EMI suppression

Evo jedan konkretan slikovit primer koliko moze da utice kvalitet NF kabla na prijem kod SDR prijemnika. SDR je zgodan za poredjenje jer se kod njega svi ti problemi tacno “vide” a naravno sve se to desava i kod klasicnin krijemnika samo se malo teze uocava. U ovom malom eksperimentu sam pustio prijemnik i u toku rada brzinski zamenio kablove kako bi tacno mogao da uporedim. U pitanju je kabal za povezivanje SDR prijemnika sa zvucnom karticom.

Kabal br 1 je rucno sastavljen sa dodatim EMI feritnim prstenovima (EMI suppression) za suzbijanje smetnji dok je br 2 kompletno fabricki bez feritnih prstenova.

Razlika je ocigledna, kod kabla br 2, brum i shum oko nulte ucestanosti (0 – 3kHz) je drasticno izrazen dok kod kabla br 1 to skoro da uopste nepostoji. Ova pojava se drasticno uvecava kada je prijemni signal nizeg inteziteta pa je neophodno da se izvrsi dodatno programsko pojacanje signala (software gain).

U ovom slucaju je masa od USB i masa od signalnog kabla bila potpuno/galvanski razdvojena. Kada sam probao sa spojenim masama (naravno sve zavisi od kompletne postavke racunara/zvucne kartice) dobio sam jos gomilu fleka (uspravne linije oko nulte ucestanosti veoma jakog intenziteta) koje su kod kabla br 2 bile drasticno izrazenije. Naravno, sam kvalitet kabla takodje ima veliki uticaj pa je preporucljivo za povezivanje SDR prijemnika sa zvucnom karticom koristiti sto je moguce bolji kabal posto je to “usko grlo” cele postavke. Svi ti problemi koji se vide na ekarnu se narvno i prakticno cuju kod prijema!

Posto suzbijanje smetnji kod radio uredjaja ima veliki uticaj na kompletan prijem, evo primer kako treba sve kablove koji ulaze i izlaze iz uredjaja dodatno “blokirati” sa feritnim prstenovima visokog permabiliteta. Na slici se vide dva kabla sa fabricki dodatim feritnim prstenovima dok su druga dva kabla rucno sastavljena.

Mislim da ce vam ovaj mali primer biti od koristi ūüėČ

ZMSDR I/Q TX – 2. deo

Da li ste slusali mozda album od Disciple A Kitchme – I Think I See Myself On CCTV?
Sada mogu i ja da kazem slicno, I Think I See Myself On WebSDR! ¬†ūüôā

Slika prikazuje prijem signala (ljubicasti spektar) koji salje ZMSDR (samo nosilac, bez modulacije) sa snagom od 5W na 520km udaljenoj lokaciji. Prijemni signal je relativno slab, S6 po “S” skali tj skoro na ivici prijema. I ovako slab signal je za mene¬†odlican rezultat sto pokazuje da je TX koncept koji sam predstavio poptuno ispravan.

Sam I/Q modulator je vrlo malo izmenjen. OPA1632 diferencijalnog pojacivaca koji je uzgred mozda jedan od najboljih audio operacionih pojacivaca koje je Texas Instruments napravio, u mom konceptu se nije pokazao bas najsjanije. Ovaj OP je prilicno zahtevan po pitanju napona napajanja kao i potrebne struje. Posledicno ovaj OP se prilicno greje i bez ozbiljne dvoslojne PCB koja je projektovana tako da dodatno i odvodi toplotu, tesko da moze da se koristi. Takodje, njegova velika mana je sto ne moze da na svom izlazu daje napone koji su bliski naponu napajanja i samim tim gubimo deo snage koju moze da proizvede (non rail-to-rail).

Sa druge strane, THS4521 koji sam trenutno postavio u modulator je totalno druga prica. Ovo je Low Power, Low Noise, Rail-To-Rail diferencijalni operacioni pojacivac predvidjen za 5V napajanje. Sa ovim OP sam dobio vise snage sa nizim naponom napajanja (5V) u odnosu na OPA1632. Dodatno, ovaj OP se uopste ne greje pa je njegovo mesto u ZMSDR TX zagarantovano.

Naravno, 5W koje spominjem nisu dosli direktno iz modulatora vec od prostog single-band linearnog pojacivaca sa jednim IRF510 tranzistorom koji je spojen na izlaz iz modulatora. HF pojacivac je sklopljne po ovoj shemi uz malu modifikaciju, ulazni atenuator i RX/TX preklopnik je izbacen i koriscen je samo 80m-ski filter. Signal iz pojacivaca je dalje spojen na Inverted V antenu preko MFJ-945D antenske kutije. Tehnicki je potrebno dodati jos jedan mednju pojacivacki stepen izmedju I/Q modulatora i IRF510 kako bi dobili jos vise izlazne snage ali ja u mom slucaju nisam koristio Рbilo mi je zanimljivije ovako.

Sledeca vrlo interesantna funkcija ovog ZMSDR I/Q modulatora se svodi na to da je moguce dobiti kako single-ended tako i diferencijalni izlaz iz modulatora prostim ukrstanjem 4 izvoda na CBT3253 (2. grana u kolu – protivfazno). Diferencijalni izlaz daje nekoliko vrlo bitnih prednosti. Kao prva je drasticno manje izoblicenje signala i bolja izolacija od lokalnog oscilatora. Ono sto je ovde poenta, ovakav diferencijalni signal mozemo dalje pojacati sa nekim opet vrlo pristupacnim brzim drajverskim IC koji mogu direktno da guraju gornju i donju granu jacih izlaznih FET tranzistore u push-pull pojacivacu cime izbegavamo koriscenje ulaznog transformatorskog kola za pojacivac koji je inace vrlo kritican i po pravilu problematican za nabavku dok sa druge strane dobijamo drasticno bolje karakteristike generisanog signala uz manje komponenti.

Posto je cela ova postavka prilicno interesantna za experimentisanje, bile su mi potrebne dodatne izmene u DSP Radio programu koji nazalost nije open source. Medjutim, kratak e-mail autoru Sebastianu Mrozeku DL2SDR sa nekoliko zahteva za izmenu su urodile plodom! Sebastian je u roku od par sati izbacio novu verziju DSP Radio 1.3.4 sa novim funkcijama te mu se ovom prilokom zahvaljujem na zalaganju. Nova verzija izmedju ostalog donosi i mogucnost da se sirina (bandwith) TX signala sada moze proizvoljno menjati isto kao i kod RX sto daje dodatne mogucnosti za upravljanje generisanim / modulisanim signalom. Sa ovom funkcijom je cak moguce napraviti i neku vrstu prostog mreznog analizatora ali o tome kada dodje vreme.

ZMSDR I/Q TX

Prica o SDR predajniciima zahteva razumevanje rada SDR prijemnika. ZMSDR prijemnik je baziran na duplo balansirajucem “Tayloe” mikser-u. TX zahteva prakticno iste elemente ali signale je neophodno poslati u suprotnom pravcu. Ideja da se koristi jedan isti sklop uz upotrebu relejnih prekidaca je zanimljiva kada se pogleda da je na trzistu dostupan minijaturni “reed” releji ¬†koji je predvidjen za rad na visokim ucestanostima. Detalji oko ovoga uskoro.

Za predajnik je dakle neophodan modulaciski sklop koji nase I/Q signale iz programa mesa sa podesenom ucestanoscu lokalnog oscilaora kako bi se kao rezultat tog mesanja dobio signal na izabranoj ucestanosti i osobina koje smo postavili iz SDR programa.

Sledeca slika prikazuje spektralni izgled I/Q signala koji se generisu iz DSPRadio programa.

Prakticna realizacija modulatorskog (mikser) sklopa se svodi na upotrebu CBT3253 prekidackog kola dok se komplementarni I i Q signali dobijaju upotrebom diferencialnog pojacivaca OPA1632.

Ovaj HF predajnik moze raditi u opsegu 0 – 30MHz i prakticno sa svim vrstama modulacija (SSB, LSB, CW, FM, AM, DRM i ostali digitalni modovi). Ucestanost lokalnog oscilatora (LO Input) mora biti 4 puta veca tj isto kao i kod prijemnika.

Update 1: Kratak update, gore prikazani koncept se pokazao kao ispravnim i mali prototip koji sam napravio ovako je PRORADIO!

Update 2: situacija sa ovom shemom postaje sve zanimljivija. Posle malo testiranja, koncept sa diferencijalnim pojacivacem se pokazao kao jako dobar jer njegova simetricna struktura u potpunosti “lezi” ovoj nameni. Evaluacijom sheme dosao sam do zakljucka da izlazni transformator NIJE potreban kao ni druga grana miksera tj izlaz sa nozice 9 iz CBT3253 (eventualno paralelnim povezivanjem obe grane mesaca mozemo prepoloviti njegove gubitke tj prepoloviti unutrasnji otpor prekidackih elemenata). Takodje prvi rezultati daju veoma dobar rezultat sto se tice izlazne snage. Po mojem pre-eliminarnom merenju, moguce je dobiti 100-150mW snage sa SSB modulacijom direktno iz samog mesaca! Jos jedna zanimljiva stvar lezi u tome da cak ni negativno napajanje za operacione pojacivace nije neohodno, uz malu posledicu da gubimo deo izlazne snage zbog cinjenice da ovi pojacivaci nisu “reail-to-rail”. Upotrebom alternativne varijante kao npr THS4521 diferencijalnog pojacivaca (rail-to-rail output) i ovaj problem bi verovatno bio resen uz opciju da je moguce kompletan sklop napajati samo sa jednostrukih +5V bez degradacije perfomansi! I zadnja bitna izmena, kondenzatori na izlazima pojacivaca (koji su za prijemnik sluzili kao integrator) takodje NISU potrebni. Jos jedna fina stvar vezana za ove pojacivace i njegovog “bias” (2 nozica) ulaza lezi u tome da smo tako izbegli 10-ak elemenata koji su u nekim drugim slicnim shemama sluzili za simetriranje DC ofseta sa leve i desne strane mesaca – ovde se to radi automatski! Jedina mana (ako to uopste moze da se tako i nazove) lezi u tome da je neophodno koristiti opornike (R1 – R8) sa veoma malom tolerancijom, reda 1% ili manje kako bi odrzali apsolutnu simetriju diferenijalnog pojacivaca.

Update 3: Postavljena prva verzija sheme SDR I/Q modulatora

ZMSDR TX v1.0 Schematic PDF

73 de YU3MA

DRM – Digital Radio Mondiale – Dream Radio

sdr

Slikovit primer iz DRM programa Dream Radio, radio stanica DRM RUVR 1B drugi program na fkrekvenciji 9764KHz koriscenjem ZMSDR radio prijemnika.
Odlicno se cuje, dobre propagacije, zanimljiv sadrzaj …

DRM RUVR 1B  je Ruska radio stanica koja u odredjenim terminima emituje radio program u DRM (Digital Radio Mondiale) formatu preko KT opsega na Srpskom jeziku. Nazalost, trenutno u Srbiji nema (komercijalnih) radio stanica koje emituju signal na kratkim talasima u DRM niti bilo kom drugom formatu.

Tehnika potrebna za emitovanje DRM signala je u ovom trenutku vrlo prosta i dostupa cak sta vise to je jedna te ista tehnika koja se koristi posljednjih nekoliko decenija samo malo “pametnije” iskoriscena. Vecina komercijalnih¬†radio stanica koriste svoju postojecu (staru) opremu za emitovanje¬†AM modulisanog signala na kratkim talasima ali uz DRM interface emituju i digitalni zvucni signal slusaocima kao u primeru sa slike.

SDR PA3FWM vs YU3MA

Posle izmene koncepta koji sam predstavio u verziji V2.1 revizija 3 ZMSDR-a, prijem signala se drasticno poboljsao. Dodatni BPF fino podesen za 3.7MHz je uneo dodatno poboljsanje. Koliko je to sve dobro ispalo, mozete videti u prilozenoj slici gde uporedno prikazujem frekventni spektar oko 3.7MHz sa ZMSDR poredjen sa cuvenim DC SDR-om (websdr) od PA3FWM. Slika govori sama za sebe … ūüėČ

PCB prototip za ZMSDR v2

Prvi prototip PCB za ZMSDR v2 sa SMD komponentama. PCB ne sadrzi lokalni oscilator i USB kontroler.
Materijal za PCB: 1mm Laminat CEM-3 PTF JEDNOSTRAN
Tehnika izrade PCB: Laser printer + Laminator

Napomena: PCB na slici nije u potpunosti skopljena..

SDR testiranje

Posto su sinoc bili fini uslovi za 80m uzeo sam da uradim poredjenje mog SDR prototipa sa PMSDR postavljenog u Austriji na Websdr (OE4XLC).

Kao prvo, morao sam da napravim ulazni bandpass filter. Ovo je bio mali problem za mene jer nisam imao na raspolaganju odgovarajuce prigusnice. Posto sam znao da ce ovo inace da mi bude problem, pre izrade samog SDR, ja sam napravio digitalni LC metar po ovoj shemi:
http://sites.google.com/site/vk3bhr/home/index2-html

Kopanjem po rashodovanim plocicama, uspeo sam da nadjem dva komada prigusnica od 10uH sa starih plocica od napajanja za racunare. Naravno ni jedna prigusnica nije bila obelezena pa sam svaku skinutu ponaosob morao da izmerim i da izaberem odgovarajucu.
Sam filter za 80m je jako prost i uradio sam po ovoj shemi:
http://homepage.eircom.net/~ei9gq/filtcirc.GIF (http://homepage.eircom.net/~ei9gq/80M_.html)
Prikljuceni filter mi je naravno “oborio” ceo signal za koji decibel ali su zato nestale razne “anomalije” koje su do tada bile prisutne u tom delu spektra sto je i bila poenta filtera :).

Sledeca fina stvar koju sam “skontao” je ta da I/Q signali moraju da imaju veoma izjednacen nivo (pojacanje OP-a u demodulatoru) kako bi se skoro u potpunosti ponistilo preslusavanje. Pojacanje OP-a za I i Q granu bi trebalo ustelovati u red 0.1dB za optimalne rezultate. Ovo se u pojedinim SDR programima moze kompezovati veoma lako upisom odgovarajucih vrednosti za pojacanje I/Q grana. Nazalost, DSP Radio program koji koristim, nema tu opciju pa sam to uradio na nivou Pre-amp-a (gain) na zvucnoj kartici.

Kada sam sve ovo postavio, krenuo sam sa uporednim testiranjem. U prilozenoj slici, u gornjem delu je spektar iz mog DSP Radio programa dok je donji spektar sa spomenutog PMSDR/Websdr. Oba prijemnika su postavljena na istu frekvenciju kako bi tacno mogao da pratim svaki signal.

Sama slika puno toga govori. Kao prvo moram napomenuti da nacin na koji ove dve razlicite postavke prikazuju podatke (spektar) nisu iste, naime na Websdr to izgleda prilicno ostrije/finije. Dodatno da vas ne buni, gornji spektar “pada” odozgore-nadole dok je na Websdr to u suprotnom pravcu. Takodje, brzina “padanja” spektra je razlicita ali orijentaciono prikazuju isti vremenski period od cc 10 sec.

U sustini, ove dve postavke rade veoma slicno. Naravno zbog same razlike u lokacijama (oko 500km) ne mozemo apsolutno porediti signale. Generalno, ono sto se videlo/culo na PMSDR, culo se i na mom SDR sto je za mene fantastican rezultat. Sledece sto se uocava je SNR. Kod mene ima dosta vise pozadinskog shuma i signali su relativno slabiji. Ovo se i moglo ocekivati jer ja koristim jedan LM4562 OP dok PMSDR koristi veoma “zeznute” diferencialne pojacivace i dodatne ultra nisko-shumne sumirajuce OP.

Na kraju samo da spomenem veoma bitnu razliku u ovim postavkama. Ja koristim Inverted V antenu sa balonima koja je po meni prosecna antena dok je OE4XLC koristio aktivnu antenu renomiranog proizvodjaca za mernu tehniku Rohde & Schwarz HE 10.

Sve u svemu, po meni ovo jako dobro radi! Sta vise ocekivati od CBT3253C i LM4562 … ūüôā

PS: Najudaljenija radio stanica koju sam cuo u ovom periodu je bila ED1R (Spanija, 2033km)

73 YU3MA