧ трансивера и соответствующие им коэффициенты деления ДПКД указаны в таблице. Например, для установки коэффициента деления 46 для диапазона 28,5 МГц, с шины "10" подают логическую "1" на выводы 4, 5, 20 DD3. Для установки коэффициента деления 26 для диапазона 7 МГц, с шины "3" подают логическую "1" на выводы 4, 5, 21 DD3 [5]. В некоторых случаях при нестандартных значениях промежуточной частоты трансивера может потребоваться некоторое смещение частоты VFO, выбор другой частоты сравнения и другой величины коэффициента деления. Если первая ПЧ трансивера выбрана 9 МГц, то на диапазоне 14 МГц частота VFO должна непосредственно подаваться на выход синтезатора. Один из вариантов коммутации показан на рис.4.

Рис. 4

Необходимо помнить, что при недостаточной развязке между VFO и выходом СЧ можно ожидать ухудшения спектральной чистоты выходного сигнала, поэтому к конструктивному исполнению цепи обвода VFO при Fпч=9 МГц необходимо отнестись очень ответственно. В частности, нужно применить отдельный буферный усилитель (для VFO), который обеспечит дополнительную развязку. Детали В синтезаторе применены широко распространенные детали. Катушки узла ПЧ синтезатора выполнены на каркасах от ФСС УПЧИ телевизоров УПИМЦ диаметром 5 мм с ферритовым подстроечным сердечником. Катушки ГУН намотаны на каркасах диаметром 9 мм. Сердечники, для уменьшения крутизны перестройки,

				•^^•г^^д^^^м
	н •!' -------	из	июяд	•VFO" МГц	•пч' МГц	^в&^^в	•i^^J
1	1.5...2	0,5	2...2.5	5...5.5	7,5	480	15
2	3.5...4	0.5	4...4.5	5...5.5	9,5	608	19
3	7...7.5	0,5	7.5...8	5...5.5	13	832	26
4	10...10.5	0,5	10.5...11	5...5.5	16	1024	32
5	14...14.5	0,5	13.5...14	5...5.5	8,5	544	17
6	18...18.5	0,5	17.5...18	5...5.5	12,5	800	25.
7	21...21.5	0,5	20.5...21	5...5.5	15,5	992	31
8	24.5...25	0,5	24...24.5	5...5.5	19	1216	38
9	28...28.5	0,5	27.5...28	5...5.5	22,5	1440	45
10	28.5...29	0,5	28...28.5	5...5.5	23	1472	46
1	1.5...2	5,5	7...7.5	5...5.5	12,5	800	25
2	3.5...4	5,5	9...9.5	5...5.5	14,5	928	29
3	7...7.5	5,5	12.5...13	5...5.5	18	1152	36
4	10...10.5	5,5	15.5...16	5...5.5	21	1344	42
5	14...14,5	5.5	8.5...9	5...5.5	3,5	224	7
6	18...18.5	5,5	12.5...13	5...5.5	7.5	480	15
7	21...21.5	5.5	15,5...16	5...5.5	10,5	672	21
8	24.5...25	5,5	19...19.5	5...5.5	14	896	28
9	28...28.5	5,5	22.5...23	• 5...5.5	17,5	1120	35
10	28.5...9	5,5	23...23.5	5...5.5	18	1152	36
1	1.5...2	9	10.5...11	5...5.5	16	1024	32
2	3.5...4	9	12,5...13	5...5.5	18	1152	36
3	7...7.5	9	16...16.5	5...5.5	21.5	1376	43
4	10...10.5	9	19...19.5	5...5.5	24,5	1568	49
5	14...14.5	9	5...5.5	5...5.5	-	-	-
6	18...18,5	9	9...9.5	5...5.5	4	256	8
7	21...21,5	9	12...12.5	5...5.5	7	448	14
8	24.5...25	9	15.5...16	5...5.5	10,5	672	21
9	28...28.5	9	19...19.5	5...5.5	14	896	28
10	28.5...29	9	19.5...20	5...5.5	14.5	928	29

укорочены в 2 раза. Для намотки катушек использован провод ПЭВ-2 00,2...0,4 мм. Для намотки катушек ГУН использован провод ПЭВ-2 0,6...0,8 мм. Емкости конденсаторов, входящих в состав контуров ПЧ-синтезатора, выбирают в диапазоне 40...150 пФ. Эти емкости ГУН зависят от коэффициента включения варикапов. Все дроссели в цепях питания - ДПМ-0,1-100. Только дроссели L33, L34. L37 для ослабления внешних наводок, должны быть на замкнутых сердечниках - броневых или лучше кольцевых. Неплохие результаты получаются, если отказаться от сердечника совсем. Такие дроссели использовались в видеоусилителях ламповых телевизоров, они намотаны способом "универсаль" на резисторе МЛТ-0,5. Все реле РЭС-49 имеют сопротивление обмотки 750 Ом. Реле К22 - типа РЭС-48. Катушка L36 намотана вожженной медью на каркасе из радиокерамики, ее индуктивность - около 5...7 мкГн. Трансформатор Тр1 намотан на кольце К10х7х4 из феррита М400НН и содержит 3х15 витков. Для уменьшения емкостной связи провод не скручивают, а наматывают виток к витку на диаметрально противоположных участках сердечника. Трансформатор Тр2 намотан на кольце К12х10х6 из феррита М400НН и содержит 2х20 витков ПЭЛШО-0,2. Кварцевый резонатор 1000 кГц можно заменить резонаторами на 500 кГц или 125 кГц с соответствующим уменьшением коэффициента деления с 64 до 32 или 8. Конденсатор С71 -типа КПВ. Конденсатор С73 - от двухтактного выходного каскада старых УКВ-передатчиков (типа "бабочка"). При использовании КПЕ с ротором на шариковых подшипниках, из-за непостоянства переходного сопротивления в скользящем контакте, часто проявляется "мерцание" частоты от десятков герц до единиц килогерц. Оба КПЕ снабжены двумя верньерами с замедлением 1:20 (VFO-1. VFO-2). Конструктивно все узлы СЧ выполнены на шести печатных платах и размещены в шести экранированных отсеках: - плата 1 - VFO; - плата 2 - смеситель, контура и релеУПЧ,УТ1; - плата 3 - DD1...DD4, ZQ1, DA2, VT2; - плата4-ФД, VT15; - плата 5 - ГУН и буферные усилители; - плата 6 - ФНЧ. ФНЧ петли ФАПЧ размещен в отдельном отсеке, рядом с ГУН. Конденсаторы ФНЧ должны иметь минимальную утечку. Размеры корпуса синтезатора - 200х100х70 мм. VFO-1 и С73 расположены внутри корпуса, VFO-2 и С73' - вне корпуса.

Настройка

Прежде чем приступить к настройке, необходимо рационально скомпоновать отдельные ВЧ-узпы и раздельно расположить их в экранированных отсеках корпуса синтезатора. Неудачная компоновка или неправильная экранировка могут на несколько порядков ухудшить ожидаемую спектральную чистоту выходного сигнала синтезатора. Именно поэтому нужно знать основные требования, которые предъявляются при конструировании СЧ.

1. Аналоговые и цифровые устройства необходимо размещать на разных печатных платах и устанавливать в отдельных экранированных отсеках корпуса СЧ. Данное решение радикально устраняет проникновение в аналоговые устройства ВЧ-составляющих, которые возникают во время переходных процессов в цифровых устройствах.

2. Импульсные помехи, основу которых составляют высшие гармоники, могут легко проникать в соседние узлы через общие цепи источника питания. Поэтому аналоговые и цифровые устройства желательно питать от раздельных источников. Если используется общий источник питания, то необходимо применять широкополосные цепи развязки на основе RC-или LC-фильтров.

3. Компоновку необходимо осуществлять так, чтобы обработка сигналов одной частоты начиналась и заканчивалась в пределах одной печатной платы (блока, модуля, экранированного отсека).

4. Проводники печатных плат и провода, по которым текут ВЧ-токи, являются антеннами, способными как излучать, так и принимать ВЧ-колебания, поэтому длина таких проводников должна быть минимальной. Взаимно перпендикулярная прокладка предпочтительней параллельной.

5. Наиболее чувствительными к паразитным наводкам являются высокоомные цепи, по которым напряжение ошибки подается на варикапы. Поэтому ФД нужно расположить рядом с ГУН. ФНЧ-петли ФАПЧ также нужно расположить рядом с ГУН или непосредственно в самом ГУН.

6. Часто источником паразитной ЧМ-или АМ-модуляции ГУН является источник питания, у которого недостаточно сглажены пульсации выходного напряжения. Следует использовать для питания ФД и ГУН источник, имеющий напряжение пульсации не более 0,1 ...0,2 мВ.

7. Не следует чрезмерно увеличивать крутизну перестройки ГУН, поскольку это всегда приведет к увеличению фазовых шумов. В авторском варианте крутизна перестройки ГУН на всех диапазонах примерно равна 100 кГц/В. Желательно, чтобы емкость варикапов составляла не более 20...25 % от общей емкости LC-KOH-тура ГУН. [9].

8. Непосредственно настройка СЧ осуществляется в следующей последовательности: - проверяется правильность монтажа и межблочных соединений. Измеряют напряжения питания и осциллографом контролируют величину напряжения пульсации; - укладывают границы VFO-1 и VFO-2 с учетом запаса на долговременную нестабильность генератора. Запас на краях диапзаона должен составлять 30...35 кГц; - производится тщательная термокомпенсация контуров VFO-1 и VFO-2. Для этой операции потребуется электронный цифровой частотомер или, в крайнем случае, хорошо откапиброванный КВ-приемник (Р-399, Канал-Р или Р-250). Если использован КПЕ С73 со скользящим контактом ротора, необходимо скользящий контакт зашунтировать 1...2 витками очень гибкого многожильного провода, причем один из концов этого провода припаивают непосредственно к оси ротора, а второй, обмотанный вокруг оси - к корпусу КПЕ. Методика термокомпенсации общеизвестна, но необходимо отметить следующую особенность - при расстоянии между КПЕ больше 100 мм, VFO должны монтироваться на отдельных печатных платах, которые вместе с буферным усилителем (эмиттерным повторителем) располагают рядом с КПЕ. Ни в коем случае нельзя соединять КПЕ и VFO коаксиальным кабелем. Особое внимание обращают на стабильность частоты в первоначальный момент включения холодного (не прогретого) VFO. В некоторых случаях может потребоваться переключение VFO не напряжением питания, а путем срыва колебаний при непрерывном питании полевых транзисторов по постоянному току. Увод частоты неработающего VFO за пределы диапазона не рекомендуется из-за возможного появления дополнительных комбинационных составляющих, хотя при очень тщательной экранировке VFO (вместе с КПЕ) стабильность СЧ при спонтанном переходе на другую частоту будет наилучшей. При этом необходимо обеспечить развязку между не используемым, но работающим VFO и входом смесителя не хуже -110...-120 дБ, что дополнительно усложнит конструкцию СЧ. При коммутации VFO способом, указанным на принципиальной схеме, была достигнута абсолютная нестабильность около 40...50 Гц через несколько секунд после первоначального включения. Данный уход частоты практически не заметен при работе CW и почти не заметен при работе SSB, а после 20 мин включения нестабильность не превысила 20 Гц/час. Автор не рекомендует использовать вместо КПЕ варикапную перестройку частоты синтезатора ввиду неизбежного ухудшения стабильности выходной частоты синтезатора и увеличения фазовых шумов. Вопросу стабильности уделено столько внимания, потому что именно этот параметр и отличает данный СЧ от обычного LC-генератора; - при подаче напряжения на контакты 1 ...10 проверяют подключение контуров в УПЧ и ГУН с помощью реле К1...К10 и К11...К20; - предварительную настройку контуров УПЧ и ГУН удобно произвести "на холодную", отключив питание от выводов 3, 5 микросхемы DA1. Ламповым вольтметром измеряют ВЧ-напряжение на выводе 2 DA1, в эту же точку через резистор 15...20 кОм от ГСС подают ВЧ-напряжение около 2 В. Настройку контуров производят в зависимости от выбранного значения ПЧ трансивера на основе табл.1. Ламповый вольтметр и ГСС могут быть заменены ГКЧ, описанным в [б]. Время настройки синтезатора при этом значительно сокращается; - временно отключив "фильтр-пробку" на частоту 15,625 кГц, подают на варикапы ГУН напряжение +7 В. Сердечниками СЦР катушек L32...L41 настраивают контура на середину соответствующего диапазона, затем, изменяя напряжение, на VD27, VD28 от 4 до 10 В, проверяют перекрытие по всем диапазонам и убеждаются, что крутизна перестройки ГУН составляет около 100 кГц/В или чуть больше. Частоту ГУН при этом контролируют частотомером или контрольным приемником. Если крутизна перестройки окажется намного больше 100 кГц/В, потребуется изменить соотношение элементов LC-контуров ГУН в сторону увеличения емкости, а индуктивность необходимо будет уменьшить. На узкополосных диапазонах крутизна перестройки может быть значительно меньше 100 кГц/В (7,0 МГц, 10 МГц и т.д.); - осциллографом проверяют форму напряжения 15,625 кГц на выводе 11 DD5.2 - она должна быть прямоугольной. Подавая от ГСС на контура УПЧ напряжение той частоты, которая соответствует выбранному по табл.1 диапазону, проверяют правильность деления частоты ПЧ делителями на DD1, DD2 и ДПКД на DD3. Совпадение частот на выводах 3 и 11 DD5 проверяют по фигурам Лиссажу, подавая эти напряжения на Y- и Х-каналы осциллофафа. Поскольку форма напряжения не синусоидальная, при совпадении частот вместо круга или эллипса получится фигура, больше похожая на прямоугольник. Одновременно контролируют правильность работы ДПКД на DD3 (правильность распайки диодов шифратора VD4...VD21): - после проверки работы делителей на всех диапазонах, переходят к настройке ГУН. Вольтметром, подключенным к точке К, контролируют напряжение ФАПЧ на варикапах VD27 и VD28. Восстанавливают питание и проверяют наличие ВЧ-напряжения на выводах 11, 7, 8 и 2 микросхемы DA1. Вращением сердечников контуров ГУН добиваются захвата частот на всех диапазонах. Захват контролируют по погасанию светодиода VD30. При перестройке VFO от 5 до 5,5 МГц, напряжение в точке "К" должно изменяться примерно от 5 до 10 В. Если изменение напряжения dU больше 5 В, возникает опасность потери удержания частоты. Для улучшения работы варикапов минимальное напряжение на выходе ФД не должно быть меньше 3...3.5 В. Напряжение в контрольной точке "К" проверяют на всех диапазонах. На узкополосных диапазонах (7,10 МГц и др.) вне частоты диапазона возможно зажигание диода VD30, то есть допускается потеря удержания частоты, однако по краям диапазона должен быть запас порядка 40...50 кГц. На этом этапе, в зависимости от полученных значений напряжения в точке "К", еще раз корректируют соотношение элементов LC-контуров ГУНа (см. п.6); - настраивают фильтр-"пробку" на 15,625 кГц изменением емкости С34. Индуктивность L21 наматывают на любом кольце диаметром 16...20 мм проницаемостью 2000...3000 НМ. Соотношение индуктивности и емкости LC-контура L21-С34 не критично. Ориентировочные значения: С34=2000 пФ, L21=50 мГн; - обязательной операцией при настройке СЧ является прослушивание выходной частоты на контрольном связном КВ-приемнике типа Р-399, Канал-Р или Р-250. Особенно тщательно эту операцию нужно провести на диапазонах 18...28,5МГц Тон сигнала должен быть чистым, без малейших признаков рокота, журчания или дребезжания. Если тон не чист, то налицо паразитная ЧМ- или АМ-модуляция ГУН или, реже, БП. Очень часто напряжение паразитной модуляции проникает в ГУН по цепям управления варикапами. Наводки на стержневые сердечники дросселей, контуров, а также неудачный выбор точек присоединения к корпусу общего проводника печатных плат, тоже могут вызвать паразитную модуляцию. Эксплуатировать СЧ с журчащим тоном ни в коем случае нельзя, так как паразитная модуляция частоты гетеродина немедленно окрасит все принимаемые трансивером сигналы корреспондентов в такой же журчащий тон, а при передаче необратимо ухудшится качество CW- и SSB-ситалов; - во многих случаях достичь хорошей частоты и сглаженности выходного напряжения ФД можно тщательным подбором всех элементов ФНЧ (С31...С33, R11, R12).

Не следует сильно увеличивать емкости С31...СЗЗ, так как, с одновременным улучшением сглаживания выходного напряжения ФД, могут ухудшиться условия захвата частоты, но самое главное, что при этом увеличивается инерционность петли ФАПЧ и, как следствие, возрастает чувствительность ГУН к внешним механическим воздействиям. Напряжение ошибки не успевает отрабатывать мгновенные изменения частоты. В этом случае, например, паразитную модуляцию ГУН может вызвать вибрация не стянутого сердечника силового трансформатора, вибрация вентилятора, стук рукой по корпусу трансивера (синтезатора) и т.д. По этой же причине монтаж ГУН необходимо делать жестко, не допуская перемещений или вибрации контурных цепей; - окончательной операцией при настройке синтезатора является анализ спектра выходного сигнала. Лучше всего воспользоваться промышленным анализатором спектра или селективным ВЧ-милливольтметром, однако с успехом можно использовать и самодельный анализатор, например, конструкции В.Скрыпника [7]. С несколько худшим результатом можно использовать и хороший КВ-приемник типа Р-399, Канал-Р; в крайнем случае, Р-250 или др. Следует помнить, что многие приемники с многократными преобразованиями частоты довольно часто "слышат" несуществующие сигналы. Следовательно, при анализе спектра сигнала с помощью приемника всеща необходимо пользоваться методом замещения - выключают СЧ и вместо него на той же частоте включают обычный LC-генератор (ГСС).

Если комбинационная составляющая не исчезает, то это значит, что она "рождена" самим приемником, и наоборот- если при включении СЧ комбинационная составляющая есть, а при включении LC-генератора она исчезает, то делают вывод о том, что выходной спектр СЧ не совсем чист. Контроль выходного сигнала СЧ осуществляют в полосе ±1 МГц от средней частоты гетеродина соответствующего диапазона. Высшие гармоники выходной частоты могут иметь довольно высокий уровень, но поскольку они на качество работы трансивера (приемника) практически не влияют, их контроль не осуществляют. Пользуясь откалиброванным аттенюатором с шагом ослабления 1...3 дБ [7], нетрудно определить уровень побочных составляющих выходного сигнала. Он должен быть не более -110...-120 дБ от уровня основного сигнала. Причем эта величина имеет ориентировочное значение, так как точное значение уровня паразитных составляющих столь малой величины в любительских условиях определить, как правило, не удается. При выявлении побочных излучений необходимо произвести тщательный анализ паразитных связей и наводок и определить, каким образом паразитные составляющие могли попасть на выход СЧ. Большую помощь в этом вопросе может оказать [8]. При анализе спектра выходного сигнала необходимо проявить завидную настойчивость и принять соответствующие меры для повышения качества сигнала, вплоть до перекомпоновки и переэкранировки отдельных узлов синтезатора частоты. Вышеуказанные рекомендации могут во многом быть полезны при конструировании и налаживании аналогичных конструкций СЧ.

Литература

1. Катков С. ГПД с ФАПЧ. - Радио, 1981.N 10.
2. Сербенко М. Синтезатор частоты для трансивера.-Радиолюбитель, 1994, N4.
3. Шульгин Г. Интерполятор к UW3DI. - Радио,1989, N1.
4. Котиенко Д., Туркин Н. LC-генератор на полевых транзисторах. - Радио, 1990, N5.
5. Алексеев С. Применение микросхем серии К561. - Радио, 1987, N1.
6. Радченко С. ГКЧ. - Радиолюбитель, 1996.N10.
7. Скрыпник В. Приборы для контроля и налаживания радиолюбительской аппаратуры. - М.: Патриот, 1990.
8. Волин М. Паразитные связи и наводки. - М.: Советское радио, 1965.
9. Манассевич В. Синтезаторы частот. -М.: Связь, 1979.

---

Радиомир. КВ УКВ. 10,11/2001.