Схема. Любительская УКВ радиостанция FM-2004

Радиостанция построена преимущественно с использованием SMD элементов и состоит из двух плат. Платы приемопередатчика (А1) и платы синтезатора (А2) стыкуются между собой через впаянные в них разъемы и представляют в таком виде единую конструкцию (рис. 1). Органы управления (регулятор громкости с выключателем, микрофонная тангента) и динамик подключают к плате А1 через разъемы. На вертикально расположенной плате синтезатора (А2) установлены ЖК дисплей и кнопки управления. Модуль синтезатора представляет собой составную часть передней панели. Все это позволяет легко скомпоновать конструкцию в любом корпусе на свой вкус, с минимальным количеством соединительных проводов.

Управление всеми функциями радиостанции выполняют с помощью шести кнопок Настройка всех функций сопровождается текстовыми подсказками на ЖК дисплее и подсветкой шкалы.

Помимо значения частоты и текущего режима работы, на индикаторе отображается также линейка S-метра от 2,5 до 9+40 дБ с шагом в 0,5 балла (3 дБ), показания которой дублируются в цифровом виде в нижнем правом углу дисплея. При передаче линейка S-метра отображает уровень выходной мощности, который дублируют надписи «HIG» и «LOW».

Дополнительные удобства создает наличие двух окон независимых настроек (VFO). Нажатием одной кнопки можно оперативно переходить из окна «А» в окно «В», где по усмотрению могут быть установлены другие границы частот диапазона, границы сканирования, шаг, частоты каналов.

Технические характеристики радиостанции
Диапазон рабочих частот, (устанавливается пользователем), МГц……144…146
Чувствительность приемника, мкВ, не хуже……………………………0,1
Полоса пропускания приемника, кГц…………………………………..12
Динамический диапазон, дБ, не менее…………………………………80
Минимальный шаг перестройки, кГц…………………………………..2,5
Выходная мощность передатчика,Вт
HIG………………………………………………………..10
LOW (устанавливается пользователем)…………………………3…4
Напряжение питания, В…………………………………………12…14

Программные возможности радиостанции:
• два независимых VFO «А» и «В»,
• 39 каналов памяти для каждого VFO (каждый канал может быть репитерным с любым разносом частот в любую сторону);
• оперативное переключение реверса разноса частот на любом репитерном канале;
» режим CTCSS поддержки репитеров (38 стандартных частот);
• тональная посылка 1750 Гц, нажатием кнопки «FUN»;
» сканирование в диапазоне частот или по каналам памяти;
• пошаговая и ускоренная перестройки частот;
• звуковое подтверждение нажатия кнопок.

Схема приемопередатчика (А1) приведена на рис. 2. Приемный тракт выполнен по схеме с двойным преобразованием частоты и состоит из УВЧ на транзисторе 1VT1, смесителя ПЧ1 на 1VT2, промежуточного каскада 1VT3, тракта ПЧ2 и ЧМ дискриминатора на функциональной микросхеме IDA1 и УЗЧ на микросхеме 1DA2.

В режиме приема сигнал, поступивший из антенных цепей (XW1.1C55.1C54.1L13.1C53) через разделительный конденсатор 1С1, поступает на входной полосовой контур 1L1.1C2 и каскад УВЧ на транзисторе 1VT1 Далее через двухзвенный полосовой фильтр 1C6,1C7,1L2,1C8,1L3,1C9 сигнал подается на 1-й затвор транзистора смесителя ПЧ1 1VT2 На 2-й затвор 1VT2 через коммутирующий каскад на транзисторе 1VT7, конденсатор 1С11 и контур 1С10,1L4 поступает сигнал первого гетеродина от ГУН на транзисторе 1VT6. Смеситель ПЧ1 работает с нулевым смещением на первом затворе, имеет высокую крутизну преобразования и малые собственные шумы. Сигнал первой ПЧ (10695 кГц) выделяется на резисторе 1R5, проходит через кварцевый фильтр 1ZQ1.1ZQ2 поступает на промежуточный каскад с небольшим усилением на транзисторе 1VT3. Этот каскад служит для компенсации затухания в фильтрах и улучшает соотношение сигнал/шум тракта ПЧ1.

Далее через конденсатор 1С14 сигнал подается на второй смеситель, входящий в состав микросхемы 1DA1 (вывод 16). На другой вход (вывод 1 микросхемы 1DA1) этого смесителя с кварцевого генератора синтезатора (вывод 2 разъема Х1) через 1R14.1C15 поступает сигнал 10240 кГц. Сигнал второй ПЧ 455 кГц выделяется фильтром основной селекции 1ZQ3. усиливается и детектируется ЧМ дискриминатором микросхемы 1DA1.

Детектированный сигнал с вывода 9 ИМС 1DA1 через НЧ фильтр 1R24, IC24 и через открытый диод 1VD4, организующий функцию шумоподавления, поступает на регулятор громкости и вход УНЧ 1DA2.

При отсутствии полезного сигнала цепь ФНЧ 1R24,1С24, а также анод диода 1VD4 соединены с общим проводом коммутатором в составе 1DA1 (между выводами 14 и 15). Диод 1VD4 закрыт. Порог срабатывания ШП устанавливают резистором 1R21. Выносить его наружу необязательно, так как ШП работает по соотношению сигнал/шум и не срабатывает от импульсных помех, но уверенно включается при слабых, на грани разборчивости, уровнях полезного сигнала. Для временного отключения шумоподавления необходимо нажать кнопку SA2 «SQL», подключенную к плате А1 через вывод 4 разъема Х2. При ее нажатии нижний (по схеме) вывод резистора 1R12 подключается на общий провод, открывается транзистор 1VT4 и на вывод 12 1DA1 поступает положительное напряжение, удерживающее ШП в открытом состоянии. При наличии работающей станции и открывании ШП положительное напряжение, приложенное к диоду 1VD4, используется также для управления ключом остановки сканирования и снимается с его катода.

На транзисторе 1VT5 выполнен согласующий каскад S-метра. Напряжение питания приемника и ГУН стабилизированы микросхемой 1DA3.

ГУН выполнен по схеме емкостной трехточки на транзисторе 1VT6 и является общим для приемника и передатчика. Перестройка частоты производится варикапом 1VD5, на который поступает напряжение ФАПЧ от синтезатора через вывод 7 разъема XI. На этот же варикап в режиме передачи с микрофонного тракта (вывод 11 разъема XI) через регулятор девиации 1R33 поступает модулирующий сигнал. Перекрытие ГУН по частоте составляет более 30 МГц, поэтому при переходе с приема на передачу никаких дополнительных коммутаций не требуется.

Описание назначения выводов разъемов Х1 и Х2 приведено в табл. 1

Передачу включают нажатием кнопки SA3. При этом ключ на транзисторе 1VT11 обесточивает приемник, закрывает коммутирующий каскад на транзисторе 1VT7 и отключает выход ГУН от цепей приемника Это нужно, чтобы исключить их влияние на устойчивость работы передатчика.

В режиме передачи на предварительный каскад передатчика (1VT8) поступает питание +5 В с ключа на транзисторе 2VT3, расположенного на плате синтезатора. Модулированный сигнал ВЧ усиливается каскадами на транзисторах 1VT8,1VT9,VT13 и через согласующие цепи поступает в антенну. В исходном состоянии транзисторы 1VT9,1VT13 закрыты, питание на них подается постоянно и коммутации не требует.

Переключение уровня выходной мощности осуществляется ключом на транзисторе 1VT10. При включении большей мощности он открыт. При меньшей мощности транзистор закрыт, а питание поступает через резистор 1R49, уменьшая раскачку выходного каскада. Переключение мощности осуществляется подачей высокого/низкого логических сигналов от процессора синтезатора через вывод 1 разъема Х1 на инвертор на транзисторе 1VT12. Также по этому выводу разъема Х1 через конденсатор 1С56 на вход УНЧ подается сигнал звукового подтверждения нажатия кнопок.

Схема синтезатора (А2) приведена на рис. 3. В его состав входят цифровая часть (микросхемы 2DD1—2DD4), микрофонный усилитель 2DA2.2, ФНЧ для сигнала CTCSS 2DA2.1, ключи коммутации режимов на транзисторах 2VT1—2VT3, стабилизатор питания 2DA1, кнопки управления 2SB1—2SB6 и ЖК дисплей 2HG1 ВС1602.
Напряжение питания синтезатора и индикатора +5 В обеспечивает стабилизатор 2DA1, на который через ограничительный резистор 2R11 поступает напряжение от общего источника питания (вывод 12 разъема Х1).

Тактовый генератор микроконтроллера 2DD2 стабилизирован кварцевым резонатором 2ZQ1 (10240 кГц) и используется также в качестве второго гетеродина приемника. Помимо выполнения других функций, микроконтроллер управляет режимом прием—передача (вывод 17), переключением мощности, генерирует сигналы CTCSS, а также измеряет и выводит на дисплей (S-метр) значения напряжения, приходящего с детектора уровня сигнала 1DA1 приемника.

Микрофонный усилитель 2DA2.2 обеспечивает усиление и ограничение сигнала с микрофона, а также формирует подъем АЧХ (6 дБ на октаву). Модулирующий сигнал через ФНЧ 2R28.2C20 через вывод 11 разъема Х1 поступает на регулятор девиации (1R33) и варикап (1VD5) передатчика. К этой же цепи через 2R21 подключен выход активного ФНЧ, выполненного на 2DA2.1, который формирует синусоидальные сигналы CTCSS.
Сигнал тональной посылки 1750 Гц формируется процессором при нажатии кнопки 2SB1 «FUN» во время передачи и подается на вход микрофонного усилителя через ключ 2VT2. Меандр 1750 Гц, пройдя через микрофонный тракт, приобретает синусоидальную форму. Питание на микросхему 2DD2 подают через ключ на транзисторе 2VT3 только во время передачи.

Ключ на транзисторе 2VT1 осуществляет остановку сканирования при обнаружении работающей станции.

Яркость индикатора 2HG1 ВС1602 регулируют подбором резистора 2R9. контрастность — резистора 2R10.


Печатные платы радиостанции выполнены из двустороннего стеклотекстолита с металлизацией отверстий и защитной маской. Размеры платы А1 — 80×50 мм (рис. 4, 5), платы А2 -105×37 мм (рис. 6, 7). Схема подключения внешних элементов устройства приведена на рис. 8.



Все катушки радиостанции (за исключением 1L5) бескаркасные и наматываются плотно виток к витку проводом ПЭЛ на оправке диаметром 3 мм. Намоточные данные катушек приведены в табл. 2. Катушка L5 имеет индуктивность 680 мкГн и используется как стандартная, или наматывается на каркасе, взятом от контуров ПЧ «китайских» приемников.

Кварцевые фильтры 1ZQ1, 1ZQ2 — 10.6М15А с центральной частотой 10695 кГц и полосой пропускания 15 кГц. Пьезокерамический фильтр 1ZQ3 CF 455F или аналогичный на частоту 455 кГц с полосой пропускания 12 кГц.

После сборки плат на сектор ГУН и ВЧ блок необходимо установить прямоугольные экраны (по периметру). Для этого используется полоса белой жести шириной 6 мм, которую изгибают по шаблону, вырезанному из стеклотекстолита. Размеры экрана для ГУН 12×17 мм, для ВЧ блока — 15,5×27 мм. Экраны припаивают по углам в четырех точках, предусмотренных на плате А1. Закрывать их сверху не нужно.

Микрофон применяют любой электретный. Диод 1VD7 — 1N4003 или любой другой низковольтный, допускающий прямой ток 3…4 А. Он служит для защиты от переполюсовки питания Диоды 2VD2, 2VD3 — — диодная сборка BAV70 (два кремниевых диода, соединенных последовательно), 1VD5 — варикап КВ132А. Все остальные диоды — серии КД521 (КД522) или аналогичные.

Для охлаждения выходного транзистора 1VT13 используется дюралюминиевый уголок с высотой полки 30 мм и длиной по размеру платы. Уголок крепят к корпусу станции и прижимают всю конструкцию к передней панели. Конструктивно теплоотводящий фланец транзистора 2SC1971 (1VT13) соединен с эмиттером, поэтому изолирующих прокладок для его крепления не требуется.

Также к корпусу крепят и стабилизатор напряжения питания синтезатора 2DA1 Используется отрезок такого же уголка шириной 10—15мм. который служит теплоотводом и прижимает синтезатор к передней панели. Конструкция получается жесткой и не требует никаких винтов со стороны лицевой панели.

Налаживание радиостанции следует начинать с проверки захвата частоты ГУН в режиме приема и передачи. Для этого надо включить станцию, установить на дисплее рабочую частоту 145,000 МГц и замерить напряжение ФАПЧ на выводе 7 разъема Х1. В режиме приема оно должно составлять 2..3 В. Раздвигая витки катушки 1L6. добиваются установки его значения равным 1,5…1,7 В в режиме приема и 3,5…3,7 В при передаче. После настройки катушку 1L6 следует залить парафином, так как она чувствительна к механическим вибрациям.

Далее к антенному разъему XW1 подключают эквивалент антенны сопротивлением 50 Ом, включают передачу и измеряют частоту на выходе передатчика частотомером. После этого измерения подстройкой конденсатора 2С6 в образцовом генераторе синтезатора надо выставить точное совпадение частот приема и передачи. Затем подключают к эквиваленту ВЧ вольтметр и в режиме большей мощности выставляют ее на максимум, раздвигая витки катушек 1L9 и 1L12. При питании 13… 13,5 В напряжение на эквиваленте 50 Ом должно составлять 23…25 В, что соответствует мощности 10… 12 Вт.

Следующим шагом является регулировка чувствительности микрофона и девиации. В начале движок резистора 2R24 на плате синтезатора надо поставить в положение, близкое к максимальному (верхнее по схеме), и при громком разговоре вблизи микрофона резистором 1R33 выставляют девиацию, равную 3,5…4 кГц. Затем уменьшают чувствительность микрофона резистором 2R24 до оптимального значения, контролируя ее по приборам или прослушивая контрольной станцией. Качество звучания на передачу с большинством типов микрофонов хорошее, но при повышенной отдаче микрофона нижние частоты могут быть подчеркнуты. Чтобы устранить этот эффект, микрофон следует зашунтировать резистором 6,8…4,3 кОм.

Для настройки приемника в простейшем случае можно обойтись одним лишь ГСС. Вначале регулировкой резистора 1R21 следует отключить шумоподавитель. Наличие шума в динамике предварительно указывает на исправность тракта. Вращая подстроечник катушки 1L5, надо добиться максимальной громкости шума. Затем на антенный вход подают сигнал с генератора (напряжение — 1 …5 мкВ, девиация — 3 кГц) и перестройкой его частоты добиваются приема. Резистором 1R29 надо выставить показания S-метра примерно в середине шкалы. Затем раздвигая витки катушек 1L1,1L2,1L3,1L4 по максимальным показаниям S-метра, производят настройку, постоянно снижая при этом уровень выхода ГСС. По достижению максимума можно измерить чувствительность, которая должна быть не хуже 0,1 мкВ при отношении сигнал/шум 3:1.

Более удобно и наглядно производить настройку с помощью измерителя АЧХ. Например, Х1-7Б. Для этого выход прибора подключают к антенному входу, а детекторную головку к выходу первого смесителя (контрольная точка КТ1 А1). Раздвигая по центру витки катушек 1L1,1L2,1L3, настраивают сквозную АЧХ тракта, близкую к прямоугольной. В центре АЧХ стремятся получить частоту 145 МГц, а общая полоса пропускания должна быть около 4 МГц на вершине и 6 МГц по уровню 0,7. Раздвигая витки катушки 1L4, выставляют максимальную амплитуду АЧХ.

После этого приступают к регулировке S-метра. Для этого нужно подать на вход сигнал от ГСС напряжением 5 мкВ и установить резистором 1R29 показания, равные 9 баллам. Остальные значения уровней определяются логарифматором микросхемы 1DA1 и программным делением на интервалы в микроконтроллере. Поэтому никакой сложной калибровки не требуется, и S-метр получается довольно точным. В зависимости от типа применяемого фильтра 1ZQ3 и разбросов по затуханию шкала S может быть лишь слегка растянута либо сжата. Точность измерения во всем интервале уровней все равно остается хорошей, и этим можно пренебречь. Но при желании можно растянуть или сжать шкалу S подбором емкости конденсатора 1С15 на входе второго смесителя в пределах 56… 120 пФ. Для проверки устанавливают сначала 9 баллов при 5 мкВ, затем уменьшают уровень сигнала до 0,1 мкВ. Показания S-метра при 0,1 мкВ должны быть З…3,5 балла, а при 500 мкВ и выше — 9+40 дБ. При максимальных показаниях 9+40 дБ шкала уже растянута, но погрешность показаний несущественна и уровни 3—9 баллов отображаются практически также.

Резистором 1R21 устанавливают порог срабатывания ШП на уровне 3…3,5 балла (0,08—0,12 мкВ). Ниже не стоит, так как уровни менее 2,5 балла соизмеримы с шумами антенны и эфира. Сигнал такого уровня все равно полноценно приниматься не может.

Настройки функций синтезатора можно производить независимо для каждого VFO «А» или «В», поэтому нужно сначала кнопкой «WIN» выбрать требуемое окно, затем настроить в нем все необходимое. Соответствие кнопок синтезатора (подписи на передней панели) приведены в табл. 3.

Установка границ диапазона. Нажать на кнопку «FUN», затем на «WIN». Появится надпись «Band Low Limit» — нижняя граница диапазона. Кнопками перебора частот «UP», «DN» устанавливают необходимое значение. Снова нажать на «FUN», появится надпись «Band High Limit» верхняя граница. Также установить значение кнопками «UP», «DN». Для выхода из настройки снова нажать на «FUN».

Установка границ сканирования. Нажать на кнопку «FUN», затем на «SC». Появится надпись «Scanning Low» — нижняя граница сканирования. Установить значение теми же кнопками перебора частот. Нажать снова на «FUN», появится «Scanning High» — верхняя граница. После установки значения — выход «FUN» Запускают сканирование нажатием на кнопку «SC», остановить его можно повторным нажатием на «SC» или нажатием на клавишу передачи.

Настройка каналов памяти. Нажать на кнопку на «FUN», затем на «СН». Появится надпись «Channels» — каналы. Выбрать номер настраиваемого канала (01, 02…10 и. т. д.) кнопками «UP», «DN». Последующими нажатиями на «FUN» в меню выбирают настраиваемый параметр, т. е. «RX Frequency» — частота приема, «ТХ Frequency» — частота передачи, «Sub Tone» — частота CTCSS. Кнопками перебора частот устанавливаем каждое значение. Для выхода нажать на кнопку «СН» или вернуться в положение «Channels» с помощью кнопки «FUN» и перейти к настройке следующего канала. Отображаются и участвуют в работе только настроенные каналы. Если частоты приема и передачи установлены разные, то канал отображается как репитерный и обозначается буквой «R» рядом с номером канала. Для исключения из работы любого канала нужно набрать в нем значение, выходящее за пределы установленных границ частот.

Реверс. В любом канапе памяти, настроенном как репитерный, с разносом частот прием—передача можно оперативно менять частоты местами. Для этого нажать на кнопку «СН» и удерживать ее около 2 с. При переключении на индикаторе перед значением частоты появится маленькая буква г. При переходе обратно она исчезает. Этот режим служит только для контроля и в памяти не сохраняется.

Установка шага перестройки. Нажать на кнопку «FUN», затем на «UP» или «DN». Появится надпись «Step» — — шаг. Кнопками перебора частот устанавливаем шаг. Выход —»FUN»

Переключение мощности. Нажимая вначале на «FUN», затем передача — выбираем по длине линейки уровень мощности. Режим мощности также подтверждается надписью «HIG» — большая и «LOW» — низкая. Передача при выборе мощности в эфир не идет Включается только после повторного нажатия на тангенту. Кнопка «FUN» в режиме передачи также включает тон 1750 Гц на время ее удержания.

Для того чтобы стереть все настройки, следует включить станцию с нажатой кнопкой «FUN» и отпустить ее через 1…2с. Все настройки сотрутся и будут установлены значения по умолчанию: границы диапазона — 144… 146 МГц, границы сканирования 144,500…145,800 МГц, шаг — 25 кГц, стартовая частота — 145,300 МГц, канал 01 — 145,300МГц, остальные выключены.

Эскизы печатных плат и прошивка микроконтроллера: 18_41_07__15_09_2010.zip

Александр ШАТУН (UR3LMZ), г. Дергачи Харьковской обл. (Украина), Александр ДЕНИСОВ (RA3RBE), г. Москва
«Радио» №№1-2 2006г.