Koncepcja TRX SDR JOKER SSB/CW
Transceiver Joker został zaprojektowany jako typowy układ urządzenia odbiorczo-nadawczego z cyfrową obróbką sygnału SDR (Software-Defined Radio).
Fundamentalnym założeniem technologii SDR jest przeniesienie przetwarzania sygnałów na oprogramowanie.
W projekcie Joker mikrokontroler przetwarza sygnały audio, w którym operacje wykonywane są jako procesy sygnałowe DSP (Digital Signal Processor).
Poniżej przedstawiam koncepcję wykonania transceivera w wersji wielopasmowej QRP SSB/CW, dla której będą opracowane płytki jako zestaw uruchomieniowy.
Zestaw podstawowy JOKER SSB/CW
Moduł cyfrowy został już wcześniej opisany. Jest uniwersalnym modułem sterującym, na bazie którego można wykonać transceiver na wiele sposobów.
Przykładowo, na dowolną ilość pasm, SSB+CW lub tylko CW. Możliwa jest realizacja wersji jako odbiornika dla nasłuchowca, a w przyszłości rozbudowa do transceivera w zależności od zastosowanych modułów.
Cechą charakterystyczną Jokera jest wykorzystanie 24 bitowych przetworników, co wpływa na wysoką jakość sygnałów.
Przetwarzanie 24 bitowe stosowane jest w transceiverach fabrycznych SDR z najwyższej półki znanych marek (YAESU, ICOM,…).
1. Moduł mieszacza, wzmacniaczy AF i generator Si5351.
Moduł ten odpowiada za demodulację i modulację sygnałów (odbiór SSB i CW, nadawanie SSB) oraz tworzenie sygnału CW direct na fali nośnej, generowanego z Si5351 kluczowanego przez mikrokontroler. W module będą użyte dwa niezależne podwójne mieszacze, jeden dla odbioru, drugi do nadawania. Każdy z nich będzie miał własny układ wzmacniaczy audio.
Rozdzielenie tych torów da wysoką jakość odbieranych i nadawanych sygnałów. Kluczowanie automatyczne sygnałów telegraficznych odbywa się w mikrokontrolerze, który steruje generatorem na wyjściu CLK2. Nie ma potrzeby realizacji dodatkowego kluczowania nośnej CW np. w nadajniku. Takie programowe rozwiązanie bardzo uprasza układ obsługi TX CW transceivera.
Sygnał CW z Si5351 będzie podawany bezpośrednio na BPF z ominięciem toru modulatora SSB.
2. Moduł filtrów pasmowych BPF, ATT, PRE-AMP.
Filtry pasmowe BPF będą wykorzystywane przy odbiorze i nadawaniu. Zadaniem BPF jest odfiltrowanie produktów niepożądanych z sygnału radiowego.
W przypadku układu homodynowego, problem produktów niepożądanych powstałych w mieszaczu nie stanowią częstotliwości lustrzane, a częstotliwości będące harmonicznymi LO.
Chodzi o to, by odbiornik nie odbierał zakłócających sygnałów radiowych, które są wielokrotnością częstotliwości LO, a nadajnik ich nie emitował.
W układzie transceivera klasycznego z przemianą częstotliwości, jeśli częstotliwość pośrednia jest wysoka - odfiltrowanie lustrzanki jest łatwe.
W przypadku układu homodynowego jeśli odfiltrowanie częstotliwości harmonicznych podczas pracy odbiornika będzie zbyt małe, można nie wyłączać podczas odbioru filtru dolnoprzepustowego LPF nadajnika. Takie działanie poprawi znacznie tłumienie sygnałów niepożądanych.
Układ ATT (tłumik antenowy) oraz PRE-AMP (wzmacniacz antenowy o wysokim IP3) dadzą możliwość zwiększenia zakresu dynamiki odbiornika.
Włączenie PRE-AMP da wzrost czułości odbiornika na wyższych pasmach. Zespół filtrów pasmowych oraz ATT-PRE-AMP będą sterowane z mikrokontrolera magistralą I2C oraz sygnałem N/O (nadawane/odbiór).
Sterownik Joker obsługuje pasma: 80-40-30-20-17-15-12-10m. W celu uproszenia konstrukcji filtry pasmowe zostaną tak wykonane, by dwa z nich pokrywały wspólnie pasma 17 i 15m oraz wspólnie 12 i 10m. Takie rozwiązanie zmniejszy ilość obwodów BPF z ośmiu do sześciu. BPF będzie wykonany na elementach L, C typu SMD. Nie będzie konieczności nawijania cewek i strojenia obwodów, co znacznie uprości konstrukcję.
3. Moduł wzmacniacza nadajnika i filtrów dolnoprzepustowych LPF.
W TRX Joker wykorzystamy sprawdzony układ wzmacniacza nadajnika z TRX B-L-U, wersja QRP na dwóch tranzystorach RD07MUS2B. Pozwoli to na uzyskanie mocy w granicach 5-7W mocy wyjściowej, tak jak w typowych fabrycznych transceiverach QRP. Z tego poziomu mocy sterują się wzmacniacze końcowe o mocach 100-300W.
Podczas odbioru układ wzmacniacza QRP będzie omijany układem przekaźników.
Ostatnim elementem transceivera będzie zespół filtrów dolnoprzepustowych nadajnika LPF. Obwody LPF będą wykonane na rdzeniach pierścieniowych z materiału T37-2/6 lub T50-2/6.
Będzie to klasyczny układ pi-filtru. W celu uproszenia konstrukcji, podobnie jak w BPF obwody zostaną wykorzystane wspólnie dla pasm 17 i 15m oraz 12 i 10m.
Kwestia wzmacniacza głośnikowego odbiornika. W projektowanym rozwiązaniu sygnał audio uzyskiwany jest na wyjściu kodeka DAC. Jego poziom przystosowany do słuchania na słuchawkach, co w przypadku mini TRX do pracy w terenie jest w zupełności wystarczające. Korzystając z tego wyjścia można podłączać zewnętrzny głośnik aktywny lub wykonać własny wzmacniacz głośnikowy zabudowany w urządzeniu. Konstruktorzy mają swoje upodobania co do rozwiązań wzmacniaczy audio, w związku z tym tą kwestię zostawiamy otwartą.
Wersja JOKER CW TX
Wersja Jokera tylko dla CW będzie miała możliwość odbioru zarówno emisji CW jak i SSB. Pod tym względem będzie tak samo funkcjonować jak wersja podstawowa.
Różnica będzie polegała na braku toru formowania sygnału SSB (brak mieszacza nadajnika). Uprości to konstrukcję gdyż mieszacz – demodulator odbiornika nie musi mieć elementów przełączających N/O (nadawanie – odbiór). W związku z tym będzie można wykonać prostszy moduł demodulatora np. z wykorzystaniem mieszaczy diodowych zamiast kluczy.
W przypadku wersji telegraficznych mini transceiverów, często interesuje nas mniejsza ilość pasm, tak by przystosować urządzenie do pracy w terenie jako wakacyjne lub do różnych aktywacji (SOTA, POTA, BOTA,…). W takim przypadku wraz ze zmniejszeniem wymagań co do funkcji transceivera zmniejszy się tez jego wielkość, ciężar, wymogi zasilania, itp.
Atutem projektu JOKER jest budowa modułowa. Daje to duże pole do popisu dla konstruktorów, w przeciwieństwie do sytuacji gdy dostajemy do złożenia projekt zamknięty, często jednopłytkowy. Trudno jest w takiej sytuacji coś zmienić, a wszelkie własne przeróbki kończą się często zniszczeniem płytek bazowych.
Głównym elementem Jokera jest uniwersalny moduł - sterownik cyfrowy ESP32-S3 z kodekami.
Wykorzystując go można wykonać transceiver wg własnego pomysłu projektując indywidualnie moduły mieszacza, filtrów, PA,.. itd.
Do prezentowanej podstawowej koncepcji Jokera wykonana została już pierwsza płytka – filtry pasmowe odbiornika BPF.
Poniżej zdjęcie dwóch stron płytki. Po zmontowaniu i pomiarach charakterystyk przedstawię dokładny opis, schemat wraz z układem przełączania i sterowania.
UWAGA : W celu zachowania czytelności wątku i możliwości wygodnej aktualizacji wpisów,
bardzo proszę wszystkich o ewentualne dyskusje w przygotowanym do tego miejscu.
Wpisy tutaj będą tworzyły osoby zaangażowane w projekt, przedstawiając bieżące postępy z prac.
Link do dyskusji >>> tutaj <<<
Joker SDR - Simple SDR HF transceiver project
