Meine Afu-Projekte
PlutoBox-3 2.4GHz TRX mit 6W AMSAT-DL-PA
Pluto-PA mit 30W und Controller mit Farbgrafik-Display
DATV-Receiver MiniTiouner Pro by F6DZP
Pluto-SDR TRX mit 5W PA als QO-100 Station
SDR-TRX mit Red Pitaya + 100W-PA
SDR-TRX mit OSA103-Modul + 100W-PA
Umbau eines TS50S zum SDR-TRX mit Red Pitaya
Der PlutoTRX entstand Anfang 2023 aus den zuvor
entwickelten Projekten mit dem Adalm Pluto Board (s. unten) und ist ein
kompakter 2.4GHz TRX mit 20W PA für alle Betriebsarten incl. DATV, nicht nur
für Satellitenbetrieb über den QO-100-Transponder geeignet, sondern mit Erweiterungen auch im
Bereich von 100MHz bis 6GHZ. Mit
entsprechender Software ist er zusätzlich als Signalgenerator, VNA und Spektrumanalyzer etc.
einsetzbar. Die Anschlüsse für RX1+2 sowie TX1+2 des Adalm Pluto sind
deshalb an der Frontplatte zugänglich und werden für Transponderbetrieb per
SMA-Kabel mit IFout und RFin verbunden.
Das Gehäuse mit 105x95x163mm (B x H x T) besteht aus zwei stabilen Aluprofil-Halbschalen von Fischer Elektronik und ist für den Einschub von Europakarten mit 100x160mm optimiert. Front- und Backplane sowie die Boards sind aus hochwertigem Epoxymaterial gefertigt. Die Frontplatten-Beschriftung sowie alle SMA-Buchsen sind vergoldet. Ein ausreichend dimensionierter Kühlkörper mit zwei temperaturgesteuerten Lüftern sorgt für eine gute Kühlung der 20W SG Lab PA in der oberen Gehäusehalbschale.
RX- und
TX- Board sowie die PA werden servicefreundlich jeweils per steckbarem 8pol.
Kabel
verbunden. Das ermöglicht den Betrieb des
TRX sogar in zerlegtem Zustand. Ausser den vormontierten
SAW-Filter und dem 74HC74 werden nur bedrahtete Bauteile verwendet, was den
Nachbau auch ohne SMD-Werkzeug ermöglicht.
Funktionsdiagramm des PlutoTRX:
Die einzelnen Baugruppen des PlutoTRX werden über fünf spannungsgeregelte DC/DC-Wandler versorgt und machen den TRX weitgehend unabhängig von der Spannung der externen Stromversorgung, welche zwischen 8V und ca. 16V betragen kann, was bei Portabelbetrieb von Vorteil ist. Ein interner 100MHz-Clockgenerator von LeoBodnar wird über eine ext. GPS-Antenne synchronisiert und liefert per Frequenzteiler eine extrem stabile 50MHz Clock an den Pluto, sowie durch weitere Teilung eine 25MHz Clock an das externe LNB.
Eine ATMEGA328-CPU kontrolliert die wichtigsten Parameter des TRX und zeigt dies auf einem 1.8"-Farbdisplay an. Über einen RS232-Port können diese Daten auch ausgelesen und z.B. per ext. Webserver-Modul (optional) an den PC übermittelt werden. Die Steuerung des TRX erfolgt mittels USB-Ethernet-Controller per LAN- oder WLAN-Verbindung. Das PTT-Signal kann an der Backplane zur Steuerung einer weiteren PA abgenommen werden. Die Stromversorgung kann dort ebenfalls für ein externes Gerät z.B. einen DATV-RX entnommen werden.
PlutoTRX Frontplane mit vergoldeter Beschriftung
PlutoTRX Backplane
RX-Sektion in unterer Halbschale:
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Aufmontiertes ADALM-PLUTO-Board mit 2x Rx-Port und 2x TX-Port (Frontplane)
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PTT-Logik zur Treiber- und PA-Steuerung mit PTT-Schalter (Frontplane)
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100MHz MiniGPSDO-Modul von Bodnar, auf Pluto-Board aufgesetzt
-
Synchronisation des Pluto per 100MHz-Teiler und ext. 50MHz Clock
-
2. Teiler auf 25MHz + Tiefpassfilter zur Synchronisation des ext. LNB
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SAW-Filter für 2.4MHz (TX) und 740MHz (RX)
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Abschwächer für TX und RX (standardmäßig je 10dB)
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USB-Ethernet-Adapter für Verbindung zum PC bzw. LAN oder WLAN
-
DC/DC-Wandler für 3.3V (CPU), 5V (Pluto), 5V (1W-Treiber) und 12V (LNB)
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LNB-Anschluss per BNC-Buchse mit interner 12V-Versorgung + 25MHz Clock
-
Buchse + Schalter für Betriebsspannung 8..20V (max. 5A) mit Verpolungsschutz
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LEDs an der Frontplane zur Kontrolle von 12V, 5V, 28V und PTT-Zustand
Auf dem unteren Board sitzt das MiniGPSDO-Modul von Leo Bodnar Electronics,
mit Abstand auf das Pluto-Board aufmontiert. Das Modul liefert
GPS-synchronisierte 100MHz, welche auf 50MHz geteilt das Pluto-Board und auf
25MHZ geteilt das LNB synchronisieren. Ausserdem findet man hier die
PPT-Logik, diverse DC/DC-Wandler und den USB-Ethernet-Controller. Das obere
Board mit der PA-Stromversorgung ist per 8pol. steckbarem Kabel verbunden.
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20W 2.4GHZ PA-Modul von SG-Lab erweitert mit SWR- + RF-Ausgang + Temperatursensor
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1W 2.4GHz Treibermodul mit 40dB Gain
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28V-DC/DC-Wandler für PA mit 12V-Lüfter
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Digitale Überwachung der 20W-PA und PA-Abschaltung per 28V-Relais
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Zusätzlicher PA-Schutz durch 33V-ZORP-Diode + 10A-Leitungsabsicherung
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Kühlkörper 40x100x150mm mit zwei integrierten 12V-Lüftern
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Steuerung der ext. 12V-Lüfter auf dem massigen Kühlkörper
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12V-Buchse + PTT-Buchse (Backplane) für ext. Geräte
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Betriebsdatenausgabe auf RS232-Port (Backplane)
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Anzeige per 1.8“-LCD-Farbdisplay und Überwachung von:
-
Betriebsspannung (8…20V)
-
PA-Spannung (28V)
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PA-Strom (0-2A)
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PA-DC-Input (0-60W)
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PA-Temperatur in °C
-
PA-Hf-Output (vertikaler grüner Balken)
-
PA-SWR (vertikaler roter Balken)
-
Fehlermeldungen und Alarmausgabe per Mini-Lautsprecher
-
TX-Board mit 28V DC/DC-Wandler, 28V-Relais,
aufgestecktem 1.8"-Farbdisplay + Lüfter,
ATMEGA328-CPU und 1W
2.4GHz Driver-Modul. In der oberen Halbschale sitzt die 20W-PA.
Downloads: Pluto-Board, PA-Board und Technische Beschreibung als pdf-Dateien.
Firmware und Anwendersoftware:
Die originale Firmware des Adalm Pluto wird gegen die für DATV
erweiterte Firmware 0303 von Evariste F5OEO ausgetauscht und zusätzlich mit einem
Patch von
Christian F5UII versehen, um die PTT-Funktion mit der C/D Version des Pluto
zu ermöglichen.
Die Firmware für die ATMEGA328-CPU habe ich für
den ARV-BASCOM-Compiler geschrieben. Alternativ könnte man auch eine
Entwicklungsumgebung für den Arduino nehmen, da dieser die gleiche CPU
verwendet.
Als Anwendersoftware -nicht nur für den Transponderbetrieb-
mit SSB und digitalen Betriebsarten hat sich das Programm
SDR Console
von Simon G4ELI in der jeweils aktuellen Version bewährt.
Für DATV Sendebetrieb empfielt sich das relativ komplexe
Programm OBS
Studio zusammen mit
DATV-Easy von Dominique F1EJP und der in einem Web-Browser laufenden DATV-Firmware
0303 von F5OEO.
Zum DATV Empfang auf einem PC habe ich den
MiniTiouner Pro
von Jean-Pierre F6DZP mehrmals nachgebaut und später in der gleichen Gehäuseversion untergebracht.
PlutoBox-3 2.4GHz TRX + 6W AMSAT-DL PA
Im Mai 2022 habe ich meine homemade PlutoBox Version 3 in Betrieb genommen. Der komplette 2.4GHZ TRX ist in einem stabilen Aluminiumprofilgehäuse mit den Maßen 105x160x64mm von Fischer Elektronik untergebracht, bestehend aus zwei Halbschalen und beschrifteter Front- sowie Rückplatte. Mehrere interne DC/DC-Wandler erzeugen 5V für den Pluto und das Bodnar-GPSDO-Modul, 3,3V für den VOCXO + CPU und 12V für das externe LNB. Somit ist ein stabiler Betrieb des TRX mit einer externen Stromversorgung von ca. 8V bis ca. 16V ist möglich.
Neben dem Adalm Pluto-Board
Rev. C/D befindet sich auf einem 100x160mm doppelseitigen Controller-Board
die PTT-Elektronik, sowie ein homemade 100MHz VOCXO, bestehend aus einem 100MHz VCXO,
einer ATTINY45 CPU zur Steuerung der Heizung des VCXO, in einer kleinen Box thermisch isoliert
untergebracht. Per Spindeltrimmer an der Frontpplatte kann man den VOCXO
kalibrieren. Bei einer
ausschliesslichen Verwendung des GPSDO-Moduls könnte man die VOCXO-Baugruppe auch
weglassen.
Ein 100MHz Frequenzteiler, und ein USB Ethernet
Adapter sind ebenfalls untergebracht. Alternativ zum 100MHz VOCXO kann
man an der Rückseite auf einen internen 100MHz GPSDO von Bodnar umschalten,
welcher einen extrem präzisen 100MHz Takt liefert, mit Synchronisation
durch einen externen GPS-RX. Der 100MHz-Takt wird auf 50MHz geteilt
und Plutos externem Takteingang zugeführt, weiter auf 25MHz geteilt, um
ihn als Taktsignal an einer SMABuchse auf der Backplane einem
entsprechend modifizierten LNB zur Verfügung zu stellen. Per Kippschalter ist
er auch auf
die LNB-Buchse zuschaltbar. Dann wird nur ein Kabel zum modifizierten
LNB benötigt.
Backplane
Das LNB-RX-Signal (BNC-Anschluss) wird über ein
740-MHz-SAW-Filter + 10-dB-Dämpfungsglied dem
Frontplattenanschluss IFout
zugeführt und per externem SMA-Kabel zum
RX1-Eingang des Pluto geleitet.
Dadurch werden eine gute Unterdrückung von Störsignalen außerhalb des
RX-Bereichs und eine höhere Empfindlichkeit des RX erreicht. Plutos
RX2- und
TX2-Anschlüsse werden ebenfalls
an die Frontplatte geführt, aber bis jetzt nur von der Software SATSAGEN von
IU1KVL unterstützt.
auf ein Aluminium-Board montiert
Das Ausgangssignal des Plutos an
TX1 geht über ein externes SMA-Kabel zum
Eingangsport RFin und über ein
2,4-GHz-SAW-Filter zum internen 6-W-PA-Modul von AMSAT-DL, das zur
besseren Kühlung auf einer Aluminiumplatine montiert ist.
Das TX-Antennenkabel kann an der SMA-Buchse
RFout auf der Rückseite
angeschlossen werden. Man findet dort auch Buchsen für das externe Netzteil
(8..16V) mit Netzschalter, einen GPS-Modul-Anschluss, einen PTT-Anschluss
und einen 8..16V-Ausgang für eine externe PA, jedoch begrenzt auf max. 6A.
Gesteuert wird das Pluto-Board über den eingebauten
USB-Ethernet-Adapter und kann über ein beliebig langes LAN-Kabel in eine
LAN-Umgebung eingebunden oder direkt an einen PC oder ein Notebook
angeschlossen werden. Ein Betrieb per WLAN in einem Netzwerk mit FritzBox
7590 hat bei
mir zeitweise zu unregelmässigen Unterbrechungen geführt.
Downloads:
PlutoBox Schaltplan
Board
Bestückung
Funktionstest der 6W PlutoBox im Portabelbetrieb via QO-100
Pluto-PA mit 30W
und Farbgrafik-Display
Parallel zur Ende Mai 2022 in Betrieb genommenen
PlutoBox-3 habe ich die jetzige Version der homemade 30W Pluto-PA
fertiggestellt. Die komplette PA ist im gleichen Aluminiumprofilgehäuse wie
die PlutoBox-3 mit den Maßen 105x160x64mm von Fischer Elektronik
untergebracht, bestehend aus zwei Halbschalen mit Front- und Backplane.
Mehrere interne DC/DC-Wandler erzeugen 28V für das PA-Modul, 3,3V für die
ATMEGA-CPU und das Display, sowie bei Bedarf 5V für ein optionales 1W
Treiber-Modul. Der Betrieb der PA ist mit einer externen Stromversorgung von
ca. 12V bis ca. 16V möglich und wird normalerweise per Kabelbrücke der
PlutoBox-3 entnommen (s. Foto)
Auf der Backplane findet man die Anschlussbuchsen für +12V, PTT, externer
Lüfter, RF-Input, RF-Output
sowie ein RS232-Port zur optionalen
Datenübertragung und den Reset-Taster.
Die 30W PA von Rüdiger Hartwig
ist mit der oberen Gehäusehalbschale verschraubt. Ein Kühlkörper mit
temperaturgesteuertem Lüfter sorgt für ausreichende Kühlung bei
Dauerbetrieb. Per Temperatursensor unter der PA wird von der CPU die PA-Temperatur überwacht und der
externe Lüfter gesteuert. Bei zu hoher Temperatur erfolgen
eine sofortige Abschaltung der 28V und eine Fehlermeldung auf dem Display.
Die Abschaltung erfolgt auch bei Über- bzw. Unterspannung der 28V und bei zu
hohem PA-Strom.
Spannung des DC/DC-Wandlers
(Upa in xx.x V)
Stromaufnahme der PA (Ipa in xx.x A)
Eingangsleistung
der PA (Pin in xxx W)
Temperatur der PA in xx.x °C
Zwei
vertikale Balken zeigen rechts die Ausgangsleistung und das SWR an.
Download:
Pluto-PA Schaltplan
homemade DATV-Receiver MiniTiouner Pro by F6DZP
Als Vorlage meiner Schaltung diente der von Jean-Pierre F6DZP entwickelte MiniTiouner Pro.
Hier weitere Informationen dazu von F6DZP: http://www.vivadatv.org/viewtopic.php?f=83&t=442
Die LEDs an der Frontseite dienen zur Anzeige verschiedener Spannungen und Signale. Die LNB-Spannungen der beiden Tuner-Eingänge können manuell zwischen 12V-0V-18V umgeschaltet werden.
Mein DATV-RX-Board in Draufsicht. Ich habe konsequent nur verdrahtete Komponenten und ein paar preiswerte FT-2232HL-Module aus Fernost verwendet. Der SERIT NIM-Tuner verfügt über zwei Eingänge. Ein Update der MiniTiouner Pro Software soll später beide Eingänge unterstützen und den gleichzeitigen Empfang von zwei DATV-Sendern ermöglichen. Das Board kann extern mit 8...28V versorgt werden und/oder wahlweise per Jumpers einstellbar über die USB-Ports nur mit +5V.
Beschreibung und Installationsanleitung zum Download.
Die neue Version 2 in der Europakarten-Box mit modifiziertem Netzteil
Version 3 mit modifizierten Front- und Backpanel
Empfang einer DATV-Station mit nur 25kS Übertragungsrate.
F6DZP Scan & Tioune Software in Aktion
Monitor-Website meiner MiniTiouner-Box in Aktion:
http://www.vivadatv.org/tutioune.php?om_id=DJ7TH&station_id=1
Pluto-SDR TRX mit 5W-PA als
kpl. QO-100 Station
2019 Testbetrieb der kpl. QO-100 Station am Portabel-Standort in Lahr (JN38WI)
Die homemade Helix-Antenne in einer CD-Box mit einer CD
als Reflektor hat 5 Windungen aus 4qmm CU. Die Helix wird lediglich vorne
an der Box mittels Bohrung gehalten und ist leicht federnd in der Box
untergebracht. Die CD-Box + CD hat eine Mittenbohrung, welche dem
Aussendurchmesser des LNB entspricht und sitzt somit satt auf dem LNB,
gehalten durch die angepasste Verschlusskappe des LNB. Die Box habe ich
rundherum mit Silikon abgedichtet.
Im LNB vom Typ Golden Media 201S+
wurde der 25MHz Quarz gegen einen 25MHz TCXO von Conner Winfield Typ
D75F-0.250M getauscht, welcher die Frequenzstabilität des LNB um Faktoren
verbessert hat.
Die stabile 110cm Offset-Schüssel gabs
für ein paar Euronen im Flohmarkt. Die 5W PA lag seit
ATV-Zeiten im Regal und hat endlich wieder was zu tun. Viel
mehr braucht man nicht, um auf QO-100 qrv zu werden.
Hier meine
"Pluto-Box" mit dem von mir modifizierten Adalm Pluto Board von Analog Devices, einem integriertem 12V-5V/2A
DC/DC-Wandler, einem 1W-Modul (nach DB4UM) und einem USB-Ethernet-Controller
für LAN- oder WLAN-Betrieb. Über eine 10µH-Drossel wird dem mit einem C
abgetrennten RX-Eingang +12V für die LNB-Speisung zugeführt. Eine blanke
doppelseitige Platine (Europa-Karte) dient als Basis-Board und
Masse-Potential. Als Steuerungs-Software verwende ich SDR Console Version
3.x.x, welche per Synchronisation auf die mittlere QO-100 Bake für frequenzstabilen Empfang sorgt. Der ursprünglich unstabile 40MHz
TCXO im Pluto wurde durch eine 0.5ppm-Version ersetzt.
Hier ein
Übersichtsschaltplan.
Mehr Informationen zum Adalm Pluto Board:
https://www.mouser.co.uk/new/Analog-Devices/adi-adalm-pluto/
und hier zur Software SDR Console:
https://www.sdr-radio.com/Radios/Pluto
Der 1,1m Offset-Spiegel ersetzt die alte 60cm TV-Schüssel und beherbergt
neben der QO-100 Helix-LNB-Kombination auch den TV-LNB, welcher auf einem
homemade Ausleger aus 10mm Kupferrohr sitzt. Der TV-Empfang ist jetzt Welten
besser, hi. Die komplette QO-100 Station befindet sich direkt hinter dem
Dachfenster und ist mit meinem Shack einen Stock tiefer per WLAN verbunden.
Alles im Dachgeschoss untergebracht und per 300MBit WLAN mit FritzBox und Heimnetz verbunden.
Die 5W PA wird von der 1W PA in der Pluto-Box mit max. 0,5W angesteuert und
auch mit +12V versorgt.
Hier der Prototyp meiner Helix-Sendeantenne für 2.4GHz in einer CD-Box mit
einer CD als Reflektor.
In der Abbildung fehlt die Abdeckkappe auf dem
LNB, welche die CD-Box arretiert.
Zusätzlich wurde die CD-Box am Sockel
ringsherum mit Silikon abgedichtet.
Mit diesem Tool kann man die Helix berechnen:
https://www.changpuak.ch/electronics/calc_12a.php
SWR des Helix-Strahlers wird mit dem Antennen Analyzer gemessen
Innenansicht eines LNB Golden Media 201S+ mit entferntem 25 MHz Quarz
Das modifizierte LNB Golden Media 201S+ mit 25 MHz TCXO D75F-025.0M
(Conner-Winfield).
Der eingeklebte TCXO ist direkt mit +6V verbunden. Laut Datenblatt
ist das zulässig und arbeitet ohne Probleme.
Abdeckung des LNB Golden Media 201S+ mit dem erforderlichen Ausbruch für den
TCXO.
Hier
SSTV-Betrieb mit KG-STV, MMSTV und SDR Console Version 3.0.18 via QO-100
Satellit.
Für die Audio-Verbindung der Programme verwende ich die
Software VB-Audio Virtual Cable.
SSTV-Bilder im KG-STV-Modus auf der QRG 10489,625MHz gesendet,
kann man hier betrachten:
http://hb9oab.no-ip.org/sstv/KG-STV/THIS-MONTH/
Die aktuellen Bilder
findet man auf der Seite ganz unten.
Der Pluto-RX wird immer mit der oberen Beacon vom QO-100 auf 10489.800MHz
synchronisiert.
Dieser Test läuft im CW-U Modus. Die ausgeregelte Drift des Pluto-RX +
LNB beträgt hier -166Hz.
Mit dem Programm AO40Rcv kann
man die QO-100-Betriebsdaten der oberen Bake als Text darstellen
SDR-TRX
RD100 mit Red Pitaya + 100W-PA
Nachdem sich der Umbau eines TRS50S TRX zum SDR-TRX mit dem
Red
Pitaya Modul STEMlab 125-14 bewährt hat, entschloss ich mich Anfang 2017
aufgrund der gewonnenen Erfahrungen mit dem Red Pitaya Modul zur
Entwicklung meines kompletten KW-Transceivers RD100 mit integriertem
Tiefpass-Filter und einer kompakten 100W-PA mit Vorverstärker
und Treiber.
Der SDR-TRX ist für den
Betrieb an 12V ausgelegt und eignet sich Dank des geringen
Gewichtes des Alu-Gehäuses somit auch gut als kompakte Portabelstation. Die
Steuerung der TRX-Funktionen erfolgt per Red Pitaya Software von
Pavel Demin in Verbindung mit der OpenSource-SDR-Software
openHPSDR bzw. PowerSDR, welche in diversen Versionen auf PC, Laptop,
Tablet oder Smartphone läuft. Die kostenpflichtige Version von
ZEUS RADIO
ist ebenfalls einsetzbar und in deutsch mit einem
umfangreichen Handbuch erhältlich.
Für die lokale Verbindung nutze
ich das vorhandene Ethernet-Netzwerk mit WLAN-Router. Darüber
kann man den TRX auch quasi fernsteuern und über die
RS232-Schnittstelle fernüberwachen. Im Portabelbetrieb
erfolgt die Verbindung via direkt angeschlossenem
12V-WLAN-Router zum Notebook oder Tablet. Ein Smartphone eignet
sich je nach Grösse und Prozessorleistung ebenfalls als
Bediengerät, wobei ich die Benutzung eines Headsets empfehle.
In
der aktuell überarbeiteten Version ist auf dem Interface-Board
auch ein Steckplatz für ein optionales Codec-Board vorhanden,
sowie eine Mike-Buchse, ein Kopfhörer-Ausgang und ein interner
Lautsprecher mit einem 2W Nf-Verstärker. Für CW-Betrieb befindet
sich auf dem Interface-Board eine Anschlussmöglichkeit von
diversen CW-Tasten (Paddle etc.), welche per Flachkabel zur
Front- oder Rückseite an eine optionale Buchse geführt werden
können.
Das Bild zeigt den 2. Prototyp im Testbetrieb, eingebaut in einem
stabilen Aluprofil-Gehäuse mit Alu-Frontplatte und zwei Halbschalen, welche
man einzeln abnehmen kann und einen kpl. Zugang zu allen
Teilen des TRX im Betrieb ermöglichen. Eine preiswerte
Led-Anzeige in der Frontplatte mit 4x20 Zeichen dient zur
Anzeige der Betriebszustände und der Grenzwerte der PA, welche
per ATMEGA328P-CPU auf dem Interface-Board in Echtzeit errechnet und kontrolliert werden.
An den BNC-Buchsen auf der Frontplatte kann man den Ein- u.
Ausgang IN1 und OUT1 des Red Pitaya Moduls per Umschaltung auch
zu anderen Zwecken wie Vector-Netzwerk-Analyzer etc. nutzen (s.
unten). Die
Mike-Buchse ist mit dem Codec-Board verbunden. Das Gerät hat auf
der Alu-Rückseite zwei per SDR-Software umschaltbare
Antennenanschlüsse, eine 25polige Buchse für die
12V-Stromversorgung und einen 12V-Ausgang für den WLan-Router
sowie eine Ethernet-Buchse für das Lan-Kabel und einen
Schaltausgang für eine externe PA. Optional kann man auch die
RS232-Schnittstelle zur Datenüberwachung an der Rückseite
herausführen bzw. mit einem WiFi-Modul verbinden. Die PTT- und
CW-Tastenanschlüsse können optional an einer zusätzlichen Buchse
an der Frontplatte entnommen werden.
Die
Schaltbilder vom
Interface-Board, vom
Tiefpassfilter und der
100W-PA
stehen als aktuelle pdf-Dateien zur Verfügung. Die
beidseitig beschichteten
Prototyp-Platinen wurden alle von Hand gefertigt und könnten bei
genügender Nachfrage nach erfolgreichem Testbetrieb später
kommerziell produziert werden. Eine Musterlieferung
ist zur Zeit in Erprobung. Um den Nachbau zu
erleichtern, wurden nur gängige und bedrahtete Bauteile
verwendet.
Erfolgreicher Probebetrieb auf den KW-Bändern in FT8 mit WSJT-X + openHPSDR
Links das Interface-Board mit aufgesetztem Red Pitaya-Board und dem Codec-Board. Rechts der PA-Kühlkörper mit zwei von der ATMEGA-CPU gesteuerten 12V-Lüftern. Die Verdrahtung erfolgt vorwiegend mit steckbaren Flachkabel oder per Schraubklemmen und SMA-Verbinder. Die Board sind an den vier Ecken per Schrauben auf dem 3mm starken Alu-Chassis im Gehäuse befestigt.
Auf der Unterseite sind die 100W PA, das Tiefpassfilter und die Verdrahtung mit 12V-PA-Relais untergebracht. Die Relais des Tiefpassfilter werden per Flachkabel durch das Interface-Board gesteuert. Die beiden PA-Transistoren sind direkt auf dem Alu-Chassis verschraubt, welches mit dem Alu-Gehäuse und auf der Oberseite mit dem Kühlkörper verbunden zur Wärmeabfuhr dient.
Die 12V Stromzufuhr erfolgt an der Rückseite über eine verdrehsichere 25polige Steckverbindung, welche durch entsprechende frei wählbare Beschaltung auch eine gesteuerte Entnahme zur externen 12V-Versorgung von weiteren Geräten (Antennentuner etc.) ermöglicht. Da über die 12V-Leitung Ströme bis über 20A fliessen können, wurden zur Stromverteilung jeweils 6 der 25 Pins für +12V und -12V (Ground) parallel geschaltet.
3D-Ansicht vom Entwurf des Interface-Boards mit ATMEGA328P CPU
Das bestückte Interface-Board (Nullserie) im Gehäuse montiert und verkabelt
Die
Signal-Verbindung des Interface-Boards zu den anderen Boards und der LCD-Anzeige erfolgt
durchweg per steckbarem Flachkabel, was die Verdrahtungsarbeit
und somit auch Fehlerquellen wesentlich reduziert. In der Mitte
sitzt die ATMEGA328P-CPU, welche in
BASCOM programmiert wurde.
Die CPU überwacht die Betriebszustände der PA, liefert diverse Werte
an eine 4x20zeilige LCD-Anzeige sowie an eine
RS232-Schnittstelle und steuert das 12V-PA-Relais, das
PA-Board und temperaturgesteuert den PA-Lüfter. Das Red Pitaya Modul wird auf 4 Abstandsbolzen montiert und per Flachkabel mit dem
Interface-Board verbunden. Die 5V-Stromversorgung wird über eine
Buchse dem 5V Schaltregler auf dem Interface-Board entnommen,
welcher mit den zugeführten 12V betrieben wird.
Wie man dem
Schaltbild entnehmen kann, sitzen auf der linken Seite
vom Board ein per
SDR-Software zuschaltbarer Rx-Vorverstärker mit Tiefpassfilter,
ein 10/20dB Abschwächer und oben die kpl.
Sende-Empfangsumschaltung mit SWR-Meter und
Antennen-Umschalt-Relais. Über einen Spannungsteiler wird ein
Teil der HF am Antennenausgang über eine SMA-Buchse dem zweiten
Eingang IN2 des Red Pitaya zugeführt und beim Betrieb mit
openHPSDR für die
softwaregesteuerte Linearisierung der PA verwendet. Optional
kann man anstelle des 70MHz Rx-Tiefpassfilters ein externes
Bandpassfilter ankoppeln.
Die Steuersignale des Red Pitaya für das Tiefpassfilter (LPF)
werden mit 2 ICs dekodiert und steuern über eine 10polige
Flachkabel-Verbindung das 7-stufige Tiefpassfilter. Die ATMEGA-CPU wertet diese Signale ebenfalls aus und zeigt das
ausgewählte LPF auf dem Display an. Ein
integrierter Steckplatz für ein optionales Codec-Board befindet
sich in der rechten oberen Ecke neben dem 5V-Regler.
Rx-Mode
Tx-Mode
Auf dem 4x20 Zeichen LCD-Display werden im Tx-Mode angezeigt: PA-Strom, PA Spannung (12V), PA-Input (W), Tx on, selektiertes Tiefpassfilter. PA-Lüfter on/off, PA-Temperatur (°C), PA Ausgangsleistung (W), SWR am Antennenanschluss. Ausserdem werden Grenzwerte für PA-Strom, PA-Temperatur, PA 12V und SWR überwacht und bei Überschreitung bzw. Unterschreiten die PA abgeschaltet, sowie sicherheitshalber per Relais von der 12V-Leitung getrennt, bis die Atmega-CPU per Reset oder Aus-Ein neu gestartet wird.
Grenzwert ändern
Grenzwert überschritten
Grenzwerte und diverse Abgleich-Einstellungen kann man
jederzeit mit den drei linken Tasten per Menü abfragen, in
vorgegebenen Bereichen ändern und im EEPROM der ATMEGA-CPU
erneut abspeichern. Über einen RS232-Anschluss auf
dem Interface-Board kann man die Betriebswerte optional auf
einen Datenport auf der Rückseite führen
und extern auswerten oder per WLan übertragen.
Prototypen-Board vom Tiefpass-Filter 160m - 6m
3D -Ansicht vom Entwurf der 100W-PA mit 2x RD100HHF1
Das bestückte PA-Board (Nullserie) im Testbetrieb
Die 100W PA wurde 2stufig ausgelegt, um die max. 10mW vom Red Pitaya auf
min. 100W Hf Output zu verstärken. Als PA-Transistoren wurden die nach wie
vor produzierten robusten RD100HHF1 von Mitsubishi eingesetzt. Dieser Typ
ist relativ preiswert erhältlich, benötigt lediglich 12V und verträgt ein
VSWR von bis zu 20:1. Zur Überwachung und Anzeige der Stromaufnahme wurde
ein IC vom Typ ACS756 (rechts unten) in die PA-Stromzufuhr geschaltet. Man
kann somit verlustfrei PA-Ströme bis 50A messen. Diverse Jumper dienen zur
einzelnen Abschaltung und Einstellung der Ruheströme von PA- und Treiber-Transistoren. Bei Überlastung
oder Überschreiten von programmierbaren Grenzwerten von SWR,
Betriebsspannung oder PA-Strom schaltet das Interface-Board
sicherheitshalber das PA-Relais und
somit die 12V Zufuhr ab. Per Reset-Taste kann ein Neustart erfolgen.
Mit meinem zusätzlichen externen VNA-Adapter und der
VNA-Software von Pavel Demin wird hier das SWR meiner Windom-Antenne
gemessen. Man kann damit nicht nur SWR von Antennen, sondern auch Filter etc. messen
und dokumentieren. Um das externe VNA-Modul mit dem Red Pitaya zu verbinden,
wurden dessen Anschlüsse IN1 und OUT1 über Koax-Leitungen und per Umschalter
an die beiden BNC-Buchsen auf der Frontplatte geführt. Weitere Applikationen
wie Oszilloscope, Spectrum Analyzer etc. sind nach Austausch der SD-Karte im
Red Pitaya gegen die StemLab-Version des Herstellers ebenfalls möglich.
Innenansicht des VNA-Adapters.
Hier das
Schaltbild als
pdf-Datei. Für den Prototyp musste ein gerade vorhandenes Hf-dichtes
Weissblech-Gehäuse herhalten. Wie man sehen kann, würden die wenigen
Bauteile problemlos auch in ein kleineres Gehäuse passen, was bereits auf
der todo-Liste steht.
SDR-TRX
mit OSA103-Modul + 100W-PA + Tiefpassfilter
Parallel zur Entwicklung eines kompletten KW-Transceivers mit integriertem Tiefpass-Filter und einer 100W-PA auf Basis des Red Pitaya Moduls startete ich Anfang Mai 2018 mit der Anpassung des Interface-Boards an das OSA103-Modul eines russischen Herstellers. Im Gegensatz zum Red Pitaya Modul läuft dieses Modul mit der HDSDR Software 2.70 und alternativ mit der Zeus Radio Software 2.9.3. Das OSA103-Modul hat auch nur einen Eingang und einen Ausgang, kann aber angeblich bis in den Bereich von 150MHz verwendet werden, was von mir noch getestet werden muss.
links das OSA103-Interface und rechts die 100W-PA. Beide haben das Europakarten-Format 100x160mm
Dieser SDR-TRX ist ebenfalls für den Betrieb an 12V ausgelegt
und eignet sich Dank des geringen Gewichtes somit auch gut als
kompakte Portabelstation. Zur Steuerung wird das OSA103-Modul
per USB-Kabel mit einem externen PC oder Notebook verbunden, auf
welchem dann die SDR-Software läuft. Das Mike wird direkt am TRX
angeschlossen. Dafür sitzt auf dem Interface-Board wie beim Red
Pitaya Interface zur Steigerung der RX-Empfindlichkeit ein
Breitband-Verstärker.
Die Antennenumschaltung für Antenne
1 oder 2, sowie das Zuschalten vom 20dB Abschwächer
erfolgen hier manuell an der Frontplatte. Ein- u. Ausgang des
OSA103 sind per Umschalter an zwei BNC-Buchsen auf der
Frontplatte zugänglich und somit kann man wie beim Red Pitaya
TRX auch sämtliche ursprünglich vorgesehenen
Verwendungsmöglichkeiten wie Netzwerk-Analyzer, Oszilloskop etc.
nutzen
Das Display zur Anzeige der Betriebsdaten und
Schaltzuständen hat hier 4 Zeilen mit je 20 Zeichen. Per Tasten
up-down-ok kann man diverse Anzeigen und Überwachungsfunktionen
der PA auswählen. Die Verkabelung besteht weitgehend aus
Flachkabel-Verbindungen, ausserdem wurden nur bedrahtete
Bauteile verwendet, was den Nachbau erheblich erleichtert. Für
die PA-Endstufe wurden die bewährten 12V-Transistoren RD100HHF1
von Mitsubishi verwendet. Beim Tiefpassfilter hat sich nichts
verändert. Die Frontplatte wird noch etwas umgestaltet und
beschriftet. Auch ist die Gehäusewahl noch offen
.
Bild vom Aufbau und der Programmierung der ATMEGA8 CPU
Details der (vorläufigen) Schaltung kann man hier den Schaltplänen für das OSA103-Interface-Board, der 100W-PA und dem Tiefpassfilter entnehmen (pdf-Dateien).
Empfangstest mit HDSDR auf 40m
Empfangstest + Settings mit ZEUS auf 40m
TS50S Umbau zum SDR-TRX mit Red Pitaya
Ein ausgedienter KENWOOD TS50S KW-TRX wurde nach dem Entfernen der
teils defekten Hf- und Digital-Boards zum modernen SDR-TRX
modifiziert, unter
der Verwendung der von
Pavel Demin entsprechend an openHPSDR angepassten Firmware.
Das Red Pitaya Modul sitzt mit Abstandsbolzen auf dem Interface
Board und ist per Flachkabel verbunden. Zwei
weitere Flachkabel verbinden das Interface mit der Tiefpassfilter-Unit
und der Stromversorgung des TS50S.
Die Original-Frontblende des TS50S wurde durch eine aus Platinenmaterial ersetzt. Die 4 BNC-Buchsen sind per Umschalter mit den Ein- u. Ausgängen des Red-Pitaya-Moduls verbunden. Die LED-Reihe zeigt diverse Betriebszustände und das selektierte Bandfilter an. Die LAN-Buchse sitzt auf der Rückwand. Dort befinden sich auch die Original-Antennen- u. 12V-Anschlüsse.
in FT8 qrv auf 20m
Das Interface-Board hat die Grösse einer Europakarte und ist
beidseitig beschichtet. Wie man dem
Schaltbild (pdf-Datei) entnehmen kann, werden die
Steuersignale des Red Pitaya für das Board an der
Buchse E1 entnommen und damit nach Dekodierung mit einem 74HC238 die Signale für die Steuerung der
Tiefpassfilter-Relais vom TS50S erzeugt. Für die 5V
Betriebsspannung wird ein Schaltregler eingesetzt, welcher das
Board und den Red Pitaya über ein USB-Kabel versorgt.
Ein per Software zuschaltbarer RX-Vorverstärker -wie er von mir
bereits im LIMA-SDR verwendet wurde- erhöht die etwas geringe
RX-Empfindlichkeit des Red Pitaya. Die beiden RX-Eingänge des
Red Pitaya sind per Schalter umschaltbar, sodass man den Red
Pitaya auch für andere Zwecke z.B. als Netzwerk-Analyzer
verwenden kann.
Ausserdem gibt es noch einen schaltbaren RX-Abschwächer,
sowie ein hier nicht verwendetes optionales Antennen-Umschaltrelais für zwei Antennen, beide
per SDR-Software steuerbar.
Hier weitere Links zum Red Pitaya Modul:
http://forum.cq-nrw.de/viewforum.php?f=5
http://forum.redpitaya.com/
http://openhpsdr.org
Lima-SDR QRP-Transceiver nach DL9WB
RX- und TX-Board im Testbetrieb
Messen der Ausgangsleistung
Zweitonsignal erzeugt mit der
Software "Power-SDR-IQ"
10Watt-Linear-PA im Test
Hier das Datenblatt als
pdf-Datei.
Frontplatten-Entwurf für das
Gehäuse
RX- u. TX-Board auf eine Epoxy-Platine montiert und in ein Gehäuse eingeschoben.
Links vorne ein ökonomischer
5V-2A-Schaltregler als Ersatz für die linearen 7805,
rechts die Linear-PA. Im "Untergeschoss" ist Platz für den
12V-LiPo-Akku.
SDR RX 10kHz - 30MHz für DRM - AM - SSB - FM
 von mir entwickeltes Interface-Board mit dem DRT1-Modul von SAT-Schneider Anschlüsse (rechts) von unten nach oben:
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DRT1-Modul ohne Abschirmung
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Vorderansicht der DRT1-Box |
 komfortable Bedienoberfläche der G8JCF-Software
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 Blockschaltung DRT1-Modul Schaltung vom Interface-Board zum Vergrössern Bild anklicken Mehr Infos zum DRT1-Modul gibt es hier.
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400W Netzgerät
für 0-20V u. 0-20A
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Frontansicht |
interner Drahtverhau, Front geöffnet |
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Rückseite mit 4x2N3055 + Isolier-Hütchen |
Rückseite offen, links 9V-Netzteil für LCD-Anzeigen |
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bestückte Regelungs-Platine |
Platinen-Layout |
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