Rev Author Line No. Line
1728 kaklik 1 \documentclass[12pt,a4paper,oneside]{article}
2 \usepackage[colorlinks=true]{hyperref}
3 \usepackage[utf8]{inputenc}
4 \usepackage[czech]{babel}
5 \usepackage{graphicx}
1837 kaklik 6 \usepackage{pdfpages}
1728 kaklik 7 \textwidth 16cm \textheight 25cm
8 \topmargin -1.3cm
9 \oddsidemargin 0cm
10 \pagestyle{empty}
11 \begin{document}
1900 kaklik 12 \title{Softwarově definovaný přijímač SDRX01B nejen pro radioastronomii}
1732 kaklik 13 \author{Jakub Kákona, kaklik@mlab.cz }
1728 kaklik 14 \maketitle
15  
16 \begin{abstract}
2272 kaklik 17 Cílem této konstrukce je vytvořit dostupný softwarově definovaný přijímač pro použití v radioastronomii. A nahradit tak původní čistě analogové konstrukce, jako RadioJOVE a další. Díky dosaženým parametrům je ale dobře použitelný i v jiných aplikacích, jako například přehledový přijímač pro radioamatéry nebo jako studijní pomůcka pro výuku VF techniky.
1728 kaklik 18 \end{abstract}
19  
20 \begin{figure} [htbp]
21 \begin{center}
1730 kaklik 22 \includegraphics [width=80mm] {SDRX01B_Top_Big.JPG}
1728 kaklik 23 \end{center}
24 \end{figure}
25  
2272 kaklik 26  
27 \newpage
1728 kaklik 28 \tableofcontents
29  
30 \section{Technické parametry}
31 \begin{table}[htbp]
32 \begin{center}
1840 kaklik 33 \begin{tabular}{|c|c|p{5cm}|}
1728 kaklik 34 \hline
35 \multicolumn{1}{|c|}{Parametr} & \multicolumn{1}{|c|}{Hodnota} & \multicolumn{1}{|c|}{Poznámka} \\ \hline
2273 kaklik 36 Napájecí napětí analogové části & $\pm$10V & 60mA \\ \hline
1728 kaklik 37 Napájecí napětí digitální části & +5V & 300mA \\ \hline
1735 kaklik 38 Napájecí napětí LNA & do +20V & max 500mA \\ \hline
2273 kaklik 39 Přijímaný frekvenční rozsah & 0,5 - 200 MHz & Prakticky je omezen kvalitou vstupních spínačů směšovače \\ \hline
40 Vstupní frekvenční rozsah LO & 1 - 400 MHz & Digitální část je dimenzována do cca 1GHz \\ \hline
41 IIP3 & $>$ 0dB & Údaj je velmi závislý na parametrech zvukové karty \\ \hline
2280 kaklik 42 MDS & -120dBm & -117dBm pro 3dB nad šumem \\ \hline
2273 kaklik 43 Potlačení zrcadlového příjmu & 50dB &\\ \hline
2272 kaklik 44 Zisk & 40-60dB & Lze částečně ovlivnit konfigurací NF zesílení\\ \hline
1728 kaklik 45 Šumové číslo & $<$ 30dB & \\ \hline
46 \end{tabular}
2280 kaklik 47 \caption{Údaje uvedené v tabulce jsou platné pro příjem na frekvenci 150MHz.}
1728 kaklik 48 \end{center}
49 \end{table}
50  
51 \newpage
52 \section{Popis konstrukce}
53  
54 \subsection{Zapojení}
1830 kaklik 55 Zapojení přijímače vychází z původní konstrukce SDR přijímače DR2G \cite{DR2G} který požívá CMOS součástky. Nyní je u přijímače změněný hlavně obvod vstupu pro lokální oscilátor a umožňuje tak používat přijímač na vyšších kmitočtech, neboť nedělí vstupní frekvenci 4mi, jako původní konstrukce ale pouze 2mi. To mimo jiné znamená, že nejvyšší pracovní kmitočet již není limitován vstupní logikou, ale analogovými spínači a v menší míře i převodníky LVPECL-CMOS těsně před spínači. Použitá diferenciální LVPECL logika navíc také umožňuje podstatně snížit vyzařování. Dále byly vyměněny analogové spínače ve směšovači. Ty nyní spínají trochu rychleji, ale hlavně mají lepší izolační parametry, což umožňuje lepší odstup signálu od šumu.
1728 kaklik 56  
1837 kaklik 57 \includepdf[pages={1,2,3,4},landscape=true]{../../SCH/sdrx.pdf}
58  
1830 kaklik 59 Další nezbytnou součástí přijímače je lokální oscilátor, který se připojuje k přijímači externě pomocí krátkého SATA kabelu. Jako LO lze použít modul CLKGEN01B osazený 570ABB000107DG. SATA kabel je vhodné volit co nejkratší kvůli minimalizaci zemní smyčky a vyzařování.
1728 kaklik 60  
1902 kaklik 61 \includepdf[pages={1},landscape=true]{../../CAM_DOC/O1.pdf}
62  
63 \includepdf[pages={1},landscape=true]{../../CAM_DOC/O2.pdf}
64  
1730 kaklik 65 \subsection{Odrušení}
2273 kaklik 66 Pro správnou funkci přijímače je nutné řádné odrušení napájecích zdrojů. Vhodné je také omezit zemní smyčky a zem rozvádět pokud možno hvězdicově. Konstrukce obsahuje několik Jumperů, kterými je možné různými způsoby propojit země a eliminovat tak proudy tekoucí mezi nimi. Zvláště nežádoucí je proměnný proud tekoucí stíněním, například u výstupních CINCHů, Jumpery proto umožňují jejich odpojení od AGND přijímače. V tom případě se ale předpokládá propojení země ADC a AGND externím vedením, tak aby jím tekoucí proud neindukoval signál v analogových obvodech.
67 V některých případech (anténa uzemněna na hromosvod, nebo daleko od přijímače) se může vyskytnout problém se síťovým napájeným 50Hz indukovaným do svodu antény. Ten pak vytváří okolo nulové frekvence spektrogramu nežádoucí hrb, ten lze pak v takovém případě eliminovat oddělovacím transformátorem, na vstupu přijímače.
1730 kaklik 68  
2273 kaklik 69 Při provozu je také vhodné zabezpečit dostatečný útlum zpětně vyzařovaného útlumu ze směšovače, který by mohl rušit jiná zařízení a spoje. Na vstupu přijímače proto musí být zařazen izolační prvek, jako například LNA.
2272 kaklik 70  
1728 kaklik 71 \subsection{Mechanická konstrukce}
72  
2273 kaklik 73 Mechanická konstrukce je řešena na dvouvrstvé desce s geometrií kompatibilní se základovou deskou MLAB (Pro lepší odstínění přijímače je vhodné použít duralovou desku ALBASE). Dvouvrstvý plošný spoj je zvolen hlavně kvůli kvalitnímu odstínění okolního rušení horní měděnou vrstvou. To umožňuje přijímače instalovat i velmi blízko sebe případně i nad sebe avšak všechny konektory kromě NF audio výstupu předpokládají přivedení kabelu kolmo na rovinu desky. SMA konektor je možné osadit i úhlový s přivedením kabelu do boku, ale za cenu nepatrně vyššího útlumu úhlového konektoru. Při těsné montáži je potřeba počítat i s určitou teplotní stabilizací, neboť digitální část okolo spínaného směšovače má poměrně velký příkon a způsobuje zahřívání zhruba o 15$^\circ C$ nad okolní teplotu. Pokud je od přijímače vyžadována dlouhodobá stabilita je proto vhodné jej umístit do termostatovaného boxu společně s LO.
1728 kaklik 74  
75 \section{Výroba a testování}
76 Výrobu vlastní desky pro přijímač nemohu doporučit. Neboť domácí výroba je dvouvrstvého plošného spoje je náročná sama o sobě a tento motiv plošného spoje navíc obsahuje plošky pro komponenty s poměrně vysokou třídou přesnosti.
77  
78 \subsubsection{Osazení}
2273 kaklik 79 Vlastní osazení přijímače předpokládá zvládnutí SMT technologie. Nejkomplikovanější část je letování analogových spínačů u kterých je nutné dát pozor na přehřátí a je tedy vhodné použít více tavidla.
1728 kaklik 80  
81 \subsubsection{Nastavení}
2273 kaklik 82 Nastavení přijímače spočívá v opatrném připojení na napájecí napětí. (Symetrický napájecí zdroj musí být dostatečně kvalitní a vyhlazený, aby nedocházelo k průniku rušení do analogové části. Je též vhodné aby zdroj měl proudové omezení.)
1728 kaklik 83  
2273 kaklik 84 Následně je důležité nastavení shodných amplitud obou výstupních kanálů I a Q na stejnou úroveň pomocí trimru na horní straně desky. To lze udělat buď pomocí zvukové karty a minimalizace zrcadlových kmitočtů nějakého relativně silného AM vysílače. Lze použít i metodu, kdy pomocí Jumperů, které slouží na výběr zesílení odpojíme jeden kanál (ten ve větvi s trimrem) a v softwaru si označíme aktuální úroveň signálu z antény. Pak analogicky kanál odpojíme připojíme naopak původně odpojený. Pomocí trimru pak nastavíme stejnou hodnotu signálu. Tento způsob je velmi jednoduchý a lze ho použít i za chodu, ale není příliš přesný. hodí se spíše na detekci poruchy (nefungující jeden z kanálů).
85  
86 Nejpřesnější metoda je použití signálového generátoru, který necháme vysílat do přijímače signálem cca -50dBm na požadovaném kmitočtu, kde potřebujeme přijímač zkalibrovat a trimrem nastavíme zrcadlový kmitočet ve spektrogramu na minimální hodnotu. Pokud nemáme signálový generátor lze využít například další přijímač SDRX01B s jiným LO. Který díky zpětnému vyzařování do antény umožní stejný postup.
87 Další potlačení zrcadlového kmitočtu lze provádět vhodným nastavením zesílení jednotlivých kanálů ADC a jejich fázovým posuvem. Většina programů pro SDR má proto možnost vyvážení amplitudy a fáze.
88  
1728 kaklik 89 \section{Programové vybavení}
90  
2273 kaklik 91 Základním programovým vybavením jsou všechny softwary využívající zvukovou kartu v komplexním režimu (I/Q) pro vstup signálu. Tedy například programy jako Winrad, WinradHD, HDSDR či Spectrum Lab. Do kterých většinou stačí přidat knihovnu pro ovládání LO s Si570, nebo lokální oscilátor ovládat jiným softwarem.
1728 kaklik 92  
2272 kaklik 93 \section{Důležité poznámky k používání}
94 \begin{itemize}
2273 kaklik 95 \item Vzhledem k použitému principu spínaného směšovače přijímač z principu poměrně silně vyzařuje zpět do antény. \textbf{Nesmí se proto využívat k poslechu chráněných pásem přímo bez izolačního členu na vstupu!} (izolačním členem je myšlen prvek, který zabezpečí dostatečný útlum signálu směřujícího do antény, obvykle jde o LNA, nebo izolační zesilovač)
2272 kaklik 96 \end{itemize}
97  
1728 kaklik 98 \begin{thebibliography}{99}
99 \bibitem{DR2G}{Původní konstrukce přijímače DR2G}
100 \href{http://yu1lm.qrpradio.com/SMT SDR RX DR2G-YU1LM.pdf}{http://yu1lm.qrpradio.com/SMT SDR RX DR2G-YU1LM.pdf}
101  
102 \end{thebibliography}
103 \end{document}