Простой ВЧ-передатчик (27 МГц)

Хотя идея создания беспроводного включателя/выключателя может быть тривиальной, разработка, внедрение и понимание происходящего намного сложнее, чем кажется на первый взгляд. На протяжении многих лет я хотел построить ВЧ-передатчик и ВЧ-приемник с нуля, но это всегда оказывалось слишком сложным. На этот раз все будет иначе!

В этой статье мы рассмотрим, что нужно для создания простого ВЧ-передатчика на 27 МГц, различные процессы, которые происходят в передатчике, как все взаимодействует, и протестируем его на некотором измерительном оборудовании. Конечная цель заключается в создании парного с этим передатчиком с приемника, чтобы при передаче на приемнике включался светодиод. Вот как все просто.

Цель и обзор этого проекта

Целью данного проекта является создание ВЧ-передатчика, который может отправить импульсы включения/выключения со своей антенны на некоторый приемник. Передатчик должен быть небольшим и помещаться в мою ладонь и должен действовать в рамках государственного регулирования выходной мощности и частотных диапазонов. Мы будем делать этот передатчик ориентируясь на то, что мы хотим сделать приемник, который включает светодиод во время передачи. Простая идея, но не простая реализация.
Передатчик должен выдавать цифровой сигнал вкл/выкл с частотой 350 Гц и использовать несущую частоту 27.145 МГц. Это должен быть непрерывный передатчик ВЧ волн, поэтому никакой модуляции нет, сигнал просто включен или выключен.

Обзор схемы

Схема этого проекта на самом деле обманчиво проста по сравнению со сложностью того, что происходит в цепи.

Особенности схемы

Задающий генератор

Первый транзистор T1 сконфигурирован так, что возбуждает кварц 27,145 МГц и заставляет его колебаться на своей собственной частоте.

Создание  сигнала включения/выключения 350Гц

Таймер 555 сконфигурирован для получения сигнала 350Гц с его  вывода 3 и подачи его на цепь нашего передатчика.

Смешение сигналов

Два сигнала, которые мы только что сгенерировали смешиваются на базе T2 и как только они выходят из коллектора транзистора, наш ВЧ сигнал готов для передачи.

Обзор платы

Разводка платы была сделана так, чтобы все детали были расположены очень плотно. Это трудно сделать с выводными элементами, но не невозможно.

Особенности платы

Земля
Земля охватывает всю плату (но прерывается дорожками), так что все элементы, которые должны иметь доступ к земле, легко получают ее. Земля также очень важна, т.к. действует как часть нашей антенны.  

Ширина трассировки
Я просто выбрал хорошую ширину для красоты ПП, но кажется, что менее широкие дорожки быть лучше для ВЧ схем … Но я не верю, что на таких низких частотах будет выигрыш в производительности.

Сборка печатной платы

Наша плата готова, и теперь мы будем припаивать на неё все элементы. Так что соберите все элементы вместе, как у меня ниже:

Для начала паяем генератор импульсов включения/выключения на таймере 555. Его работу легко проверить нажав на кнопку питания и измерив его любым вольтметров.

Теперь, припаяйте схему генератора 27,145МГц.

Затем припаяйте схему смесителя.

Наконец, припаяйте последний индуктор 10uH и антенный провод 12"(дюймов) к плате.

Вот вид на пайку снизу:

Точно такой же вид сверху. Разве это не красиво?

Передатчик собран! Теперь давайте пройдемся по теории его работы.

Принцип работы

Вместо того, чтобы сосредоточиться на математической и сырой теоретической сторонах этого простого ВЧ-передатчика, мы сделаем упором на элементы в каждом из этапов. Математика, как/почему эта схема действительно работает, ужасно уродлива и слишком сложна ... так что это интересно (для меня) просто построить и «чувствовать» что, где и как работает.
Так что давайте потратим некоторое время, чтобы пройти схему шаг за шагом, чтобы понять каждую часть цепи, её цель и вид сигнала в важных моментах. Мы пройдем через 3 раздела, в первом взглянем на то, как сигналы, которые мы хотим передать, создаются, а затем пойдем дальше, чтобы увидеть, как эти сигналы выглядят, когда мы хотим передать их, а затем, наконец, мы посмотрим на измерения выходной мощности передатчика.

Генерация несущей частоты

Прежде всего нам нужно сгенерировать сигнал, которые мы будем передавать. Вот часть схемы с кварцевым генератором:

Выше вы можете видеть, что схема выдает синусоидальную волну на необходимой нам частоте. Нет фильтрации многих присутствующих гармоник, что незначительно искажает наш результат, но этот сигнал будет работать.

Генерация сигналов включения/выключения

Следующий сигнал, который мы хотим генерировать, является низкочастотным «цифровым» сигналом включения/выключения. Для этого мы используем простой 555 таймер:

На его выходе наблюдаем меандр, что мы и ожидали увидеть. Теперь, давайте посмотрим, что происходит, когда эти два сигнала смешиваются.

Смешение сигналов

После того, как несущая частота 27,145 МГц выходит из конденсатора 150 пФ, она встречается с меандром 555 таймера после резистора 22кОм  и эти два сигнала смешиваются (умножаются, если вам хочется). Ниже вы можете увидеть конечный результат этого смешивания и где именно на схеме это происходит:

Меандр от 555 таймера  по-прежнему очень заметен и сигнал готов перейти в базу транзистора и будут выглядеть как то, что мы хотим передать.

Получающийся непрерывный сигнал

После того, как смешанный сигнал идет в транзисторе, мощное переключение включения/выключения от 555 таймера помогает делать хороший непрерывный выходной сигнал на нашей несущей частоте, готовый попасть в нашу антенну (после прохождения одного последнего блокировочного DC конденсатора).

Выходит либо гигантская синусоидальная волна с амплитудой 2В между пиками или основные 0В. Расстояние между включением/выключением соответствует нашему первоначальному сигналу 350 Гц. Итак, давайте теперь сделаем несколько измерений мощности, чтобы увидеть, как "мощен" наш передатчик на самом деле!

Анализ спектра

Чтобы убедиться, что передатчик выдает то, что мы ожидаем, прототип передатчика, построенный мной, был подключен к анализатору спектра:

Наша несущая частота, безусловно, видна с самым высоким пиком в 9dmb (около 10 мВт), а затем с обоих сторон видны частоты гармоник. Гармоники всегда ожидаемы в системах, которые не имеют фильтрации.

Последнее, что нужно сделать, это посмотреть, как выглядят наши мощности, чтобы убедиться, что правительство не будет охотиться на нас для создания чего-то слишком мощного. Потребляемая мощность на одной пиковой частоте анализируется . Обратите внимание, высокая мощность была на самом деле на 27,142 МГц и не было на 27,145 МГц. На это влияют многие факторы.

Мощные выходные волны, видимые выше, выглядят как меандр, который мы хотели передать, что довольно хорошо, учитывая, что мы смотрим на смешанный сигнал.  Это означает, что наш приемник должен иметь менее требовательную схему детекции включения/выключения, которые попадают на 7dBm и -25dBm. Мощность передачи находится в пределах допуска большинства стран.

Данные и наблюдения

Передатчик сам по себе скучная вещь, чтобы смотреть на него в действии. Вы включаете его, и он передает ... Вы должны иметь приемник. В следующей статье мы рассмотрим, как построить парный 27МГц приемник и когда это будет,  вы сможете посмотреть тестовое видео ниже:

Как только вы посмотрите видео испытания передатчика выше, все сомнения покинут вас, т.к. система работает как задумано и как требуется в целях этого проекта. Вы передаете, светодиод загорается. Вы останавливаете передачу, светодиод гаснет. Превосходно!

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Оригинал статьи

Теги:

• Перевод
• Радиопередатчик