Многие DX-мены утверждают, что трансивер Elecraft К2 — это воплощение мечты многих коротковолновиков. Нельзя сказать, что в схеме трансивера применены какие-то уникальные решения. К2 — это, скорее, яркий пример гармоничного сочетания испытанных временем «классических» аналоговых узлов с микроконтроллерной «начинкой» и хорошо проработанной конструкцией. При этом следует учитывать, что разработкой трансивера занимались всего лишь двое коротковолновиков — Вайн N6KR, и Эрик WA6HHQ.
В трансивере применена очень удобная модульная конструкция, что позволяет выбрать его комплектацию в соответствии с запросами пользователя, а также легко модернизировать изготовленное устройство. Elecraft K2 отвечает всем требованиям, предъявляемым к современным устройствам для любительской радиосвязи — в базовом варианте имеет выходную мощность 10 Вт (SSB и CW), допускает установку частоты с клавиатуры с точностью до 10 Гц, имеет два VFO, обеспечивающие работу с разносом частот (SPLIT), а также независимую расстройку в режимах приема и передачи (RIT/XIT), встроенный электронный ключ («ямбическое А» или «ямбическое В» с выбором положения манипулятора нормальное/обратное или «ручной» ключ), 9 ячеек памяти для записи телеграфных текстов с возможностью установки очередности открытия содержимого отдельных ячеек памяти, обеспечивает прием CW-сигнала на «обратной» боковой полосе. Режим прослушивания эфира в паузах телеграфной передачи (QSK) имеет программируемое пользователем время задержки.
Базовая версия трансивера предназначена для работы телеграфом в диапазонах 80 — 10 м (включая WARC-диапазоны) мощностью около 10 Вт. Кроме базового набора, предлагаются дополнительные модули, при установке которых трансивер обеспечивает работу:
— SSB и цифровыми видами связи;
— в диапазоне 160 м (со второй приемной антенной);
— с ограничителем импульсных помех (Noise Blanker);
— с интерфейсом сопряжения с компьютером;
— с линейным усилителем мощности 100 Вт;
— с активными НЧ фильтрами для CW и для цифровых видов связи (либо, вместо этого, с модулем цифровой обработки сигналов — DSP);
— с автоматическим антенным тюнером.
В Элекрафт К2 нет NOTCH-фильтра, т.е. устройства селективного «вырезания» сигналов, попадающих в полосу пропускания тракта ПЧ-НЧ приемника. Частично функция NOTCH-фильтра реализована в опционном модуле KDSP2.
Одно из несомненных достоинств К2 — модульная конструкция. После снятия верхней крышки устройства, на которой смонтирован усилитель 100 Вт и интерфейс RS-232, трансивер пригоден для работы QRP (до 10 Вт), а на освободившееся место можно установить 12-вольтовый аккумулятор. В общем, благодаря простой и быстрой замене верхней крышки пользователь располагает «почти двумя» трансиверами — мощностью 10 или 100 Вт.
Стоит также подчеркнуть, что приемная часть трансивера К2 потребляет очень небольшой ток (от 180 до 250 мА в стандартном режиме, и от 120 до 150 мА в экономичном). К2 очень универсален для своих миниатюрных габаритов. Он позволяет работать почти всеми видами излучения, используемыми коротковолновиками, и при этом обеспечивает отличные параметры.
Для К2 не требуется покупать дорогостояицие дополнительные (опционные) кварцевые фильтры. И при работе CW, и при работе SSB пользователь может «запрограммировать» до 4-х наиболее предпочтительных для себя полос пропускания кварцевого фильтра (например, для CW — 0,2, 0,5 и 1 кГц, для SSB — 1,5, 1,8, 2,2 и 2,4 кГц, самая узкая полоса фильтра SSB предназначена для работы цифровыми видами связи через модуль SSB). Установленная полоса пропускания фильтра может быть оперативно изменена.
При работе в CW-соревнованиях можно воспользоваться функцией быстрого воспроизведения содержимого ячеек памяти. В отличие от многих более дорогих трансиверов, в К2 быстрое воспроизведение осуществляется нажатием только одной кнопки.
В режиме QSK трансивер быстро переключается с приема на передачу (и обратно) без заметных щелчков или тресков даже при максимальной мощности на выходе передающего тракта.
И в режиме SSB, и в режиме CW можно включить функцию сканирования диапазона (между двумя заданными частотами). При сканировании К2 не задерживается на несущих, а обеспечивает прием только полезных CW или SSB сигналов. Это очень полезный инструмент для проверки активности на интересующем оператора диапазоне во время выполнения других дел.
К компьютеру трансивер подключается через последовательный интерфейс RS232, скорость обмена — 4800 бод. Интерфейс может использоваться для управления работой трансивера от программ, поддерживающих систему команд трансивера TS-570D (правда, не всех команд TS-570D, но их набор достаточен для эксплуатации К2).
Большим достоинством К2 является тот факт, что фирма Elekraft сделала бесплатно доступным свое собственное программное обеспечение «К2 Remote» на интернетсайте фирмы .
Уникальной особенностью этой программы является возможность телеграфной передачи с клавиатуры компьютера.
В конструкции трансивера К2 можно выделить три главные платы, образующие устройство в «базовой версии», предназначенной для работы телеграфом мощностью 10 Вт:
— главная плата, содержащая практически все интерфейсы и регулировки, а также ЖКИ и диодный S-метр;
— цифровая часть, в состав которой входит главный микропроцессор MCU, схема регулировки усиления AGC (АРУ), а также выходной усилитель низкой частоты;
— высокочастотная часть, содержащая синтезатор, опорный генера— тор, смеситель RX/TX, УПЧ, детектор, полосовые фильтры RX/TX и компрессор.
Эти основные части соединены с помощью многоконтактных разъемов с позолоченными контактами (опционные модули подключаются аналогично).
Верхняя крышка сконструирована так, что может поддерживать опционные модули трансивера (три первые — для QRP-версии):
— КВТ2 (корпус для внутренней батареи);
— КАТ2 (автоматический антенный тюнер);
— К102 (интерфейс RS232, соединяющий трансивер с компьютером);
— КРА100 (дополнительный внутренний усилитель 100 Вт с собственным интерфейсом К102).
На передней панели трансивера К2 располагается целый ряд устройств, обеспечивающих «общение» пользователя с трансивером. Для вывода информации используется 8-разрядный 7-сегментный жидкокристаллический дисплей, отображающий рабочую частоту, а также дополнительную информацию о текущем состоянии трансивера. С этой целью дисплей снабжен восемью активизируемыми (по мере необходимости) переключателями NB, ANT2, PRE, ATT, А, В, RIT и XIT. Рядом находится 10-сегментная линейка светодиодов, служащая для индикации уровня принимаемого сигнала (S-метр) во время приема, а также мощности и ALC (автоматической регулировки выходной мощности) во время передачи.
Настройку на частоту обеспечивает высококачественный валкодер, формирующий 100 импульсов на полный оборот ручки настройки. Имеется возможность установить шаг перестройки VFO 10, 50 и 1000 Гц на 1 импульс, что соответствует перестройке от 1,5 до 100 кГц на один полный оборот ручки. Через меню Ложно изменить эти параметры в зависимости от индивидуальных запросов пользователя. При разряженной батарее, питающей трансивер, валкодер можно отключить.
Кроме основной ручки настройки, на передней панели установлены переменные резисторы, обеспечивающие регулировку скорости передачи телеграфных знаков, выходной мощности, усиления по ПЧ и НЧ, а также расстройку в режиме приема (RIT) и передачи (XIT).
Кнопки управления служат для ввода соответствующих команд. Они сгруппированы в два «банка» — BANK1 и BANK2. Логическое состояние кнопки считывается через 8-битный параллельно-последовательный сдвиговый регистр. Каждая из кнопок выполняет как минимум две разные функции. Надпись белыми буквами над кнопкой информирует о действии при коротком нажатии. После длительного нажатия кнопки активизируется функция, название которой нанесено желтым цветом. Возможны комбинации в виде одновременного нажатия двух кнопок (например, BAND+ и BAND- — для ввода частоты с клавиатуры, а также AGC и PRE/ATT — для включения/выключения схемы AGC) и даже трех кнопок — для возвращения к начальным заводским установкам основных функций трансивера.
Для получения максимально удобной связи через интерфейсы I/O большинство команд, полученных от остальных модулей К2 (и переданных им), реализованы через следующие интерфейсы:
— RS232 (сопряжение с компьютером);
— 12С (сопряжение с управлением дисплея);
— SPI (сопряжение с различными периферийными устройствами);
— Aux Bus (сопряжение с микроконтроллером и компрессорами).
Приемная часть K2 выполнена по супергетеродинной схеме с одной промежуточной частотой (4,915 МГц). Для экономии энергии источника питания и уменьшения количества тепла, выделяемого во время работы трансивера, а также с целью достижения высокой устойчивости приемника к сильным сигналам многие цепи коммутируются миниатюрными герметичными переключателями, которые потребляют ток только в момент переключения. После срабатывания переключатель остается в одном из двух состояний. Переключатели коммутируют поддиапазоны ГУНа (VCO) синтезатора, диапазонные полосовые фильтры (общие для приемного и передающего трактов), фильтры нижних частот передатчика, дополнительные модули и антенны,а также другие узлы трансивера (например, входной предусилитель с коэффициентом усиления +14 дБ и аттенюатор -10 дБ).
Диодный смеситель — двойной балансный, обеспечивающий большой динамический диапазон. После смесителя установлен предусилитель промежуточной частоты на мощном транзисторе 2N5109. Для экономии энергии аккумуляторной батареи предусилитель можно перевести в облегченный режим работы, т.е с минимумом потребления тока (одна из функций меню).
На входе приемника установлены диапазонные полосовые фильтры (ДПФ), которые пропускают сигналы в пределах любительских диапазонов и значительно ослабляют сигналы |радиовещательных и коммерческих радиостанций, работающих вне любительских диапазонов. Выбор относительно низкой промежуточной частоты 4,915 МГц позволил реализовать отличную селективность по соседнему каналу, а также обеспечил отсутствие паразитных сигналов (комбинационных составляющих) в пределах всех любительских диапазонов.
Как известно, при растущей загрузке любительских диапазонов, только на довольно низкой промежуточной частоте можно изготовить простой кварцевый фильтр, обеспечивающий отличные параметры в режимах CW и SSB. Кроме того, выбранная промежуточная частота позволила перекрыть любительские диапазоны от 160 до 10 м с помощью только одного ГУНа в синтезаторе.
Благодаря принятым мерам удалось ограничить потребляемый приемной частью трансивера ток на уровне не более 100 мА.
В трансивере применены лестничные кварцевые фильтры с «программируемой» (с помощью варикапов) полосой пропускания. Звучание SSB-сигнала зависит от соотношения между полосой пропускания применяемого в настоящий момент кварцевого фильтра и частоты опорного генератора.
Границы полосы пропускания лестничного кварцевого фильтра в тракте ПЧ могут быть «запрограммированы» в соответствии с потребностями и предпочтениями оператора. Функция CAL FIL в меню первоначально позволяет «программировать» используемые полосы пропускания кварцевых фильтров от FL1 до FL4 и соответствующие им выбранные режимы (CW, CW REVERSE, LSB и USB) установки генераторов от BF1 до BF4. При «программировании» микропроцессорная система формирует определенное постоянное напряжение, подаваемое на варикапы, что обеспечивает установку полосы пропускания кварцевого фильтра, а также соответствующую частоту опорного генератора.
При дооснащении трансивера модулем KSB2 кварцевый фильтр на плате RF Board следует «запрограммировать» для режима CW, а кварцевый фильтр на плате KSB2 — для режима SSB (и цифровых видов связи, которыми можно работать через модуль KSB2.)
Первый телеграфный 5-кварцевый лестничный фильтр Х7 — Х11 с регулируемой полосой пропускания установлен в приемном тракте. Этот фильтр спроектирован с целью удовлетворения запросов любителей работы телеграфом. Оптимальная ширина полосы пропускания фильтра — 200 — 500 Гц, но ее можно «перепрограммировать», установив ширину полосы как менее 200 Гц, так и более 500 Гц. Как в первом, так и во втором варианте несколько возрастут потери, вносимые фильтром, а также увеличится коэффициент прямоугольно- сти кварцевого фильтра.
Начальные заводские установки Elecraft для CW: FL1 — 1,5 кГц; FL2 — 0,57 кГц; FL3 — 0,4 кГц; FL4 — 0,2 кГц. Пользователь может «запрограммировать» полосы пропускания перечисленных фильтров в соответствии со своими собственными предпочтениями.
Установку требуемой частоты опорного генератора обеспечивает микропроцессор, который позволяет почти плавно (с шагом 20 Гц) установить частоты, соответствующие «запрограммированным» полосам пропускания кварцевого фильтра для перечисленных режимов работы. Частота опорного генератора устанавливается ниже полосы пропускания кварцевых фильтров FL1 и FL2, причем FL2 является узкополосным кварцевым фильтром, предназначенным для приема CW, тогда как кварцевый фильтр FL1 —для приема SSB.
Частота гетеродина в трансивере К2 выше частоты принимаемого сигнала в диапазонах от 160 до 17 м, а в диапазонах 15, 12 и 10 м — ниже.
Усилитель промежуточной частоты выполнен на микросхеме МС1350, а опорный генератор и смесительный детектор — на микросхеме NE602 (NE612). Учитывая определенные потери сигнала, которые вносит второй кварцевый фильтр, напряжение на входе этой микросхемы не превышает допустимых для нее величин. В микросхеме вырабатывается сигнал опорного генератора с возможностью перестройки варикапами его частоты в пределах до 5 кГц. Резонансные частоты и добротность двух кварцевых резонаторов, включенных параллельно, очень хорошо подобраны, благодаря чему резонаторы взаимно «нагружают» себя, что позволяет получить более широкие пределы перестройки частоты опорного генератора.
В режиме передачи используется дополнительный транзистор Q24 (истоковый повторитель), который понижает уровень сигнала опорного генератора, подаваемого на смеситель передатчика U10. Регулировка уровня выходного сигнала, снимаемого с этого транзистора, происходит путем изменения напряжения на стоке транзистора.
Автоматическая регулировка усиления (АРУ) в приемном тракте трансивера К2 базируется на обработке сигнала промежуточной частоты, что позволило получить очень быструю реакцию системы (без задержек и характерного эффекта «накачки», проявляющегося в устройствах, работающих с НЧ сигналом). Часть напряжения сигнала промежуточной частоты для АРУ снимается с выхода УПЧ и подается на плату Control Board, где с помощью дополнительного смесителя на микросхеме NE602 (NE612) выделяется сигнал частотой около 150 кГц, после обработки которого формируется управляющее напряжение АРУ, подаваемое на микросхему МС1350 усилителя промежуточной частоты.
Примененные полосовые фильтры на любительские диапазоны обеспечивают повышенную устойчивость приемника к сильным сигналам и значительное подавление сигналов вне любительских диапазонов. На практике такие устройства являются более эффективным решением, нежели ФНЧ, используемые в трансиверах с «преобразованием вверх».
Стоит напомнить, что в трансивере К2 контура на входе приемника переключаются с помощью герметичных механических переключателей, что позволяет избежать различных недоработок и изъянов, связанных с электронным переключением контуров на входе приемника. С этой точки зрения приемный тракт трансивера К2 отлично приспособлен к сложнейшим ситуациям, складывающимся во время работы на низкочастотных любительских диапазонах.
В режиме передачи CW-сигнала его путь проходит в направлении, обратном прохождению сигнала в режиме приема. Следовательно, сигнал с опорного генератора смешивается с выходным сигналом ГУНа синтезатора, и в результате формируется сигнал в любительском диапазоне, который затем пропускается через те же полосовые фильтры, что и в приемном тракте, но в обратном направлении. Сигнал передатчика подается на усилитель мощности, а затем проходит через ФНЧ и поступает на антенный разъем.
Диапазонные полосовые фильтры — общие для приемного и малосигнального передающего трактов. ДПФ обеспечивают достаточную селективность и значительное подавление сигналов, находящихся вне любительских диапазонов. Кроме того, в режиме приема используются ФНЧ, что улучшает подавление зеркального канала на трех самых высокочастотных любительских диапазонах и параметр IP2. Все фильтры коммутируются миниатюрными герметичными переключателями. Примененные схемные решения позволили минимизировать число фильтров до пяти при перекрытии всех 9 любительских диапазонов (от 160 до 10 м). Это достигнуто за счет подключения/ отключения дополнительных конденсаторов с помощью миниатюрных герметичных переключателей.
5 фильтров нижних частот используются на 8 любительских диапазонах — от 80 до 10 м (ФНЧ диапазона 160 м установлен на плате опционного модуля). С цепью обеспечения достаточного подавления второй гармоники (20,2 — 20,3 МГц) при работе в диапазоне 30 м и второй гармоники (28,0 — 28,7) МГц) при работе в любительском диапазоне 20 м фильтр нижних частот на диапазоны 30/20 м имеет даже три секции.
Большинство ФНЧ — эллиптические фильтры, обеспечивающие улучшенное подавление на требуемых частотах. Кроме того, на выходе двухтактного усилителя мощности 2-я гармоника, как правило, подавлена не менее чем на 15 дБ.
Частота генератора управляемого напряжением, выполненного на транзисторе Q18, в зависимости от любительского диапазона должна быть выше или ниже рабочей частоты, поэтому ГУН работает в полосе частот от 6 до 24 МГц. Катушка Г/На намотана на кольцевом ферритовом сердечнике, что обеспечивает ее высокую добротность и незначительное влияние окружающих предметов на частоту и качество сигнала генератора. Необходимые для работы на любительских диапазонах пределы перестройки ГУНа получаются подключением к контуру дополнительных конденсаторов с помощью трех миниатюрных герметичных переключателей, что позволяет получить 8 поддиапазонов перестройки ГУНа. Выходное напряжение ГУНа автоматически поддерживается на заданном уровне с помощью схемы на транзисторах Q16 и Q17.
Высокую стабильность частоты на выходе синтезатора обеспечивает схема фазовой автоподстройки частоты, работающая с шагом 5 кГц. Внутри 5-килогерцовых сегментов минимальный шаг перестройки может составлять 10 Гц. С помощью 12-разрядного цифро-аналогового преобразователя (DAC) осуществляется перестройка частоты опорного генератора синтезатора, выполненного на транзисторе Q19. Для расширения диапазона перестройки частоты генератора (12,090 — 12,100 МГц) применяется параллельное включение двух подобранных по частоте кварцевых резонаторов.
Благодаря выбранному эффективному принципу формирования выходного сигнала, продуманным «развязкам» и тщательной разводке печатных проводников на плате RF Board, даже при отсутствии специального экранирования синтезатор имеет очень низкие фазовые шумы, что обеспечивает высокие параметры приемного и передающего трактов трансивера К2.
Усилитель мощности имеет определенный запас по предельным параметрам (речь идет о работе при высоком КСВ) и обеспечивает максимальную выходную мощность от 10 до 15 Вт. Переключатель RX/TX (прием- передача) выполнен на PIN-диодах, что позволило добиться очень высокой «развязки» трактов при сохранении большого динамического диапазона приемника. Даже при использовании полудуплекса (QSK) переключатель работает очень быстро и «тихо».
Главный микропроцессор MCU управляет всеми процессами в трансивере К2. Используется программное обеспечение, соответствующее задачам, которые реализует данный трансивер. Благодаря этому функции, традиционно выполняемые с помощью микросхем «жесткой логики», могут быть реализованы через команды микропроцессора MCU (например, линеаризация частоты перестройки опорного генератора синтезатора для каждого диапазона происходит в соответствии с данными, записанными в памяти EEPROM во время первой калибровки устройства). Аналогично работает система ALC, обеспечивающая одинаковую выходную мощность передающего тракта на всех любительских диапазонах во время работы CW. Модуль для SSB имеет собственный сопроцессор, обеспечивающий (среди прочих) реализацию функции ALC на передачу.
Некоторые из опционных модулей К2 оснащены «собственным» исполнительным сопроцессором, который выполняет команды, поступающие от главного микропроцессора на плате Control Board. Принятая организация управления работой трансивера К2 привела к значительному уменьшению уровня помех и шумов от цифровой части, которые могут ухудшить работу аналоговых узлов трансивера. Конструкторы позаботились о том, чтобы главный процессор и сопроцессоры были установлены на панельках, благодаря чему их легко заменить в случае выпуска Elecraft’oм новых версий программного обеспечения.
Управление работой трансивера осуществляется через главный микропроцессор, который, среди прочего, отвечает за самодиагностику и сервис всего устройства. Благодаря этому при появлении неисправностей на дисплее отображаются трех- цифровые комбинации, которые могут быть «расшифрованы» с помощью «Таблицы типичных неисправностей». Кроме того, трансивер оснащен функцией автокалибровки.
Коммутация между входами и выходами в перечисленных модулях (платах) реализована через сопроцессоры. В основной версии QRP/ 10W-CW есть только один сопроцессор (на главной плате RF Board). Некоторые опционные модули оснащены собственным сопроцессором, что позволяет легко добавить эти модули без существенных изменений основной конструкции К2. Изменения заключаются в выпаивании перемычек на главной плате после установки соединительных гнезд с данным опционным модулем и запуске в совместную работу главного микропроцессора и сопроцессора конкретного модуля. Немаловажен тот факт, что сопроцессоры на платах опционных модулей значительно дешевле, нежели главный микропроцессор.
Сопроцессоры вместе со встроенными генераторами на 4 МГц в опционных модулях почти все время находятся в ждущем режиме, за исключением только тех коротких моментов, когда конкретный сопроцессор получает команду от главного микропроцессора. В результате достигается значительное снижение шумов и помех, которые вырабатывают цифровые устройства.
Если с передней панели поступит команда изменения состояния переключателей, то главный микропроцессор на плате Control Board активизируется и посылает соответствующим сопроцессорам команды для исполнения. Процесс управления происходит по протоколу Aux-Bus. Эта шина остается почти все время в высоком логическом состоянии и активизируется только во время обмена данными между главным микропроцессором и микроконтроллером на плате RF Board, а также с сопроцессорами на платах опционных модулей. Чтобы во время пересылки данных приемный тракт не подвергался воздействию помех от цифровой части, приемник на этот короткий момент блокируется. На практике это настолько короткое время, что заметить блокирование приемника во время эксплуатации трансивера невозможно.
Обмен данными между главным микропроцессором, микроконтроллером на плате RF Board и сопроцессорами на платах опционных модулей, как правило, инициируется только действиями пользователя (например, при смене диапазона). Шина данных также используется в режиме передачи, когда к главному микропроцессору стекаются данные от сопроцессоров на платах опционных модулей, информирующие, например, об уровне КСВ или ALC. Активизация сопроцессоров на платах опционных модулей никак не отражается на качестве сигнала передатчика.
Для настройки К2 достаточно обычного тестера, потому что устройство спроектировано так, что все остальные необходимые для его запуска и настройки измерительные функции имеются в самом трансивере.
www.elecrafl.com