 |
|
|
SDR… in 120 de minute
Asa sa fie oare? Este adevarat ca nivelul de sofisticare al transceiverelor industriale pentru amatori a ajuns astazi la cote greu de atins de catre un constructor amator insa cu toate astea exista destule exemple de realizari ale radioamatorilor, capabile sa atinga performante tehnice mai mult decat decente.
Transceiverul T03DSP realizat de Oleg Skydan-UR3IQO sau mai nou, STAR 10 realizat de Cornel Drentea-KW7CD, depasesc in multe privinte specificatiile celor mai bune receptoare produse de Yaesu sau Icom. Ambele sunt realizate folosind tehnici mai mult sau mai putin clasice, insa trebuie spus ca sunt folosite componente (in special pentru STAR10) care nu sunt accesibile radioamatorilor obisnuiti. In plus, necesita o aparatura de masura, precum si cunostinte tehnice ce depasesc copios posibilitatile radioamatorului mediu.
Poate, totusi, un radioamator cu mijloace tehnice mai reduse, sa construiasca un receptor care sa rivalizeze cu un echipament industrial? Fara indoiala ca da!!!
Folosirea conceptului SDR permite reducerea drastica a complexitatii schemei folosite, o buna parte din etajele clasice folosite intr-un receptor fiind preluate de software. In fapt, radioul in sine se transforma intr-un periferic pentru un calculator PC. In acest fel, chiar si un receptor extrem de simplu, poate ajunge sa aiba facilitati sau functii intalnite doar la cele mai scumpe transceivere. In precedentele articole scrise de mine pe aceata tema, a fost mentionat ca un echipament simplu SDR, poate fi facut cu ajutorul unui calculator PC, o placa de sunet si un receptor IQ.
Evident, scepticii vor spune ca pentru a construi asa ceva trebuie consumat foarte mult timp, trebuie folosite piese scumpe sau dificil de gasit. Nu este catusi de putin asa!
Sunt necesare doar cateva componente, doua resturi de cablaj imprimat (care va fi folosit doar ca suport si plan de masa !!!), o sursa de alimentare de 12V si un calculator PC din clasa PIII sau PIV. Pentru rezultate optime, este insa necesara o antena acordata in banda de 7MHz.
Pentru cei mai multi radioamatori, insa, accesul simplu si rapid la conceptul SDR se poate face cu ajutorul unui calculator PC si al unei cartele de sunet. Aceasta persupune conversia semnalului de RF, in banda de frecventa ce poate fi "vazuta" de o cartela de sunet. Pentru aplicatiile simple, se foloseste metoda conversiei directe. De remarcat ca la aplicatiile mai pretentioase, se evita folosirea asa numitei Zero-IF, din cauza zgomotului 1/f (deranjant la frecvente foarte joase) precum si a brumului de retea. Se prefera, in schimb, folosirea conceptului Near-Zero-IF, ce presupune folosirea unei frecvente intermediare joase, de 8-15KHz, care evita zgomotul 1/f ca si alte zgomote cu frecventa foarte joasa. Este clar ca, denumirea de "conversie directa" este improprie, in acest caz. Practic, in acest fel se ajunge la o superheterodina, la care ultima schimbare de frecventa se face in software. Aceasta este metoda folosita in cunoscutul SDR1000, mai noul Felx5000, noile telefoane celulare, ca si in numeroase echipamente profesionale.
Receptorul prezentat in continuare, foloseste un demodulator in cuadratura I&Q, ce furnizeaza la iesire semnale de frecventa joasa, ce pot fi prelucrate de o cartela de sunet. Avand acces la semnalele I&Q, calculatorul (prin software-ul folosit) asigura mixarea semnalelor, defazarea si reconstituirea lateralei dorite a semnalului, ca si inlaturarea frecventelor imagine. Se asigura, apoi, toate functiunile uzuale dintr-un receptor de clasa:
De mentionat ca, ultima functiune amintita, panadapterul, poate parea la inceput mai mult deranjant decat util. Fundamentalistii, vor spune, poate, ca asa cum au acordat receptorul timp de 70 de ani, vazand doar scala (si uneori nici atat..) o asemenea functie este inutila…. Cum nu se poate mai eronat dar, din pacate mi-a fost dat sa aud asemenea pareri! (istoria cu vulpea si strugurii???) Dupa perioada initiala de acomodare, panadapterul devine un instrument indispensabil, pentru ca adauga o noua dimensiune la perceptia auditiva, cea vizuala! Odata facut pasul si acomodarea, e greu de revenit la "clasic". Faptul ca poti vedea instantaneu ce se intampla pe 48KHz sau 400KHz de banda, este unul dintre atributele majore ale noilor echipamente SDR!
Schema bloc este prezentata in figura 1. Se observa ca e vorba de un receptor I&Q, ce foloseste metoda defazajului pentru rejectia frecventei imagine. Iesirile I&Q sunt conectate cu ajutorul unui cablu standard stereo, la intrarea Line In a cartelei de sunet a calculatorului PC. Flosind un program adecvat, gen Rocky, PowerSDR sau Winrad, putem avea acces la 48KHz de banda (24KHz de fiecare parte a frecventei cristalului) daca se foloseste o cartela de sunet cu esantionare de 48KHz sau 96KHz pentru o cartela cu esantionare de 96KHz. Acordul pe frecventa dorita, in cadrul benzii vazute de cartela de sunet, se face exclusiv in software. In acest fel avem acces la toate functiile disponibile intr-un receptor modern, folosind un hardware minimal.
La un receptor SDR, defazajul cu 90 grade in joasa frecventa este asigurat in software, folosind o simpla transformata Hilbert. Virtual, nu exista erori de faza sau de amplitudine! In plus, erorile de faza si amplitudine ale semnalelor initiale I&Q (se inglobeaza aici si erorile de faza si amplitudine ale cartelei de sunet), pot fi compensate cu rezolutii mai bune de 1/1000 de dB sau grad, ceea ce asigura in final, o rejectie a imaginii ce poate depasi 90dB. Limitarea este data practic de deriva termica in timp a condensatorilor si miezului magnetic din circuitul de defazare cu 90 grade din RF, limitare ce poate fi depasita in buna masura, daca se foloseste un circuit de defazare digital. Avand in vedere banda de frecventa relativ ingusta, pentru acest receptor, rejectia imaginii poate fi pastrata practic constanta pe cei 48KHz (sau 96KHz) de banda vazuta (daca se foloseste o cartela de sunet de calitate).
Nu trebuie uitat un lucru esential cand e vorba de tehnologia SDR, multe din imperfectiunile hardware-ului pot fi corectate in soft!
Lucrurile sunt mult mai complicate la un receptor de banda larga, ce poate acoperi cateva octave in frecventa, chiar daca defazajul in RF este realizat digital. Daca calibrarea se face doar pentru o singura frecventa, la distanta de o octava apare in mod evident o degradare a rejectiei lateralei nedorite. Oricum, chiar si in cel mai defavorabil caz (de obicei la frecventa maxima), rejectia nu e mai slaba de 50-60dB. Lucrurile stau cu totul altfel, daca calibrarea se muta din domeniul timp in domeniul frecventa, in acest mod este posibil sa se obtina aceeasi rejectie indiferent de frecventa!
Doua dintre cele mai populare aplicatii software folosite in conjunctie cu receptoarele I&Q, sunt Rocky si PowerSDR. Cele doua programe folosesc metode diferite pentru compensarea si calibrarea erorilor de faza:
Schema electrica a receptorului este prezentata in fig.2.
Dezideratul principal a fost, de aceasta data, simplitatea si ca atare, unele performante tehnice au fost neglijate si nu toate solutiile adopate au fost optime. Chiar si asa insa, rezultatele sunt mai mult decat surprinzatoare!
Semnalul de la antena este aplicat unui filtru dublu acordat. T7 si T8 in versiunea realizata practica, sunt pe toruri de ferita, iar C7 si C8 este de fapt un condensator variabil dublu. Semnalul RF este apoi aplicat unui spliter realizat cu transformatorul T5. R1 asigura imbunatatirera izolarii intre cele doua porturi de iesire. Se observa folosirea a doua mixere in inel clasice, realizate cu diode 1N4148. Semnalul de joasa frecventa este preluat de la iesirea celor doua mixere prin intermediul unor simple filtre RC.
Deafazorul de 90 grade realizat cu T6, C5, C6 si R6, asigura defazarea semnalului din LO. Este important ca diferenta de amplitudine intre cele doua semnale defazate sa fie cat mai redusa. La fel eroarea diferentei de faza fata de 90 grade, sa fie cat mai redusa. Eventualele erori reziduale de faza si amplitudine se pot corecta in software.
Daca se doreste intercalarea unui amplificator de RF intre filtrul de intrare si spliter, trebuie tinut cont de faptul ca impedanta de intrare in spliter este de 25 ohmi.
Pierderile de reflexie masurate la intrarea de antena sunt de cca. RL=6dB, ceea ce indica o adaptarea a impedantelor nu tocmai corecta, insa pentru aceasta aplicatie e acceptabil.
Q1 este oscilatorul, in timp ce Q2 este pe post de buffer si amplificator. Schema este clasica. Iesirea semnalului se face printr-o transformare de impedanta cu TR1. Trafo TR1 este realizat pe un tor de ferita, bobinat cu trei fire torsadate. Inceputul infasurarilor este notat pe schema, pentru fazarea corecta la realizarea practica. Aplicarea semnalului, la placa cu mixerele in inel, se face printr-un cablu coaxial subtire (RG174, RG178, RG316,…), conectand LO-OUT cu LO-IN.
Fara indoiala ca e posibil ca receptorul prezentat sa fie imbunatatit:
1. Folosirea de diode Schottky poate reduce pierderile in mixere cu cca. 2dB fata de diodele 1N4148, deci implicit cresterea sensibilitatii cu aceasi valoare.
O schema chiar mai simpla decat cea discutata aici, a fost prezentata in cartea "Radioreceptoare". Acolo se foloseste un mixer subarmonic, care necesita ca frecventa oscilatorului local sa fie egala cu jumatate din frecventa semnalului receptionat. De mentionat ca, desi mai simplu de realizat, mixerul subarmonic folosit in schema respectiva are performante la intermodulatie, cat si atenuarea de conversie, mai slabe decat mixerul in inel folosit in acest articol.
Partea principala o reprezinta constructia celor doua mixere in inel. Constructia in sine este foarte usoara, insa pentru un incepator care nu a mai realizat asa ceva, am prezentat pas cu pas modul de realizare practica.
Se incepe cu constructia celor 4 transformatoare RF identice.
Se foloseste o mica bucata de cablaj imprimat dublu placat pentru a plasa mixerul astfel realizat, impreuna cu filtrul RC de iesire. De remarcat ca fata si spatele cablajului se unesc, cositorind fire de cupru la margine, in cel putin patru locuri, pentru a asigura o masa continua pe ambele fete.
Se trece apoi la realizarea circuitului defazor cu 90 grade, prin care se injecteaza semnalul de la LO in cele doua mixere. Se observa, in poza, ca in lipsa unui rezistor de 50 de ohmi, am conectat doua rezistente de 100ohmi in paralel. La fel si condensatoarele de 220pF, le-am realizat din cate doua condensatoare in paralel, in lipsa valorii corecte. Condensatorii folositi de mine au fost cu mica, insa se pot folosi la fel de bine si condensatori NPO multistart sau ceramici cu coeficient termic redus (eventual styro).
Se conecteaza toate subansamblele
Am folosit un circuit dublu acordat, care asigura o selectivitate buna. Bobinele sunt realizate pe toruri de ferita identice. Numarul de spire nu este critic. Torurile folosite sunt de tip F4-20x10x10, ICE, cu punct alb, ce asigura o inductanta specifica de cca. 100nH/sp2. Infasurarea acordata are 9sp, CuEm 0.5mm (sau izolata cu PVC ca in figura), iar infasurarea de cuplaj are 3sp. Condensatorul variabil folosit pentru acord provine de la un radioreceptor vechi, (probabil) Mamaia si are 4 sectiuni. Pentru ca sectiunile cu capacitate mare (pentru AM) nu au valori egale, am conectat in paralel cu sectiunea mai mica de AM si o sectiune de UUS. Condensatorul se acorda pe maxim de semnal la receptie.
Nu este neaparat cea mai buna solutie, insa Q-ul mare al inductantelor (>200), asigura o selectivitate suficient de buna. Banda de trecere rezultata (la 3dB) este de cca. 250KHz.
In lipsa torurilor de acest fel, se pot face si bobine fara miez magnetic, bobinand cca. 30sp pe o carcasa de 8mm diametru (un pix) CuEm 0.25mm. Cuplajul se poate face cu 4-5sp. bobinate la 2-3mm distanta de capatul rece al infasurarii acordate. In acest caz, este necesara pozitioarea celor doua bobine acordate la distanta, eventual la 90 de grade, pentru a limita cuplarea directa parazita si afectarea selectivitatii.
Piesa esentiala in acest oscilator o reprezinta cristalul de cuart pe 7050KHz sau pe frecventa apropiata. In lipsa, se poate incerca constructia unui oscilator variabil, cristalul putand fi substituit cu un circuit acordat paralel (bobina si condensator variabil). E necesar insa, in acest caz, sa avem acces la un frecventmetru, pentru controlul frecventei. In plus, stabilitatea astfel realizata nu va fi prea buna, datorita constructiei mecanice, in general neadecvate acestui scop, pentru ca orice soc mecanic va duce la deplasarea frecventei. Exista o multitudine de scheme ce pot fi folosite in aceasta privinta!
Conectarea subansamblelor:
Semnalul de iesire se conecteaza la placa de sunet a PC-ului printr-un cablu stereo, cu mufe de 3.5mm.
Se conecteaza apoi antena la receptor, se cupleaza cablul stereo la mufa de iesire a receptorului, se aplica tensiunea de alimentare si daca totul merge bine, pe ecran trebuie sa apara semnale ca in figura de mai jos.
Se acorda condensatorul variabil de pe circuitul de intrare pe maxim de semnal, dupa care se poate trece la receptie! Se pot observa in figura de mai sus un numar de semnale telegrafice si un semnal SSB pe eranului panadapter-ului. Se recomanda folosirea AGC-ului (se apasa pe icon-ul cu triunghiul verde), pentru compensarea automata a amplificarii.
Este utila consultarea documentatiei programului, pentru mai multe detalii legate de facilitatile lui. Rocky1.5 asigura calibrarea automata a fazei si amplitudinii semnalului la intrarile I/Q. Autocalibrarea se face cu ajutorul semnalelor din banda. Daca nu au fost facute greseli in schema si in special in circuitul de defazare, daca se deschide meniul I/Q Balance din Tools, trebuie sa vedem corectia I&Q dinamica, ca in figura de mai jos:
Rocky se poate descarca de pe site-ul: http://www.dxatlas.com/Rocky/, iar varianta cea mai noua este 3.32.
Pentru a beneficia de toate facilitatile disponibile intr-un receptor modern se poate folosi si programul PowerSDR. In acest caz insa, este necesara calibrarea rejectiei lateralei nedorite, prin injectarea unui semnal de test la intrare, cu amplitudine cunoscuta. Folosind atat calibrarea automata cat si eventuale usoare corectii manuale, se ajunge usor la rejectii de peste 80-90dB (practic imaginea este redusa sub pragul de zgomot). Programul PowerSDR este mult mai complex si ofera functii de Noise Blanker, Noise Reduction sau Auto Notch Filter, precum si un receptor auxiliar.
De mentionat ca, in meniul Setup, trebuie selectat la rubrica "Radio Model": Soft Rock 40!
Asa cum este acum, programul PowerSDR nu poate folosi cartele de sunet care nu efectueaza prelucrarea simultana a semnalelor I&Q (nu are nici o posibilitate de compensare pentru defazajul introdus suplimentar de esantionarea asincrona), ceea ce limiteaza oarecum numarul de cartele de sunet ce pot fi folosite cu acest program. A fost insa creata o versiune a acestui program de catre PE1NNZ (http://powersdr-sr40.sourceforge.net/ ), care permite corectarea esantionarii cu 1-4 esantioane, ceea ce ar trebui sa asigure posibilitatea folosirii la receptie a oricarei cartele de sunet, fara probleme. Aceeasi facilitate a aparut recent si in ultima versiune a programului Winrad!
In articolele precedente despre SDR, am mai abordat problema cartelelor de sunet folosite pentru aceasta aplicatie. Pentru inceput, chiar si placile de baza cu sunetul inclus se pot folosi cu succes. Pentru performante mai bune insa, este necesar sa se utilizeze o cartela de sunet de calitate.
Se pot folosi cu certitudine si alte scheme, ce asigura performante cu mult mai mari, insa nu pe tipul de "cablaj" folosit pentru acest montaj si nu cu aceste componete simple… Performantele in ceea ce priveste gama dinamica si in special intermodulatiile, se pot "impinge" astazi la valori, la care paradoxal, dominante incep sa fie intermodulatiile in torurile de ferita ale mixerelor sau circuitelor de intrare si nu in elementele active. De asemenea performantele cerute in ceea ce priveste zgomotul de faza al oscilatoarelor au trebuit sa fie impins catre limitele tehnologice, pentru a se putea exploata din plin perfomantele la intermodulatie ale noilor tipuri de mixere. Mixerele H-Mode sunt poate un bun exemplu in aceasta directie, iar studiile intensive facute de Colin Horrabin-G3SBI (creatorul acestui mixer), Sergio Cartoceti-IK4AUY si in special Martein Bakker-PA3AKE, demonstreaza cu prisosinta acest lucru. La fel si in cazul mixerului Tayloe, in care intermodulatiile in condensatorul de esantionare pot fi un element limitativ (condensatoarele cu dielectric X7R si in special Y5V sunt notorii in aceasta privinta).
Pot pune la dispozitia doritorilor, prin email, cateva fisiere de sunet in format I&Q ce pot fi redate cu Rocky (in mod player), ce contin primele receptii facute cu acest receptor in banda de 7MHz. Cateva imagini (si sunet!) cu un SDR in functiune, ce foloseste softul Rocky pot fi vazute pe: http://www.youtube.com/watch?v=bcPIXyzC9sM&feature=related.
Pentru un radioamator "cu vechime", componentele folosite in acest receptor pot fi gasite cu usurinta in cutia cu vechituri…. Si ma refer in primul rand la toruri de ferita sau cristale de cuart. Nu la fel de usor este insa pentru incepatori. Sfatul meu pentru acestia este sa abordeze frontal unul sau mai multi dintre cei "vechi" si sunt convins ca va primi ajutor pentru aceasta cauza nobila!
Satisfactia de a folosi ceva la care ti-ai adus propria contributie, fie ca e vorba de un echipament, fie de experimentarea unui nou mod de lucru, este greu de egalat si la urma urmei este unul dintre lucrurile care fac diferenta esentiala intre radioamatorism si cei care folosesc CB-ul, soferii de taxi sau camion …
Articolul a fost dedicat in primul rand incepatorilor, insa cred ca poate fi util si celor care nu au mai pus mana de multa vreme pe ciocanul de lipit… Cu siguranta, radioamatorii pot realiza mai mult decat antene dipol, iar transceiverele SDR realizate la Iasi o dovedesc!
In speranta ca veti putea gasi doua ore pentru a realiza acest montaj simplu, care va poate deschide calea spre lumea SDR, va urez satisfactie deplina si sa va mearga "din prima"!
Articol aparut la 9-2-2008 43835 Inapoi la inceputul articolului | |||||||||||||||||||||
|
Comentariul trebuie sa se refere la continutul articolului. Mesajele anonime, cele scrise sub falsa identitate, precum si cele care contin (fara a se limita la) atac la persoana, injurii, jigniri, expresii obscene vor fi sterse iar dupa caz se va ridica dreptul de a posta comentarii.
| |||||
Opiniile exprimate în articole pe acest site aparţin autorilor şi nu reflectă neapărat punctul de vedere al redacţiei.
|
Copyright © Radioamator.ro. Toate drepturile rezervate. All rights reserved
Articole | Concursuri | Mica Publicitate | Forum YO | Pagini YO | Call Book | Diverse | Regulamentul portalului | Contact |
