Охота на лис
Передатчик-формирователь 17 символов
Передатчик собран на транзисторе VT1. Его частота стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1. Манипуляция осуществляется по цепи базы с выхода логического элемента DD1.4.
Практически все элементы микропередатчика и формирователя размещаются на печатной плате. Вне платы находятся лишь резистор R6 и светодиод VD1. Они установлены на корпусе устройства. По миганию светодиода определяется, работает ли устройство и какой запрограммирован в нем позывной. Выводы А, В, 1А — 6А, 1В — 6В — штырьки от разъемов, запаянные на плату. Перемычки выполняют из ответных частей разъема.
Катушка L1 выполнена на кольцевом магнитопроводе диаметром не более 15 мм. Число витков зависит от начальной магнитной проницаемости кольца (не более 400, лучше 100). Катушка L1 должна иметь такую индуктивность, чтобы обеспечить резонанс на частоте 3,5 МГц при ёмкости колебательного контура 40…50 пФ. Отвод делают от трети витков, считая от верхнего (по схеме) вывода катушки.
Кварцевый резонатор ZQ1 должен иметь рабочую частоту, лежащую в пределах любительского диапазона 80 метров. Можно применить резонаторы на частоту 3,58 МГц.
Отечественный аналог микросхемы 4001 — К176ЛЕ5, а микросхемы 4017 — К176ИЕ8. Транзистор 2N2222 можно заменить любым высокочастотным транзистором малой мощности структуры n-р-n (серий КТ315, КТ342 и т. д.). Светодиод можно использовать любой с рабочим током около 5 мА.
Налаживание устройства сводится к подстройке конденсатора С7 по максимальной выходной мощности при устойчивой генерации. Эту операцию надо производить с «штатной» антенной, поскольку оптимальная настройка зависит от её длины и расположения в пространстве.
Источник: Микропередатчик для «Охоты на лис». — радио, 2001, №8, с.71
Простой комплект для «охоты на лис»
Схема передатчика показана на рис. 1. Задающий генератор с кварцевой стабилизацией частоты собран на логических элементах DD2.1, DD2.2, модулятор — на элементе DD2.3, а буферный каскад — на DD2.4. Выходной каскад собран на транзисторе VT1. Мощность на выходе можно регулировать резистором R5 от нескольких милливатт до 0,5 Вт. П-контур C6L2C8 служит для согласования с антенной.
Формирователь модулирующего сигнала собран на микросхеме DD1. При этом на элементах DD1.1 и DD1.2 собран генератор, который формирует период повторения сигнала, а на элементах DD1.3 и DD1.4 — формирователь длительности одной посылки. При указанных на схеме номиналах формирователь обеспечивает подачу сигнала от одного «тире» до пяти «тире», длительность всего сигнала равна длительности импульса генератора на элементах DD1.1 и DD1.2.
В передатчике можно применить микросхемы; DD1 — К561ЛА7, DD2 — К555ЛАЗ. DA1 — КР142ЕН5А. Подстроечный резистор R5 — СП3-19а, СП3-3, постоянные — МЛТ, С2-33. Оксидный конденсатор С7 — К50-24, остальные — К10-17, КМ. Дроссель L1 намотан на двух сложенных кольцах из феррита 600НН К 10x6x5 и содержит 10 витков провода МГТФ-0,2. Можно применить кольца К10x6x3 или К12x6x4,5 проницаемостью от 600 до 1000. Катушка L2 намотана проводом ПЭВ-2 0,4 на пластмассовом каркасе диаметром 10 мм и содержит 35 витков.
Все детали передатчика размещены на печатной плате из двусторонне фольгированного стеклотекстолита, эскиз которой показан на рис. 2, а внешний вид — на рис. 3. Вторая сторона оставлена металлизированной и соединена в нескольких местах с общим проводом первой стороны. Транзистор VT1 установлен на теплоотводе. Плату помещают в корпус подходящего размера, в котором монтируют антенное гнездо и гнезда для подключения питания.
Налаживание передатчика сводится к установке длительности тире подбором резистора R3 и числа тире в цикле передачи резистором R1. Максимальное значение выходной мощности передатчика устанавливают подбором резистора R4, при этом движок резистора R5 должен быть в верхнем по схеме положении. Подбором конденсаторов С6 и С8 согласовывают конкретную антенну с передатчиком. Антенной может служить отрезок провода длиной несколько метров, закрепленный на дереве.
Приемник выполнен по схеме с прямым преобразованием частоты, его схема показана на рис. 4.
Магнитная антенна WA2, имеющая диаграмму направленности в виде «восьмерки» (с острыми минимумами, перпендикулярными оси ферритового стержня), позволяет определять точное направление на «лису» (по оси антенны). Для того чтобы исключить ошибку в 180 град., в приемнике есть штыревая антенна WA1, сигналы с которой поступают на усилитель на транзисторе VT1 (его включают тумблером SA1, а коэффициент усиления устанавливают подстроечным резистором R4). Когда он включен, сигналы с выхода усилителя через катушку L1 поступают на магнитную антенну WA2 и суммируются с сигналами, принимаемыми WA2. В результате формируется диаграмма направленности в виде кардиоиды, позволяющая определить точное направление на «лису».
Сигнал с УРЧ и с магнитной антенны WA2 через катушку связи L2 поступает на вход УРЧ микросхемы DA2. где усиливается примерно на 30 дБ. При ближнем поиске коэффициент усиления УРЧ микросхемы можно уменьшить, подключив тумблером SA2 вывод 3 к общему проводу. Для стабилизации частоты гетеродина использован кварцевый резонатор ZQ1. Частоту гетеродина можно в небольших пределах изменять настройкой контура L5C9. Принимаемый сигнал смешивается с напряжением гетеродина, и результирующий сигнал с частотой около 1 кГц поступает на вход УПЧ микросхемы. С вывода 7 микросхемы DA1 низкочастотный сигнал поступает на оконечный УНЧ, собранный на транзисторах VT2, VT3 и рассчитанный для работы на высокоомные телефоны (500 Ом и более). Громкость регулируют переменным резистором R10.
Транзистор VT2—серии КТ3102 с любым буквенным индексом, VT3 — серий КТ315, КТ312 также с любыми буквенными индексами. Оксидные конденсаторы — К50-6, К50-16, К50-35, подстроечный С8 — КТ4-25, КТ4-37, остальные — К10-17, КД. Подстроечный резистор R4 — СПЗ-19а, переменный R10—СПО, СП4, остальные — МЛТ. С2-33. Кварцевый резонатор ZQ1 — РГ-05, РГ-07, РГ-08. Тумблеры SA1 и SA2 могут быть любые малогабаритные.
Катушки гетеродина L4 и L5 намотаны проводом ПЭВ-2 0,12 на секционированном каркасе и помещены в броневой магнитопровод из феррита проницаемостью 600НН (чашки диаметром 8,6 мм от контуров ПЧ радиоприемника “Кварц”) с подстроечником из феррита
600НН. Вся эта конструкция, в свою очередь, помещена в металлический экран. Катушка L4 содержит 10 витков, a L5 — 60 (отвод от 25-го снизу по схеме витка).
Для магнитной антенны WA2 применен стержень из феррита 400НН длиной 75 и диаметром 8 мм. Катушки L1, L2, L3 намотаны проводом ПЭВ-2 0,4 на бумажной гильзе вплотную друг к другу и содержат 2,3 и 30 витков соответственно. Катушки L1 и L2 наматывают с противоположных сторон от L3. Конденсаторы С7 и С8 приклеивают непосредственно к катушке магнитной антенны эпоксидным клеем. Катушки помешают в металлический незамкнутый экран с отверстием для вращения оси конденсатора С8. Диаметр экрана должен быть раза в два больше диаметра катушек.
В качестве штыревой антенны WA1 использован отрезок медного изолированного провода диаметром 2 и длиной около 150 мм (его, возможно, придется укоротить в процессе налаживания). Головные телефоны —два параллельно включенных капсюля ТОН-2М. Питание приемника включается автоматически при установке вилки телефона в гнездо XS1.
Большинство деталей приемника размещены на печатной плате из двухсторонне фольгированного стеклотекстолита, эскиз которой показан на рис. 5. Вторая сторона оставлена металлизированной и соединена в нескольких местах с общим проводом первой стороны. Плату размещают в пластмассовом корпусе, на одной из стенок которого устанавливают тумблеры SA1, SA2 и гнездо XS1, а на второй укрепляют штыревую антенну WA1. Для удобства пользования к корпусу прикрепляют пластмассовую ручку, о которой размещают батарею питания («Крона”). Внешний вид приемника изображен на рис. 6.
Налаживание приемника начинают с установки режимов по постоянному току. Подбором резистора R2 устанавливают на коллекторе транзистора VT1 напряжение 3,6…4 8. а резистора R9 — напряжение примерно 4 В на коллекторе транзистора VT2. Затем, принимая сигнал передатчика и вращая подстроечник катушки L5. устанавливают частоту сигнала 34 около 1 кГц. Конденсатором С19 подбирают частоту среза УЗЧ так, чтобы полезный сигнал не ослаблялся, а шумы заметно подавлялись. Магнитную антенну WA2 настраивают по максимуму сигнала конденсатором С8.
На расстоянии 200…300 м от передатчика уточняют настройку магнитной антенны и проверяют ее диаграмму направленности (она должна быть в виде восьмерки). Затем включают усилитель сигналов штыревой антенны и, вращая движок резистора R4, добиваются получения диаграммы направленности в виде кардиоиды (одного минимума сигнала). Если он выражен нечетко, надо изменить длину штыря. В авторском варианте штырь имел длину около 90 мм. Направление на источник сигнала будет влево или вправо от приемника (если смотреть на него со стороны регулятора).
- И.Нечаев Приёмник и передатчик для «охоты на лис». — Радио, 2001, №6, с.70-71
- А. Гречихин Радиопеленгатор на 80 м. — Радио, 1985, №12, с.18-19
Передатчик для «охоты на лис» диапазона 3,5 МГц
Конструкция передатчика неоднократно повторялась многими радиолюбителями, проста в изготолении и практически не требует настройки. При напряжении питания 12 В выходная мощность передатчика — около 3 Вт.
Схема передатчика — стандартная для такого рода устройств и состоит из задающего генератора, предварительного усилителя и усилителя мощности. Передатчик с кварцевой стабилизацией частоты собран на элементе DD1.1 (рис.1) КМОП-микросхемы CD4001 (561ЛЕ5). Подстройкой емкости конденсатора С1 частоту передатчика можно перестраивать в пределах нескольких килогерц. Если применить в задающем генераторе керамический резонатор, то пределы перестройки частоты задающего генератора значительно увеличатся. Кроме того, для расширения предела перестройки последовательно с резонатором можно включить катушку индуктивностью 5—10 мкГн. Однако следует иметь в виду, что применение керамического резонатора и/или катушки индуктивности приводит к ухудшению стабильности частоты. Задающий генератор работает при замкнутом на общий провод выводе ТХ схемы.
В качестве предварительного усилителя используются включенные параллельно три элемента (DD1.2—DD1.4) из состава микросхемы CD4001. Сигнал, поступающий от телеграфного манипулятора, обеспечивает прохождение импульсов через элементы DD1.2— DD1.4 и их поступление на транзистор VT1 выходного каскада. Во избежание повреждения транзистора, до замыкания на общий провод вывода CW-манипуляции схемы обязательно следует включить задающий генератор, замкнув на общий провод вывод ТХ.
Транзистор выходного каскада работает в режиме класса С, при котором обеспечивается высокий КПД. Однако импульсный режим работы выходного каскада приводит к тому, что выходной спектр богат гармониками, для подавления которых применяется фильтр С5-L2-C6-L3-C7-C8.
Катушка L1 — стандартный дроссель, L2 и L3 намотаны проводом 00,5 мм на кольцах Т50-6. Катушка L2 содержит 26 витков, L3 — 24 витка.
Расположение деталей на плате показано на рис.2.
Напряжение питания на микросхему CD4001 желательно подавать от отдельного стабилизатора. При работе передатчика от источника напряжением 12 В для питания микросхемы CD4001 можно применить 9-вольтовый интегральный стабилизатор 78L09. В крайнем случае, микросхему также можно запитать напряжением 12 В.
«Охота на лис» 60 лет спустя
Что общего между сотовым телефоном и походной миской?
Многие слышали об «охоте на лис» — особом варианте спортивного ориентирования — спортивной радиопеленгации. Ещё в детстве, посещая радиокружок, я много читал об этом виде спорта и даже мечтал собрать собственный пеленгатор. Но мы переехали, я перестал ходить в кружок, увлёкся программированием, торчал перед компом и уже так и не собрал…
И вот, спустя 20 лет я сделал это в крайне необычной форме…
В последнее время я много играюсь с SDR и рассказываю о своих опытах: раз и два.
Собираясь с детьми в поход вместе со школьной компанией, я решил к так любимым детьми, но уже привычным верёвочным переправам, ориентированию, пережиганию верёвочки костром на время добавить охоту на лис.
Идея пришла спонтанно: зимой для сравнения я купил на Aliexpress несколько разных SDR приёмников (на самом деле это DVB-приёмники, немного о них тут) и с их помощью изучал качество антенн и дальность работы устройств Z-Wave. В какой-то момент заметил, что в соседнем диапазоне (на 868.1 МГц, тогда как Z-Wave на 869.0 МГц) раз в минуту что-то шумит, мне стало интересно, «откуда звук» и пошёл искать источник по уровню сигнала и направлению. В итоге это оказалась охранка у соседей. Так я подумал, что из «из спичек и желудей» можно сделать неплохое развлечение.
Начнём с передатчика. Дома и у коллеги с последнего CCC 2015 остались замечательные rad1o badge. Эта игрушка отлично подходит на роль «лисы». 
Для rad1o есть прошивка совместимая с HackRF, что позволяет использовать rad1o с GNU Radio и другими программами для SDR.
Для лучшей дальности вместо штатной F-антенны, настроенной на 2.4 GHz я припаял SMA коннектор и накрутил штыревую антенну на 868 МГц.
Для генерации сигнала я использовал GNU Radio. Проект состоял просто в генерации сигнала из Signal Source прямо в osmocom Sink. Также подкрутил RF Gain и амплитуду сигнала, чтобы увеличить дальность.
rad1o оказался удобен ещё и наличием аккумулятора, а также тем, что при отключении от USB (т.е. от GNU Radio на моём ПК) он продолжал генерировать последние данные, т.е. тупо светил на нужной мне частоте. Это позволило после включения передачи вынуть USB и отнести «лису» на заданное место. Система получилась компактной и абсолютно автономной.
Радиопеленгаторы
Самое важное — собрать детекторы с более-менее узкой диаграммой направленности, да ещё и в простом исполнении, носимые, два или три комплекта, желательно без колхоза, ибо времени до похода было маловато.
В качестве приёмника я взял DVB-стики из прошлой статьи, подключил их к сотовому телефону под Android, используя USB OTG переходник. Для визуализации я выбрал уже знакомую мне по прошлым экспериментам RF Analyzer. Программа имеет удобный режим отображения спектра в текущий момент и в виде waterfall. Фото проги было на КДПВ.
Т.к. DVB жрёт невероятно много энергии, были подготовлены несколько power bank для подзарадки телефонов «в поле».
Отдельно хотел обратить внимание на очень удачный переходник USB OTG от Olimex. В отличии от гибкого кабеля, на котором болтается приёмник, он обеспечивает жёсткую фиксацию. А ещё он настолько мал, что его просто удобно носить с собой на всякий случай.
Антенна
Штатный штырь от моих DVB-приёмников — это хорошо, но не очень направленно. Я хотел сделать номальные направленные антенны, например Ягу. Но на DVB-приёмниках используются разъёмы MCX, штекеров для которых я за 4 дня так и не нашёл в Москве. Резать антенны мне не очень хотелось, и я стал искать сносный рефлектор для штатных.
Первая мысль — ну можно же штырь засунуть в консервную банку, получится крутой волновод. Многие так делают на дачах для уверенного приёма 3G. Но быстрый расчёт показал, что банка мне нужна не консервная, а скорее из под краски, диаметром не менее 21 см (иначе волна туда «не влезет» из-за того, что моя частота ниже частоты отсечения). С такой банкой бегать не хотелось… Да и нужно было искать банки, выливать краску, пачкать руки. Повышать частоту тоже не хотелось, т.к. в густом лесу волны менее 30 см легко задерживаются деревьями да и антенны для передатчиков на 868 МГц были под рукой в большом количестве от работы, связанной с Z-Wave.
В общем игрался я с фольгой, железными листами и прочими подручными средствами, пока накануне вечером при сборке рюкзака не наткнулся на обычные такие походные миски. Вот он рефлектор моей мечты!
Как всегда готовится я начал заранее, а сделал всё в последний вечер ;)
Оказалось весьма удачно, что их диаметр был примерно λ/2. Стенка у миски под 90° дну, к ней можно прикрепить антенну. К миске магнитится штатная анетнна плохо (у антенны снизу магнитик есть), но если приделать с обратной стороны маленький плоский магнит, то держится просто отлично. К тому же у миски есть удобная ручка, за которую её можно держать и направлять в нужную сторону.
Есть ещё один важный момент. Просто приладить миску — мало. Чтобы сделать её хорошим противовесом и отсечь сигнал с внешней стороны было решено подключить её к земле. Для этого я аккуратно вскрыл ножку антенны, где находится магнитик и металлическая шайба диаметром 2.5 см, которая выполняет роль ground plane. Подпаял к этой пластине короткий проводок, залил место пайки каплей из пистолета, чтоб пайка не отвалилось в ту же минуту, т.к. провод нужно было гнуть.
Подключал к миске этот провод путём прижимания магнитом. В походных условиях вместо тестера использовал светодиод и батарейку CR2032 для проверки, что ток от внешнего кольца разъёма MCX (земля у антенного штекера) идёт до миски, т.е. миска подключена к земле.
В итоге получился вот такой комплект: 
А в собранном виде это превратилось в это: 
ФСО где-то рядом
Всё это происходило недалеко от Горок-10 (Рублёвка), потому я на вский случай выбрал разрешённые у нас частоты для нелицензируемой гражданской связи с ограничением по мощности 20 мВт. Выбрал 868.0 и 869.0 МГц. Лису было «слышно» метров за 300, потому я не сильно беспокоился, но объясняться с местными работниками охраны, почему я занял какие-то там частоты в любом случае не очень хотелось.
Кстати теперь металлическая миска стала прибором двойного назначения, и её могут отнять у любого походника!
Побежали
Сначала я проверил игрушку на двух взрослых, которые про такую игру только отдалённо слышали. Ну, и на себе — я пошёл забирать передатчик после проверки и забыл, под каким деревом он стоял. Пришлось самому искать лису ;)
После проверки идеи на состоятельность и отработки технологии дали всё это детям (с 2 по 8 классы). Минута объяснений, что ищем и куда смотерть, и они убежали с миской в руке.
Лисы было две, две команды искали два разных передатчика. В результате одной команде потребовалось менее 5 минут на поиски, другой минут 10 на хаотичное метание по поляне, после чего они напали на след, и поняли, что смотреть проще на цвет в watefall, а не на график сверху.
$250 HackRF или rad1o badge
Радиопеленгатор:
- $8 DVB-приёмник на Aliexpress (у меня он был)
- 240 руб USB OTG (можно взять и дешевле)
200 руб миска (уже была) — также позволяет принимать пищу
10 руб магнитики (тоже были на холодильнике)
- 43 руб прога RF Analyzer — можно и из сурсов собрать бесплатно, но можно и автору сказать спаибо
- 0 руб сотовый телефон (есть у каждого в школьника)
Что можно улучшить
Это был первый опыт. Получилось весело, но в следующий раз мы же сделаем лучше!
Конечно улучшение антенны поможет быстрее определять направление. Яга выглядит очевидным кандидатом, но можно и другие попробовать. Кроме того, Ягу можно сделать на месте руками соревнующихся из подручных лесных материалов и заготовленных металлическийх штырьков.
Для усложнения можно передавать не всё время, а, например, раз в минуту. Но для этого уже нужно сделать передатчик видимым с большего расстояния, иметь направленную антенну и раздать карты. Это будет уже больше похоже на классический спортивный вариант.
Далее, можно не просто «светить», а передавать FM-сообщение с подсказками. В RF Analyzer есть встроенный декодер. Или азбукой морзе. Это уже требует или постоянно подключенного ПК, или написание l0adable для rad1o — программки для прошивки rad1o. Для удобства там есть rflib.
Также интересно будет не сообщеать точные частоты, а просто указать широкий диапазон. Пусть команды ищут ближайший и выбирают порядок прохождения маршрута.