Ciekawe, że podczas prawie globalnego zasięgu bezprzewodowej łączności telefonicznej oraz powszechnego wykorzystania komunikatorów, wciąż znajdują się konstruktorzy pracujący nad odbiornikami i nadajnikami krótkofalowymi dla amatorskiego użytku. Obecnie są to w większości urządzenia cyfrowe, bazujące przeważnie na technologiach SDR (Software-defined radio).
Nowy projekt SDR: konstrukcja Dmitri Rudnev'a
Mimo że tych projektów jest całkiem sporo, rosyjski radioamator Dmitri Rudnev zdecydował się na opracowanie kolejnego, który jego zdaniem będzie miał pewne zalety wobec istniejących. Najpierw zwrócił on uwagę na to, że większość popularnych SDR odbiorników (oraz nadajników) ma wspólne cechy.
Są to:
1. Wykorzystanie obwodu Tayloe jako miksera;
2. Brak przestrajanego lokalnego oscylatora (VFO) w najprostszych rozwiązaniach;
3. W skomplikowanych lokalny oscylator VFO, oparty na jakimś zintegrowanym syntezatorze częstotliwości, jest sterowany protokołem innym niż CAT;
4. Wykorzystanie komputerowej karty dźwiękowej do przetwarzania sygnału AF;
5. Zasilanie od zewnętrznego zasilacza o napięciu 12 V.
Szczególnie warto zwrócić uwagę na konstrukcje amerykańskiego radioamatora Tony’ego Parksa (KB9YIG), takie jak odbiornik SoftRock Ensemble RX II SDR i opracowany na jego podstawie transceiver SoftRock Ensemble RXTX SDR.
Nie mniej udany był projekt innego amerykańskiego radioamatora, Davida Turnbulla (AE9RB). Jego transceiver Peaberry SDR V2 SDR pod wieloma względami naśladował rozwiązania odbiornika SoftRock. Do pracy z Peaberry SDR V2 wymagany był także komputer z oprogramowaniem HDSDR, ale karta dźwiękowa USB była już zainstalowana na płytce transceivera.
Więc Dmitri zdecydował się opracować odbiornik SDR (ewentualnie może być transceiverem, wystarczy podłączyć wzmacniacz RF) pozbawiony tych wad. W ten sposób powstał projekt: „Selenit”.
Głównym problemem przy tworzeniu odbiornika transceivera w ramach projektu było to, że proste radia SDR współpracujące z kartą dźwiękową wymagają, aby komputer, do którego są podłączone, posiadał dwukanałowe (stereofoniczne) wejścia i wyjścia do obsługi toru nadawczego i odbiorczego oraz port COM do obsługi interfejsu CAT. W nowoczesnych laptopach wejście audio jest zwykle przeznaczone do podpięcia mikrofonu od zestawu słuchawkowego i jest wyłącznie monofoniczne.
Rozwiązaniem tego mankamentu była implementacja kompozytowego urządzenia USB składającego się z wirtualnego portu COM oraz dupleksowej karty dźwiękowej. Jest to główna cecha wyróżniająca ten projekt na tle większości innych konstrukcji radioamatorskich.
Charakterystyka konstrukcji
Początkowo w przedsięwzięciu wykorzystano niedrogą płytkę rozwojową z mikrokontrolerem STM32F103RET6. Udało się wdrożyć prawie wszystkie oryginalne pomysły, z wyjątkiem karty dźwiękowej USB.
Jednak ostatecznie wybór padł na płytkę Black Pill opartą na mikrokontrolerze STM32F411CEU6. Ten scalak idealnie wpisuje się w koncepcję: niedrogi, wydajny, z wystarczającą liczbą pinów i dość miniaturowy. Oprogramowanie zostało zmodyfikowane pod kątem tego mikrokontrolera i nadal z powodzeniem pracuje w projekcie.
Powyższy rysunek przedstawia wygląd obwodu drukowanego o numerze seryjnym 230004 transceivera Selenite Lite SDR bez elementów sterujących i wyświetlacza zainstalowanych na płytce. W porównaniu z poprzednim zdjęciem postęp widać gołym okiem.
Transceiver opracowany w ramach projektu z aktualną wersją oprogramowania współpracuje z programem HDSDR. Aby zapewnić funkcjonalność transmisji, program musi zawierać bibliotekę ExtIO_SRlite.dll.
Komunikację HDSDR z płytką nadawczo-odbiorczą poprzez interfejs CAT zapewnia program Omni-Rig. Jako transceiver Selenite Lite do komunikacji z komputerem wykorzystuje ograniczony zestaw poleceń Yaesu FT-817.
Po podłączeniu do komputera przez USB transceiver definiuje się jako wirtualny port COM (w tym przypadku jest to COM10) i dwukanałowe, dwukierunkowe, 16-bitowe urządzenie audio: „Selenite TRX” o częstotliwości próbkowania 96 kHz.
Aby uniknąć plątaniny wirtualnych kabli audio, konfiguracja pokazana na powyższym rysunku wykorzystuje głośniki i mikrofon z laptopa.
Na powyższym screenshocie można obserwować nadanie głosu na częstotliwości 9995 kHz w dolnym paśmie bocznym. Odbiornik testowy SoftRock Ensemble RX II jest dostrojony do 9995 kHz i odbiera sygnały RWM w górnym paśmie bocznym oraz transmisję sygnału głosowego z debugowanej płyty nadawczo-odbiorczej w dolnym paśmie bocznym. Sygnał jest wystarczającej jakości: nie ma przesunięcia częstotliwości, nie widać nośnej, nie ma też: „lustrzanego” kanału transmisyjnego.
Mikser odbiornika jest opracowany na podstawie klasycznego schematu Tayloe oraz zawiera dwa układy scalone: multiplekser typu SN74CBTLV3253PW i podwójny wzmacniacz operacyjny typu DA1 TS972IDT. Napięcie zasilania układów scalonych wynosi +3,3 V.
Zasada działania
Sygnał częstotliwości radiowej (RF) z szerokopasmowego transformatora TR1 jest dostarczany do wejść 1a i 2A z odstępem fazy o 90°. Przełączanie kanałów multipleksera jest wykonane przez kwadraturowe sygnały od heterodyny, dostarczane na wejścia S0 i S1. Gdy odstęp sygnału F_Q wynosi 90°, faza z sygnału F_I do wejść górnej części zgodnie z obwodem OS zapewni sygnały z przesunięciem fazowym o 0° i 180° w stosunku do fazy sygnału RF na wejściu miksera i do wejść dolnego OU – 90° i 270°. W rezultacie na wyjściach OS sygnały częstotliwości dźwięku (AF) są przesunięte w fazie względem siebie o 90°.
Dokładny opis zasad działania tego miksera jest przedstawiony w różnych źródłach. Np. Dan Tayloe: „Ultra Low Noise, High Performance, Zero IF Quadrature Product Detector and Preamplifier”.
Wadą najprostszych odbiorników SDR jest słaba odporność na zakłócenia sygnałów z częstotliwością poza pasmem odbioru. Dlatego autor zdecydował się na stosowanie układu filtrów pasmowych, którego nie posiadają np. odbiorniki typu SDR-RTL (Dongle). W tym przypadku filtr wejściowy zawiera zespół na cztery pasma z częstotliwością przepustową w zakresach: 1,5-4, 4-8, 8-16 i 16-32 MHZ. Przełączenie tych pasm odbywa się za pomocą multipleksera/demultipleksera SN74CBTLV3253PW. Aby ten normalnie pracował z sygnałem analogowym, na jego wejścia jest podawane napięcie odchylenia poprzez dzielniki. Jak można zauważyć, filtry są dość szerokopasmowe. W tym przypadku to nie szkodzi, bo ich celem nie jest tłumienie kanału lustrzanego.
Budowa i funkcjonalność
Kolejny układ zapewniający pracę odbiornika to syntezator częstotliwości realizowany na si5351. Na jego wyjściach CLK0 i CLK1 można odzyskać sygnały z pożądaną częstotliwością i przesuniętymi w fazie o 90° dla poprawnej pracy miksera. Ten sam układ służy w tym do taktowania mikrokontrolera (24576 kHz na CLK2). Trzeba pamiętać, że syntezatory częstotliwości typu PLL produkują dużo zakłóceń. Dlatego ich zasilanie lepiej zapewnić przez dławik.
Minimalny zestaw odbiornika zawiera obwód syntezatora, mikrokontroler STM32F411CEU6 oraz obwód obróbki dźwięku na układzie scalonym TLV320AIC3104IRHB. Obwody dla wszystkich tych układów są całkowicie standardowe. Wymiana strumieni audio pomiędzy MCU a kodekiem odbywa się poprzez interfejs I2S2, a sterowanie kodekiem i syntezatorem poprzez I2C3. Przełączanie filtrów pasmowych ma miejsce przy użyciu sygnałów S1 i S2. Przełączanie pomiędzy trybem odbioru i nadawania odbywa się za pomocą sygnałów TX, QSE_EN i QSD_EN.
Opracowana przez autora płytka zawiera kilka złączy do podłączenia wyświetlacza HL1 typu TFT, enkodera S6 oraz przycisków S1-S5.
Cała dokumentacja znajduje się na GITHUB pod linkiem: https://github.com/dmitrii-rudnev/selenite-lite
Źródło: https://habr.com/ru/companies/ruvds/articles/769872/
Nowy projekt SDR: konstrukcja Dmitri Rudnev'a
Mimo że tych projektów jest całkiem sporo, rosyjski radioamator Dmitri Rudnev zdecydował się na opracowanie kolejnego, który jego zdaniem będzie miał pewne zalety wobec istniejących. Najpierw zwrócił on uwagę na to, że większość popularnych SDR odbiorników (oraz nadajników) ma wspólne cechy.
Są to:
1. Wykorzystanie obwodu Tayloe jako miksera;
2. Brak przestrajanego lokalnego oscylatora (VFO) w najprostszych rozwiązaniach;
3. W skomplikowanych lokalny oscylator VFO, oparty na jakimś zintegrowanym syntezatorze częstotliwości, jest sterowany protokołem innym niż CAT;
4. Wykorzystanie komputerowej karty dźwiękowej do przetwarzania sygnału AF;
5. Zasilanie od zewnętrznego zasilacza o napięciu 12 V.
Szczególnie warto zwrócić uwagę na konstrukcje amerykańskiego radioamatora Tony’ego Parksa (KB9YIG), takie jak odbiornik SoftRock Ensemble RX II SDR i opracowany na jego podstawie transceiver SoftRock Ensemble RXTX SDR.
Nie mniej udany był projekt innego amerykańskiego radioamatora, Davida Turnbulla (AE9RB). Jego transceiver Peaberry SDR V2 SDR pod wieloma względami naśladował rozwiązania odbiornika SoftRock. Do pracy z Peaberry SDR V2 wymagany był także komputer z oprogramowaniem HDSDR, ale karta dźwiękowa USB była już zainstalowana na płytce transceivera.
Więc Dmitri zdecydował się opracować odbiornik SDR (ewentualnie może być transceiverem, wystarczy podłączyć wzmacniacz RF) pozbawiony tych wad. W ten sposób powstał projekt: „Selenit”.
Głównym problemem przy tworzeniu odbiornika transceivera w ramach projektu było to, że proste radia SDR współpracujące z kartą dźwiękową wymagają, aby komputer, do którego są podłączone, posiadał dwukanałowe (stereofoniczne) wejścia i wyjścia do obsługi toru nadawczego i odbiorczego oraz port COM do obsługi interfejsu CAT. W nowoczesnych laptopach wejście audio jest zwykle przeznaczone do podpięcia mikrofonu od zestawu słuchawkowego i jest wyłącznie monofoniczne.
Rozwiązaniem tego mankamentu była implementacja kompozytowego urządzenia USB składającego się z wirtualnego portu COM oraz dupleksowej karty dźwiękowej. Jest to główna cecha wyróżniająca ten projekt na tle większości innych konstrukcji radioamatorskich.
Charakterystyka konstrukcji
Początkowo w przedsięwzięciu wykorzystano niedrogą płytkę rozwojową z mikrokontrolerem STM32F103RET6. Udało się wdrożyć prawie wszystkie oryginalne pomysły, z wyjątkiem karty dźwiękowej USB.
Jednak ostatecznie wybór padł na płytkę Black Pill opartą na mikrokontrolerze STM32F411CEU6. Ten scalak idealnie wpisuje się w koncepcję: niedrogi, wydajny, z wystarczającą liczbą pinów i dość miniaturowy. Oprogramowanie zostało zmodyfikowane pod kątem tego mikrokontrolera i nadal z powodzeniem pracuje w projekcie.
Powyższy rysunek przedstawia wygląd obwodu drukowanego o numerze seryjnym 230004 transceivera Selenite Lite SDR bez elementów sterujących i wyświetlacza zainstalowanych na płytce. W porównaniu z poprzednim zdjęciem postęp widać gołym okiem.
Transceiver opracowany w ramach projektu z aktualną wersją oprogramowania współpracuje z programem HDSDR. Aby zapewnić funkcjonalność transmisji, program musi zawierać bibliotekę ExtIO_SRlite.dll.
Komunikację HDSDR z płytką nadawczo-odbiorczą poprzez interfejs CAT zapewnia program Omni-Rig. Jako transceiver Selenite Lite do komunikacji z komputerem wykorzystuje ograniczony zestaw poleceń Yaesu FT-817.
Po podłączeniu do komputera przez USB transceiver definiuje się jako wirtualny port COM (w tym przypadku jest to COM10) i dwukanałowe, dwukierunkowe, 16-bitowe urządzenie audio: „Selenite TRX” o częstotliwości próbkowania 96 kHz.
Aby uniknąć plątaniny wirtualnych kabli audio, konfiguracja pokazana na powyższym rysunku wykorzystuje głośniki i mikrofon z laptopa.
Na powyższym screenshocie można obserwować nadanie głosu na częstotliwości 9995 kHz w dolnym paśmie bocznym. Odbiornik testowy SoftRock Ensemble RX II jest dostrojony do 9995 kHz i odbiera sygnały RWM w górnym paśmie bocznym oraz transmisję sygnału głosowego z debugowanej płyty nadawczo-odbiorczej w dolnym paśmie bocznym. Sygnał jest wystarczającej jakości: nie ma przesunięcia częstotliwości, nie widać nośnej, nie ma też: „lustrzanego” kanału transmisyjnego.
Mikser odbiornika jest opracowany na podstawie klasycznego schematu Tayloe oraz zawiera dwa układy scalone: multiplekser typu SN74CBTLV3253PW i podwójny wzmacniacz operacyjny typu DA1 TS972IDT. Napięcie zasilania układów scalonych wynosi +3,3 V.
Schemat miksera.
Zasada działania
Sygnał częstotliwości radiowej (RF) z szerokopasmowego transformatora TR1 jest dostarczany do wejść 1a i 2A z odstępem fazy o 90°. Przełączanie kanałów multipleksera jest wykonane przez kwadraturowe sygnały od heterodyny, dostarczane na wejścia S0 i S1. Gdy odstęp sygnału F_Q wynosi 90°, faza z sygnału F_I do wejść górnej części zgodnie z obwodem OS zapewni sygnały z przesunięciem fazowym o 0° i 180° w stosunku do fazy sygnału RF na wejściu miksera i do wejść dolnego OU – 90° i 270°. W rezultacie na wyjściach OS sygnały częstotliwości dźwięku (AF) są przesunięte w fazie względem siebie o 90°.
Dokładny opis zasad działania tego miksera jest przedstawiony w różnych źródłach. Np. Dan Tayloe: „Ultra Low Noise, High Performance, Zero IF Quadrature Product Detector and Preamplifier”.
Wadą najprostszych odbiorników SDR jest słaba odporność na zakłócenia sygnałów z częstotliwością poza pasmem odbioru. Dlatego autor zdecydował się na stosowanie układu filtrów pasmowych, którego nie posiadają np. odbiorniki typu SDR-RTL (Dongle). W tym przypadku filtr wejściowy zawiera zespół na cztery pasma z częstotliwością przepustową w zakresach: 1,5-4, 4-8, 8-16 i 16-32 MHZ. Przełączenie tych pasm odbywa się za pomocą multipleksera/demultipleksera SN74CBTLV3253PW. Aby ten normalnie pracował z sygnałem analogowym, na jego wejścia jest podawane napięcie odchylenia poprzez dzielniki. Jak można zauważyć, filtry są dość szerokopasmowe. W tym przypadku to nie szkodzi, bo ich celem nie jest tłumienie kanału lustrzanego.
Budowa i funkcjonalność
Kolejny układ zapewniający pracę odbiornika to syntezator częstotliwości realizowany na si5351. Na jego wyjściach CLK0 i CLK1 można odzyskać sygnały z pożądaną częstotliwością i przesuniętymi w fazie o 90° dla poprawnej pracy miksera. Ten sam układ służy w tym do taktowania mikrokontrolera (24576 kHz na CLK2). Trzeba pamiętać, że syntezatory częstotliwości typu PLL produkują dużo zakłóceń. Dlatego ich zasilanie lepiej zapewnić przez dławik.
Minimalny zestaw odbiornika zawiera obwód syntezatora, mikrokontroler STM32F411CEU6 oraz obwód obróbki dźwięku na układzie scalonym TLV320AIC3104IRHB. Obwody dla wszystkich tych układów są całkowicie standardowe. Wymiana strumieni audio pomiędzy MCU a kodekiem odbywa się poprzez interfejs I2S2, a sterowanie kodekiem i syntezatorem poprzez I2C3. Przełączanie filtrów pasmowych ma miejsce przy użyciu sygnałów S1 i S2. Przełączanie pomiędzy trybem odbioru i nadawania odbywa się za pomocą sygnałów TX, QSE_EN i QSD_EN.
Opracowana przez autora płytka zawiera kilka złączy do podłączenia wyświetlacza HL1 typu TFT, enkodera S6 oraz przycisków S1-S5.
Cała dokumentacja znajduje się na GITHUB pod linkiem: https://github.com/dmitrii-rudnev/selenite-lite
Źródło: https://habr.com/ru/companies/ruvds/articles/769872/
Fajne? Ranking DIY
