Портативная радиостанция на 28 мгц

Прошивка

В сети дос­таточ­но руководств по сбор­ке при­емни­ков на SI4735, одна­ко боль­шинс­тво авто­ров дела­ют акцент на схе­мотех­нику и сбор­ку на макете, пос­ле чего туда залива­ют один из вари­антов готовой про­шив­ки. Мы же поп­робу­ем разоб­рать­ся, как написать такую про­шив­ку самос­тоятель­но поч­ти с нуля, поэто­му все нижес­казан­ное дос­таточ­но лег­ко перенес­ти на любой дру­гой мик­рокон­трол­лер, лишь бы у него хва­тало памяти для хра­нения пат­ча.

Итак, что же за зверь SI4734 и с чем его едят? Этот чип управля­ется по шине I2C, и каж­дая посыл­ка пред­став­ляет собой адрес мик­росхе­мы (с битом перек­лючения запись/чте­ние), 1 байт коман­ды и до 7 байт аргу­мен­тов. У каж­дой коман­ды свое количес­тво аргу­мен­тов, впро­чем, даташит говорит, что посыл­ки мож­но сде­лать и фик­сирован­ной дли­ны, если вмес­то неис­поль­зуемых аргу­мен­тов слать . Для наших целей понадо­бит­ся не так мно­го команд, поэто­му мы можем поз­волить себе написать для каж­дой свою фун­кцию. Резуль­татом выпол­нения коман­ды мож­но счи­тать ответ, сос­тоящий из бай­та ста­туса и до 7 байт собс­твен­но отве­та, при­чем и здесь допус­кает­ся уни­фика­ция дли­ны: мож­но читать по 8 байт, все неис­поль­зуемые будут .

Но тут есть нюанс: коман­да выпол­няет­ся не мгно­вен­но, а с задер­жкой, до исте­чения которой мик­росхе­ма будет отве­чать толь­ко нулями. Поэто­му, ког­да нам необ­ходим ответ, мы с некото­рой пери­одич­ностью будем его счи­тывать, пока пер­вый байт отве­та не будет равен , что сви­детель­ству­ет о завер­шении исполне­ния коман­ды. Сле­дом мож­но счи­тать бай­ты отве­та и/или отправ­лять сле­дующую коман­ду.

Для отправ­ки и чте­ния пакетов по I2C мы будем исполь­зовать уже извес­тную нам коман­ду биб­лиоте­ки LibopenCM3 , где  — исполь­зуемая шина I2C (I2C1), а  — семибит­ный адрес . О бите записи/чте­ния за нас позабо­тит­ся биб­лиоте­ка. В ито­ге работа с мик­росхе­мой вкрат­це будет пред­став­лять собой сле­дующую пос­ледова­тель­ность дей­ствий: ини­циали­зация, нас­трой­ка режима работы, нас­трой­ка на нуж­ную час­тоту. Все опи­сан­ное ниже опи­рает­ся на содер­жание докумен­тов AN332 «Si47XX Programming Guide» и AN332SSB.

Инициализация

Преж­де все­го SI4734 нуж­но ини­циали­зиро­вать. Сде­лать это мож­но в одном из трех режимов: AM, FM или SSB. Перед началом ини­циали­зации докумен­тация рекомен­дует выпол­нить сброс. Дела­ется это три­виаль­но: надо ненадол­го под­тянуть к зем­ле REST-пин SI4734. Для задер­жки исполь­зует­ся совер­шенно ленивая фун­кция, бла­го точ­ность тут не име­ет осо­бого зна­чения.

Для ини­циали­зации исполь­зует­ся коман­да , которая тре­бует два парамет­ра. Пер­вый вклю­чает так­тирова­ние и опре­деля­ет режим работы, а вто­рой нас­тра­ивает ауди­овы­ходы. Мы исполь­зуем часовой кварц и ана­лого­вые выходы, поэто­му для FМ при­меня­ются парамет­ры , , а для АM — , . Пос­ле отправ­ки коман­ды, опра­шивая чип, дожида­емся отве­та . Обыч­но на это ухо­дит один‑два зап­роса.

В ответ на коман­ду чип может выдать еще 8 байт, которые даташит рекомен­дует про­верять, одна­ко на это мож­но забить и даже их не счи­тывать. На дан­ном эта­пе уже мож­но про­верить качес­тво работы мик­росхе­мы: исправ­ная вер­нет ответ и запус­тит квар­цевый генера­тор, что про­веря­ется осциллог­рафом. Если коман­ды отправ­лены вер­но, а генера­тор не запус­тился, то, веро­ятно, чип битый.

ДВ-СВ-КВ диапазоны

Сверхдлинные волны (длина волны более 10 км).

Радиоволны столь большой длины волны интересны тем, что способны не только огибать препятствия, но и проникать под воду. На частоте 18,1 KHz работает станция, использующаяся для связи с подводными лодками. Эта станция была построена ещё в Германии во времена Второй мировой войны, затем перевезена в Россию, собрана заново и работает до сих пор.

Естественно, диапазона сверхдлинных волн нет в бытовых приемниках. Однако принимать сигналы на этой частоте может любой желающий, причем совершенно бесплатно — обычная звуковая карта компьютера способна записывать сигналы такой частоты. Если установить на ноутбук программу визуализации звука, подключить к разъему микрофона провод длиной несколько метров и отъехать подальше от города и индустриальных помех — то эти сигналы вполне реально увидеть на экране.

Длинные и средние волны (от 100 м до 10 км)

На частоте 77 кГц можно услышать сигналы точного времени, передаваемые станцией DFC77, расположенной недалеко от Франкфурта. По этим сигналам часы и метеостанции могут автоматически настраиваться на точное время. В магазинах легко можно найти часы, имеющие функцию такой настройки, но, к сожалению, большинство городов России не входит в область уверенного приема этих сигналов.

На частоте 198 кГц до сих пор работает радиостанция «Маяк». Эта станция выходит в эфир с 1964 года, желающие вполне могут услышать её на длинных и средних волнах и по сей день.

На частотах 400−600 кГц работают радиомаяки аэропортов. С помощью радиокомпаса воздушное судно может выйти точно к аэропорту, что актуально в условиях плохой видимости. Например, в Петербурге на частоте 525 КГц даже на бытовом приемнике можно услышать передаваемый азбукой морзе сигнал PL, относящийся видимо, к Пулково.

Частоты 2130 и 2150 кГц используются для связи на железной дороге, переговоры машинистов и диспетчеров хорошо слышны на расстоянии нескольких километров от ЖД на обычном бытовом радиоприемнике. Многие, наверное, видели длинный провод с изоляторами, протянутый вдоль крыши локомотива, это и есть антенна поездной радиостанции.

Короткие волны (10−100 м)

Информация, передаваемая в диапазоне коротких волн, весьма разнообразна. Это вещательные станции, сводки погоды, метеокарты и пр. Например, станция Hamburg Meteo круглосуточно передает карты погоды на частоте 7880 кГц, принять которые возможно с помощью радиоприемника, подключенного к компьютеру через вход звуковой карты. На частоте 10100 кГц эта же станция передает сводки погоды в телетайпном режиме, декодировать который можно, опять-таки, с помощью компьютера и программного обеспечения.

Частота 14 МГц используется радиолюбителями для экспериментов с разными видами связи, среди достаточно интересных можно отметить например, передачу изображений, этот стандарт называется Slow-scan television (SSTV).

В верхней части КВ-диапазона (27−28 МГц) находится гражданский, так называемый «Си-Би» (Citizen Band) диапазон. Любой желающий может приобрести радиостанцию, работающую в этом диапазоне, такие станции активно используются водителями, путешественниками и пр.

Антенна наклонная рамка

Горизонтальные рамки весьма популярны. Рик Роджерс (KI8GX) провел эксперименты с «наклонной рамкой», крепящейся к одной мачте.
Для установки варианта «наклонной рамки» с периметром 41,5 м, необходима мачта высотой 10…12 метров и вспомогательная опора высотой около двух метров. К этим мачтам крепятся противоположные углы рамки, которая имеет форму квадрата. Расстояние между мачтами выбирают таким, чтобы угол наклона рамки по отношению к земле был в пределах 30…45°.Точка питания рамки расположена в верхнем углу квадрата. Питается рамка коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. По измерениям KI8GX в этом варианте рамка имела КСВ=1,2 (минимум) на частоте 7200 кГц, КСВ=1,5 (довольно «тупой» минимум) на частотах выше 14100 кГц, КСВ=2,3 во всем диапазоне 21 МГц, КСВ=1,5 (минимум) на частоте 28400 кГц. На краях диапазонов значение КСВ не превышало 2,5. По данным автора некоторое увеличение длины рамки сместит минимумы ближе к телеграфным участкам и позволит получить КСВ меньше 2 в пределах всех рабочих диапазонов (кроме 21 МГц).
 QST №4 2002 год

Почему SI4734

SI4735 отли­чает­ся от дру­гих упо­мяну­тых чипов тем, что под­держи­вает пат­чи про­шив­ки, а это откры­вает дос­туп к допол­нитель­ным фун­кци­ям. Так, в сети есть патч, который поз­воля­ет при­нимать сиг­налы с SSB-модуля­цией. Что в ней такого, спро­сишь ты? Да в общем, ничего осо­бен­ного, прос­то на ней работа­ют любите­ли в КВ‑диапа­зонах, и их порой инте­рес­но пос­лушать. И это, навер­ное, самый прос­той вари­ант такого при­емни­ка.

Хо­рошо, с SI4735 разоб­рались, а почему в заголов­ке зна­чит­ся SI4734? Дело в том, что все мик­росхе­мы SI473X сов­мести­мы «pin в pin» и отли­чают­ся толь­ко набором фун­кций. Млад­шие модели (SI4730, SI4731) под­держи­вают длин­ные вол­ны и FM, а стар­шие модели (SI4732, SI4735) под­держи­вают еще и корот­кие вол­ны и RDS. SI4734 под­держи­вает КВ, но не уме­ет RDS. Кро­ме все­го про­чего, они здо­рово раз­лича­ются по цене: SI4730 сто­ит при­мер­но 100 руб­лей, SI4734 — 150, SI4735 — поряд­ка 500 руб­лей. Прав­да, все­го год назад они были минимум в три раза дешев­ле, ну да это извес­тная сей­час проб­лема.

Патч офи­циаль­но под­держи­вает толь­ко SI4735, на ней я и хотел экспе­римен­тировать. Но куп­ленный мною экзем­пляр ока­зал­ся нерабо­чим, поэто­му я пос­тавил SI4734-D60, который имел­ся в загаш­нике. А заод­но поп­робовал скор­мить это­му чипу патч, и, к моему удив­лению, он сра­ботал. Так что, если тебе не нужен RDS, мож­но сэконо­мить.

Об­радовав­шись такому успе­ху, я поп­робовал поковы­рять SI4730-D60, тем более что в сети прос­каль­зывала информа­ция, буд­то некото­рые из этих чипов могут работать на КВ. Одна­ко у меня они не зарабо­тали и патч на них тоже не встал. Очень веро­ятно, что патч сра­бота­ет и на SI4732, пос­коль­ку китай­цы час­то добав­ляют эту мик­росхе­му в наборы сво­их при­емни­ков и заяв­ляют о под­дер­жке SSB.

Схемотехника

Для наших экспе­римен­тов мы соберем отно­ситель­но нес­ложную конс­трук­цию, сос­тоящую из двух бло­ков: бло­ка управле­ния и бло­ка при­емни­ка. Блок управле­ния соберем на STM32F030, добавим к нему энко­дер, дис­плей OLED и восемь кно­пок. От кно­пок мож­но вов­се отка­зать­ся, но с ними управлять при­емни­ком нам­ного удоб­нее. За кла­виату­ру будет отве­чать PCF8574, очень удоб­ная мик­росхе­ма — рас­ширитель пор­тов с I2C-интерфей­сом. Вве­дение рас­ширите­ля пор­тов хоть и усложня­ет схе­му, но упро­щает раз­водку пла­ты и опрос кно­пок. Питать все это дело удоб­но с помощью LiPO-акку­муля­тора, поэто­му добавим туда еще кон­трол­лер заряда и DC/DC-пре­обра­зова­тель на RT9136 для питания кон­трол­лера. Исполь­зование активно­го пре­обра­зова­теля целесо­образно в пла­не повыше­ния КПД.

Схе­ма при­емни­ка

Вы­ход­ной мощ­ности SI4735 недос­таточ­но для рас­качки стан­дар­тных 32-омных науш­ников, поэто­му нужен ауди­оуси­литель, даже два, так как у нас сте­рео. В качес­тве уси­лите­ля исполь­зована мик­росхе­ма TDA2822 (PDF) в стан­дар­тном вклю­чении. Это не луч­ший вари­ант по двум при­чинам: во‑пер­вых, у нее слиш­ком высок коэф­фици­ент уси­ления, а во‑вто­рых, на мой вкус, она слиш­ком шумит. Луч­ше на эту роль подой­дет LM4863 (PDF), но у меня ее не ока­залось под рукой. Тем не менее TDA2822 недур­но справ­ляет­ся со сво­ей задачей.

В завод­ских решени­ях обыч­но исполь­зует­ся УВЧ и маг­нитная антенна, мы же пос­тупим про­ще: пос­тавим на вход филь­тр 5-го поряд­ка с час­тотой сре­за и будем исполь­зовать пол­нораз­мерную антенну — все рав­но на штырь в квар­тире мож­но ловить толь­ко помехи, FM и пару китай­ских стан­ций в хороший день. Что же каса­ется FM-вхо­да, то ему ком­фор­тно и без вход­ных цепей. Кро­ме того, саму SI4734 вмес­те со вход­ными цепями мы помес­тим в экран из жес­ти (пла­та двух­сто­рон­няя, вто­рая сто­рона — сплош­ная медь), бла­го это сов­сем не слож­но. Исполь­зование внеш­ней пол­нораз­мерной антенны силь­но сни­зит навод­ки от циф­ровой час­ти и изба­вит от УВЧ.

Что каса­ется этой самой циф­ровой час­ти, то тут каких‑либо осо­бен­ностей нет. Схе­ма, пла­ты и про­чее лежат на GitHub. Вешать пос­тоян­но обновля­ющий­ся дис­плей и кла­виату­ру на одну шину с SI4734 — не очень хорошая идея из‑за воз­можных помех, одна­ко оста­нов­ка кон­трол­лера и вык­лючение дис­плея на слух не вно­сит изме­нений. Отсю­да мож­но сде­лать вывод, что в городе гораз­до боль­ший вклад в качес­тво при­ема вно­сит зашум­ленность эфи­ра.

Офор­мле­но это в дос­таточ­но минима­лис­тичном сти­ле, впро­чем, кор­пуса я делать никог­да не любил. У меня получи­лось что‑то сред­нее меж­ду макетом и закон­ченным устрой­ством, но тран­спор­тиров­ку и полевое исполь­зование при­емник пережил не помор­щившись.

info

Пред­видя воп­росы, ска­жу сра­зу, что управля­ющий блок мож­но соб­рать и на Blue Pill, и на ARDUINO, в пос­леднем слу­чае на Али мож­но купить уже соб­ранную пла­ту. Обой­дет­ся это при­мер­но в 3000 руб­лей. А за допол­нитель­ные день­ги к это­му делу мож­но докупить кор­пус. Но это не наш метод, мы же соб­рались поковы­рять­ся с SI4734!

УКВ-диапазоны

Диапазон 117−137 МГц выделен для авиа-связи. На этих частотах диспетчеры общаются с воздушными судами, здесь работают автоматические системы передачи погоды (Automatic Terminal Information Service, ATIS) и координат (Aircraft Communications Addressing and Reporting System, ACARS). Естественно, гражданские лица не могут использовать эти частоты для радиопередачи, однако прием вполне возможен — некоторые бытовые приемники, например Grundig G6, имеют поддержку авиадиапазона.

В диапазоне 137 МГц передают данные метеоспутники NOAA. При помощи программы расчета орбиты, радиоприемника и компьютера получить фотографии из космоса с этих спутников может любой желающий.

Частоты 144−170 МГц используются государственными службами — милиция, скорая помощь, пожарные и пр. В некоторых регионах для этих целей используются также частоты 450 МГц и выше.

Частоты 150 и 300 МГц используются для связи между морскими, речными судами и береговыми станциями.

На частоте 433 МГц работают безлицензионные радиостанции стандарта LPD (Low Power Device). Эти устройства могут использоваться всеми желающими для связи на небольших расстояниях, для наблюдения за ребенком с помощью радионяни, в качестве маяка для поиска домашних животных и пр. На этих частотах могут работать брелки автомобильных сигнализаций, кнопки открытия шлагбаумов и пр.

На частотах 900 и 950 МГц работают телефоны стандарта GSM. Используются две разнесенные частоты, именно поэтому по сотовому телефону можно одновременно и говорить, и слушать.

Радиоволны ещё более высоких частот (1 ГГц и выше) распространяются практически в пределах прямой видимости. Поэтому они используются либо на небольших расстояниях (Bluetooth, Wi-Fi, DECT) либо с крупными направленными антеннами (спутниковое ТВ, линии передачи данных). На этих частотах также передаются сигналы со спутников GPS.

На этом совсем краткий обзор радиоэфира подходит к концу. Вышеприведенный список, естественно, не претендует на полноту, но при наличии интереса любой желающий может заняться этим вопросом самостоятельно, ведь радиоэфир доступен всем без каких-либо ограничений. Более того, этот список и не может быть завершен, «точку» тут ставить рано, ведь постоянно появляются новые стандарты и технологии. Например, уже доступны Wi-Fi-маршрутизаторы, работающие на частота 5 ГГц, ещё лет 10 назад использование столь высоких частот «в быту» казалось бы нереальным. Поживем — увидим…

P. S: В завершение хочется ответить на вопрос, который наверняка возникнет у некоторых читателей — сколько стоит радиоприемник, способный принимать разные виды сигналов? На самом деле, не очень дорого.

P.P.S: И еще один момент, на который хотелось бы обратить внимание. В последнее время, особенно после выхода фильма «Радиоволна» модной стала тема приема радиосигналов из потустороннего мира

Много желающих пытаются вслушиваться в шум эфира, прокручивают записи так и этак, надеясь услышать то что хочется. Некоторым даже удается что-то поймать, а при должной фантазии и расшифровать…

Увы, вынужден огорчить всех желающих установить спиритический радиосеанс — все радиосигналы, имеющиеся в эфире, имеют вполне «земную» природу. А различные звуки, которые можно поймать — это либо помехи, либо наводки на этой частоте от более мощных соседних станций, либо доносящиеся на пределе слышимости фрагменты дальних передач с других континентов, либо переговоры служебных станций, использующих не поддерживаемый используемым приемником вид модуляции…

Модифицированная широкополосная антенна T2FD

Предложена модификация известной многим антенны T2FD, которая позволяет перекрыть весь диапазон радиолюбительских КВ частот, совсем немного проигрывая полуволновому диполю в 160 метровом диапазоне (0,5 дБ на ближних и около 1,0 дБ на DX трассах). При точном повторении, антенна работать начинает сразу и в настройке не нуждается. Подмечена особенность антенны: не воспринимаются статические помехи, и по сравнению с классическим полуволновым диполем. В таком исполнении приём эфира получается довольно-таки комфортный. Нормально прослушиваются совсем слабые DX станции, особенно на низкочастотных диапазонах.

Длительная эксплуатация антенны (более 8 лет) позволила заслуженно отнести её к малошумящим приёмным антеннам. В остальном, по эффективности, эта антенна практически не уступает диапазонному полуволновому диполю или Inverted Vee на любом из диапазонов от 3,5 до 28 МГц.

И ещё одно наблюдение (основанное на отзывах дальних корреспондентов) — во время проведения связи отсутствуют глубокие QSB. Из произведённых 23 вариантов модификаций этой антенны, предложенный здесь, заслуживает особого внимания и может быть рекомендован для массового повторения. Все предложенные размеры антенно-фидерной системы рассчитаны и точно выверены на практике.

Полотно антенны

Размеры вибратора приведены на рисунке. Половины (обе) вибратора симметричны, лишняя длина «внутреннего угла» урезается на месте, там же крепится и небольшая площадка (обязательно изолированная) для соединения с питающей линией. Балластный резистор 240 Ом, плёночный (зелёного цвета), рассчитанный на мощность 10 Вт. Можно также использовать любое другой резистор той же мощности, главное, чтобы сопротивление было обязательно безиндукционное. Медный провод — в изоляции, сечением 2,5 мм. Распорки — деревянные рейки в разрезе с сечением 1 х 1 см с лаковым покрытием. Расстояние между отверстиями равно 87 см. На растяжки применяем капроновый шнур.

Воздушная линия питания

Для линии питания применяем медный провод ПВ-1, сечением 1мм, распорки винипластовые. Расстояние между проводниками составляет 7,5 см. Длина всей линии равно 11 метров.

Авторский вариант установки

Применяется металлическая, заземленная снизу, мачта. Мачта установлена на 5-этажном доме. Мачта — 8 метров из трубы Ø 50 мм. Концы антенны размещены в 2 м от крыши. Сердечник согласующего трансформатора (ШПТР) сделан из строчного трансформатора ТВС-90ЛЦ5. Катушки там удалены, сам же сердечник склеен  клеем «Супермомент» до монолитного состояния и с тремя слоями лакоткани.

Намотка произведена в 2 провода без скрутки. Трансформатор содержит 16 витков одножильного изолированного медного провода Ø 1 мм. Трансформатор имеет квадратную (иногда прямоугольную) форму, поэтому на каждую из 4-х сторон наматывают по 4 пары витков — наилучший вариант распределения тока.

КСВ во всем диапазоне получается от 1,1 до 1,4. ШПТР помещается в хорошо пропаянный с оплёткой фидера экран из жести. С внутренней стороны к нему надёжно припаивается средний вывод обмотки трансформатора.

После сборки и установки антенна будет работать сразу и практически в любых условиях, то есть располагаясь низко над землей или над крышей дома. У неё отмечен очень низкий уровень TVI (телевизионных помех), и это дополнительно может заинтересовать радиолюбителей, работающих из сёл или дачников.

RK1AC

Антенна Loop Feed Array Yagi на диапазон 50 МГц

Антенны Yagi (Яги) с рамочным вибратором, расположенным в плоскости антенны называются LFA Yagi (Loop Feed Array Yagi) и характеризуются большим, чем у обычных Яги рабочим диапазоном частот. Одной из популярных LFA Yagi является 5-элементная конструкция Джастина Джонсона (G3KSC) на 6-метровый диапазон.

Схема антенны, расстояния между элементами и размеры элементов, показаны ниже в таблице и на чертеже.
Размеры элементов, расстояний до рефлектора и диаметров алюминиевых трубок, из которых выполнены элементы согласно таблицы: Элементы установлены на траверсе длиной около 4,3 м из квадратного алюминиевого профиля сечением 90×30 мм через изоляционные переходные планки. Вибратор питается по 50-омному коаксиальному кабелю через симметрирующий трансформатор 1:1.

Настройка антенны по минимальному КСВ в середине диапазона производится путем подбора положения торцевых П-образных частей вибратора из трубок диаметром 10 мм. Изменять положение этих вставок нужно симметрично, т.е., если правую вставку выдвинули на 1 см, то и левую нужно выдвинуть на столько же.

Антенна имеет следующие характеристики: максимальное усиление 10,41 дБ на 50,150 МГц, максимальное отношение фронт/тыл 32.79 дБ, рабочий диапазон частот 50,0-50,7 МГц по уровню КСВ=1,1

«Prakticka elektronik»

Вертикальный диполь

Хорошо известно, что для работы на дальних трассах вертикальная антенна имеет преимущество, так как её диаграмма направленности в горизонтальной плоскости круговая, а главный лепесток диаграммы в вертикальной плоскости прижат к горизонту и имеет малый уровень излучения в зенит.

Однако изготовление вертикальной антенны сопряжено с решением ряда конструктивных проблем. Применение алюминиевых труб в качестве вибратора и необходимость для его эффективной работы установить в основании «вертикала» систему «радиалов» (противовесов), состоящую из большого числа проводов длиной в четверть волны. Если использовать в качестве вибратора не трубу, а провод, мачта, его поддерживающая, должна быть выполнена из диэлектрика и все оттяжки, поддерживающие диэлектрическую мачту, также диэлектрическими, либо разбиты на нерезонансные отрезки изоляторами. Всё это связано с затратами и часто невыполнимо конструктивно, например, из-за отсутствия необходимой площади для размещения антенны. Не забываем, что входное сопротивление «вертикалов» обычно ниже 50 Ом, а это ещё и потребует его согласования с фидером.