Svetelektro.com

Svetelektro.com

Meno:
Heslo:

UHF SDR rádio

Kategória: VF technika | 10.04.2012 | Autor: zawin 

Realizácia SDR rádia pracujúceho v rozsahu 5 - 470 MHz s obvodmi LT5517 a SI570.

Úvod

Problematika SDR rádií ma zaujala natoľko ,že som sa rozhodol postaviť si vlastné SDR rádio. Chcel som, aby moje SDR mal široký frekvenčný rozsah a bolo s ním možné počúvať na väčšine rádioamatérskych pásmach vrátane 2m (144 MHz) a 70cm (432 MHz). Hlavným cieľom môjho projektu je použiť toto SDR rádio ako súčasť pozemnej stanice, ktorú plánujeme zrealizovať na pôde Žilinskej Univerzity. SDR by sa dalo zároveň streamovať aj pomocou internetu. Osobným cieľom v tomto projekte je zdokonaliť sa v návrhu plošných spojov pre VF techniku a prakticky si vyskúšať problematiku číslicového spracovania signálov.

Spracovanie signálov

V prijímači SDR sa často využíva z dôvodu lepšieho spracovania rozdelenie signálu na sufázovú (I) a kvadratúrnu zložku (Q). V praxi to vyzerá tak, že prijímaný signál zmiešame so signálom oscilátora v dvoch zmiešavačoch, pričom jeden z nich bude mať frekvenciu oscilátora posunutú o fázu 90°. Tým vytvoríme reálnu a imaginárnu časť signálu (obr. č.1). Vďaka tejto konverzii signálu možno potlačiť zrkadliace frekvencie a spracovať frekvencie nižšie ako frekvencia oscilátora.

Obr. č. 1 – Vytvorenie súfazovej(I) a kvadratúrnej(Q) zložky zo vstupného signálu


V tomto SDR rádiu sa súfázova (I) a kvadratúrna (Q) zložka privádza na vstup stereo zvukovej karty, ktorá slúži ako AD prevodník. Šírka pásma teda závisí od vzorkovacej frekvencie zvukovej karty. Samotné spracovanie signálu vrátane demodulácie sa deje až v obslužnom programe.

Bloková schéma

Na obr. č. 2 je zobrazená bloková schéma môjho SDR prijímača. Signál z antény putuje do I/Q demodulátora LT5517, kde sa zmieša s frekvenciou oscilátora a na výstupe sa vytvorí I a Q zložka signálu so šírkou pásma do 130MHz. Výstupný signál sa následne zosilní a vyfiltruje pomocou operačných zosilňovačov a putuje do stereo vstupu zvukovej karty. Programovateľný oscilátor SI570 je riadený cez I2C zbernicu a dokáže nastaviť výstupnú frekvenciu v rozsahu 10÷945 MHz. Tento oscilátor riadi mikropočítač ATTINY45, ktorý slúži zároveň aj ako interface s počítačom. Pre prácu s I/Q signálmi je potrebný stereo vstup zvukovej karty. Šírka pásma, ktorú dokážeme spracovať je daná vzorkovacou frekvenciou zvukovej karty. Toto SDR dokáže prijímať signály v rozsah 5÷472 MHz.

Obr. č.2 – Bloková schéma SDR prijímača


5 BLOKY SDR PRIJÍMAČA

5.1 IQ DEMODULÁTOR

Signál z antény sa pomocou vstupného transformátora zmení na diferenčný, ktorý sa privedie na vstup IQ demodulátora LT5517. Vo vnútri obvodu sa vstupný RF signál najskôr zosilní a následne sa zmieša v I a Q zmiešavači. Nežiadúce zložky signálu sa po zmiešaní odstránia v internom dolnopriepustnom filtri a ako diferenčné signály putujú na blok operačných zosilňovačov. Vstup aj výstup signálu je diferenčný, pretože vďaka tomu môžeme potlačiť súhlasné rušenia. Na vstup zmiešavača je potrebné privádzať dvojnásobnú frekvenciu oscilátora v porovnaní s prijímaným signálom, vzhľadom k tomu, aby sme vstupný signál dokázali zmiešať v dvoch zmiešavačoch, pričom jeden z nich sa zmieša s frekvenciou posunutou o fázu 90°.
V datasheete obvodu sa udáva že dokáže pracovať až od frekvencie 40 MHz, ja som však meraním zistil, že pracuje už od frekvencie pribl. 5 MHz.

Obr. č.3 – Bloková schéma obvodu LT5517 (prevzaté z datasheetu obvodu)


Špecifikácia obvodu:
Napájacie napätie: 5 V
Odoberaný prúd: 90 mA
Rozsah vstupných frekvencií: 40-900 MHz
Zisk obvodu: 0 – 3.3 dB
Šumové číslo: 12,4 dB
Výstupná šírka pásma – 130 MHz

5.2 PROGRAMOVATEĽNÝ OSCILÁTOR [2]

Programovateľný oscilátor SI570 zabezpečuje generovanie frekvencie s nízkym fázovým šumom pre zmiešavače. Výstupná frekvencia závisí od nastavenia vnútorných registrov, ktoré možno ovládať cez dvojvodičové I2C rozhranie. Výstupná frekvencia sa nastaví na základe naprogramovania DCO frekvencie (fDCO) a výstupných deličov (HS_DIV, N1). Výstupnú frekvenciu potom možno vypočítať podľa vzťahu:



Na obr. č.4 možno vidieť blokovú schému programovateľného oscilátora SI570.

Frekvenciu fDCO možno nastaviť pomocou 38-bitového registra v rozmedzí 4,85 – 5,67 GHz, pričom táto frekvencia je produktom vnútorného kryštálového oscilátora a RFREQ.

Frekvencia fDCO sa následne delí v závislosti od nastavania deličiek HSDIV a N1. Pomocou nastavenia deličky HSDIV možno deliť číslami 4,5,6,7,9 alebo 11 a pomocou deličky N1 možno deliť párnymi číslami do 128.

Obr. č.4 – Bloková schéma SI570 (Prevzaté s datasheetu obvodu)


Obvod potrebuje pre svoju činnosť minimum externých súčiastok. Jeho nastavenie je zabezpečené pomocou I2C zbernice.

Špecifikácia parametrov Si570:
Napájacie napätie – 3,3V
Odoberaný prúd – 100mA
Frekvenčný rozsah – 10-945 MHz
Fázový šum - 0.26 až 0.37 ps
Frekvenčná stabilita – 20 ppm
Ladiaci krok – približne 1 Hz

5.3 MIKROPOČÍTAČ [3]

Mikropočítač rady AVR – ATTINY45 slúži ako komunikačné rozhranie samotnej dosky SDR prijímača a softvéru s PC. Pomocou virtuálneho USB rozhrania [4] prijíma povely na naladenie želanej frekvencie a následne pomocou I2C zbernice nastaví programovateľný oscilátor SI570.
Pre správnu činnosť zariadenia treba mikropočítač najskôr naprogramovať cez ISP programovacie rozhranie. Hex súbor pre Attiny45 možno stiahnuť z nasledovnej stránky.


5.4 VÝSTUPNÝ ZOSILŇOVACÍ BLOK

Slúžia na zosilnenie a vyfiltrovanie výstupných signálov z IQ demodulátora. Pre túto oblasť aplikácii sa vyžaduje nízky šum a vysoký stupeň potlačenia súhlasných signálov (CMRR), čo zabezpečuje vhodné parametre pre SDR prijímač. Použité operačné zosilňovače som zvolil od firmy Linear Technologies – LT1028. Výstupný blok má na vstupe diferenciálny signál. Výstupný signál je prispôsobený pre nesymetrický vstup zvukovej karty PC. Zisk výstupného bloku je 30dB.
Zosilnenie signálu v tomto bloku je približne 30 dB a filter je navrhnutý ako pásmová priepusť v rozsahu 100 ÷ 100 kHz.

Parametre operačných zosilňovačov LT12028:
Šum - 0.85 nV/rt Hz Typ. pri 1 kHz
Šírka pásma – 50 MHz min.
Rýchlosť prebehu – 11V/us
Potlačenie súhlasných signálov (CMRR) – 126dB

6 KONŠTRUKCIA

Návrh schémy zapojenia vychádza z projektu [6] zverejneného na internete. Plošný spoj je navrhnutý na obojstrannej doske plošného spoja v programe Eagle 6.1. Spodnú vrstvu plošného spoja som spravil štýlom rozliatej zeme, čo zabezpečuje lepšiu stabilitu prijímača a vyššiu odolnosť voči rušeniu a kmitaniu. Pre vedenie VF signálov po plošnom spoji som použil technológiu Microstrip [7], ktorá mi umožnila prepočítať signálove cesty a prispôsobiť ich tak pre potrebné impedancie vedení. Plošný spoj som prispôsobil na rozmery 60x100mm, aby mohol byť umiestený v nasledovnej kovovej škatuľke.
Následne som plošný spoj vyrobil fotocestou, negatívnou metódou, pomocou laminovacieho fotorezistu a po vyleptaní som nalaminoval masku. SMD súčiastky som osádzal teplovzdušnou stanicou.

Z vrchnej časti plošného spoja (vrstva TOP) sú umiestené konektory:
- SMA na pripojenie antény
- Jack na pripojenie výstupných I/Q signálov ku zvukovej karte
- Napájací DC konektor 12V
- USB konektor na prenos dát pre ladenie programovateľného oscilátora

Na opačnej strane plošného spoja sa nachádza indikačná LED.

Schéma zapojenia:


DPS:


Schému zapojenia a DPS vytvorenú v programe Eagle 6.1 si môžete stiahnuť tu: SDR.zip

SDR rádio obsahuje trochu exotické súčiastky. Obvod SI570 a VF transformátory možno zakúpiť z nasledovnej stránky. Ostatné súčiastky možno zakúpiť napr. z firmy Farnell.
Po osadení súčiastok skontrolujeme správnosť všetkých napätí na výstupoch stabilizátorov. Následne naprogramujeme cez ISP program do mikropočítača ATTINY45. Pripojíme USB konektor do PC a nainštalujeme driver.
Potom už len stačí stiahnuť DLL súbor pre náš softwarový prijímač (viď časť Software).

7 SOFTWARE

Existuje množstvo voľne šíriteľných programov na softvérove rádio. Ja som si však asi najviac obľúbil programy WinRAD HD a CWSkimmer, ktorým budem venovať pozornosť v nasledovných riadkoch.

7.1 WinRAD HD [8]

Prvý spomeniem program WinRAD HD, ktorý slúži na dekódovanie a následne demodulovanie IQ signálov prijatých cez zvukovú kartu a zároveň umožňuje použitie externej knižnice na ovládanie programovateľného oscilátora cez USB rozhranie.

Po nainštalovaní programu stiahneme DLL súbor, ktorý skopírujeme do adresára programu WinRAD HD. Tento súbor nám zabezpečí ladenie frekvencie pomocou obvodu SI570.

Po spustení programu treba ešte tento externý DLL súbor aplikovať a to voľbou Options - Select Input, kde zvolíme možnosť Softrock SI570.

Prácu s týmto programom môžete vidieť na obr. č. 5. V hornej časti obrazovky sa nachádza spektrálny analyzátor, ktorého šírku môžeme nastaviť v závislosti od vzorkovacej frekvencie zvukovej karty. Zo spektrálneho analyzátora možno rozpoznať o akú moduláciu sa jedná.
Obr. č. 5 bol zhotovený počas rádioamatérskeho preteku v pásme 2m (144 MHz), kde rádioamatéri komunikujú SSB moduláciou.
V strednej časti programu sa nachádzajú tlačidla na prepínanie modulácie, S-meter a nastavenie frekvencie.
V spodnej časti sa nachádzajú tlačidla na nastavenie rôznych filtrov pre zlepšenie „čitateľnosti“ signálov.

Obr. č.5 – ukážka z programu WinRAD HD


V tomto programe sa mi podarilo zachytiť aj prelet meteorologického satelitu NOAA, ktorý je zobrazený na obr. č. 6. Na tomto snímku vidno aj dopplerov posun, ktorý vzniká pohybom satelitu vzhľadom ku prijímacej stanici. Signál z družice má FM moduláciu.

Obr. č.6 – príjem meteodružice NOAA pomocou SDR


7.2 CW SKIMMER [9]

Ďalším programom, ktorý používam na prácu s SDR je CW Skimmer. Na tomto programe možno demonštrovať výhody softwarového rádia. Tento program dokáže paralelne dekódovať spojenia v morzeovke v celej šírke pásma (v mojom prípade 96 kHz), čo otvára rádioamatérom nevýdané možnosti.

Obr.č.7 – ukážka s programu CW Skimmer


8 ZÁVER

Softwarovo definované rádio (SDR) otvára nové možnosti komunikácie. Podarilo sa mi zostrojiť SDR, ktoré je schopné pracovať vo frekvenčnom rozsahu 5÷472 MHz, s citlivosťou príjimať signály z družíc. Do budúcnosti plánujem k tomuto SDR dorobiť ešte externé filtre, aby som dosiahol ešte väčšiu citlivosť príjmu.

9 POUŽITÁ LITERATÚRA

[1] – Datasheet IQ demodulátora LT5517 - http://cds.linear.com/docs/Datasheet/5517f.pdf
[2] – Datasheet programoveteľného SI570 -http://www.silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/si570.pdf
[3] – Datasheet mikropočítača ATTINY45 - http://www.atmel.com/Images/doc2586.pdf
[4] – Virtuálne USB rozhranie pre AVR - http://www.obdev.at/products/vusb/index.html
[5] – Datasheet OZ LT1028 - http://cds.linear.com/docs/Datasheet/1028fa.pdf
[6] – Projekt SDR rádia KTH-SDR - http://home.kpn.nl/rw.engberts01/sdr_kth_buyers.htm
[7] – Microstrip calculator - http://www.eeweb.com/toolbox/microstrip-impedance
[8] – Program WinRAD HD - http://www.hdsdr.de/
[9] – Program CW skimmer - http://www.dxatlas.com/CwSkimmer/

10 FOTOGRAFIE HOTOVÉHO VÝROBKU






 

10.07.2016

Transvertor pro 10GHz – dle DB6NT

 3678   12  Hodnotenie: 5Hodnotenie: 5Hodnotenie: 5Hodnotenie: 5Hodnotenie: 5

10.07.2009

Príjem meteo-snímkov (časť 2.)

 12627   5  Hodnotenie: 4.6666666666667Hodnotenie: 4.6666666666667Hodnotenie: 4.6666666666667Hodnotenie: 4.6666666666667Hodnotenie: 4.6666666666667

25.07.2014

DDS generátor z Číny

 9307   5  Hodnotenie: 4Hodnotenie: 4Hodnotenie: 4Hodnotenie: 4Hodnotenie: 4

Priemerné hodnotenie: 4.90
Hlasov: 11

Vynikajúci

Zvoľte počet hviezdičiek:
Vynikajúci
Veľmi dobrý
Dobrý
Priemerný
Zlý



Za obsah komentárov je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.

Re: UHF SDR rádio (Hodnotenie: 1)
Od: pin - 10.04.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
Zaujímavý projekt, a výborne napísaný článok k nemu! Až sa trochu hanbím, že môj zámer postaviť KV prijímač na princípe SDR sa vlečie slimačím tempom. Takže ďakujem za impulz k rozhýbaniu sa. ;)
Len taká formalita, myslím, že výstupné signály na obr. 1 by nemali byť ako zložky x(t), ale súčinu x(t)*g(t), kde g(t) je signál lokálneho oscilátoru,

No a kým nemám vlastný RX, tak počúvam cudzie cez http://www.websdr.org/ , je to celkom zaujímavá skúsenosť.
Re: UHF SDR rádio (Hodnotenie: 1)
Od: JUTON - 13.04.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
Blahopřeji k pěkné konstrukci, problematika SDR mne také zajímá a těším se na další informace. VY73 de OK7AJ

Re: UHF SDR rádio (Hodnotenie: 1)
Od: ok1cdj - 27.11.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
Pokud by nekdo mel zajem o stavbu, jeste je nekolik plosnych spoju k dostani na Hamshop.cz http://www.hamshop.cz/plosne-spoje-c7/plosny-spoj-uhf-sdr-i200/

Re: UHF SDR rádio (Hodnotenie: 1)
Od: MichalFly - 09.01.2013
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
Zdravím Vás, mám rozestavěný tenhle přijímač a jsem jím zcela pohlcen, už finišuji, nicméně jsem se zastavil na součástce Si570... Nemá někdo tenhle díl za úplatu, nebo za výměnu jiných dílů k dispozici? Děkuji za jakoukoliv reakci. :-) Ahoj Michal
Autor stránky je Ondrej Závodský(zawin), o graficky design sa stará Ľuboš Fabo(BUFU).

TOPlist

Powered by Copyright © UNITED-NUKE CMS. All Rights Reserved.
Čas potrebný k spracovaniu stránky 0.01 sekúnd