Техническая информация о граббере / Some technical information about the grabber


Приемник

Приемник был разработан для установки на экспериментальный спутник CubeSat в качестве полезной нагрузки. Предполагалось провести исследование возможности приема радиоволн диапазона 136 кГц от земных объектов (служебные станции HGA22 и DCF39) и радиолюбительских станций. Такое распространение длинных волн сквозь ионосферу возможно вдоль линий геомагнитного поля в режиме свистовой волны. Также планировалось принять авроральное километровое излучение АКР, длинноволновое излучение Солнца и галактический радиофон. На текущий момент проект приостановлен. Описание проекта было помещено в журнале Радио № 11/2021.
Для сокращения полосы обрабатываемого и передаваемого на земную станцию потока данных приемник был выполнен по схеме прямого преобразования с частотой нулевых биений 136986,3 Гц (20 МГц / 146). При этом получается следующая раскладка частот:
freq
Прием HGA22 и EU-окна происходит с инверсией спектра.

Схема приемника:
shema RX

Плата приемника была изготовлена заводским методом:
PCB RX view

Как известно, предыдущий вариант аппаратуры граббера  в KO85FN был уничтожен ворами-вандалами. По этой причине новый граббер было решено разместить в другом QTH и установить его сравнительно скрытно.
Возникла мысль реализовать идею "радиоскворечника", предложенную много лет назад UA4WPF. Был приобретен сборный деревянный скворечник, послужившей корпусом всей конструкции.
скворечник

Крыша скворечника приподнята на стойках для обеспечения оттока тепла от аппаратуры. Сетка препятствует проникновению насекомых.

Сетка

Внутри размещен приемник в металлическом корпусе и трансформатор гальванической развязки симметричного входа приемника.

>
приемник и
      трансформатор


Нижний отсек скворечника служит для размещения микрокомпьютера (T2 Mini, Win10), модема 4G/LTE, аккумулятора питания, сетевого трансформатора, выпрямителя-стабилизатора и системы управления (на основе Arduino Nano + GSM-модуль + модуль реле). Основной отсек снабжен на случай морозов соответствующим обогревателем - три последовательно включенные маломощные лампы накаливания. Обогреватель включается при снижении температуры внутри корпуса ниже 5С.
внутри скворечника

Если температура повышается до 40 градусов, автоматически включается вентилятор обдува.

Стабилизатор питания собран по схеме последовательно включенных  линейных ограничителей тока и напряжения на транзисторах КТ827 и КТ825.
ограничитель тока и
      напряжения 
Стабилизатор
      питания

Плата системы управления
система управления

Система управления реализована на Arduino Nano. Этот контроллер управляет платой реле, коммутирующих питание микрокомпьютера, обогревателя, GSM-модуля и 4G-модема. Взаимодействие с компьютером происходит по USB. В случае длительного отсуствия обмена с компьютером по USB-порту выполняется принудительная перезагрузка компьютера.
Канал дистанционного управления граббером использует GSM-модуль SIM800L для обмена SMS, ответа на звонки, приема команд тонального набора DTMF. Каждые 8 часов GSM-модуль и 4G-модем перезагружаются по питанию для решения проблем с их возможным зависанием.
От  своего собственного зависания контроллер Arduino Nano защищен специальным таймером на микросхеме 176ИЕ5. Во время работы этот таймер постоянно сбрасывается программно формируемым меандром на одном из контактов Ардуино. При зависании сигналы сброса перестают поступать и через 12 секунд таймер по переполнению формирует сигнал сброса микроконтроллера.
Для контроля температуры и давления внутри корпуса граббера служит датчик BME-280.
Система управления следит также за состоянием аккумулятора, не допуская чрезмерной разрядки при длительном отсутствии питания от сети 220 В. Если напряжение аккумулятора становится ниже порога 10,8 В (батарея сильно разряжена), то компьютер и все потребители энергии отключаются, остается включенным только GSM-модуль, который  в дежурном режиме потребляет совсем неболшой ток (12 мА). Проверка показала, что заряда аккумулятора хватает на 9 часов автономной работы граббера.

На передней стенке в отверстии скворечника установлена web-камера.

Первоначально предполагалось разместить на дереве, имитируя настоящий скворечник. Однако этот вариант показался не слишком удачным, так как деревянный негерметичный корпус не обеспечивал необходимую защиту аппаратуры от дождя и снега. Было решено граббер установить сравнительно незаметно на балконе дачного домика.

Антенна

Антенна - одновитковая рамка из коаксиального кабеля RG-58 (используется центральная жила, оплетка не подключена). Периметр рамки 30 метров, форма близка к неравнобедренному треугольнику. Нижняя сторона растянута над землей на высоте 2,5 м. Вершина закреплена на деревянной мачте 8 метров высотой. В середине нижней стороны включен согласующе-симметрирующий трансформатор, в первичной обмотке 2х4 витка, вторичная обмотка содержит 28 витков и подключена к коаксиальному фидеру. Сердечник взят от строчного трансформатора. При активном сопротивлении рамки около 1 Ома на выходе трансформатора будет сопротивление 50 Ом.
антенный
      трансформатор

Антенна удалена от граббера на расстояние 25-30 метров и подключается к приемнику длинным коаксиальным кабелем, закопанным в землю. На входе приемника также установлен симметрирующий трансформатор в броневом ферритовом сердечнике, первичная и вторичная обмотки имеют почти равное число витков (I -10 витков, II - 2х8 витков) и разделены между собой электростатическим экраном в виде разрезной медной шайбы.

схема подключения
      антенны к приемнику

Сравнивались варианты подключения с соединением средней точки обмотки Т2 с экраном коаксиального кабеля и без такого соединения (таким образом трансформатор обеспечивал гальваническую изоляцию антенны от приемника). Несколько лучше в плане снижения уровня шума оказался вариант, показанный на рисунке.
Подключения к заземлителю ни со стороны антенны, ни со стороны приемника нет.


73!

Back to the grabber