Rev Author Line No. Line
1728 kaklik 1 \documentclass[12pt,a4paper,oneside]{article}
3079 kaklik 2 \usepackage[colorlinks=true,unicode]{hyperref}
1728 kaklik 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
3079 kaklik 10 \usepackage{footnote}
1728 kaklik 11 \pagestyle{empty}
12 \begin{document}
1900 kaklik 13 \title{Softwarově definovaný přijímač SDRX01B nejen pro radioastronomii}
1732 kaklik 14 \author{Jakub Kákona, kaklik@mlab.cz }
1728 kaklik 15 \maketitle
16  
17 \begin{abstract}
2272 kaklik 18 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 19 \end{abstract}
20  
21 \begin{figure} [htbp]
22 \begin{center}
3102 kaklik 23 \includegraphics [width=80mm] {./img/SDRX01B_Top_Big.JPG}
1728 kaklik 24 \end{center}
25 \end{figure}
26  
2443 kaklik 27 \begin{figure} [b]
3102 kaklik 28 \includegraphics [width=25mm] {./img/SDRX01B_QRcode.png}
2443 kaklik 29 \end{figure}
2272 kaklik 30  
31 \newpage
1728 kaklik 32 \tableofcontents
33  
34 \section{Technické parametry}
3079 kaklik 35 \begin{savenotes}
1728 kaklik 36 \begin{table}[htbp]
37 \begin{center}
1840 kaklik 38 \begin{tabular}{|c|c|p{5cm}|}
1728 kaklik 39 \hline
40 \multicolumn{1}{|c|}{Parametr} & \multicolumn{1}{|c|}{Hodnota} & \multicolumn{1}{|c|}{Poznámka} \\ \hline
3079 kaklik 41 Napájecí napětí analogové části & $\pm$12V \footnote{první kusy vyrobené do 1.8.2011 ale mohou mít osazené pouze 10V konenzátory 100uF} 100mA & Typicky 30mA \\ \hline
1728 kaklik 42 Napájecí napětí digitální části & +5V & 300mA \\ \hline
1735 kaklik 43 Napájecí napětí LNA & do +20V & max 500mA \\ \hline
3079 kaklik 44 Přijímaný frekvenční rozsah & 0,5 - 200 MHz\footnote{Prakticky je omezen kvalitou vstupních spínačů směšovače} & \\ \hline
45 Vstupní frekvenční rozsah LO & 1 - 400 MHz \footnote{Digitální část je dimenzována do cca 1 GHz} & Limitem je LO \\ \hline
3103 kaklik 46 IIP3 & $>$ 0 dB & Hodnota závisí na parametrech zvukové karty \\ \hline
3079 kaklik 47 MDS & -120 dBm & -117 dBm pro 3 dB nad šumem \\ \hline
48 Potlačení zrcadlového příjmu & $>$ 50 dB & Typicky 70dB \footnote{Hodnota závisí na přesnosti nastavení P1}\\ \hline
2272 kaklik 49 Zisk & 40-60dB & Lze částečně ovlivnit konfigurací NF zesílení\\ \hline
1728 kaklik 50 Šumové číslo & $<$ 30dB & \\ \hline
51 \end{tabular}
2280 kaklik 52 \caption{Údaje uvedené v tabulce jsou platné pro příjem na frekvenci 150MHz.}
1728 kaklik 53 \end{center}
54 \end{table}
3079 kaklik 55 \end{savenotes}
1728 kaklik 56  
57 \newpage
58 \section{Popis konstrukce}
59  
60 \subsection{Zapojení}
1830 kaklik 61 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 62  
1837 kaklik 63 \includepdf[pages={1,2,3,4},landscape=true]{../../SCH/sdrx.pdf}
64  
1830 kaklik 65 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 66  
1902 kaklik 67  
1730 kaklik 68 \subsection{Odrušení}
2273 kaklik 69 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.
70 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 71  
2273 kaklik 72 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 73  
1728 kaklik 74 \subsection{Mechanická konstrukce}
75  
3079 kaklik 76 Mechanická konstrukce je řešena na dvouvrstvé desce s geometrií kompatibilní se základo\-vou 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 přivede\-ním 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 77  
78 \section{Výroba a testování}
79 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.
80  
3079 kaklik 81 \subsection{Osazení}
2273 kaklik 82 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 83  
3421 kaklik 84 \begin{figure} [h!tbp]
85 \centering
86 \includegraphics[trim = 9.5cm 6.5cm 8.5cm 6.5cm, clip, width=18.5cm]{../../CAM_DOC/O1.pdf}
87 \includegraphics[trim = 9.5cm 6.5cm 9.0cm 6.5cm, clip, width=18cm]{../../CAM_DOC/O2.pdf}
88 \caption{Osazovací plán horní a spodní strany plošného spoje}
89 \label{fig:osazovaci_plan}
90 \end{figure}
91  
3079 kaklik 92 \subsection{Nastavení}
93 Nastavení přijímače spočívá v opatrném připojení na napáje\-cí napětí. Symetrický napájecí zdroj musí být dostatečně kvalitní a vyhlazený, aby nedocházelo k průniku rušení do analogové části. A je též vhodné aby zdroj měl proudové omezení
1728 kaklik 94  
2273 kaklik 95 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).
96  
3079 kaklik 97 Nejpřesnější metoda je použití signálového generátoru, který necháme vysílat do přijí\-ma\-če 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.
2273 kaklik 98 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.
99  
1728 kaklik 100 \section{Programové vybavení}
101  
2273 kaklik 102 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 103  
2272 kaklik 104 \section{Důležité poznámky k používání}
105 \begin{itemize}
2443 kaklik 106 \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)
107  
3421 kaklik 108 \item Aktuální způsoby použití a poznatky uživatelů přijímače najdete na wiki stránce MLAB \cite{SDRX}.
2272 kaklik 109 \end{itemize}
110  
1728 kaklik 111 \begin{thebibliography}{99}
112 \bibitem{DR2G}{Původní konstrukce přijímače DR2G}
113 \href{http://yu1lm.qrpradio.com/SMT SDR RX DR2G-YU1LM.pdf}{http://yu1lm.qrpradio.com/SMT SDR RX DR2G-YU1LM.pdf}
3421 kaklik 114 \bibitem{SDRX}{MLAB wiki stránka přijímače SDRX01B}
115 \href{http://wiki.mlab.cz/doku.php?id=cs:sdrx}{http://wiki.mlab.cz/doku.php?id=cs:sdrx}
1728 kaklik 116 \end{thebibliography}
117 \end{document}