Синтезатор частоты УКВ-ЧМ трансивера

UT5UJ

Предлагаемый синтезатор частоты предназначен для работы в составе УКВ-ЧМ трансивера, работающего в любительском диапазоне 144-146 Мгц или для модернизации УКВ радиостанций промышленного изготовления. Синтезатор позволяет работать через репитерные каналы, формируя соответствующие частоты поддержки (открывания) и разноса частоты прием-передачи. При разработке ставилась задача создать максимально простое, дешевое и хорошо повторяемое в любительских условиях устройство с хорошими электрическими параметрами.

Синтезатор обеспечивает:

• установку шага сетки
• перестройку частоты с шагом сетки
• выбор одного из восьми репитеров с возможностью выбора частоты поддержки
• работу на одном из 40 каналов
• запись в память значений 40 фиксированных частот
• сканирование во всех режимах с последующей остановкой сканирования при появлении несущей частоты

Основные технические характеристики синтезатора:

• выходная частота синтезатора при передаче 144-146 МГц
• выходная частота синтезатора при приеме 133.3-135.3 МГц (для Fпч 10.7МГц)
• шаг сетки 5.0кГц 10кГц 12.5кГц 25кГц
• частоты поддержки (открывания) репитера 79.7Гц 82.5Гц 85.4Гц 88.5Гц 91.5Гц 94.8Гц 97.4Гц 100Гц 103.5Гц 1750Гц и OFF выкл.)
• разнос частоты прием-передача для репитера - 600кГц
• девиация частоты кГц
• потребляемый ток mА

Описание схемы

Синтезатор частоты состоит из блока управления (CONTROLLER) и блока ГУН (VCO-PLL).

Блок управления (CONTROLLER) рис.2 состоит из микропроцессорного модуля на микросхемах DD1, DD2, индикатора HL1, клавиатуры и электронных ключей на транзисторах VТ1-VТ5.Для управления синтезатором выбрана однокристальная микроЭВМ АТ89С2051 фирмы ATMEL. Из публикаций об этой микросхеме можно более конкретно познакомиться с внутренней структурой, системой команд, методами программирования [I]. Мы же остановимся только на описании назначения портов. Через порты РЗ.О и Р3.1 организованна шина I2C по которой происходит обмен информацией между процессором и микросхемой синтезатора (UМА1014), процессором и микросхемой памяти(24С1б). Информация на индикатор передается через порты Р1.2 и Р1.3. В качестве индикатора применен жидкокристаллический индикатор с внутренним контроллером. При работе через репитерные каналы, во время передачи с вывода порта Р3.5 через фильтр на элементах R22, R23 С11 С12 из ШИМ-сигнала формируется синусоидальный сигнал для поддержки (открывания ) репитеров. Сигнал остановки сканирования поступает на порт Р3.4. Этот сигнал лучше всего взять от системы шумопонижения приемника. Остановка сканирования происходит при высоком уровне на этом входе. На блок-схеме рис. 1 показан вариант формирования этого сигнала (транзистор VT4 в блоке приемника). Сигнал РТТ( передача) через третий контакт разъема XS2 подается на порт Р3.7. В режиме приема кнопка РТТ не нажата на выводе 11 микросхемы DD1 через резисторы R19 и R21 высокий уровень. При этом открыты транзисторы VT5 и VT3. Цепь R21 VD12 защищает вход порта Р3.7 от перенапряжений по цепи кнопки РТТ (наводки, и тд.). С эмиттера открытого транзистора VT3 через контакт 2 разъема XS2 +12VRX подается в схему питания приемника. При нажатии кнопки РТТ на выводе 11 DD1 низкий уровень, синтезатор переводится в режим передачи. Транзисторы VT5 и VT3 закрываются, VT4-открывается. Через открытый транзистор VT4 подается +12vTX на усилитель мощности передатчика, выходная мощность которого регулируется потенциометром Rl (POWER) Рис. 1. Сигнал фиксирующий срыв слежения петли ФАПЧ (LOCK) с блока ГУН через контакт 3 разъема XS1 поступает на блок управления. В переходные моменту, в петле ФАПЧ низкий уровень сигнала LOCK зажигает светодиод VD1- и закрывает транзистор VT2, а транзистор VT1 открываясь, через разъем XS2 вывод 4, шунтирует потенциометр Rl (PONVTER) на рис.1 тем самым блокируя прохождение ВЧ сигнала через передатчик в моменты когда в петле ФАПЧ нет синхронизации.

Блок ГУН (VCO-PLL) рис.3 состоит из генератора, управляемого напряжением и однокристального синтезатора частоты на микросхеме UMA1014T [2] фирмы PHILIPS. Генератор управляемый напряжением (ГУН) выполнен по схеме емкостной трехточки с общей базой на транзисторе VT3 типа КТ316Б. В качестве колебательной системы используется контур, состоящий из варикапа VD1 для перестройки его частоты и двух последовательно включенных катушек индуктивности Li и L2. В режиме приема ш выводе 13 DA1 низкий потенциал закрывает транзистор VT1 и напряжение +9v через резистор R10 закрывает pin диод VD2. В этом случае частота ГУНа определяется двумя последовательно включенными катушками Ни L2. При переходе на передачу высокий потенциал с вывода 13 DA1 открывает транзистор VT1. Прямой ток, протекающий через диод VD2, открывает его, а он в свою очередь отсекает катушку L1 повышая скачкообразно частоту ГУНа при передаче. С ГУНа сигнал через цепочку R18 С20 поступает на эмиттерный повторитель на транзисторе VT4 типа КТ368А. С выхода эмиттерного повторителя через цепь R21 С21, R22 С22 сигнал ГУНа поступает на приемник и передатчик соответственно. С делителя R23-R25 сигнал ГУНа подается на вход RF вывод 8 DA1. Микросхема DA1 UMA1014T имеет четыре восьмибитных регистра в которые по шине I2C записываются данные, устанавливающие коэффициенты деления делителя с переменным коэффициентом деления (ДПКД), делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД), а также служебные данные, управляющие работой микросхемы. Сигнал с фазового детектора (ФД) через вывод 5 DA1 поступает на ФНЧ собранный на элементах R7.R8 С7-С9, который определяет полосу захвата и полосу удержания системы ФАПЧ. Характеристики фильтра рассчитаны по методике фирмы PHILIPS [3]. Далее управляющее напряжение через резистор R9 поступает на варикап VD1 и осуществляет перестройку ГУН. Опорный генератор построен на этой же микросхеме. Его частота определяется кварцевым резонатором ZQ1 на частоту 9600 кГц. Точная подстройка кварцевого генератора осуществляется конденсатором С1. Контролировать частоту опорного генератора деленную^на 8 можно на выводе 16 микросхемы DA1. Эту частоту (1200 кГц) необходимо устанавливать с максимально большой точностью. Модулирующее напряжение с микрофонного усилителя величиной около 300 мВ подается на вывод 1 разъема XS1. и далее через делитель RI3.R14 - на варикап VD1, где осуществляется частотная модуляция. Необходимую девиацию частоты можно установить резистором R13. В режиме приема +- 9v через резистор R10 открывает транзистор VT2, тем самым блокируя прохождение модулирующего напряжения на варикап. На микросхеме DA2 выполнен стабилизатор напряжения +5v для питания синтезатора частоты.

Конструкция и детали.

Блок управления собран на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита размерами 110х48мм. Кнопки, индикатор и светодиод VD1 установлены со стороны пайки. При такой компоновке есть возможность установить блок управления прямо на переднюю панель. Все радиодетали малогабаритного типа. Микросхемы DD1 и DD2 установлены на панельках. Стабилизаторы DA1 и DA2 без радиаторов. Разъемы XS1-XS3 "телевизионные". Десятиразрядный LCD индикатор применен от импортных телефонов. Он имеет внутренний контроллер. Возможно применение других типов индикаторов с последовательным вводом данных при изменении в программе управления.
Печатная плата блока управления 

Плата ГУНа помещена в корпус от телевизионного селектора СКМ-ЗОС. От него взяты каркасы с латунными сердечниками для LI и L2. Катушка L1 имеет один виток провода ПЭВ2 диаметром 0.5мм, а катушка L2 3.5 витка того же провода намотанных виток к витку. В верхней крышке напротив катушек просверлено два отверстия для их настройки в процессе налаживания. Элементы фильтра С7-С9 R7-R8 должны быть хорошего качества. Конденсатор С 14 SMD-типа припаян непосредственно на дорожки. Транзисторы VTI.VT2 так называемые DIGITAL TRANSISTOR-структура состоящая из ключевого n-p-n транзистора и двух резисторов- один база-эмиттер, второй последовательно с базой. Дроссель L3 величиной 40мкГн с вертикальным расположением выводов. В качестве ВЧ разъемов применены разъемы типа СР-50-109.
Печатная плата блока ГУНа

Настройка.

Блок управления можно настраивать без подключения к плате ГУНа. Настройка блока управления при правильной сборке и исправных деталях сводится к проверке питающих напряжений, проверке функционирования ключей прием-передача (транзисторы VT3-VT5) и ключевого каскада на транзисторах VT1- VT2. После этого установив микросхемы в панельки необходимо проверить работу блока управления с клавиатуры в целом. В завершении настройки необходимо проверить на втором контакте разъема XS3 блока БУ наличие синусоидального напряжения с частотой поддержки не забывая при этом, что оно присутствует только в режиме передача на репитерных каналах. Настройку платы ГУНа лучше производить без установки микросхемы синтезатора DA1 . Подав в точку соединения C9,R9 напряжение с движка потенциометра величиной 10 ком который подключен к источнику напряжения 5 вольт. Частотомер подключают к разъему ХЗ. Изменяя напряжение на движке потенциометра от 0.9 до 4.3 вольт латунным сердечником катушки L2 устанавливают частоту в пределах 144-14бмГц с запасом по краях в 150-200 кГц. После этого соединив перемычкой базу транзистора VT1 с землей изменяя напряжение в тех же пределах латунным сердечником катушки L1 устанавливают частоту в диапазоне 133.3-135.3мГц для Рпч =10.7мГц. Эти операции необходимо повторить несколько раз при установленных крышках блока. После укладки диапазона перестройки ГУНа, необходимо установить на место микросхему DA1. Подключив к выводу 16 DA1 частотомер, конденсатором С1 устанавливают на этом выводе частоту 1200кГц. Подключив частотомер к разъему ХЗ(Х4) и соединив блок ГУНа к блоку управления контролируют работу синтезатора в целом. При перестройках синтезатора в пределах меньших чем 12.5кГц светодиод LOCK практически не вспыхивает. Подключают синтезатор к приему-передатчику 50-ти омным кабелем согласованным по выходу. На этом настройка синтезатора заканчивается.

Порядок работы с синтезатором.

При включении синтезатора он находится в режиме "плавной настройки". Нажимая кнопку SW6 SHIFT выбираем шаг сетки, кнопкой SW4 DOWN уменьшаем, а кнопкой SW8 UP- увеличиваем частоту настройки синтезатора. Нажимая кнопку SW2 MEMORY переводим синтезатор в режим работы с памятыо (МЕМОRY). На индикаторе высвечивается номер ячейки памяти и частота ранее записанная в эту ячейку. Нажимая кнопки UP DOWN просматриваем содержимое в 40 ячейках памяти. При этом выходная частота синтезатора каждый раз соответствует частоте хранящейся в ячейках памяти. Для записи нового значения частоты в память, необходимо как было описано выше, установить нужную частоту, войти в режим памяти, выбрать нужную ячейку памяти и длительным (3-4 сек) нажатием кнопки MEMORY ввести ее в память. При этом синтезатор снова выходит в режим "плавной настройки". Выход из режима памяти производится кратковременным нажатием кнопки MEMORY.

Нажатием кнопки SW7 СН переходим в режим работы с фиксированными каналами. Нажатие кнопки СН возможно только в режиме "плавной настройки" в остальных случаях работа кнопки заблокирована. Кнопками UP DOWN переключаются фиксированные каналы. На индикаторе высвечивается номер канала и его значение частоты.

Нажатием кнопки SW3 REPEATER переходим в режим работы через репитерные каналы. Нажатие кнопки REPEATER возможно только в режиме "плавной настройки" в остальных режимах кнопка заблокирована. Кнопками UP DOWN выбирается нужный репитер, при этом на индикаторе высвечивается номер репитера, частота приема и знак "- " показывающий, что частота передачи ниже частоты приема на 600кГц. При нажатии кнопки SW6 SHIFT происходит обмен частот приема и передачи, при этом знак "-" гаснет и отключается частота поддержки репитера. При длительном нажатии кнопки MEMORY (3-4 сек) включается режим выбора частот поддержки (открывание) репитера . На индикаторе высвечивается значение частоты, а кнопками UP DOWN выбираем новое значение. После выбора нового значения частоты поддержки длительным нажатием кнопки MEMORY, это значение присваивается текущему репитеру. При коротком нажатии кнопки MEMORY изменение частоты поддержки не происходит и на индикаторе высвечивается частота приема репитера. При повторном нажатии кнопки REPEATER происходит выход в режим "плавной настройки" на частоту которая была до входа в режим работы через репитерные каналы.

Сканирование включается нажатием кнопки SW1 SCAN. В зависимости от выбранного режима работы происходит сканирование "плавного диапазона" с установленным шагом сетки и с последней установленной частоты приема в сторону увеличения. При достижении конца разрешенного диапазона сканирование начинается с начала диапазона. Сканирование репитеров, памяти и каналов осуществляется по частотам записанным в памяти. При появлении несущей сканирование останавливается. Сканирование прерывается также при нажатии любой кнопки. Возобновить (продолжить) сканирование можно повторным нажатием кнопки SCAN.

По вопросу программирования/приобретения  PIC, печ. платы 
обращайтесь к Валерию (UT5ULY), aviaar@naverex.kiev.ua