Модернизация FT1000MP: устранение щелчков при CW манипуляции

Оригинал статьи размещен на сайте W8JI : http://w8ji.com/Click

 

Щелчки часто являются проблемой на переполненных диапазонах, особенно, когда Вы хотите принять слабые сигналы на фоне сильных. Если у Вашего СW сигнала крутые фронты, то Вам гарантирована широкая полоса  излучаемых  Вашим передатчиком частот, однако, “мягкие” фронты не гарантируют от щелчков.  Некоторые трансиверы переключаются с приёма на передачу в  тот момент, когда схема синтезатора (VCO) ещё не вошла в ”захват” на новой частоте. Такие аппараты, при нажатии на ключ издают такие “стуки”, что сигнал DX-станции при работе на разнесённых частотах может быть напрочь закрыт. Если оператор использует QSK, то щелчки переключения в синтезаторе “достанут” любого, кто пытается в это время что-либо принять и будут присутствовать каждый раз, когда меняется частота при переходе трансивера из режима приёма в режим передачи (с частоты приёма на частоту передачи).

  В настоящее время большинство радиостанций имеют телеграфные сигналы  с довольно крутыми фронтами (малым временем нарастания и спада), но какая же “крутизна” является  достаточной, а какая избыточна? Оставим на время проблемы переключения частоты в ГПД синтезатора и рассмотрим форму телеграфного сигнала.

  ARRL (American Radio Relay League - лига, объединяющая радиолюбителей США) “настоятельно рекомендует” время нарастания и спада телеграфной посылки в 5 миллисекунд. Эти требования технически и нормативно обусловлены и прописаны для исполнения, например, в части 2.202 документации FCC и в документации ССIR. В соответствии с профессиональными источниками: фронты импульсов в 5 мсек не создают помех разборчивости сигналов при скорости манипуляции до 35 слов в минуту в условиях приёма близких к предельным и до 60  слов в минуту, когда принимаемые сигналы умеренно сильны. Вышеупомянутая форма сигнала с фронтами в 5 мсек позволяет не выходить за рамки полосы занимаемой СW  сигналом 150 Гц, более крутые фронты приводят к расширению полосы занимаемых частот.

  Налицо присутствие двух признаков: крутизна двух фронтов (нарастания и спада) в любом случае влияет на полосу занимаемых манипулируемым сигналом частот и переменная величина напряжения, обусловленная формой импульса манипуляции, которая также влияет на мощность побочных частот (щелчков). Форма (полоса) и  величина изменений уровня сигнала в пределах огибающей (уровень) складываются и определяют  передаваемый сигнал как агрессивный (нежелательный). Значительные изменения уровня сигнала в пределах огибающей импульса манипуляции существенно влияют на амплитуду щелчков. Этот факт создаёт проблему (а порой и невозможность) определения качества аппаратуры (так ли хороша аппаратура, как о ней говорят)  при соблюдении только нормативов на время нарастания и спада CW посылок.

 В справочниках для радиоинженеров, в разделе “Радиошумы и помехи” проблема щелчков освещается в несколько иной манере, отличной от той, что приведена в справочниках ARRL. Они дают пример многополярной модели формы импульса манипуляции. Пора бы почистить наши CW сигналы, ведь это не приведёт к большим затратам.

 Здесь на рисунке приведены части  трёх, наиболее часто встречающихся характеристик огибающих CW посылок (“точки”). Одна из них практически “прямоугольная” (источник постоянного раздражения для DX-мена), другая, - немного сглаженная с помощью RC-фильтра (ARRL рекомендует такую форму сигнала, несмотря на то, что она не идеальна, просто из-за того, что такие требования были раньше, да так и “застряли” без изменения), третья, - с фильтрованными с помощью многополярного фильтра передним и задним фронтами, напоминающими подъём и спад синусоиды. На рисунке ясно видна существенная разница между кривыми, а, значит, и в полосах , занимаемых телеграфными сигналами с посылками соответствующей формы. (Для лучшего понятия сути проблемы, следует представить манипулируемый сигнал “точек” как “меандр”, т.е., последовательность прямоугольных импульсов, применять которые в качестве несущей (вместо синусоидального) никому на любительских диапазонах не придёт, по крайней мере, в здоровую голову, а вот, в неявном виде, - в виде импульсов манипуляции прямоугольные импульсы применяются довольно часто - UA9LAQ).

 

 

 На рисунке приведены кривые, дающие огибающие для спектров быстрых преобразований Фурье для телеграфной “точки”.  Верхняя кривая относится к форме спада  спектра точки, которую можно назвать прямоугольной и её длительность составляет 1/2 периода Т, соответствующего частоте подачи точек. Скорость передачи точек в бодах В = 1/f = 2/T. Средняя кривая получена с простейшим фильтром - спад характеристики 9 дБ /октаву. Нижняя кривая получена в результате применения фильтра с полосой пропускания, соответствующей 5 единиц по оси f/B и имеющая спад 30 дБ/октаву за полосой пропускания – данные взяты из справочника для радиоинженеров 29-10 издание 1977 года.

 Я произвёл измерения на двух моделях трансиверов FT-1000MP – старой и новой, запустив их на полную мощность с аттенюатором в 30 дБ. Выход аттенюатора 30 дБ подключен через трёхтрактовый “сплиттер” к пошаговому аттенюатору и измерительному приёмнику, анализатору спектра и осциллографу. В приёмнике был включен 300 Гц 8-полюсный фильтр, в анализаторе спектра использовался 50-герцевый фильтр, осциллограф переключался внешним ключевым сигналом. Мощность измерялась измерителем фирмы Bird с усреднением.

 На расстоянии в 1 кГц от частоты настройки передатчика FT1000MP, щелчки были на 15 дБ выше по уровню, чем от моего старого аппарата ICOM модель IC-751A и на 20 дБ больше, чем от моего FT1000D, в котором щелчки подавлены.

Ниже приведёна спектральная характеристика моего “опорного” аппарата  IC-751A при полосе пропускания анализатора спектра в 30 Гц и времени развёртки в 10 секунд.

 

 

Затухание у IC-751A составляет примерно -58 дБ на расстоянии в 1 кГц и плавно спадает  далее.

А вот хороший плавный (но немного быстрый) фронт нарастания сигнала в IC-751A.

 

 

Время нарастания составляет примерно 3 мсек…, и время спада (которые, всё-таки, немного малы и верхние края огибающей оказываются немного острыми).

 

 

А вот типичный  для FT1000MP спектр:

 

 

На расстоянии в 1 кГц затухание в FT1000MP  составляет -50 дБ. А это на 8 дБ хуже, чем у IC-751A и при полосе в 500 Гц ниже частоты несущей  на уровне – 55 дБ  возникает “щелчковое плато”. Для сравнения здесь представлен спектр модифицированного FT1000(D), у которого уменьшен уровень щелчков.

 

Модифицированный предлагаемым здесь способом трансивер FT1000MP составил конкуренцию самым лучшим аппаратам, которые я проверял, включая мой “безщелчковый” FT1000(D). Модернизированный FT1000MP имел уровень щелчков примерно -85 дБ на расстоянии в 1 кГц от частоты несущей, что на 30 дБ  лучше, чем до переделки. Время переднего фронта (нарастание импульса) близко к стандарту ARRL равному 5 мсек, а время заднего фронта (спад импульса) - примерно 3 мсек.

Модифицированный передний фронт импульса манипуляции FT1000MP:

 

 

Длительность фронта (время нарастания) 6 мсек. Верхний край немного остёр, но не стоит волноваться, ведь щелчки подавлены, по отношению к уровню до переделки, на 30 дБ!

А вот задний фронт импульса манипуляции FT1000MP:

 

 

Время спада около 3 мсек. Несмотря на то, что края огибающей не такие острые, спад не такой уж и плавный. К сожалению, мы ограничены в средствах, чтобы что-нибудь здесь ещё улучшить (возможно такая форма импульса уже является оптимальной в смысле получения минимума щелчков в минимальной полосе частот. (По крайней мере, способ достижения минимальной полосы поражённых при манипуляции частот указан автором, а достигнуть, возможно, можно большего в результате тщательно и  хорошо поставленного эксперимента - UA9LAQ)

 

 Несколько слов следует уделить и “мощности” импульса “точки”. (В своё время, работая на УКВ через “метеоры”, я столкнулся с проблемой уменьшения выходной мощности передатчика при увеличении скорости передачи. Записав в ключ с памятью серию “точек”, я просмотрел форму огибающей выходного сигнала и обнаружил сглаживание переднего фронта импульса манипуляции тем большее, чем выше скорость манипуляции. При увеличении скорости выше 1000 зн/мин , передатчик вообще “не успевал” открываться. Пришлось заняться формирующей цепью, при полном отключении которой, “меандр”  присутствовал и на скорости в 2000 зн/мин, но полоса излучаемых частот, при этом, естественно, неимоверно расширялась, поэтому, есть смысл сделать (предусмотреть) отдельные переключаемые или, в крайнем случае, перестраиваемые фильтры (формирующие цепи) для каждого поддиапазона скоростей манипуляции, добившись, с одной стороны, максимального сохранения полезной, излучаемой при манипуляции “точки” (как самого короткого знака), мощности, с другой, - обеспечить самый малый уровень щелчков, при минимальной полосе излучаемых частот. Вышеупомянутое производилось на ламповом трансивере UW3DI с электронной манипуляцией приём-передача, но, как видно, у FT1000 - те же “болезни” - UA9LAQ). Меняя форму импульса “точки”, сглаживая фронты, мы проигрываем в мощности. Как выход из положения можно рекомендовать небольшое изменение в соотношении длительностей “тире-точка”, в пользу последней. Следует также иметь в виду, что усреднённая мощность “точки” после модернизации, без изменения соотношения “тире-точка” и скорости манипуляции 45 слов/мин уменьшается всего лишь на несколько процентов! При испытаниях в эфирных условиях в диапазоне 160 метров на малых уровнях сигнала в условиях шума и помех, корреспонденты (VK3ZL и ZL3REX)  не почувствовали разницы при манипуляции с фильтром или без него при скорости манипуляции 40 слов/мин. Получаемая форма сигнала с “противощелчковым” фильтром соответствовала рекомендациям FCC и CCIR для скоростей манипуляции 60 слов в минуту для умеренно сильных сигналов и 35 слов/мин для слабых сигналов.

 

Модифицируем…

  Телеграфный передатчик, в идеале, должен был бы содержать в цепи манипуляции фильтр высокого порядка с управляемой общей задержкой и с линейным аттенюатором или модулятором для формирования огибающей. Все последующие каскады (после манипулируемого) должны быть полностью открыты (находится в линейном режиме класса А) и не оказывать влияния на единожды полученную форму сигнала. Вначале я хотел добавить к трансиверу CW “модулятор”, но проведя предлагаемую модернизацию, отказался от идеи, трансивер и так “навороченный”. После долгих поисков, удалось прийти к варианту, несложному в повторении, однако, заслуживающему внимания  и недорогому, обеспечивающему отличное подавление щелчков. К  недостаткам переделки следует отнести наличие двух подстроечных резисторов, да необходимость частичной разборки аппарата, с целью “добраться” до точек подключения дополнительной схемы на РЧ плате трансивера.

 Я смонтировал дополнительное устройство на отдельной платке с выводами, прикрепив её в левом переднем углу платы ПЧ. Это позволило мне иметь возможность экспериментировать с номиналами деталей при снятии характеристик полосы пропускания и других параметров. Вот та основная схема устройства, которую я использовал:

 

 

С3 – дисковый конденсатор ёмкостью 0,1 мкФ. Номинал этого конденсатора не является критичной величиной и, в основном, предохраняет от быстрого подъёма и спада сигнала  низкоуровневый (предварительный) каскад усиления мощности РЧ, “качаемый” в затвор. Последовательно или параллельно этой ёмкости во всех проверяемых аппаратах не было ни единого резистора или комбинации из них. С1 и С2 - также дисковые конденсаторы ёмкостью по 0,1 мкФ. Лучшей комбинации для подавления щелчков я не нашёл. Критичными компонентами оказались R1 и R2. Во всех аппаратах, которые мне удалось протестировать и модифицировать с целью устранения щелчков, величина R1 изменялась от 120 кОм до 470 кОм, а R2 - от 1 кОм до 10 кОм. Я сразу прицепил в качестве R1 и R2 потенциометры и смог подстраивать щелчки по минимальной амплитуде (“нулю”) с контрольной аппаратурой на выходе: настройка очень острая и позволяет подавлять щелчки до 30 дБ! Таким образом я вывел FT1000MP из разряда “самых щёлкающих” и перевёл в разряд “самых тихих и чистых” аппаратов, когда либо мне встречавшихся!

 Лучшим методом “обнуления” щелчков из общедоступных следует признать прослушивание их на отдельном приёмнике с узкополосным фильтром. Убедитесь, что Ваш приёмник не перегружен входным сигналом (т.е. отсутствует интермодуляция), установите частоту настройки приёмника так, чтобы сигнал FT1000MP не попадал в полосу пропускания фильтра приёмника. Лучшего способа для настройки придумать трудно, включая наблюдение формы сигнала на осциллографе (но, вот, если есть возможность использовать спектроанализатор…- UA9LAQ).

  Переделку лучше всего осуществлять на чистой не загромождённой поверхности, мне нравится возиться с аппаратурой на небольшом чистом коврике, на хорошо освещённой скамейке, имея под рукой и контейнер, в который я складываю всё, что разбираю, вытаскиваю, удаляю.

Ниже инструкция по монтажу (и демонтажу),  что с чем соединять:

1.      Удалите верхнюю и нижнюю крышки трансивера и уберите их, чтобы они Вам не мешали.

2.      Переверните трансивер так, чтобы видеть радиатор.

 

 

Четыре “капитальных” винта держат радиатор. Два винта видны на фото вверху (один - под отвёрткой, другой - на несколько дюймов правее). Ещё два винта расположены со стороны шасси аппарата. Вам, возможно,  захочется удалить длинные винты,  крепящие вентилятор, но я обошёлся без этого.

3.      Убрав “с дороги” конструктивную сборку “вентилятор - РА”, вы сможете добраться до крепёжных скобок, чтобы освободить провода. Полностью отключите провода вентилятора. Теперь, то, что вы “натворили”, будет выглядеть так:

 

 

4.      Зелёная плата – плата РЧ расположена вверху. Несколько винтов крепят эту плату, два из которых находятся и на задней стенке (крепится соединитель DIN смонтированный на РЧ плате). Плата легко вынимается, когда Вы отвернёте ВСЕ винты. Приложение дополнительных усилий по выемке платы может привести к появлению микротрещин в монтаже и утере крепёжных винтов, которые потом трудно доставать, как бы Вы ни трясли аппарат.

5.      Чтобы вытянуть плату или (и) повернуть её, Вам, возможно, придётся отцепить несколько проводков, но мне удалось “не делать этого”. Плата должна выглядеть  так:

 

6.      Я добавил зелёный провод, который виден на фото сверху. Я приладил его на фольговую площадку, где припаяны два чип-компонента схемы, как показано ниже:

 

Вы можете видеть здесь маленький чёрненький полевой транзистор (Q1034) и напоминающую треугольник площадку фольги, которая присоединена к Q1034. Я выгнул небольшой соединительный провод в виде буквы “L”, провод ведёт наверх к полосковому выводу, так что его длина должна составлять несколько дюймов.

7.      Новый (дополнительный) провод проходит под платой РЧ и выходит к овальному слоту в шасси, где проходит на другую его сторону и надёжно крепится возле платы ПЧ. Будьте осторожны: не повредите, не выдерните, не оборвите соединительные провода, производя манипуляции с платами. Отверстие справа является лучшим местом для прохода дополнительного провода наверх.

 

 

8.      Устанавливая плату РЧ, вентилятор и радиатор на их законные места, уделите особое внимание подводящим проводам, проверьте, всё ли соединено, не порваны, не прожаты ли провода. Убедитесь, что ничто не касается движущихся частей вентилятора. Можно также посоветовать ненадолго включить аппарат на передачу с эквивалентом нагрузки, чтобы убедиться, что передатчик Вы не повредили: он - “фунциклирует” нормально.

 

9.      Выключите аппарат и отключите два плоских кабеля от блока ПЧ:

 

 

10.  Удалите монтажные винты и переверните плату ПЧ:

 

  Вот то место, где нужно подключить провод к плате ПЧ:

 

 

Найдите полевой транзистор сверху и слева от ручки и трансформатор ПЧ (два ряда площадок и пять выводов, с необычной формой площадки у центральных выводов трансформатора) снизу от ручки. Контактной точкой для нового небольшого изолированного провода является вывод чип-конденсатора С2148, который также соединяется с центральным выводом верхнего ряда выводов трансформатора ПЧ.

11.  Припаяйте небольшой отрезок провода в точку указанную выше. Он пойдёт к новой схеме.

12.  Установите плату ПЧ на место. Проверьте сохранность и подключение всех проводов, плоских кабелей, подключите их.

 Я изготовил небольшую платку с четырьмя выводами (плюс вывод общего провода) и разместил её в левом переднем углу этой платы (ПЧ), смонтировав на ней все дополнительные компоненты. Длина выводов и форма платы не критичны, так что расположить дополнительные элементы можно там, где Вы пожелаете (может быть, это не совсем верно, утверждать не берусь, так как я лишь всего два раза крутил ручку настройки FT1000MP, со “внутренностями” не знаком, но полагаю, что, по крайней мере, от синтезатора и оконечного каскада дополнительные компоненты нужно держать подальше и монтировать проводами минимальной длины – UA9LAQ).

 Как было отмечено выше, всё, что осталось Вам сделать теперь, так это, - варьируя величинами сопротивлений подстроечных резисторов, подобрать минимальную величину щелчков при передаче последовательности “точек” на большой скорости, пользуясь дополнительным приёмником, немного расстроенным относительно частоты настройки FT1000MP (убедитесь,  что приёмник не перегружен, в противном случае, включите на вход приёмника аттенюатор), Вами может быть получено существенное подавление щелчков и внесён вклад в обеспечение “нормальной цивилизованной” жизни на любительских диапазонах.

 

Свободный перевод  с английского:   Виктор  Беседин (UA9LAQ) ua9laq@mail.ru

г. Тюмень           ноябрь, 2002 г