Joker SDR - Simple SDR HF transceiver project

[SP9LVZ]

W załączeniu schemat do płytki BPF wersji IV 2025.

---

Prezentuję kolejne testy Jokera, tym razem sprawdzam szum własny odbiornika. Na filmie widać odbiór stacji na różnych pasmach i w trakcie odbioru odłączam antenę.
Jako, że prawie bezszumowy odbiornik może wskazywać na małą czułość, zweryfikowałem jego czułość w porównaniu do FTDX10.

Link do filmu z testami
https://youtu.be/63A0Mz1gETg

[SP9LVZ]

By rozwiać wątpliwości co do filmu z testów szumu własnego Jokera ocenianego na słuch, zrobiłem pomiar porównawczy szumu na podstawie transformaty Fouriera sygnałów wyjściowych audio z FTdx10 i Jokera.
By wynik był jednoznaczny, na wejście odbiorników był podany ten sam sygnał testowy o poziomie poniżej S1 (tak pokazywał FTdx10 przy włączonym AMP1). Sygnał testowy jest poziomem odniesienia porównawczego - musi mieć tą samą wartość w oby przypadkach.

Podczas pomiaru został ustawiony ten sam poziom "odsłuchu" na podstawie odczytywanej wartości sygnału testowego.
Wynikiem był obserwowany poziom szumu odbiorników.

Widok ekranu FTdx10: AMP1, sygnał poniżej S1, jest nieco widoczny na waterfall.



Obraz widma szumu i sygnału testowego z FTdx10, pośrodku jest sygnał testowy.



Obraz widma szumu i sygnału testowego z Jokera, pośrodku jest sygnał testowy.



Ogólnie poziomy podłogi szumowej są podobne, ale widzimy dlaczego osłuchowo FTdx10 ma większy szum.

[SP9LVZ]

JOKER a emisja FT8

W związku z pytaniami o możliwość odbioru, pracy emisją FT8, chciałem zaprezentować test odbioru FT8 w pasmach 17 i 10m.
Nie ma problemu technicznego by dostosować dowolny transceiver SSB do pracy emisjami cyfrowymi w tym FT8.
Joker też będzie miał taką możliwość.

Link do filmu prezentującego odbiór emisji FT8 w pasmach 10 i 17m.
Odbiór bez żadnego przedwzmacniacza antenowego.

Aktualnie jest uruchomiona zaawansowana komunikacja CAT (kabel USB) z programami JTDX i WSJT-X,
sterownik Joker zmienia częstotliwość pracy (pasmo) zgodnie z ustawieniami w programach oraz przełącza się na nadawanie (PTT opcja w programach "CAT").

https://youtu.be/B0wHxQ3TBeY

[SP9DK]

W dzisiejszym dokumencie przedstawię płytkę Display Panel i BPF Panel.

[SO8FM]

Cały moduł filtrów pasmowych zasilany będzie przetwornicą DC-DC 3.3V na układzie MP1484/1584, ma ona większą sprawność
od typowych stabilizatorów i praktycznie nie wydziela ciepła. Mam nadzieję, że nie wprowadzi żadnych zakłóceń do układu.
Gdyby jednak testy wykazały, że z jakiegoś powodu nie może ona zostać użyta, wtedy w jej miejsce zaprojektuję i zamontuję
małą płytkę z popularnym stabilizatorem.

MP1484 to dość stary układ z kluczowaniem w okolicach 300kHz. Jego zaleta to że jest tani i dostępny na gotowych modułach. Warto moim zdaniem szukać przetwornic z kluczowaniem powyżej 1MHz, trudniej wtedy trafić jakąś harmoniczną w pasmo. Bawię się właśnie takim modulikiem z kluczowaniem 1.4MHz, żeby obniżyć trochę prąd pobierany na odbiorze w FT-891.
Są też układy, gdzie częstotliwość kluczowania reguluje się zewnętrznym rezystorem (czy rezystorem i kondensatorem). Można próbować wtedy ominąć harmonicznymi pasma amatorskie. Jeśli trudno znaleźć nastawę, to można poprzez tranzystor i jakiś dobrany rezystor modyfikować częstotliwość pracy takiej przetwornicy dla konkretnego pasma. Nawet nie trzeba w oprogramowaniu nic zmieniać, wystarczy to samo sterowanie co dla filtrów pasmowych.
Opcja full wypas to np. rozwiązanie z IC-7300, czy (w prostszym wydaniu) QMX QRP-Labs, gdzie FPGA lub oprogramowanie wyznacza częstotliwość kluczowania i dba, żeby żadna harmoniczna nie wchodziła w odbieraną częstotliwość. Myślę, że tu nie będzie aż takiej potrzeby.
Przy jakości i wszechstronności Jokera do stabilizatorów liniowych bym tak łatwo nie wracał

Pozdrawiam,
Paweł

[SP9DK]

Wpis do usunięcia.

[SP9LVZ]

Filtry dolnoprzepustowe LPF toru wzmacniacza nadajnika.

Koncepcja realizacji toru nadawczego Jokera opiera się na założeniu wykonania wzmacniacza o mocy ok. 5W. Będzie on pełnił funkcję nadajnika QRP lub drivera do PA o mocy 100-300W.
Planuję jako tranzystory końcowe użyć dwa RD07MUS2B w układzie przeciwsobnym.
Biorąc po uwagę założenie, że Joker będzie kończył się driverem do stopnia mocy, można nie wykonywać LPF. Tak konstruowane są profesjonalne stopnie mocy.
Zakładamy jednak pracę QRP, w związku z tym została opracowana płytka LPF.
By wprowadzić kompatybilność z innymi modułami, płytka jest tych samych wymiarów co płytka BPF i wzmacniacza mocy. Przełącznik pasm jest identycznie sterowany jak w opisywanej wcześniej płytce BPF przez magistralę I2C.
Ze względu na małą moc toru nadajnika – zakładana moc wyjściowa 5W układ LPF został uproszczony do dwu ogniwowych pi-filtrów (П). Zostały użyte rdzenie proszkowe wielkości T37. Jako kondensatory w filtrach można użyć opcjonalnie kondensatorów typu SMD lub przewlekane. Muszą być jednak wysokonapięciowe typowo 500V i z dobrym dielektrykiem. Im wyższa dobroć użytych elementów tym filtr będzie miał lepsze parametry: niską stratę w zakładanej szerokości pasm i duże wymagane tłumienie poza pasmowe głownie interesuje nas druga i trzecia harmoniczna.
Bierzemy też pod uwagę, iż będą wspólne filtry dla pasm 17-15m oraz 12-10m.

Schemat filtrów typu pi. Elemnty L i C wg tabeli (pomiędzy L są dwa kondensatory o wartości C jak z tabeli lub jeden o sumarycznej wartości)



Poniżej zestawienie proponowanych wartości elementów.



Widok płytki LPF z obu stron.





Płytki testowe zostały już wykonanie i zmontowane do weryfikacji poprawności.
Widok zmontowanej płytki LPF.



W wersji testowej użyłem kondensatorów przewlekanych, uzyskując tłumienia w pasmach ok. 0,3-0,4 dB oraz poza pasmowe na drugich harmonicznych ponad 20dB i na trzecich ponad 40dB.
W przypadku użycia kondensatorów SMD dobrej jakości uzyskane parametry powinny być zdecydowanie lepsze. Zakładam jednak, że z RD07MUS2B uzyskujemy ok. 7W outp, powinniśmy po LPF otrzymać zakładane 5W, co jest aż zapasem do wysterowania PA 100W.

Przykładowa pomierzona charakterystyka LPF dla pasma 28MHz



Widok etapu montażu.



Układ LPF jest przystosowany do pracy z omijaniem LPF podczas odbioru oraz z możliwością wykorzystania wspólnego tłumienia obu filtrów BPF+LPF podczas odbioru. Wszystko zależy jaką opcję przyjmiemy i jak zmontujemy filtr. Dodatkowe wnoszone tłumienie LPF do sygnałów odbieranych jest bez większego znaczenia ze względu na poziom tłumienia. Podczas testów takiej konfiguracji BPF+LPF w torze odbiorczym nie zauważyłem poprawy odbioru czy zmieszenia szumów pasmowych. Decyzja czy wykorzystywać LPF przy odbiorze jest zatem indywidualna.

Testowe połączenie obu płytek BPF + LPF. Sygnał z anteny wpierw przechodzi przez LPF, a następnie przez BPF. Na zdjęciu widać wszystkie płytki wykorzystywane jako odbiornik Joker.



Kolejnym modułem do testów będzie wzmacniacz nadajnika, płytki są już wykonane.



Kwestia zasilania płytki LPF.
Na pytce znajdują się dwa stabilizatory na napięcia 10V i 3,3 V. Stabilizator 10V zasila przekaźniki LPF, które są zabudowane po dwa na każde pasmo. Są one na napięcie zasilania 5V z cewkami połączonymi szeregowo. Taki układ zasilania daje na duży margines możliwego do użycia zasilania głównego urządzenia od 12V do 13,8V bez problemów z przełączaniem przekaźników. Ze względu na małą różnicę pomiędzy napięciem zasilania a napięciem stabilizowanym 10V oraz małym prądem cewek przekaźników straty są niewielkie. Nie ma uzasadnienia by stosować wysoko sprane przetwornice w tym miejscu. Napięcie 3,3V jest potrzebne do zasilania układów logiki przełączania przekaźników PCF8574A oraz CD4028. Pobory prądów przez te układy są mikroamperowe, w związku z tym tu nie ma mowy o jakiś startach na zasilaniu które miły by jakiekolwiek znaczenie.

Adresowanie PCF8574A
Układ PCF8574A jest sterowany z mikrokontrolera magistralą I2C. W związku z tym, iż będziemy wykorzystywać więcej niż jeden expander muszą one mieć przypisane różne adresy. Na płytce są widoczne pady do wlutowania zworek na piny A0, A1 i A2. Należy wybrać inny adres niż na płytce BPF. Wcześniej w post #3 zostało już przedstawione jak zostało zaprojektowane wybieranie dowolnych adresów dla PCF8574A na płytkach BPF i LPF. Dokonuje się tego w servis menu jako adres w programie, a zworkami na płytkach jako adres w PCF8574A.

W załączeniu: schemat LPF oraz pliki gerber spakowane .zip.

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 <<<

[SP9DK]

W dzisiejszym dokumencie przedstawię testowy demodulator ADE-1L oraz uruchomienie BPF Panel.

[SP9LVZ]

Filtry DSP w Jokerze

W początkowej fazie testów Joker dysponował sześcioma filtrami, w tym trzema wąskimi do emisji CW i trzema szerokimi do SSB.
Wojtek SP1UJB podczas testów odsłuchu zasugerował by dodać jeszcze filtry o średnich szerokościach dla przyjemniejszego odbioru
zarówno dla emisji CW jak i poprawy odbioru SSB w bardzo trudnych warunkach przy natłoku stacji sąsiednich.
Aktualnie w Jokerze mamy do dyspozycji trzynaście filtrów i można je podzielić na trzy główne kategorie funkcjonalne.
Poniższy obrazek przedstawia graficzny podział pokrycia filtrów zachowujący proporcje szerokości.



Grupa czterech filtrów czerwonych B0.1, B0.3, B0.5, B0.7 przeznaczona jest do odsłuchu sygnałów telegraficznych i wąskopasmowych emisji cyfrowych.
Grupa czterech filtrów niebieskich B1.3, B1.5, B1.7, B1.9 umożliwia odbiór szeroki sygnałów CW dobrych warunkach lub odbiór wąski SSB w trudnych warunkach.
Grupa pięciu filtrów zielonych B2.1, B2.3, B2.5, B2.7, B2.9 stworzona jest z myślą o prowadzeniu łączności fonicznych w różnych warunkach odbioru i potrzeb.
Filtry mają równo przesuwające się zakresy początkowe i końcowe, dzięki czemu można precyzyjniej wybrać potrzebny filtr podczas odsłuchu bez dużych przeskoków.
Dla filtrów B0.1, B0.3, B0.5 i B0.7 ich oznaczenia to szerokości filtrów na poziomie ok -6dB, dla pozostałych filtrów są to informacje o ich górnej częstotliwości.
Poniższy obrazek prezentuje ogólny sposób działania zastosowanych filtrów na sygnale audio.



Praca filtrów nie zaczyna się i nie kończy na ustalonej częstotliwości, istnieje po obu stronach obszar łagodnego zbocza, który zapobiega niepożądanym efektom dźwiękowym.
Po wykonanych pomiarach można przyjąć, że obszar ten rozciąga się na szerokość średnio 200Hz po obu stronach do granicy ok. -60dB.
Pomiary zostały wykonane przy pomocy programu WaveSpectra i karty dźwiękowej komputera do -60dB, przyjmując poziom -6dB jako szerokość filtra.
Warto także dodać, że poziom tłumienia 6dB to spadek napięcia o połowę, a przy tłumieniu 60dB to tysiąc razy.
Poniżej zrzuty ekranu programu WaveSpectra przedstawiające charakterystyki wybranych filtrów z każdej grupy.







By porównać charakterystyki filtrów analogowych z cyfrowymi, wykonałem podobny test w programie WaveSpectra
dla filtru kwarcowego PP9A2 o szerokości 2,4 kHz wbudowanego w czynny transceiver.
Jak widać na wykresie, takie filtry również posiadają narastające i opadające zbocza po obu stronach. Łatwo zaobserwować, że są szersze.



Szerokość filtru PP9A2 na poziome -60dB wynosi ok 4,3 kHz, czego nie da się zobrazować na powyższej charakterystyce z powodu braku możliwości pokazania całego zbocza z lewej strony,
Pełna charakterystyka została przestawiona poniżej na podstawie fabrycznych diagramów.



Tabela wybranych parametrów filtrów PP9



Z powyższych danych można określić odległość boków krzywych charakterystyki dla poziomu -60dB w stosunku do -6dB.
Szerokość filtru na poziomie -6db = 2,4 kHz. Szerokość na poziomie -60dB = 1,8 (współczynnik kształtu) x 2,4 kHz = 4,3 kHz.
Odległość boków krzywych charakterystyki dla poziomu -60dB w stosunku do -6dB = (4300 Hz – 2400Hz)/2 = 950Hz
W przypadku filtrów cyfrowych użytych w Jokerze wartość ta wynosi około 200Hz.

Nowe zobrazowanie widma na waterfall

W celu zobrazowania szerokości filtra na widmie wodospadu, dodany został zielony ślad, szczególnie przydatny dla pracy CW.



Sygnały, które mieszczą się w zakresie filtra będą wyróżnione zielonym kolorem, podobnie jak strefa, w której pracuje wybrany filtr.
Sygnały poza zieloną strefą nie będą słyszalne oraz nie będą przetwarzane przez układy wskazań S-metra i regulacji AGC.











Ustawianie poziomu sygnału z Si5351 w menu serwisowym

Z dodatkowych informacji mamy do przekazania jeszcze, że została dodana w menu serwisowym regulacja poziomu sygnałów na wyjściach CLK0 i CLK1 (i/Q) generatora SI5351.
Ze względu na to, że Joker będzie pracował z różnymi typami mieszaczy, będą możliwe ustawienia 2/4/6/8 mA.
Na wyjściu CLK2 poziom nie jest regulowany, gdyż jest to sygnał direct CW. Jest ustawiony na stałe na 2mA, co jest wartością wystarczającą dla sterowania wzmacniacza nadajnika.



Link do filmu przedstawiającego działanie filtrów i obrazowanie sygnałów telegraficznych w czasie zawodów w paśmie 40m

https://youtu.be/YIZEhHqhV3I




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 <<<

[SP9DK]

W dzisiejszym dokumencie przedstawię pierwsze uruchomienie płytki cyfrowej.