СоХабр закрыт.
С 13.05.2019 изменения постов больше не отслеживаются, и новые посты не сохраняются.
| сохранено
H [DIY] Отечественная пачка сигарет VS Китайская зажигалка в черновиках
- Первая часть — вводная часть, поверхностный экскурс, краткие тех.подробности в мир «против» цифры.
- Вторая часть — нудная, подробные технические детали (номиналы рд, файл разводки платы, схемотехнические решения).
- Третья часть — Пруф-тест. Снятие «ценной информации» на грани в рамках закона (а иначе неинтересно), и отличительные особенности прототипа от ширпотреба (Отечественная пачка сигарет VS Китайская зажигалка.)
Часть-1-я. Разработка прототипа
Воскресное утро сто шестьдесят первого года от рождества Христова Генриха Герца начинается с идеи, конкретней с мысли, как грамотно развлекались в стране советов технари много лет тому назад? Может попробовать отойти от цифры (еще успею вернуться к ней в этом году), взяться за аналоговый сигнал и побаловать с аппаратурой радиоизлучения? Через миг, через час, на следующий день смелое решение «To be, or not to be, to be!» становится неотвратимым и навязчивым. Помышляю на законных основаниях разработать радиопередатчик, и добыть на его основе! Ценную! информацию (на грани, но в рамках закона). Радиохулиганы и матерые кодеры могут пропускать вступительную первую часть, набраться терпения и ждать продолжения.
В своем техническом эксперименте начинаю с генерации плана на черновике, в котором будут идти постоянные ремарки, орфографические ошибки и немножко матерщины. Первым пунктом цепляюсь за изучение законодательства РФ в области радиочастот на возможные последствия в свой адрес нюансы (на самом деле освежил свою память). Вторым пунктом, нет скорее параллельной задачей, изучаю технопанк.
Дебют
Конторы, которые задают командный темп в РФ – это Роскомнадзор; Минкомсвязь России и при нем ГКРЧ. Решения, которые принимаются в сфере связи, патологически постоянно обновляются. Обновлённые положения не изменяют действующую концепцию в сфере регулирования радиочастот для разработчиков или конечных пользователей. На мой критикующий взгляд, смысловая нагрузка «не реформируется на современном уровне» от изменения лишь даты публикаций этих решений. Очередные свежие порции ГКРЧ с обновлёнными решениями здесь.
Живой пример из прошлого: знакомый разработчик не стал вникать (запутался/разгневался) в действующее положение ГКРЧ и выполнил поставленную задачу «вардрайвинга в промышленности на частоте 2400-2483МГц» согласно устаревшему документу «Zigbee», который был добросовестно изучен по ссылке из Wikipedia. Пришлось многое переделывать ему же. На момент разработки прототипа решение ГКРЧ выглядело см. фото ниже, совсем не такое, куда ведет нас Wikipedia (можете проверить приложение №2 из энциклопедии и сравнить с рисунком ниже, однако на момент написания текущей статьи оно в очередной раз изменилось и стало не актуально).
Ключевое решение по обновлению положения я выделил выше, такая вот сущность. Разработка на частоте 2.4ГГц велась знакомым разработчиком с учетом этой статьи (некомпетентной по некоторым пунктам), а вот «последнее» обновление одного и того же документа. Что ж
Вернемся к радиопередатчику. Согласно законодательству и последним версиям документов, в которых сам черт глаза потупит – отправной точкой в «Матрицу» считаются два пункта из набора действующей документации.
- Изъятия из перечня радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств, подлежащих регистрации (с изменениями на 10 июля 2017 года)»
- «Приложения 1-17 к решению ГКРЧ от 7 мая 2007 года N 07-20-03-001 (дополнительно включено решением ГКРЧ при Мининформсвязи России от чч.мм.гггг» (для каждого приложения последняя дата обновленного решения частенько изменяется).
Изготовление опытного образца с юридической точки зрения остается
- Тип — устройство малого радиуса действий – радиомикрофон (под радиомикрофонами подразумеваются портативные маломощные передатчики, носимые или прикрепляемые к одежде для передачи звуковой информации).
- Частота 100-108МГц (из-за специфичного корпуса частоту придется поднять еще на две трети, проще говоря, специфичные корпуса в другом гражданском диапазоне должны находиться);
- ЭИИМ (эквивалентная изотропно-излучаемая мощность. Произведение мощности радиочастотного сигнала, подводимого к антенне, помноженное на усиления антенны в разах) до ≤30мВт.
- Радиомикрофон должен быть типа «Караоке».
- Планирую разработку прототипа под корпус
bopla«пачка сигарет». Планирую перевести девайс на частоту 151-168МГц и уйти от требования (радиомикрофон должен быть типа «Караоке»), то есть прототип остается легальным – «пачка сигарет». Да, придется переделать и приёмникХоливар в комментариях не нужен о законахВыделить полосу радиочастот 146-174 МГц для разработки, производства и модернизации гражданами Российской Федерации и российскими юридическими лицами РЭС подвижной и фиксированной служб гражданского назначения без оформления отдельных решений ГКРЧ для каждого конкретного типа РЭС при условии, что основные технические характеристики разрабатываемых, производимых и модернизируемых РЭС соответствуют основным техническим характеристикам, указанным в приложениях № 1 и № 2 к настоящему решению ГКРЧ.
Теоретический пример переменки
Некоторые люди не хотят могут понять, как устроена природа переменного тока. знакомый хакер (фанат вардрайвинга, нелюбящий слово «хацкер»), имея высшее техническое образование, задал мне вопрос: откуда и куда в проводнике бегут электроны и почему они не кончаются?»
Создал в Microcap пример переменного тока, который когда-то приводил товарищу (это поверхностное толкование в кроличьей норе).
Движение электрона в проводнике за единичное гармоническое колебание.
На графике представлен генератор напряжения с СКЗ~220В с частотой 50Гц, работает на нагрузку (в данном примере на лампочку). Из графика видно, что электрон в проводнике при переменном токе отклоняется от своего положения и возвращается на свое место. Такое упорядоченное явление происходит по всей длине провода с каждой элементарной отрицательно заряженной частичкой или проще говоря – электроны ни куда не бегут, а колеблются.
Цикл движения отклонения электрона от центра вправо/влево повторяется 50 раз за 1 секунду. В своем прототипе я буду изготавливать LC автогенератор, который должен раскачивать электроны 50 миллионов раз «влево/вправо» за 1 секунду, не перевозбуждаться и не срывать колебания, а периодически их поддерживать. Чем выше частота автоколебаний, тем сложнее управлять процессом (необходимо учитывать: размеры/расстояния компонентов, скин эффект и другие физические явления), поэтому 5ГГц для wifi — это фантастика!
Создал в Microcap пример переменного тока, который когда-то приводил товарищу (это поверхностное толкование в кроличьей норе).
Движение электрона в проводнике за единичное гармоническое колебание.
На графике представлен генератор напряжения с СКЗ~220В с частотой 50Гц, работает на нагрузку (в данном примере на лампочку). Из графика видно, что электрон в проводнике при переменном токе отклоняется от своего положения и возвращается на свое место. Такое упорядоченное явление происходит по всей длине провода с каждой элементарной отрицательно заряженной частичкой или проще говоря – электроны ни куда не бегут, а колеблются.
Цикл движения отклонения электрона от центра вправо/влево повторяется 50 раз за 1 секунду. В своем прототипе я буду изготавливать LC автогенератор, который должен раскачивать электроны 50 миллионов раз «влево/вправо» за 1 секунду, не перевозбуждаться и не срывать колебания, а периодически их поддерживать. Чем выше частота автоколебаний, тем сложнее управлять процессом (необходимо учитывать: размеры/расстояния компонентов, скин эффект и другие физические явления), поэтому 5ГГц для wifi — это фантастика!
Миттельшпиль
Используемые ресурсы для достижения цели: САПР; радиокомпоненты и комплектующие; стеклотекстолит; хлорное железо; хозяйственные инструменты; измерительная техника; очумелые ручки; отсутствие шальных мыслей в голове и свежее дыхание.
Согласно техническим требованиям прототип изготавливать буду трехкаскадный: УНЧ; генератор; умножитель частоты.
Схема электрическая принципиальная. 1 – УНЧ; 2 – Генератор Колпитца; 3- Умножитель частоты
- УНЧ — усилитель низкой частоты — проще говоря, усилитель звуковой частоты 20Гц-20кГц.
- Генератор Колпитца — генератор ВЧ (генерация и поддержка гармонических колебаний на заданной частоте).
- Умножитель частоты (усилитель мощности) — удваивает несущую частоту с частоты генератора, для начала на «FM-диапазон».
Краткое описание схемы.
Номиналы радиокомпонентов не вписаны намеренно, это материал разбора/принципа работы прототипа для второй части.
Емкости С1-С2 и С3 закорачивают ВЧ сигнал на «землю».
На транзисторах s9018 с Алиекспрес: на VT1 реализован УНЧ; на VT2 построен классический автогенератор по схеме с общей базой; на VT3 собран и настроен каскад на выделение второй гармоники генератора, антенна снимает мощность с одного из выводов катушки колебательного контура.
Теоретическая часть простая, но дело требует и практических навыков.
Приступаю к практике.
1) Развожу плату под размеры пачки сигарет
2) Изготавливаю плату по технологии ЛУТ (принтер/маркер/утюг). Травлю, лужу, сверлю будущую плату (нет подходящего размера сверла, площадки разбиваются)
3) Пайка/сборка. Поверхностный монтаж аксиальных рд
Эндшпиль
Дьявольская настройка.
Перед финальным выпуском своего прототипа 2/3 времени было затрачено на настройку радиопередатчика, воистину хлопотный этап без осциллографа (кончено он у меня есть, но «автомобильный», от 100МГц — дорогой агрегат).
Рабочее место
Каскад УНЧ (настройка микрофона).
Микрофон использовал CZN-15E и вот моя очередная допущенная схемотехническая ошибка. Микрофон оказался таким качественным, что настраивать его можно как на тихий, так и на чуткий режим. При этом частота модулированного сигнала с генератора стабильно удерживается/управляется в заданном диапазоне частот, как на первой так и на второй гармонике. Необходимо было подводить напругу (U) к микрофону через переменный резистор (у меня постоянный), а лучше через свободную ножку двойного dip-переключателя — на разное сопротивление (переключение режима «шпионажа»: снятие близких звуков; дальних звуков).
На данный момент прототип настроен на тихий режим: в данном исполнении коробочка улавливает громкие звуки > шёпота и не подрезает амплитуду звуковой частоты.
В чутком режиме (режим не заложен, но опробован) микрофон улавливает в комнате удаленное тик тик тик тик часов, которые всё-же слышны. Ухо, два уха, большие уши, едва улавливают тик часов, слишком далеко и слишком тихо, к сожалению, при разговоре группы людей подрезается звуковая амплитуда и в эфир идет «перегруз».
ВЧ Генератор.
Любое материальное тело в природе обладает резонансной частотой. В моем случае резонансная частота генератора задается индуктивностью и ёмкостью в колебательном контуре. Моя цель не выжать из генератора максимальную отдаваемую мощность, и не искать золотую середину (политбюро не одобрит), а согласовать со следующим выходным каскадом емкостную слабенькую связь (закладывал в плату и трансформаторную связь – не понадобилась). Минус в таком подходе очевидный – уменьшение дальности связи (в застройке ~ 100 шагов — это на самом деле много), а плюс перекрывает все с лихвой – стабильность частоты колебаний (можно руками лапать прототип, металл подносить и тд. — частота не уплывает).
Колебательный контур генератора рассчитывал/создавал преимущественно на увеличение индуктивности и минимальной емкости. Так как дорожки на плате, монтаж рд., антенна и вносимая емкость с биологической ткани имеют паразитную емкость – существенный перевес индуктивности в КК компенсирует постоянное изменение емкости в этом КК.
пример, некоторые датчики в промышленности
чаще всего – это обычная индуктивность в капралон-корпусе, соединенные с усилителем. Усилитель работает с вторичной аппаратурой через токовую петлю 1-5мА; 4-20мА, где 1;4мА – низ шкалы, 5-20мА – верх шкалы. Почему вторичная аппаратура работает на измерениях тока, а не на измерениях напряжения? Ответ прост – при изменении емкости в системе: удлинили кабель датчика, или наступили на него ногой, внеся свою емкость тела, то источник тока практически не изменит значения, а источник напряжения изменит (итоговые показания).
Так и у меня в КК упор сделан на максимальную индуктивность, то экранировать генератор нет необходимости – частота генератора остается стабильной при касании рукой в любой точке платы. У такого подхода есть небольшая неприятность: малейшее изменение индуктивности (например, витки катушки погнул) ведет к резкому изменению частоты КК.
Детектор электромагнитного излучения.
В моей кладовке среди технических игрушек имеется детектор электромагнитного излучения с рабочим диапазоном частот 50Гц-2.4Ггц. Оказалось, что в диапазоне частот > 50Гц..400МГц стоит полосовой фильтр и не детектирует электромагнитную природу вовсе. Верю в услышанную историю, что данные детекторы изготавливаются в средней общеобразовательной школе КНР на уроке труда. Китайцы любят преувеличивать свои характеристики продуктов, но даже при таком святотатстве они прекрасно конкурируют на международном рынке против остального мира.
Деваться некуда, для настройки прототипа и контроля его радиоизлучения изготавливаю простенький на ВЧ диодах детектор элмг.излучения.
Слева детектор КНР, справа детектор РФ.
Настройка Антенны.
Для косвенной оценки «силы» принимаемого сигнала нужно разложить эл.мг. поле на «I» и «U» и перемножить между собой эти максимально-снятые величины. Полученный результат не должен выходить за Pвых > 10мВт (по законам физики замеры делать в дальней зоне радиуса излучения λ/2П ~ 50см от антенны). Для надежности удовлетворения ГКРЧ не выходить за ЭИИМ > 10мВт в ближней зоне.
Антенны проектировал разные (в mmanagal) штыревую с противовесами J-антенну… Резонанс штука оправданная, на своем детекторе получил взволновавшую меня цифру. Ломаю мощность: убираю противовесы, укорачиваю антенну физическим способом <1/4 λ, другой провод. Можно кончено изменять размер антенны, не изменяя реальной её длины, с помощью ёмкости-укорочение, или индуктивности удлинение в определенных точках, но это сложно с практической точки зрения.
Косвенный контроль работы девайса.
Прототип настроен, работает и готов к proof-test-ам.
Продолжение…
p/s/ если «нечаянно» немного сжать/разжать витки катушки, то легко попасть, на все еще вещающую частоту видео-эфира, и заглушить (навести серьезные помехи) бабушкин сериал.
p/p/s Полезное.
Перепечатка своей статьи
Источник
p/p/p/s
–14
~5200
комментарии (73)