WSPR KIT от F4GOH - маяк предназначенный для самостоятельной сборки из предложенного автором набора. Я получил в свои руки уже собранное устройство, поэтому опишу только свои наблюдения.
Страничка проекта: https://hamprojects.wordpress.com/2019/06/02/wspr-beacon/
Страничка с кодом и библиотеками: https://github.com/f4goh/WSPR
Набор включает в себя основную плату, на которую устанавливаются модули: ФНЧ, синтезатор частоты AD9850, МК Arduino Nano, Модуль реального времени DS3231, GPS (опционально поддерживается через программный COM-порт), также есть возможность подключения OLED дисплея SSD1306 128x64. Дополнительно имеется место под температурный датчик DS18S20.
На фото показана собранная плата маяка и 20М полосовой фильтр от QRP-Labs:
Варианты модуляций, которые можно заложить в маяк: ft8, hellschreiber, jt9, jt65, psk, rtty, fsq.
Возможности набора хорошо изучить заливая тестовые скетчи из папки /SRC.
Поскольку меня интересует возможность работы с WSPR, я использовал только прошивки wsprSimple, wsprEncode, WSPR_TinyGps_encode.
wsprEncode умеет кодировать текст сразу в последовательность WSPR, а wsprSimple требует предварительно сформированный массив для передачи из программы wspr encoder, тем не менее я использовал Simple, т.к. другой вариант "отказывался" установить время на DS3231 через монитор COM-порта по команде "h". WSPR_TinyGps_encode - заработала без проблем, локатор рассчитывается прошивкой.
Начальное управление маяком простое - настраиваем монитор COM-порта на скорость 115 кбит/с и отправляем команду "h", далее вводим время в предложенном формате: г,м,д,ч,м,с например: "2021,1,20,21,15,00" и нажимаем "Enter".
Для принудительного начала передачи WSPR даём команду "w", это может пригодится при наладке.
Схема компонентов маяка:
Модуль передатчика на AD9850 имеет один регулировочный резистор триммер.
Железная точка корпуса триммера сверху слева. Рассмотрим положение ручки по аналогии со стрелочными часами. Положение триммера примерно от 12 до 15 часов (две точки между диагональю и диагональ - это стрелка, точки со стороны стрелки). 12,13,14,15 это четвертинка оборота и 14 часов — оптимальное положение (по выходной мощности). Триммер изменяет скважность цифрового сигнала в сторону увеличения ширины импульса (по часовой стрелке).
Ниже показаны осциллограммы и спектры с цифрового (меандрового) выхода QN.
Автор, F4GOH рекомендует устанавливать ширину импульса равную половине периода, у меня первая гармоника получилась больше, когда импульс был немного шире половины периода, см. третью осциллограмму и спектрограмму. На каждом диапазоне необходима подстройка ширины импульса.
В качестве усилителя мощности используется параллельная пара BS170. Для управления усиления предлагаются два варианта:
Первый: - используйте выход QN (J2) DDS и замените конденсатор C7 перемычкой. не устанавливайте R3, C6, R4, L1 на плату, разрыв j8 остается разомкнутым. (это конфигурация, которую использует F4GOH)). Отрегулируйте триммер DDS 9850 так, чтобы на выходе QN была прямоугольная волна. Когда передача выключена, напряжение QN должно быть 0 В! Убедитесь в этом по осциллографу, "землю" можно взять с площадки PT5 (или даже с основания SMA разъема). Таким образом на усилитель сразу подается высокочастотный сигнал с постоянным смещением, что обеспечивает максимальную выходную мощность без возможности регулировки.
Второй: -- используйте выход SINB (J2) и установите смещение на затворе BS170. (установите R3, C6, R4, L1 и перемычку J8), затем примените команду analogWrite на выводе 6 ардуино. (для настройки усиления программно). Если значение усиления слишком высокое, BS170 может быть поврежден.
Во втором случае используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ) для управлением напряжения на выходе интегратора (R3, C6, R4, L1 ). ШИМ в данном случае представляет собой последовательность импульсов с периодом 1 мкс и амплитудой = Vcc (5В). Ширина импульса регулируется переменной со значением от 0 до 255. При 0 имеем отсутствие импульсов, при 255 непрерывный уровень Vcc. При 50 я получил Ти примерно 200 мкс, при 110 Ти = 400 мкс. Сборка по первому варианту оказалось не очень надежной, DDS 9850 по окончанию передачи иногда выставлял высокий логический уровень на QN и по сути полностью открывал транзисторы BS170, которые начинали прокаичвать через себя ток, ограниченный лишь в источнике питания(!). F4GOH указывает, что к сожалению, такое случается. Собрав второй вариант, я удалил R4, который является частью делителя напряжения Vcc для того чтобы иметь возможность подавать до 4...5 В для наибольшего усиления BS170. С R4 максимальное напряжение на затворах оказывалось около 2В, что при напряжении питания около 5В маловато. Далее предлагается забирать синусоидальный сигнал с выхода SINB.
В сравнении с меандром, он слабый, и требует меньшей фильтрации гармоник, — около 5 мВт, если получится усилить на паре BS170 до 50 мВт было бы неплохо. Меандр - сигнал с QN можно грубо оценить как 30 мВт которые усиливаются на паре BS170 до 100-200 мВт выходной мощности. Именно его я и подаю через С7 на затворы транзисторов. (не забываем правильно поставить перемычку J2).
Для дальнейшего анализа настроил маяк на работу в диапазоне 40М.
Изменяя переменную ШИМ от 1 до 255 оценивал выходную мощность, уровни гармоник, потребление энергии маяком.
Таблица 1 - для меандра 7 МГц
Таблица 2 - для синусоидального сигнала 7 МГц
Оптимальным по КПД оказалось смещение на затворе в районе 3В!
Изменение диапазонов показало оптимальным использование: 40М, 30М и 20М, на 80М,160М, 17М, 15М, 12М, 10М уровень выходного сигнала получался сильно сниженным.
Таблица 3 - обзорные уровни по диапазонам
Окончательно настроив маяк на уровень 23 дБм, и частотой 7040150 Гц проверил работу фильтра от QRP-Labs (Указано, что он приёмный и может не выдержать большие мощности).
Спектр без фильтра 20М:
Спектр с фильтром 20М:
Ослабление внеполосных 7МГц - на 50 дБ, 21МГц - на 27 дБ, но и в зоне пропускания 14МГц снес около 7 дБ! (Фильтр я подстроил по максимальным показаниям анализатора на 20М)
Оставив на сутки включенным маяк с антенной диапазонный диполь на 40М и мощностью 23 дБм получил такую картинку:
Моя версия прошивки с управлением ШИМ сохранена здесь: wsprSimple+PWE-Control-R2AJA-23dBm (в массиве передачи зашит мой позывной и мощность, не забудьте изменить на свои)
Лавриненков Игорь / R2AJA
Ледовый трек
Край косы
Деревце - ориентир, такие расставлены вдоль всей лыжни.
Сосна на поляне
Дальний край VP2E крепится где-то здесь за камыш
Поляна радиста
VP2E + Рогулька
