Сверхдлинноволновый трансивер

[Илья МГУ]

Добрый день!
Задача следующая: хочу сделать переговорное устройство в очень-очень длинноволновом диапазоне. На частоте эдак 25-30 кГц. Для чего такое надо? Спелеология, связь подземли с поверхностью.

Предыстория.
Есть успешный опыт использования односторонней индукционной всязи в условиях подземли. Радиомаяк из двух катушек диаметром полметра, на одной генератор 1500 Гц с усилителем на другой приёмник с фильтрами на операционнике. В спелеосреде эти штуки называют "рулями". Нижний руль выставляется под землёй по уровню строго вертикально. Перемещаясь по поверхности с приёмником получается довольно точно определить положение передатчика. Но это - для топосъёмки. А ещё хочется добавить двухстороннюю голосовую связь. Первоначально была идея совместить переговорное устройство с "рулями". Проведя серию экспериментов я понял, что прямая передача голосового сигнала при помощи "рулей" невозможна. Это связано с тем, что без резонанса дальность индукционной связи неприемлемо мала. А с резонансом передать полосу 300-3000 Гц невозможно из-за узкой полосы пропускания колебательного контура. В итоге, всё пришло к тому, что требуется отдельное переговорное устройство с модуляцией на максимально низкой частоте. Это и есть 25-30 кГц.

Пока затея видится так:
1. Антенны - катушки Д150-200мм.
2. Передатчик с амплитудной модуляцией.
3. Приёмник - прямого усиления.
4. Питание - 3 аккума 18650.
5. Мощность на передаче - чем больше тем лучше (в разумных пределах). Не жалко ампер 5.
Реально же она будет ограничена напряжением пробоя конденсаторов контура. На "рулях" у меня киловольтные плёночные кондёры и амплитуда 830В. И потребляет передатчик всего 300 мА. Как туда "вдуть" побольше я не придумал.

Буду признателен за любые советы и предложения.

[AlexS4]

я бы предложеил заменить AM на NFM, передатчик и приемник это не усложнит а энергоэффективность будет выше и с помехами бороться будет прощще.

а приемник наверное лучше прямого преобразования, c предусилителем или нет, для таких частот все должно быть элементарно.

можно сделать генератор несущей в виде асимметричного мультивибратора управляемого напряжением со скважностью скажем 1/4..1/8 и его выходом раскачивать усилитель мощности класса D нагруженный антенной и с усилителем звука на вход ГУН

а в режиме приема питание с выходного каскада снимается и наш силовой ключ работает смесителем
а вместо звука на вход ГУН подается напряжение подстройки частоты.

тоесть 1 счетверенный ОУ (или даж сдвоенный если жестко экономить усилители ) 1 fet , и по десятку R,C ))

кстати такая частота прямо подталкивает к DSP реализации. причем если напрячь мозг то хватит какогонить оч слабенького mcu, вроде avr tiny.

[roman.com]

хочу сделать переговорное устройство в очень-очень длинноволновом диапазоне. На частоте эдак 25-30 кГц.

я бы сделал приёмник прямого усиления эдак 25-30 кГц с узкополосной ЧМ.

подобные приёмники я уже делал для радиоуправления... только там супергетеродин с низкой ПЧ 25-30 кГц и узкополосной ЧМ...

https://www.radiokot.ru/forum/viewtopic ... 8&t=185219

ещё тут на сайте уже обсуждали...

https://www.radiokot.ru/forum/viewtopic ... 8&t=163151
http://www.radiocxema.h1n.ru/2018/02/27 ... ка-27-мгц/

Добавлено after 2 minutes 56 seconds:
единственная проблема будет опасность возбуждения... из-за высокого усиления 25-30 кГц...
потребуется хорошая экранировка...
в остальном проблем не вижу))


передатчик 25-30 кГц... можно любой... на мощных транзисторах... работающих в ключевом режиме...
правда гармоник будет дофига)) ну и ладно.

[Илья МГУ]

Про частотную модуляцию даже не думал. Неужели она реализуема на столь низкой частоте? А если так, то какой полосы там должно хватить для передачи голоса?
Кстати, усилитель D-класса я и предполагал использовать для оконечного каскада. То есть, задающий генератор с модулятором и звуковой усилитель на выходе.

[AlexS4]

правда гармоник будет дофига)) ну и ладно.

на таких частотах проблем с добротностью антенны-контура быть не должно вообще
а гармоники это как минимум потери кпд

у меня киловольтные плёночные кондёры и амплитуда 830В. И потребляет передатчик всего 300 мА. Как туда "вдуть" побольше я не придумал.

у вас D каскад с питанием ~10V? вкачиваете однотактным через отвод катушки или двухтактником через емкостной делитель? какая скважность?
и какое напряжение в антенне приемника получалось на 1.5kHz?

зы а такто 1.6kV конденсаторы довольно популярны (дешевы), да и можно последовательно насоединять...

[Илья МГУ]

Нашёл готовый передатчик на 22.5 кГц
https://dzen.ru/a/YytZJ7IppRlPaYYM

Добавлено after 7 minutes 34 seconds:
[uquote="AlexS4",url="/forum/viewtopic.php?p=4437934#p4437934"]у вас D каскад с питанием ~10V? вкачиваете однотактным через отвод катушки или двухтактником через емкостной делитель? какая скважность?
и какое напряжение в антенне приемника получалось на 1.5kHz?

зы а такто 1.6kV конденсаторы довольно популярны (дешевы), да и можно последовательно насоединять... [/uquote]

Там наитупейший LC генератор из одного инвертора, двух кондёров и катушки, эмиттерный повторитель, за ним подстроечный делитель уровня сигнала и D-каскад. Генератор выдаёт почти синусоиду. Катушка 400 витков, закачиваю через 10 витков. И да, питание 11В.
Напряжение от приёмника... так от расстояния зависит. Если полметра, то 8 вольт. На пределе дальности не мерил.

1.6 кВ кондёры конечно есть, но мне и 830 не очень нравится. Среда влажная, боюсь что шить начнёт.

[AlexS4]

[uquote="Илья МГУ",url="/forum/viewtopic.php?p=4437931#p4437931"]Про частотную модуляцию даже не думал. Неужели она реализуема на столь низкой частоте? А если так, то какой полосы там должно хватить для передачи голоса?
Кстати, усилитель D-класса я и предполагал использовать для оконечного каскада. То есть, задающий генератор с модулятором и звуковой усилитель на выходе.[/uquote]
крнечно, странно почему не возникло вопросов с возможностью AM

у NFM полоса будет = полосе модулирующего сигнала ~2kHz минимум для разборчивой речи.

в случае же AM общая полоса будет примерно в 2.5 раза шире и использоваться приемником скорее всего будет ~30% этой полосы (и энергии).

думаю для эксперимента надо сделать генератор-модулятор 15..80kHz, а по какой схеме - для такой частоты подозреваю с десяток разумных вариантов.
если лень придумывать можно начать с 555 с утаскиванием порога компаратора модулирующим сигналом.
еще можно подумать об автоматическом поиске резонанса антенны генератором.
и 3-4 диапазона (переключать конденсаторы например).

[Morroc]

Вы сами слушали NFM при 2кГц ? Меньше 7-8 уже такое себе. На таких частотах из миникомпа и звуковой карты (со звуковой картой) можно уже sdr замутить с любым видом модуляции с любой полосой (linux + sdr софт).

[uquote="roman.com",url="/forum/viewtopic.php?p=4437918#p4437918"]единственная проблема будет опасность возбуждения... из-за высокого усиления 25-30 кГц...[/uquote]
Генератор с инвертером запустят рядом и не будет проблемы с усилением, а возможно и связи не будет

[AlexS4]

Вы сами слушали NFM при 2кГц ? Меньше 7-8 уже такое себе. На таких частотах из миникомпа и звуковой карты (со звуковой картой) можно уже sdr замутить с любым видом модуляции с любой полосой (linux + sdr софт).

я делал ~3kHz на 80. да, звук как из подводной лодки , голоса малоразличимы, но речь вполне разборчива! . я предположил что предел 2kHz, но это надо проверять. anw +-5% девиация на 30kHz думаю будет приемлема, а в приемнике сразу будет и fm и довольно глубокая am

насчет sdr, боюсь с компьютером по подземным речкам лазать такое себе но да, dsp в какмто виде мне тож кажется самой практичной идеей.

зы а вот борьба с самовозбужденим усилителей на частотах до 100kHz не кажется мне проблемой нусовсем

[Илья МГУ]

[uquote="roman.com",url="/forum/viewtopic.php?p=4437918#p4437918"]я бы сделал приёмник прямого усиления эдак 25-30 кГц с узкополосной ЧМ.[/uquote]

Такое бывает? Покопавшись в теме, пришёл к выводу, что детектирование NFM - задача весьма сексуальная. Простых решений я чего-то не нашёл. По сути, только гетеродин и доп. примочки. Признаюсь честно, мой уровень сильно пониже таких задач. Всё что с промежуточной частотой мне интуитивно непонятно.

Добавлено after 2 minutes 54 seconds:
[uquote="Morroc",url="/forum/viewtopic.php?p=4438019#p4438019"]На таких частотах из миникомпа и звуковой карты (со звуковой картой) можно уже sdr замутить с любым видом модуляции с любой полосой (linux + sdr софт).[/uquote]

Задача - не замутить, а успешно использовать. Только компактный вариант размером с не самую маленькую ходилку-говорилку. Ардуиноподобные решения тут вряд ли прокатят, а на большее нет места.

Добавлено after 3 minutes 15 seconds:
[uquote="AlexS4",url="/forum/viewtopic.php?p=4437855#p4437855"]я бы предложеил заменить AM на NFM, передатчик и приемник это не усложнит а энергоэффективность будет выше и с помехами бороться будет прощще.
а приемник наверное лучше прямого преобразования, c предусилителем или нет, для таких частот все должно быть элементарно.[/uquote]

С передачей разобрался, справлюсь. Пока убивает сложность приёма. Если это элементарно, может кинете ссылочку на работоспособный прототип?

[RA3WSI]

Есть специализированные мелкосхемы,в структуре которых есть ЧД или они полностью явояются ЧД.
А остальное это в НИИ надо обращаться с такими технологиями связи,а не на радиолюбительский форум

[AlexS4]

что детектирование NFM - задача весьма сексуальная. Простых решений я чего-то не нашёл. По сути, только гетеродин и доп.

не верьте впечатлениям!)
я ж написал вам нужен приемник прямого преобразования (ППП, DCR ) почитайте Полякова, он много сделал для популяризации этой очень интересной концепции
из которой вырасли в том числе sdr.
для вашей частоты ничего лучшего - просто ненадо! чтоб примерно прикинуть сложность вот пример вч приемника:

для 30-100kHz он точно ничуть не сложнее если не наоборот

гетеродин на ту же или кратную частоту, смеситель в виде коммутатора на ~1/4..1/8 периода, простейший фнч и усилитель ~x1000+ на 1 ОУ и все!

если захотите - смогу на досуге набросать стартовую схемку.


на ардуине (avr) вполне несложно сделать генератор-модулятор выдающий сразу нужные ~1/4 периода для ключа накачки и dcr смесителя, c pll подстройкой под антенну, переключением диапазонов итп. это все вполне полезно и даст фичи от которых без mcu скорее всего захочется отказаться

все перечисленное это задача для tiny13 ...если есть опыт с алгоритмами для маленьких mcu. ну или на какойнить mega328, если доступен только ардуина-way каша-кодинга

[roman.com]

Покопавшись в теме, пришёл к выводу, что детектирование NFM - задача весьма сексуальная. Простых решений я чего-то не нашёл.

1. берём мою рацию...
https://www.radiokot.ru/circuit/analog/ ... ansmit/30/
2. выкидываем всё лишнее... получаем приёмник прямого усиления на 455 кгц... с узкополосной ЧМ

Screenshot_2.jpg

(76.68 КБ) 161 скачивание

перестраиваем 455 кгц на 30 кгц...
сидим и слушаем))

правда возбуд будет переть при плохой экранировке... но это мелочи))


Добавлено after 4 minutes 47 seconds:
[uquote="Илья МГУ",url="/forum/viewtopic.php?p=4438082#p4438082"]Признаюсь честно, мой уровень сильно пониже таких задач. Всё что с промежуточной частотой мне интуитивно непонятно.[/uquote]
самые лучшие (по избирательности... чувствительности... забитию... и т.д.) приёмники - супергетеродины.
за 100 лет ничего лучше не придумали))


поэтому берём готовый приёмник ДВ на 150...250 кгц...

Screenshot_1.jpg

(69.65 КБ) 162 скачивания

делаем к нему простой передатчик ДВ на 150...250 кгц...

Screenshot_3.jpg

(61.54 КБ) 154 скачивания

сидим и радуемся))

[AlexS4]

roman.com, на 95% уверен что возбуд в вашей схеме прячется в странном усилителе VT9-VT12, при таком количестве фаз сигнала на шине питания и паразитных емкостях это скорее норма вы своим транзисторам не даете усиливать такой жесткой широкополосной оос, тоакого же усиления до 500kHz несложно добиться на 2 транзисторах, 4 резисторах и 3 конденсаторах (против 4-8-5) c непосредственной связью по пт и общей частотозависимой оос, с тем же потреблением и с существенно меньшей возбудимостью

[Morroc]

[uquote="Илья МГУ",url="/forum/viewtopic.php?p=4438082#p4438082"]Задача - не замутить, а успешно использовать. Только компактный вариант размером с не самую маленькую ходилку-говорилку. Ардуиноподобные решения тут вряд ли прокатят, а на большее нет места.[/uquote]
Можно было бы испытать разные виды модуляции. SSB скорее всего эффективней NFM выйдет и экономичнее, в аналоге сложнее, а в цифре пофигу было бы.

[AlexS4]

ssb будет существенно сложнее вкачивать D каскадом (нужен будет довольно высокочастотный pwm) или прийдется терять эффективность на выходном каскаде.
в смысле приема на dcr - они одинаковы, у nfm проще цеплятся без модулирующего сигнала.

чисто исследовательски - заманчиво былоб построить прямой sdr на какомнить stm32, но врядли это будет практически лучше того что я выше предложил. точнее будет лучше для повторяемости но в разработку влетит огромная куча человекочасов, адекватная только для крупной серии.

[roman.com]

на 95% уверен что возбуд в вашей схеме прячется в странном усилителе VT9-VT12

нет.
возбуд в схеме прячется в большом усилении... т.к. супергетеродин с одним преобразованием...
надо делать супер с двумя преобразованиями... тогда возбуда не будет.
лень))

тоакого же усиления до 500kHz несложно добиться на 2 транзисторах, 4 резисторах и 3 конденсаторах (против 4-8-5)

нет.
на 4 резисторах добиться большого усиления намного проще чем на 2 транзисторах...
увеличиваем количество каскадов и одновременно снижаем усиление в каждом отдельном каскаде - это классика схемостроения))

а сама схема - аналог классической заводской схемы.

К174ХА6.jpg

(186.68 КБ) 136 скачиваний

[AlexS4]

нет.
на 4 резисторах добиться большого усиления намного проще чем на 2 транзисторах...
увеличиваем количество каскадов и одновременно снижаем усиление в каждом отдельном каскаде - это классика схемостроения))

roman.com, у нас есть отличный арбитр и зовут его SPICE

Спойлер

потом добавьте в вашу схему паразитные RL в шину питания и С к коллекторным резисторам и посмотрите как ваши каскады переговариваются между собой по ним
просто для меня классика схемотехники это Widlar, для когото другого - ктото другой

netlist:

Спойлер

GND C4-1 R4-1 Q1-E SRC1-2 OSC1-2
Vcc R3-2 R2-2
unnamed_net6 OSC1-1 C3-2
unnamed_net5 SRC1-1 C1-1
unnamed_net4 C4-2 R1-2 R4-2 Q2-E
unnamed_net3 C3-1 R3-1 Q2-C
unnamed_net2 Q2-B R2-1 Q1-C
unnamed_net1 C1-2 R1-1 Q1-B

прошу прощения у ТС за этот оффтопчик, постараюсь его не продолжать

[Илья МГУ]

[uquote="AlexS4",url="/forum/viewtopic.php?p=4438104#p4438104"]

что детектирование NFM - задача весьма сексуальная. Простых решений я чего-то не нашёл. По сути, только гетеродин и доп.

не верьте впечатлениям!)
я ж написал вам нужен приемник прямого преобразования (ППП, DCR ) почитайте Полякова, он много сделал для популяризации этой очень интересной концепции
из которой вырасли в том числе sdr.
для вашей частоты ничего лучшего - просто ненадо! чтоб примерно прикинуть сложность вот пример вч приемника:



если захотите - смогу на досуге набросать стартовую схемку.[/uquote]

Схема не сложная. Слепо изготовить ровно такую же я смогу. Но беспокоюсь за настройку. И поменять некоторые номиналы под свою частоту я тоже затрудняюсь. Ввиду отсутствия понимания многих процессов.
Если поможете, возьмусь.

Ещё бы хотелось сравнить, чего следует ждать от ППП и ППУ от Романа.

[AlexS4]

dcr под 30kHz оптимальная схема ощутимо отличается конечно, генератор наверняка будет другой , например асимметричный мультивибратор на 30kHz ~1:4 со смесителем на 1 диоде. унч - любой на любой вкус, я бы выбрал на ОУ. нч фильтр - LC или RC 2го порядка, можно в усилитель 2ю ступень ввести в оос. вход - просто полностю контур через кремниевый диод подключаем к фнч и раскачиваем со стороны фнч через резистор нашим генератором. это все ~20 компанантов. настройка сводится к настройке контура-антенны и частоты генератора на частоту передатчика. при сильном сигнале это наверно можно мультиметром с частотомером сделать