Авиационный приёмник: аналоговый супергетеродин чинит слабые места DSP-чипа
Авиаприёмник R909-DSP1 переносит сигнал 118–137 МГц на ПЧ 21.4 МГц ещё до DSP-микросхемы Si4732. Измеренный трёхрезонаторный входной фильтр ослабляет FM-вещание примерно на 30 дБ, однако теряет около 9 дБ в полезной полосе. Этот баланс селективности и шумового запаса определяет ценность всей схемы.
Проект R909-DSP1 использует супергетеродинный VHF-фронтенд перед широковещательным DSP-приёмником Si4732 для приёма авиационной AM-связи в диапазоне 118–137 МГц. Входной полосовой фильтр выделяет нужную полосу, смеситель TA2003 переносит её на первую ПЧ 21.4 МГц, после чего сигнал проходит керамический фильтр и каскад на 2SC3355. Демодуляцию и обработку ПЧ выполняет Si4732, а программируемый гетеродин собран на Si5351A. Управляющая часть реализована в вариантах с ATmega328P и ESP32-C3.
Выбор ПЧ 21.4 МГц задаёт понятную радиотехническую цель. Зеркальный канал при высокочастотном впрыске отстоит от принимаемой частоты на удвоенную ПЧ, то есть на 42.8 МГц. Для нижней части авиадиапазона зеркало уходит примерно к 161 МГц, а не остаётся рядом с полезной полосой, как при ПЧ 10.7 МГц. Это ослабляет требования к входной селекции в условиях сильного FM-вещания ниже 108 МГц и сигналов в VHF-диапазоне выше авиасвязи.
При этом входной фильтр показал типичную для самодельного VHF-тракта проблему. В окончательном варианте применены три связанных резонатора по схеме Chebyshev с воздушными катушками. Измерение nanoVNA дало около −9 дБ передачи вблизи 120 МГц, примерно −30 дБ около 100 МГц и около −27 дБ в районе 160 МГц. Фильтр заметно подавляет широковещательный FM-участок и область зеркального приёма, но девять децибел до первого преобразования прямо уменьшают запас по слабому сигналу.
Такой результат хорошо показывает границу между расчётом прототипа и физикой платы. На VHF добротность однослойных воздушных катушек, сопротивление проводника, паразитная ёмкость, взаимная связь витков и геометрия земляных проводников входят в передаточную функцию наравне с номиналами. Сильная связь резонаторов расширяет полосу и искажает расчётную характеристику, а потери в индуктивностях снижают её вершину. Увеличение числа звеньев при тех же катушках и монтаже не гарантирует улучшения: дополнительные резонаторы также добавляют потери и паразитные связи.
Si4732 способен работать в коротковолновом диапазоне до 26.1 МГц, поэтому ПЧ 21.4 МГц лежит в документированном рабочем окне микросхемы. В этой архитектуре чип получает уже отфильтрованный участок спектра и использует выбираемые AM-канальные фильтры на второй стадии селекции. Это снимает с интегрального приёмника часть нагрузки по устойчивости к внеполосным сигналам, хотя итоговая динамика тракта всё равно определяется первым смесителем, уровнем гетеродина, потерями фильтра и поведением усилителя ПЧ.
В документации проекта зафиксирована и аппаратная ошибка ранней платы: неверная ориентация либо распиновка транзистора 2SC3355 в тракте ПЧ. После исправления заявлено улучшение чувствительности до уровня ниже −100 dBm, но методика измерения не опубликована. Отсутствуют также результаты SINAD, блокирования, двухсигнальной селективности, IP3 и фазового шума гетеродина Si5351A в собранном устройстве. Поэтому измеренная S21 фильтра остаётся наиболее содержательным численным результатом: она одновременно подтверждает полезное подавление помех и показывает цену, заплаченную чувствительностью.
Проект сопровождается схемами RF-части, PCB-файлами, BOM, прошивками и перечнем исправлений. Такая открытость делает R909-DSP1 удобной базой для следующей итерации: измерения добротности катушек, переделки связей между резонаторами, проверки развязки OLED и I²C, а также сопоставления фильтра до и после малошумящего усилителя по реальной чувствительности и устойчивости к блокированию.