Scena z filmu wygląda jak z powieści szpiegowskiej. Na stoliku stoi maleńkie radio z baterią 9 V, nad głowami rozpięta jest drutowa antena, a dookoła, jak okiem sięgnąć, ciągną się gołe skały zachodniego wybrzeża Szwecji. Do morza jest stąd 100 m. Helge nadaje telegrafią (CW), czyli alfabetem Morse'a wystukiwanym kluczem, i robi to bardzo małą mocą. Krótkofalowcy nazywają taką pracę QRP.
Celem jest stacja w Norwegii. Helge (tu jako SM/LA6NCA, bo nadaje ze Szwecji) wysyła wywołanie i od razu słyszy w słuchawkach cichy ton kontrolny, czyli dźwięk własnego nadawania. Haczyk polega na tym, że radio nie ma układu, który by go wytwarzał. Skąd się wziął? O tym na końcu tekstu.
Norweg odpowiada od razu i daje raport 529, a Helge odwzajemnia się raportem 559. To skala RST: pierwsza cyfra mówi o czytelności (5 to sygnał w pełni czytelny), druga o sile sygnału w skali od 1 do 9, a trzecia o czystości tonu (9 to ton czysty). W Norwegii sygnał z pudełka od zapałek był więc słaby, ale bez trudu czytelny.
Ani jedna gałka nie poszła przy tym w ruch. Oba radia pracują na kwarcach, które trzymają częstotliwość w miejscu, więc sygnał drugiej stacji pojawia się dokładnie tam, gdzie trzeba. Odbiornik prawie nie szumi, a w słuchawkach słychać wyraźny, czysty ton.
Trzy pudełka i szpulki po żyłce
Cała stacja mieści się w trzech pudełkach od zapałek. W pierwszym jest bateria 9 V, w drugim klucz telegraficzny i słuchawki, w trzecim samo radio. Do tego dochodzą trzy szpulki z drutem antenowym, a na filmie widać, że to szpulki po żyłce wędkarskiej. To komplet do pracy z „tajnego QTH”, jak krótkofalowcy nazywają miejsce nadawania. Nikt tu nie wypatrzy sprzętu.
Jak to działa
Radio jest transceiverem, czyli nadajnikiem i odbiornikiem w jednej obudowie. Na schemacie blokowym składa się z pięciu części:
- generatora kwarcowego z układem VXO, który pozwala lekko przesunąć jego częstotliwość,
- przekaźnika, który kieruje sygnał generatora do nadajnika albo do odbiornika,
- nadajnika z jednym tranzystorem mocy BFG35,
- odbiornika z pasywnym mikserem diodowym i wzmacniaczem operacyjnym NE5532, który działa jak filtr dostrojony do tonu 580 Hz i sam napędza słuchawki,
- symetrycznego układu dopasowania, który łączy radio z dipolem z drutu.
Generator
Generator pracuje na tranzystorze MPS2222A w układzie Colpittsa: kwarc jest podłączony do bazy, a drgania podtrzymuje pojemnościowy dzielnik napięcia w pętli sprzężenia zwrotnego. Szeregowo z kwarcem jest włączony kondensator 12 pF do masy. Przy odbiorze przekaźnik go zwiera i częstotliwość generatora lekko się przesuwa.
Po co to przesunięcie? Odbiornik zamienia sygnał radiowy na dźwięk, mieszając go z sygnałem generatora, a w słuchawkach słychać różnicę obu częstotliwości. Gdyby przy odbiorze generator stał dokładnie na częstotliwości drugiej stacji, różnica wynosiłaby zero i nic nie byłoby słychać. Po przesunięciu powstaje ton, który przechodzi przez filtr 580 Hz. Autor bloga SolderSmoke wyróżnia właśnie ten prosty sposób przełączania częstotliwości.
Drugi MPS2222A pracuje jako wtórnik emiterowy, czyli bufor: daje niską impedancję wyjściową i nie obciąża generatora. Kondensator sprzęgający odcina napięcie stałe. Kwarc, oba tranzystory i przekaźnik mieszczą się na płytce drukowanej o grubości 1 mm.
Nadajnik
Sygnał z generatora trafia przez przekaźnik prosto na bazę tranzystora BFG35. Baza jest połączona z masą przez dławik w.cz. (wielkiej częstotliwości), a emiter idzie wprost do masy. Baza nie ma polaryzacji, więc tranzystor pracuje w klasie C: przewodzi tylko przez część każdego okresu sygnału, za to ma dużą sprawność. Kolektor dostaje 9 V przez uzwojenie pierwotne transformatora antenowego.
Podstawą radia jest płytka z laminatu miedzianego, dopasowana dokładnie do wnętrza pudełka, a na niej montowane są pozostałe moduły. BFG35 jest przylutowany do małej podpłytki, która odprowadza ciepło i jest przyklejona do płytki głównej.
Kto chciałby powtórzyć tę konstrukcję, może mieć kłopot z samym tranzystorem. W komentarzu pod wpisem na blogu SolderSmoke jeden z krótkofalowców zwraca uwagę, że BFG35 (tranzystor do 4 GHz) figuruje jako wycofany z produkcji, i poleca zamiennik BCP56. Ma on inny układ wyprowadzeń, ale wyższe napięcie przebicia.
Dopasowanie anteny i filtr
Dipol jest zasilany przez mały transformator symetryzujący. Helge użył transformatora AES/EBU, zaprojektowanego do przesyłania cyfrowego dźwięku, i na częstotliwościach radiowych sprawdza się on zaskakująco dobrze. Cały układ działa jak filtr dolnoprzepustowy. Tłumi harmoniczne, czyli sygnały na wielokrotnościach częstotliwości nadawania, i inne niechciane emisje, a przy okazji dopasowuje impedancję nadajnika, odbiornika i anteny.
Obok transformatora jest cewka powietrzna 26 µH. Helge wydrukował do niej karkas na drukarce 3D i nawinął ją drutem w bawełnianej izolacji, żeby miała dużą dobroć, czyli małe straty. Wewnątrz cewki siedzi trymer powietrzny (mały kondensator nastawny), a z przodu modułu przekaźnik.
Odbiornik
Przekaźniki doprowadzają sygnał z generatora i z anteny do miksera diodowego ADE-1ASK. Na jego wyjściu pojawia się różnica obu częstotliwości, czyli od razu dźwięk. Taki układ nazywa się odbiornikiem bezpośredniej przemiany.
Dźwięk trafia na wejście odwracające pierwszej połowy wzmacniacza operacyjnego NE5532. Mikser ma impedancję wyjściową 50 Ω, a w pętli sprzężenia zwrotnego jest potencjometr 100 kΩ, więc ten stopień wzmacnia nawet 2000 razy, a potencjometrem łatwo ustawić wzmocnienie. Druga połowa NE5532 to aktywny filtr pasmowy z wielokrotnym sprzężeniem zwrotnym (MFB), dostrojony do około 580 Hz, który dodatkowo wzmacnia sygnał 11 razy. Wąskie pasmo wycina szum i zostawia sam ton telegrafii, więc słucha się go bez zmęczenia. Na końcu sygnał przechodzi przez kondensator 10 µF prosto do słuchawek.
NE5532 i mikser są przyklejone do małej miedzianej płytki nóżkami do góry, jak przewrócone żuki. To technika „dead bug” („martwy robak”), dzięki której wyprowadzenia są bardzo krótkie, a całość zajmuje mało miejsca. Gotowy moduł ma jeszcze potencjometr wzmocnienia i złącze słuchawek z trzech szpilek w rastrze 2,54 mm.
Przełączanie nadawania i odbioru
Przełączaniem zajmują się dwa moduły z podwójnymi przekaźnikami, z których wykorzystano trzy styki. Cewki przekaźników są podłączone do 9 V, a klucz telegraficzny zwiera je do masy. Każde naciśnięcie klucza przełącza więc naraz wszystkie trzy styki:
- pierwszy zwiera kondensator w generatorze i w ten sposób przesuwa jego częstotliwość,
- drugi kieruje sygnał generatora do wzmacniacza mocy albo do miksera,
- trzeci przełącza układ dopasowania anteny między wejściem odbiornika a wyjściem nadajnika.
Antena z fińskich patroli
Antena jest wzorowana na rozwiązaniu z radiostacji Kyynel, których w czasie II wojny światowej używały fińskie patrole dalekiego zwiadu. To dipol półfalowy, czyli drut o długości połowy fali, zasilany w środku. Na 80 m to w sumie około 40 m drutu. Od środka anteny do radia biegną dwa przewody o długości 1 m, rozchylone w literę V. Jak policzyć długość dipola, opisujemy w artykule „Podstawy anten krótkofalarskich: SWR, długość dipola i strojenie w praktyce”.
Na obu końcach drutu są plastikowe szpulki. Zwijając albo rozwijając drut, można dokładnie dostroić antenę do rezonansu na 3579 kHz w paśmie 80 m. Symetryczny układ dopasowania w radiu dobrze współpracuje z takim dipolem.
Budowa i testy na stole
Helge zaczął projektować własną płytkę drukowaną w programie CAD, ale nie zdecydował jeszcze, czy ją dokończy. Radio zbudował więc z modułów, krok po kroku: najpierw płytka bazowa z tranzystorem mocy i złączami, potem układ dopasowania anteny, generator i odbiornik, na końcu przekaźniki, transformator dopasowujący i wszystkie przewody.
Odbiornik sprawdził generatorem sygnałowym ustawionym na 3580 kHz. Przy sygnale 10 µV (mikrowolt to milionowa część wolta) w słuchawkach pojawił się czysty ton około 580 Hz. Przy 5 µV wciąż był wyraźny, a przy 1 µV nadal dobrze słyszalny. Gdy Helge przestrajał generator lekko w górę i w dół, ton szybko zanikał. Tak działa wąski filtr 580 Hz.
Nadajnik zmierzył oscyloskopem na sztucznym obciążeniu 50 Ω, czyli oporniku, który zastępuje antenę i zamienia moc nadajnika w ciepło. Przy zasilaniu 9 V moc wyjściowa na 3579 kHz wyniosła 0,35 W, a po podniesieniu napięcia do 12 V urosła do 0,65 W. Dla porównania typowy transceiver krótkofalarski nadaje z mocą 100 W.
Nadawanie na 80 m wymaga w Polsce pozwolenia radiowego, które Prezes UKE wydaje po zdanym egzaminie.
Ton kontrolny za darmo
Na koniec obiecane wyjaśnienie. Podczas testów wyszło coś, czego Helge nie planował. Przewód słuchawek poprowadzony blisko klucza łapie odrobinę sygnału w.cz., który trafia do wzmacniacza dźwięku. Powstaje czysty ton kontrolny o częstotliwości około 580 Hz, ten sam, który słychać było na początku łączności. To szczęśliwy przypadek, dzięki któremu tym radiem pracuje się dużo wygodniej.
Jeden z komentujących wpis na blogu SolderSmoke uważa, że to być może najlepszy rodzaj tonu kontrolnego, bo słychać w nim prawdziwy sygnał własnego nadajnika.
Artykuł powstał na podstawie filmu „Matchbox CW Transceiver: Full Build, Schematics & Live Field QSO” z kanału Helge Fykse i wpisu na blogu SolderSmoke.
