QRPP CW Маяк 18 МГц (17 м) с ключеванием от Arduino

В третьей версии маяка используется схема генерации N7KSB, линейные фильтры, двухтактный усилитель мощности и управление от микроконтроллера Arduino.

Структурная схема маяка:

Схема генератора:

Вывод 1 используется для ключевания, высокий уровень "1" - генерация отключена, низкий уровень "0" - генерация включена.

На стабилизатор напряжения КР142EH5Б установлен алюминиевый радиатор охлаждения.

Плата генератора:

Плата спроектирована под поверхностный монтаж, микросхема 

MM74HC240 в корпусе типа SO20 (SO-20).

Проверка генератора в действии:

Осциллограмма – генератор нагружен на 50 Ом.

Осциллограмма  -генератор нагружен на фильтр и 50 Ом.

Осциллограмма снятая перед фильтром – (генератор нагружен на фильтр и 50 Ом.)

ФНЧ ослабляет высшие гармоники, делая сигнал более приемлемым. 

Постоянная составляющая на выходе генератора = 2.5 В. (!)

Рассмотрим теперь спектрограммы сигнала генератора.

ВСЕ ИЗМЕРЕНИЯ ЧЕРЕЗ АТТЕНЮАТОР 10 дБ!

Генератор нагружен на 50 Ом. Спектр. 1 гармоника 18 дБм (63 мВт)

Генератор нагружен на 50 Ом. Спектр. 3 гармоника 5 дБм (3 мВт)

Генератор нагружен на 50 Ом. Спектр. 2 гармоника -9 дБм (0.126 мВт)

Генератор нагружен на 50 Ом. Спектр. 22 гармоника -26 дБм

Оставим включенным только блок генерации в MM74HC240 (красный треугольник на схеме)

Получаем на выходе  -29 дБм.  (6 мкВт)

Изменим ситуацию, включен только блок усиления (желтые треугольники на схеме). На выходе шум уровень не более -30 дБм. 

В дальнейшем  используется только коммутация усилительной части микросхемы (желтые треугольники), генераторная часть (красный треугольник) работает постоянно.

Фильтр низких частот.

Схема фильтра:

Плата фильтра: 

АЧХ + ФЧХ:

Номиналы фильтра подобраны в программе Micro-Cap 7.1.6

Посмотрим, как фильтр подавляет высшие гармоники.

ВСЕ ИЗМЕРЕНИЯ ЧЕРЕЗ АТТЕНЮАТОР 10 дБ!

Спектр на выходе фильтра: 

W1 = 22 дБм =0.16 Вт.  (По мощемеру Pсуммарное = 0.16 Вт)

W2 = 1.6 дБм = 1.4 мВт.   W3 = -4.6 дБм = 0.4 мкВт

Спектр на входе фильтра: 

W1 = 9.1 дБм = 8 мВт. По мощемеру P = 8 мВт

Усилитель мощности (SM0VPO)

Усилитель мощности (УМ) проектируется по статье SM0VPO (Harry Lythall)

[ http://sm0vpo.altervista.org/tx/rf_pa_cct_00.htm  BASIC LINEAR AMPLIFIER]

в переводе:

[http://radiomaster.ru/articles/view/63/  Широкополосный КВ усилитель мощности]

Схема двухтактного усилителя:

С1=100 мкФ + 33 нФ + 15 нФ

С2=22 нФ

R1=1 кОм

R2=30 Ом

TR1, TR2 =2SC2344,     h21e = 60

На транзисторы установлены алюминиевые радиаторы охлаждения.

R3 = 1.2 Ом

T1 входная обмотка содержит  8 витков

выходная обмотка содержит  1+1 витков

T2  входная обмотка содержит  8 витков

выходная обмотка содержит 2+2  витков

Трансформаторы выполнены на сердечниках биноклях (трансфлюкторах)  МЗ0ВН, 16х9х7.

Возможно, обозначив на схеме три емкости как С1, автор хотел разместить их рассредоточено по плате(?) ведь все эти три емкости между шиной (+) и (- GND)

Плата:

Измерения мощности и КПД с УМ: (емкостная свзяь Ген-Фильтр1)

Напряжение пит.	Ток	Мощность ВЧ	Мощность потр.	КПД
10	0.6	1.14	6	0.19
10.5	0.61	1.18	6.4	0.184
11	0.63	1.24	6.93	0.178
11.5	0.64	1.28	7.36	0.173
12	0.65	1.32	7.8	0.169
12.5	0.66	1.36	8.25	0.164
13	0.67	1.4	8.71	0.16
13.5	0.68	1.43	9.18	0.155
14	0.69	1.47	9.66	0.152
14.5	0.7	1.5	10.15	0.147
15	0.71	1.52	10.65	0.142
16	0.73	1.58	11.68	0.135

КПД снижается, с ростом мощности.
Главная гармоника (18.08 МГц) = 30 дБм (1 Вт)

Посмотрим на спектр сигнала

Все измерения на Анализаторе через добавочное 10 дБ.

При закорачивании емкости связи (между Генератором и Фильтром №1) Главная гармоника уменьшается до 29 дБ. Остальные гармоники тоже уменьшаются, при этом ток потребления не изменяется.

Постоянная составляющая на выходе генератора = 2.5 В! 

После установки фильтра №2. Получаем спектр:

Еще раз посмотрим сигнал без фильтра:

Фильтр 2 режет 1 гармонику с 31 дБм до 29 дБм.   Т.е.  с 1260 мВт до 790 мВт

Фильтр 2 увеличивает 2 гармонику с 10.4 дБм до 11.9 дБм.   Т.е.  с     10 мВт до  16   мВт

Фильтр 2 режет 3 гармонику с 19.6 дБм до -5.89 дБм.   Т.е.  с   80  мВт до   0.3     мВт

Сигнал имеет передний фронт 7 мкс:

Общий вид сигнала после Фильтра №2

Расчетная дальность прямой слышимости маяка. (по В.Полякову) При Ga = 1. 

D=sqrt30*Ga*P/E, где Е=1 мкВ/м предельный порог различения СW сигнала на слух. 

D = sqrt30*1* 1/1*10^(-6) =5470 км 

Расчетная дальность приема. (по Реду)

Пусть будет 1 скачок c минимальным ослаблением 60 дБ.

1 Вт = +30 дБм.

Pприем = 30 дБм – 60 дБ = -30 дБм =  1х10-6  Вт = 7х10-3 В

Pприем =   1  мкВт = 7  мВ = S4

Пусть будет 1 скачок c ослаблением 70 дБ на 2000 км.

1 Вт = +30 дБм.

Pприем = 30 дБм – 70 дБ = -40 дБм = = 0.1х10-6  Вт = 2.24х10-3 В

Pприем =   0.1  мкВт = 2.24  мВ = S3

(чувствительность приемника = 0.25 мкВ в SSB)

Внешний вид комплекта маяка. 

В качестве контроллера маяка используется Arduino. Запрограммировать его можно для работы в CW (Морзе), а также Feld Hell (Hellscriber)  

Подробные исследования по закладке CW/Hell у авторов:

Max Klimenko:

[ http://pastebin.com/46yPSy28 , http://max-ter.livejournal.com/571.html]

Mark VandeWettering:

[ http://brainwagon.org/2012/01/11/hellduino-sending-hellschreiber-from-an-arduino/ ]

На испытаниях маяка его сигнал зафиксировала станция в Бельгии, удаленность около 2350 км! 

[RBN DX de ON5KQ-#: 18120.4 R2AJA CW 8 dB 20 WPM CQ 1339Z 2015-09-26 13:40:00]

Немного больше про данный маяк и другие радиотехнические самоделки можно прочитать в моей книге "Практика радиолюбителя. Антенны, маяки, скиммеры." см.  http://lavrinenkov.blogspot.com/2019/04/amateur-radio-practice.html

Лавриненков Игорь Сергеевич 

Для связи mail:  lis-soft /*at*/rambler   точка   ру