SDR (Software Defineret Radio) sender

Transkript

1 Af OZ5WK, Karl Wagner, Ærholm 9, 6200 Aabenraa. SDR (Software Defineret Radio) sender Efter flere mere eller mindre heldige forsøg, er det nu lykkedes at opbygge en SDR-sender der er let at efterbygge og justere til et "rent" antennesignal. At opnå et anvendeligt produkt med få komponenter og data der kan måle sig med mange kommercielle transceivere, til en billig pris, det er noget af en opgave. Diagrammet Se figur 1. Opbygning af hele oscillatorkredsløbet med frekvensdeler og faseforskydningskredsløb er i store træk en kopi af SDR modtagerens oscillatorkredsløb. Grunden til at jeg ikke "stjal" signalerne fra modtagerkredsløbet er, at det kan give signalmæssige problemer, og et særskilt oscillatorkredsløb gør, at modtager og sender bliver frekvensmæssigt uafhængig af hinanden hvilket har flere fordele. Man kan bl.a. have både sender og modtager i drift samtidig og dermed aflytte sit eget signal ved justering af senderen, og man kan køre fuld krydsbånd duplex QSO'er. Som oscillatorsignal kan man vælge imellem en ekstern VFO, eller den indbyggede krystaloscillator med Tr1. Anvendes udelukkende VFO, kan krystallet og Tr1, R41, R42, R43, C41, C42 og C43 udelades. Oscillatorsignalet forstærkes og ændres fra sinus til firkantspænding med Tr2 og Tr3 inden det tilføres flipfloppene IC6 og IC7 der fungerer som frekvensdeler og faseforskyder. Oscillatorsignalet skal være 4 gange højere i frekvens, end den frekvens man vil lytte på. Konstruktionen giver mulighed for at dele oscillatorsignalet med 4 eller 8, hvilket giver større frihed i valg af oscillatorfrekvens. Hvis man f.eks. vil sende på 3,7 MHz, kan man enten benytte 14,8 MHz eller 29,6 MHz som oscillatorfrekvens. Ved at kombinere Figur 3. Foto af sendermodulet Softwaren til senderen kan hentes gratis på Internettet. Senderen har været et stort ønske fra mange som har bygget SDR-modtageren [1] og man vil nu kunne opbygge sig en transceiver. PTT skift imellem sending og modtagning og et lille PA trin har jeg konstrueret på et print, som jeg beskriver i et efterfølgende OZ. Senderen kan i lighed med modtageren betegnes som en konstruktion hvor alle kan være med, og har man bygget og forstået modtageropbygningen efter SDR princippet, så er senderen næsten det samme, bare modsat. Senderen er opbygget på en dobbeltsidet printplade og gør ikke brug af SMD og "eksotiske" komponenter. Printpladen kobles direkte til udgangen på lydkortet i en computer, som så i forbindelse med et softwareprogram udgør den komplette sender. For at tilgodese alle, er beskrivelsen ret detaljeret. outputtet fra flipfloppene i IC6 og IC7 med gatene i IC5, fremkommer de fire 90 graders faseforskudte signaler til blanderne IC2 og IC3. Denne metode har den store fordel, at den giver meget præcise faseforhold over et stort frekvensområde. Blanderne IC2 og IC3 er den helt store forskel i forhold til modtageren. Jeg havde i min første opstilling anvendt en 74HC4066,som i modtageren, men det gav problemer idet operationsforstærkeren der tilfører I og Q signalerne har en høj udgangsimpedans og 74HC4066 en meget lav indgangsimpedans, så der skal indføres én eller anden form for impedanstilpasning, ellers medfører det en dårlig bærebølge og sidebåndsundertrykkelse. Dette kan løses på flere måder, men uanset hvilken, kræver det et væsentlig større antal komponenter. Derfor valgte jeg i stedet en løsning med to MC1496 som blandere[3]. De har den fordel at de både giver en god bærebølgeundertrykkelse og lidt forstærkning til en billig pris. IC2 og IC3 tilføres I og Q signalerne fra hver sin operationsforstærker i IC4, der fungerer som driver og giver en høj indgangsimpedans mod lydkortets stereo udgang i computeren. Lydkortet fungerer ved hjælp af et software program som en komplet sender med alle modulationsarter. Udgangssignalet fra IC2 og IC3 tilføres en bifilarviklet transformator T1 med midt- OZ Oktober

2 Fig. 1 Diagram af sendermodulet 510 OZ Oktober 2008

3 Figur 2. Diagram af signalsplitteren punktsudtag, som omsætter blandernes høje impedans til IC1, MAR6 forstærkerens 50 ohm. IC1 hæver signalet fra 0,1mW. til 7mW. på antennebøsningen, efter at det har passeret et båndfilter hvortil komponentværdierne for 80 m og 40 m er angivet på diagrammet. Diagram af 50 ohms effektfordeler til VFO signalet Se figur 2. Hvis man vil benytte samme VFO til både sender og modtager, må man fordele effekten imellem dem som vist, men man har jo også mulighed for at køre dem hver for sig, f.eks. krystalstyret. Opbygningen Her skal vi se på figur 3, 4 og 5. I lighed med modtageren kan printet købes. Se [9]. Vil man selv fremstille printpladen kan jeg anbefale metoden "Printpladefremstilling med fortrydelsesret"[4], som jeg selv har gjort brug af. Jeg anbefaler at bygge på dobbeltsidet print hvor oversiden er et ubrudt stelplan for at undgå ustabilitet. Endvidere anbefaler jeg at læse [1] "Indhøstede erfaringer fra bygning af SDR modtageren" inden montering af printpladen påbegyndes, idet det ofte er de samme ting der volder kvaler når opstillingen sættes i drift. Se også på figurene. Start monteringen med alle ledningsstykker (strapper), IC sokler, modstande, trimmepotentiometre, kondensatorer, spoler og transistorer. For at lette evt. fejlfinding monteres sokkel til alle IC'er. L1, L2 og L3 i båndfiltret er almindelige færdigviklede standard drosselspoler. HF forstærkeren IC 6 (MAR-6) er i et stripline hus, der monteres direkte på undersiden af printpladen. Det er ikke nødvendigt at bore hul i printpladen, benene kan loddes direkte til printbanerne. Transformatoren T1 er en viklet på en sort ferrit Amidon kerne FT Primærviklingen består af 2 tråde på 16 vindinger der snos sammen (bifilart). Oven på denne vikles sekundærviklingen er mærket 1og 2 på diagrammet og består af 4 vindinger, 0,3 mm. tråd. Primærviklingerne Figur 4. Komponentplaceringstegningen OZ Oktober

4 Figur 5. Printudlægget. Printets størrelse er 150 mm X 75 mm, og bemærk at udlægget er vist spejlvendt. forbindes herefter sammen således at begyndelsen på den ene vinding forbindes med afslutningen af den anden vinding (mærket med 4 og 5 på diagrammet). Disse to tråde danner midtpunktet og forbindes på printet imellem R1 og CL1. Til IC6 og IC7 skal man vælge en hurtig type 74F74 ellers kan man få problemer med at de kan følge oscillatorsignalet. Komponenter i "I" og "Q" kanalerne vælges parvis så ens som muligt, for at opnå så nøjagtig en faseforskel imellem kanalerne. En lille forskel betyder mindre idet den fjernes i sendersoftwaren. Sluttelig monteres et stereokabel på terminalerne I og Q. I kablets anden ende monteres et stereostik som sættes i computerens linieindgang til lydkortet. Vær opmærksom på at der ikke opstår brumsløjfer, sørg for en ordentlig stelforbindelse imellem printets over- og underside, samt til computeren. Test af printpladen Inden strømforsyningen tilsluttes, så undersøg om der er kortslutninger eller dårlige lodninger på printpladen, det betaler sig altid. Tilslut så en 12 Volts strømforsyning og check at strømforbruget ligger omkring 80 ma, når krystal eller VFO signal ikke er tilsluttet, og stiger til omkring 90 ma, når et af disse signaler tilføres, og alle IC'er sat i soklerne. Lydkortet Når man kun anvender et modtager program i computeren, f.eks. Rocky har man kun behov for et stereo lydkort. Tilføjer man nu yderligere et senderprogram, så er det nødvendig at anvende 2 stereo lydkort. Man kan selvfølgelig godt nøjes med et stereo lydkort med et omskifterarrangement, der skifter imellem lydkortets ind og udgange, hvilket dog bliver ret kompliceret med indstilling af LF niveauerne i henholdsvis sende- Figur 6. Opsætning med et eksternt lydkort. 512 OZ Oktober 2008

5 og modtagestilling. Anvendelse af to lydkort er den nemmeste løsning, idet man så kun behøver at skifte + 12V og antennen, når man taster PTT knappen. Det behøver ikke at blive særlig dyrt, idet man kan anvende et af de små USB stik med indbygget lydkort som bruges til Skype kommunikation. Se opstillingen på figur 6, hvor computerens indbyggede lydkort anvendes til "HF" siden og det eksterne USB lydkort med dertilhørende højtaler og mikrofon til "LF siden." Et eksempel på en sådan USB enhed kan ses på linket > lyd> headsets > USB to sound link. Man kan også vælge en anden løsning, nemlig at anvende computerens indbyggede lydkort til "LF" siden" med dertilhørende højtaler og mikrofon, og så placere et eksternt USB lydkort til "HF siden" sammen med sender og modtager, og forbinde det hele til computeren med USB kablet. Det er vist på figur 7. Et eksempel på en sådan USB enhed kan ses på linket : >Computer> lydkort USB > Edirol UA-1X. Programmer Nu er man så klar til at hente et SDR senderprogram på Internettet og installere det i computeren. Fidusen er nu at programmet samarbejder med lydkortet og i forbindelse med printpladen udgør det så hele HF- senderen. Her vil jeg kun omtale anvendelsen af"g3plx's SOFTWARE IQ TX" som har USB, LSB, FM og AM og kan hentes Figur 7. Opsætning med et internt lydkort. på [10]. Er man interesseret i CW og PSK31 så er der ROCKY programmet, der kan hentes på [11]. Test af den samlede konstruktion med USB og LSB Se figur 8. Forbind mikrofonen til lydkortets input, og sæt dig ind i hvordan man anvender lydkortets indstillinger for mikrofonen, lydkortets output mixer og indstilling af udgangsniveauet. Har lydkortet et output mixer panel med "balance kontrol", så er det vigtigt at denne står nøjagtig i midterposition. Klik herefter på G3PLX's program og figur 9 ses på skærmen. Klik herefter på "rullegardinet" i "Mike Input Soundcard". I "rullegardinet" udvælges det lydkort der er forbundet til mikrofonen, i eksemplet er det til USB lydkortet. Samme procedure følges for "IQ output soundcard" hvor der her anvendes computerens interne lydkort "Realtek". Det modsatte skal så fore- Figur 8. Opsætning med to lydkort. OZ Oktober

6 Figur 9. Skærmbilledet af G3PLX's sender programmet. tages i Rocky modtagerens program, d.v.s. som "IQ Input Soundcard" anvendes computerens interne lydkort "Realtek" anvendes og som i "Audio Output Device" anvendes USB lydkortet. Den samlede opsætning ses i figur 10. Når opsætningen er klar, så tal normalt til mikrofonen og tjek at "Audio Input Level" bargrafen følger talen og at mikrofongain i lydkortet indstilles, så talen kun udstyrer bargrafen til ca. tre tre fjerdedele af skalaens længde. Klik herefter i "1kHz tone", og se med et oscilloscop, eller lyt til lydkortets output medens outputtet øges med lydstyrkekontrollen på lydkortet. Der må ikke skrues så meget op, at der indtræder forvrængning af tonen. Herefter forbindes lydkortets stereo output til senderprintets I og Q terminaler og senderens udgang belastes med 50 ohm. Nu skal senderens signaler kontrolleres ved aflytning af disse, og til det kan man som nævnt benytte modtageren[1], hvor man både kan se og høre sit signal og man har en korrekt db skala. Afbryd den automatiske udbalancering "Automatic I/Q balance" i modtagerprogrammet. Modtageren skal kunne aflytte de udsendte signaler med et rimeligt niveau. Er signalet for kraftigt, overstyres modtageren, og man hører og ser en masse falske signaler, og er de for svage er det ikke muligt at høre (se) den undertrykte bærebølge og sidebånd. Når signalet er indstillet til et passende niveau vil man sandsynligvis kunne se og høre både bærebølge og begge sidebånd, men bærebølgen og det ene sidebånd vil være væsentlig svagere end det ønskede sidebånd. Er der et dobbelt sidebåndssignal (sidebåndene er lige kraftige), så fungerer kun den ene kanal og fejlsøgning må påbegyndes. Herefter påbegyndes justeringerne på printpladen: Start med at minimere bærebølgen. Begynd med IC 2 og POT1. Tilfør kun tone til Q kanalen og juster POT1 til minimum bærebølge. Dette gentages så med IC 3 og POT2. Tilfør kun tone til I kanalen og juster POT2 til minimum bærebølge. Justeringerne påvirker hinanden, så gentag dem nogle gange, også uden tone. Det skal være muligt at opnå mindst 40 db og typisk 50 db i forhold til det ønskede sidebåndssignal, se figur 11. Herefter skal det uønskede sidebånd minimeres. Tilslut tonen til både I og Q kanalen og juster på P3, amplituderegulering, indtil det uønskede sidebånd er mindst muligt; som vist på figur 11 er 50 db ikke urealistisk. Både den uønskede Figur 10. Den samlede opsætning af lydkortene, vist med Rocky modtagervinduet øverst. Nederst til højre det tilhørende "Settings" vindue. Nederst til venstre G3PLX sendervinduet. 514 OZ Oktober 2008

7 Figur 11. Senderens output på 80 m.moduleret med 1 khz, vist på min støjmålings spektrumanalysator med Rocky software. Frekvensmarkeringen nederst viser ved: -10 den undertrykte bærebølge -11 viser 1kHz USB signalet - 09 viser det undertrykte 1kHz sidebånd. Både den uønskede bærebølge og sidebånd er undertrykt 50 db. bærebølge og sidebånds undertrykkelsen på 50 db, må siges at være fint og bedre end mange af de kommercielt byggede amatørstationer man hører på amatørbåndene. Der er ingen fasejustering på printpladen, fordi de digitale signaler fra oscillatorkæden er nærmest perfekte op til 40 MHz. Finjustering af fase- og amplitudebalancen foretages i senderprogrammets to bokse "Amplitude Bal." og "Phase Bal." Indskriv tal i boksene, positive eller negative og se om det er muligt at forbedre undertrykkelsen af det uønskede sidebånd yderligere. "Amplitude Bal." og "Phase Bal." vil påvirke hinanden lidt, så gentag justeringerne flere gange. De 2 balanceværdier kan ende med at være positive eller negative, men de skal være mindre end 0,1, ellers er der noget galt på printpladen. De indstillede tal gemmes i programmet. Klik herefter på "Microphone", og "USB". Tal i mikrofon og der skal høres eller ses, et USB signal. Er det et LSB signal der registreres, så byttes I og Q kablerne (Højre og venstre kanal fra lydkortet) Senderens output vil ligge omkring 7 mw, hvilket nok kræver lidt mere forstærkning inden man kan gøre sig forhåbninger om en QSO. Som nævnt i indledningen har jeg konstrueret et 15 W PA trin med PTT skift imellem sending og modtagning, som beskrives i et efterfølgende OZ. Ellers er der også mange andre muligheder, se bl.a. [5] Sender programmets indstillingsmuligheder Et klik i "1kHz tone" vil erstatte mikrofonen med en 1 khz tone, som er velegnet til indstilling af senderen. I FM mode afgiver tonen et frekvenssving på 2.5kHz, og i AM giver den 100 % modulation. Sættes der hak i "Auto Mike Gain", så vil mikrofonforstærkningen stige til det maksimale niveau. Dette kan være praktisk når taleniveauet ændres meget, men kan også være generende. Det er muligt at "fryse" et bestemt taleniveau når man fjerner hakket i "Auto Mike Gain" igen, mens man taler normalt i mikrofonen. Clipper db Denne funktion fungerer kun ved SSB. Funktionen svarer til det man i en kommercielle transceivere kalder "Speech processor". Den øger læsbarheden hos modparten på små signaler, men det sker på bekostning af lidt forvrængning når signalet modtages med stor styrke, men vil ikke forårsage splatter. db tallet, der indskrives i feltet, angiver det gain, der tilføres klipperen. Er man interesseret i at anvende FM eller AM modulation, skal man være klar over at et lydkortbaseret system ikke kan udsende en bærebølge på centerfrekvensen. Det kan der dog OZ Oktober

8 kompenseres for i programmet ved enten at flytte bærebølgen nogen hundrede Hz fra centerfrekvensen, hvilket næppe er mærkbart i praksis, eller indsætte en "undertone" bærebølge. Vælger man at flytte bærebølgen, skal frekvensforskydningen være mindst 50 Hz. Man kan f.eks. indskrive 150Hz i "Offset Frequency Hz" vinduet og fjerne hakket i "Carrier Bias Tone". Dermed må man så acceptere at man nu flytter HF outputfrekvensen 150 Hz i forhold til den oprindelige centerfrekvens. Vælger man at indsætte en "undertone" så er der ingen frekvensforskydning og tonen er valgt således, at den ikke er hørbar selv når der ikke tales i mikrofonen, og ellers fungerer modulationen som i enhver anden sender. Dog skal man sikre en ensartet frekvensgang i hele opstillingen ned til 67 Hz. Nærmere detaljer omkring FM og AM og programmet i øvrigt findes på [10] Afsluttende bemærkninger Som nævnt i indledningen har senderen været efterspurgt bl.a. ved mine SDR-foredrag rundt i landets afdelinger, og det glæder mig at kunne yde mit bidrage til at den eksperimenterende og selvbyggende radioamatør stadig følger den udvikling der sker indenfor kommunikation med at kombinere computer og amatørradio, ikke mindst til fremme af vores hobby blandt unge computerfreaks. Konstruktion er et lille overkommeligt byggeprojekt som alle kan deltage i, En historie om, hvad der kan ske i er gammelt vandværk - eller OZ7IGYs viceværts efterårsmorgen. I går blev jeg kontaktet af en forbipasserende til IGYhuset. Han fortalte at der løb vand fra huset og ned på vejen. Det lød foruroligende, så jeg rykkede straks ud for at kunne konstatere, at dykpumpen i tanken under vores gulv var forstoppet af okker. Da det var sent på dagen udsatte jeg rep. til i dag, torsdag. Op med solen,-- hvilken pragtfuld morgen med krystalklart vejr,- godt nok lidty koldt om næsen, men absolut pragtfuld. Der var så lige en pumpe der skulle renses, men da bilen skulle lånes ud til et af børnene i weekenden, blev den støvsuget og renset indvendigt, hvorefter den fik en tur i vasketunnelen med voks og hele dynen. Så kunne jeg køre på bjerget. Af gammel vane, og da jeg medbragte reservepumpe og andet grej, kørte jeg selvfølgelig ind på marken ved siden af huset. I samme øjeblik bilen forlod vejen, var jeg klar over, at jeg havde lavet dagens første store brøler. Det sagde bare SVUP,- og så hang jeg i mudder op til hjulnavene. Marken var gennemvædet af et par tusind liter vand, der havde forladt bassinet ud over kanten og ned over marken. Bilen så ud som den ikke havde været vasket siden fødselen, og da jeg steg ud af den, følte jeg en meget våd og kold fornemmelse i mine fødder. OZ spot og det er velegnet som byggeprojekt i en lokalafdeling. En tak til EDR Sønderborg afdelings byggehold som har tilbudt ætsning og boring af printpladen, hvis nogen ikke selv har mod på dette [9]. Har du i øvrigt spørgsmål, så er min adresse: kwag@webspeed.dk Litteratur og yderligere information [1] OZ nr. 6/ nr.11/2007 eller på [2] OZ nr. 2/2006. [3] RADCOM nr. 2/2008 [4] OZ nr. 7/ /2006 eller på [5] OZ nr. 5/1998, Funkamateur nr.7/2008, nr7/ [9] Printpladen - Sønderborg afdeling, henv. OZ1IKW Tlf eller OZ1IKW@qrz.dk [10] G3PLX : - klik på filen "SDRtxr.zip" [11] Rocky: Komponent indkøbsmuligheder: Vejle RC elektronik: QTEL - (bl.a. MC1496 ) : Segor electronics: Funkamateur online-shop: Hari - Amidon kerner: OZ Vand- og mudderstanden rakte godt op over mine træsko - og jeg siger jer - det var ikke varmt vand. Well,-- efter at have fået pumpen i gang igen så den kunne tømme de ca liter vand ud fra husets tank og det tilhørende udendørs bassin, måtte jeg finde en løsning på at komme tilbage på Slettebjergvej. Et enkelt forsøg på at komme fri ved egen kraft resulterede bare i at nu var hele bilen mudret til. Heldigvis har vi jo et godt forhold til Carsten nede på gården, så efter at have kontaktet ham,-- med tilhørende grinepauser, stillede han fluks en traktor med mandskab til rådighed. Hvad kan man så udlede af det? Lad være at køre til OZ7IGY uden uldne sokker og med renvasket bil. Dette til advarsel, hvis nogen har tænkt sig at køre herned indenfor den næste uger (uden regn). Parker KUN på vores autoriserede P-plads ved bænkebordet,-- med mindre i er i 4-hjuls trækker med mudderdæk eller selv medbringer traktor og slæbetov, hhv. Falck-abonnement. Da der også har været et lag vand inde i huset har jeg tømt det for måtter, som hænger til tørre her på QTHen. Tænk at en mindre oversvømmelse skulle ramme os,- her 92 meter over normalnul. VY 73 og godt efterår. OZ2UD, Ernst 516 OZ Oktober 2008