V tomto článku bych rád popsal poslední aktualizace a změny v mém úzkopásmovém a DATV vybavení pro komunikaci pomocí geostacionární družici EsHail-2.
V předchozím článku [1] jsem popisoval vybavení pro úzkopásmové provozy. Používal jsem up-convertor s WiFi boosterem o výkonu 4W. Pro pokusy s DATV jsem potřeboval jiný zdroj signálu a rovněž také navýšit vysílací výkon. O těchto změnách a vylepšeních je následující článek.
Přechod z up-convertoru BU500 na LimeSDR mini
Jedním z největších funkčních rozdílů je výměna up-convertoru BU-500 za SDR vysílač. Zde jsem vybíral mezi dvěma SDR transceivery nejčastěji používanými, konkrétně ADALM Pluto a LimeSDR.
ADALM Pluto je levnější variantou, z mého pohledu má však nedokonalosti, kvůli kterým jsem si jej nakonec nezvolil.
Nevýhody červeně / výhody zeleně
- Nestabilní LO lokální oscilátor, který je třeba vyměnit.
- Není podporováno BATC [2] skupinou, která vyvíjí Portsdown [3] řešení.
- USB 2.0
- 20MHz šířka pásma
- 12-bit ADC/DAC
- Podporuje přímé ovládání ze “studiových” programů pro zpracování videa a lze jej ovládat přímo z PC jako streamovací zařízení.
- S upraveným FW lze Pluto používat jako SNA analyzátor
- Cena ~5000,-kč
Lime SDR Mini je sice o něco dražší, má však řadu dalších využití pro experimenty s rádiovým spektrem.
- Stabilní TCXO Rakon RTX5032A @40.00MHz / 1ppm
- Vstup (průchozí) pro externí referenční kmitočet 10MHz
- USB 3.0
- Výkon cca +8dBm / 2400MHz
- 30,72MHz šířka pásma
- 12-bit ADC/DAC
- Možnost dalších experimentů (FakeGPS, NMT, LTE vysílače)
- SNA analyzátor
- Podpora Portsdown DATV [3]
- Cena ~ 5800,-kč
[4]
[5]
[6]
LimeSDR mini se dodává standardně bez krabičky, ta jde ovšem snadno vytisknout na 3D tiskárně nebo také koupit v duralovém provedení, avšak za cenu dosahující pomalu další zařízení. Pokud se LimeSDR nechladí, je jeho provozní teplota při zatížení až ~65°C. Nechtěl jsem jej takto tepelně namáhat, proto jsou na čipech nalepeny chladiče. Transceiver LMS7002, [7] který je pod stínícím plechem, jsem dopnil o teplovodnou gumu, aby se do krytu i chladil. Tisknutá krabička má na sobě upevněný 30mm ventilátor, který drží teplotu i při plném vytížení okolo 35°C.
[8]
LMS7002M
[9]
Teplovodná guma
[10]
Před složením
Úzkopásmové provozy a SDR console
Pro úzkopásmové provozy používám program SDRconsole a musím přiznat, že je velmi dobře vybaven. Poskytuje řadu funkcionalit využitelných pro poslech jak KV, VKV, tak i pro družicový provoz, konkrétně pak pro EsHail2.
Pro poslech downlinku na 3cm používám klasické satelitní LNB bez úprav. Tento konvertor používá jako lokální oscilátor klasický krystal, takže má značnou kmitočtovou nestabilitu. Naštěstí je v SDRconsoli možnost zavěsit přijímač (i vysílač) na “střední” datový maják, jehož kmitočet je dobře znám, a použít ho jako referenci. Console kmitočet sama dolaďuje a celé zařízení je pak velmi stabilní.
[11]
Pro úplnost uvedu seznam mnou testovaných satelitních LNB používajících kmitočtovou syntézu.
- Amiko L-107
- Tesla TL-100
- Mascom MSC01-UHD
- Zircon L-101
Jako nejlepší se mi pak jeví Amico L-107 a Mascom MSC01 UHD
[12]
Amiko L-107
[13]
Amiko L-107
[14]
Amiko L-107
[15]
Mascom MSC01 UHD
[16]
Mascom MSC01 UHD
[17]
Mascom MSC01 UHD
DATV provoz – Příjem
Pro příjem amatérské televize v současné době používám program DVB GUI [18]. Signál z LNB, který je umístěn v 85cm offset parabole, jde do LimeSDR (AirSPY), odtud pak již do PC, kde jej dekóduje DVB GUI SW.
Pro lepší orientaci o provozu na DATV spektru lze použít WebSDR přijímač [19].
[20]
DVB GUI
Takto se dají snadno příjímat pouze silné signály. Problém je ale v SDR přijímači, který má v mém případě jen 12bit rozlišení (u RTL-SDR pouze 7bit) a odstup signál/šum musí být relatovně velký.
Jako další upgrade chci RX vyměnit za MinitiounerPro version 2, [21] který používá komerční satelitní přijímač na HAM “podvozku”:)
Parametry takového RX jsou samozřejmě řádově lepší.
Za asistenci při testech patří velký dík Šťevovi OM0MS, jeho přijímací strana vypadala nějak takto:)
[22]
DATV provoz – Vysílání
Pořízením LimeSDR mini samozřejmě započaly i mé experimenty s DATV (digitální amatérská televize). Nejdříve jsem signál generoval pomocí SW DATV express [23]. Tento program funguje dobře, lze v něm nastavit všechny potřebné parametry, podporuje dokonce i videokodek H.265. Musím ale přiznat, že jsem poněkud zápasil se zásobováním DATV express video streamem. Program sice podporuje webkameru, MPEG soubor nebo vstup streamu ze studiových streamovacích SW, jako je třeba Vmix [24] nebo OBS [25]. Byl však velký problém vše nastavit tak, aby se datový tok stihl prostřednictvím DATV kanálu odvysílat a nepřeplnil se někde buffer. Další, z mého pohledu, zápornou vlastností je nutnost běhu relativně silného PC.
Proto jsem vyzkoušel alternativní řešení pro generování DATV streamu – Portsdown [26] project. Jedná se o SW aplikaci [27], která běží na Raspberry Pi3B(3B+). Ovládána je pomocí SSH konzole [28] nebo elegantněji prostřednictvím dotykového displeje. Odpadá tedy potřeba bežícího PC. K raspberry je potřeba připojit LimeSDR, displej, kameru a externí zvukovou kartu.
Podporovaný HW je vypsaný zde [29], je dobré jej dodržet. Zkoušel jsem například jiné displeje (Waveshare 3.5 inch Type B, Adafruit PiTFT ) a problémy s tím spojené vážně nestojí za to:). PiTFT má například dotykovou vrstvu otočenou o 180°, což jde sice upravit [30], ale nějakou další chybou se nezobrazují určité části menu. Waveshare type B funguje pro ovládání dobře, podává však inverzní barvy R/B.
Jako kameru používám Raspberry Pi Camera [31] module V2 [32].
[33]
[34]
[35]
Testované displeje
[36]
[37]
Tisknutý kryt
[38]
[39]
Portsdown
[40]
Portsdown DATV sw funguje velmi dobře, je optimalizovaný pro použitý HW, nemusím řešit přetékající buttery…
Výpis kličových vlastností je zde:
- Bězící na Raspberry Pi3B (3B+)
- Podpora 3,5 [41] / 7″ [42] dotykových displejů
- Podpora Lime SDR [43] / DATVexpress HW
- Podpora Raspberry Pi kamery [32] (nebo C920 WebCam [44])
- Podpora externích zvukových karet pro vstup audia
- Podpora Easy Cap donglu pro vstup analog videa
- Existující přídavný HW (Atenuátory, RF přepínače)
- Kmitočtový rozsah 10MHz – 3800MHz
- Standardy DVB-S, DVB-S2
- Podporované modulace (QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK)
- Samplovací kmitočty 35kS, 66kS, 125kS, 250kS, 333kS, 500kS, 1MS, 2MS, 4MS
- Plně nastavitelný FEC [45]
- Možnost vysílat stream ze souboru, kamery, monoskop, logo…
PA Nokia Siemens – úpravy, měřící port
Jako koncový stupeň používám vyřazený WCDMA PA výroby Nokia/Siemens, který jsem sehnal na ebay [46].
Tento koncový stupeň používá dvojici tranzistorů BLD6G22L-150BN/2 a je schopen dávat až 100W v pásmu 2400MHz. PA přijde v neupravené podobě, tedy je pro pásmo 2100MHz a pro využití v amatérském bandu (2400MHz) je potřeba jej trochu upravit, což je vidět na následujících fotografiích.
[47]
Vrchní pohled
[48]
Spodní strana
[49]
Detail vstupu
[50]
Úprava 1
[51]
Úprava 2
[52]
Úprava 3
[53]
[54]
[55]
[56]
Na určená místa mezi jednotlivými zesilovači jsem přidával měděné pásky a sledoval zisk celého řetězce. Všechny tři cirkulátory jsem v PA nechal osazené, oželím trochu vysílacího výkonu za cenu zlepšení parametrů.
Všechny RF konektory jsem vyměnil za SMA.
Zesílení celého PA je cca 40dB, pro plné vybuzení mu postačujě tedy cca +10dBm. Kmitočtová charakteristika je vidět na následujícím obrázku, výkon jsem měřil na monitorovacím portu který, má vazbu -40dB.
Ladil jsem jej na maximální zisk v pásmu 2400 – 2410MHz.
[57]
Kmitočtová charakteristika PA – Měřeno na min. portu -40dB
Blokové schéma celého řetězce
Na blokovém schématu vidíme, jak přesně je řetězec sestaven a jaké jsou v jednotlivých bodech úrovně.
[58]
[59]
Band-pass filtr 2400MHz
[60]
…obsahuje 6 rezonátrů…
[61]
Zesilovač s SPF5189Z
Energetická stránka signálů dle šířky pásma
Obecně platí, že čím je šířka pásma signálu užší, tím je potřebný výkon vysílacího řetězce (PA + anténa) k úspěšnému přenosu/spojení menší.
Pro úzkopásmové-fonické provozy (SSB) postačuje při 85cm ofsetové parabole pohodlně 1W.
Čím je ale šířka pásma používaného provozu vyšší, tím je také větší jeho energetická náročnost. Pokud si to představíme na plošném grafu, celkový výkon rozložený v šířce signálu je součet jeho plochy. Toto je hodně patrné při širokopásmových DATV provozech.
Na následujícím obrázku vidíme, jak vypadají signály ve spektru s použitou 85cm offset anténou. Nejnižší amplitudu má signál s největší šířkou a naopak. Pro provozy s větší šířkou pásma tedy potřebujeme vyšší vysílací výkony nebo antény s větším ziskem. Stále totiž platí pravidlo, že nejlepší zesilovač je anténa:)
[62]
85cm offset / 80W
Upgrade anteny
V současné době používám dvojici 85cm ofsetových parabolických antén, jednu pro příjem a druhou pro vysílání. Bohužel, ani 100W vysílacího výkonu mi nepostačujě pro “širší” DATV provozy, proto se chystám na upgrade antény.
Zisk parabolické antény v pásmu 2400MHz, vztažen k velikosti antény, vypadá asi takto:
- 60cm parabola má zisk cca 21,3dBi a šířku svazku cca 23,9°
- 85cm parabola má zisk cca 24,4dBi a šířku svazku cca 16,9°
- 105cm parabola má zisk cca 26,2dBi a šířku svazku cca 13,6°
- 120cm parabola má zisk cca 27,4dBi a šířku svazku cca 11,9°
- 160cm parabola má zisk cca 29,9dBi a šířku svazku cca 9°
Pokud tedy používám 85cm parabolu, získal bych upgradem na 120cm zisk +3dB zisku tj. 2x větší vysílací výkon.
[63]
[64]
[65]
Ozařovač
Jak jsem zmínil v předchozích článcích, používám patch feed od DJ7GP, nejsem si však jistý, jaký má “ozařovací úhel”. Tedy jestli a kolik energie mi jde mimo parabolu. Chtěl bych zaexperimentovat s Helix ozařovačem, kde se dá štípáním spirály úhel dodatečně snadno upravovat.
Přikládám ilustrativní obrázek z ladění DJ7GP ozařovače.
