radioastronomii Jakub Kákona, 25. srpna 2016 Abstrakt

Transkript

1 Softwarově definovaný přijímač SRX0 nejen pro radioastronomii Jakub Kákona, srpna 0 bstrakt ílem této konstrukce je vytvořit dostupný softwarově definovaný přijímač pro použití v radioastronomii. nahradit tak původní čistě analogové konstrukce, jako RadioJOVE a další. íky dosaženým parametrům je ale dobře použitelný i v jiných aplikacích, jako například přehledový přijímač pro radioamatéry nebo jako studijní pomůcka pro výuku VF techniky.

2 Obsah Technické parametry Popis konstrukce. Zapojení Odrušení Mechanická konstrukce Výroba. Osazení Testování Nastavení Programové vybavení ůležité poznámky k používání Technické parametry Parametr Hodnota Poznámka Napájecí napětí analogové části ±V 00m Typicky 0m Napájecí napětí digitální části +V 00m Napájecí napětí LN do +0V max 00m Přijímaný frekvenční rozsah 0, - 00 MHz Vstupní frekvenční rozsah LO - 00 MHz Limitem je LO IIP > 0 d Hodnota závisí na parametrech zvukové karty MS -0 khz W - dm pro d nad šumem Potlačení zrcadlového příjmu > 0 d Typicky 0d Zisk 0-0d Lze částečně ovlivnit konfigurací NF zesílení Šumové číslo < 0d Tabulka : Údaje uvedené v tabulce jsou platné pro příjem na frekvenci 0MHz. první kusy vyrobené do..0 ale mohou mít osazené pouze 0V konenzátory 00uF Prakticky je omezen kvalitou vstupních spínačů směšovače igitální část je dimenzována do cca GHz Hodnota závisí na přesnosti nastavení P

3 Popis konstrukce. Zapojení Zapojení přijímače vychází z původní konstrukce SR přijímače RG [] který požívá MOS součástky. Nyní je u přijímače změněný hlavně obvod vstupu pro lokální oscilátor a umožňuje tak používat přijímač na vyšších kmitočtech, nebot nedělí vstupní frekvenci mi, jako původní konstrukce ale pouze mi. To mimo jiné znamená, že nejvyšší pracovní kmitočet již není limitován vstupní logikou, ale analogovými spínači a v menší míře i převodníky LVPEL-MOS těsně před spínači. Použitá diferenciální LVPEL logika navíc také umožňuje podstatně snížit vyzařování. ále byly vyměněny analogové spínače ve směšovači. Ty nyní spínají trochu rychleji, ale hlavně mají lepší izolační parametry, což umožňuje lepší odstup signálu od šumu.

4 +V I+ I- R 0k R 0k R 00 O O LT U U LT 0 00nF 00nF R k R k R 00 uf R 00 uf,uf,uf -V +V R 0k R9 0k J R 0k JUMP O U NE R 0k R0 k O NE U 00nF 00nF R k R 00 R 00 uf 9 uf J JUMP -V 00uF J JUMP J INH I Q+ R9 0k P 00 U LT O R 00nF k R k R 00 00uF,uF,uF R 0k R 0k R 0k +V J JUMP O NE U R 0k R k U NE O R k 00nF +V R 00 00uF J JUMP 9 00uF J JUMP J INH Q Q- R9 0k O U LT 9 00nF R 00 00uF 0 -V 00nF R uF -V Firma ML uthor KKLIK Size Project Name Schematic Name Rev SRX Software efined Radio ate: Saturday, ugust 0, 0 Sheet of

5 JUMPX L +.V J F 0m 0EG R 00 U OE Vcc GN NW R 0nF nf I+ 00nF 00uF 00uH J LN bias SMG0 L 00uH 00nF 0EG R 00 U OE Vcc GN NW R 0nF 9 nf I- +.V R 0 00nF 00uH L 90EG L R 00 U OE Vcc GN NW R 0nF nf Q+ 0 00nF L 00uF 00uH +.V R 0 00uF 00uH 00nF 0EG R0 00 U OE Vcc GN NW R9 0nF nf Q- Firma ML uthor KKLIK Size Project Name Schematic Name Rev SRX Software efined Radio ate: Saturday, ugust 0, 0 Sheet of

6 +.V +.V +.V +.V JUMP R 0 R 0 U R Vcc Q R 0 R 0 U SY00ELT 0EG J R R LK LK# M00EP Vee Q# R R +.V U SY00ELT 0EG +.V U9 R +.V Vcc Q R9 0 +.V R0 0 +.V +.V U0 SY00ELT 90EG 9 00nF 0 00nF 00nF 00nF LK LK# M00EP Vee Q# R R Firma U0 SY00ELT ML 0EG uthor Kaklik Size Project Name Schematic Name Rev SRX Software efined Radio ate: Monday, ecember 0, 00 Sheet of

7 J9 9 JUMPX N00SM -V +V uf N00SM uf J0 JUMPX N00SM 00nF uf U IN J OUT OUT LMMPX +.V 00uF M M J JUMP M FIU HOLE_M M HOLE_M M M FIU_PSTE HOLE_M HOLE_M Firma ML uthor KKLIK Size Project Name Schematic Name Rev SRX Software efined Radio ate: Saturday, ugust 0, 0 Sheet of

8 alší nezbytnou součástí přijímače je lokální oscilátor, který se připojuje k přijímači externě pomocí krátkého ST kabelu. Jako LO lze použít modul LKGEN0 osazený 00000G. ST kabel je vhodné volit co nejkratší kvůli minimalizaci zemní smyčky a vyzařování.. Odrušení 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 INHů, Jumpery proto umožňují jejich odpojení od GN přijímače. V tom případě se ale předpokládá propojení země a GN externím vedením, tak aby jím tekoucí proud neindukoval signál v analogových obvodech. V některých případech (anténa uzemněna na hromosvod, nebo daleko od přijímače) se může vyskytnout problém se sít ovým napájeným 0Hz 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. 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 LN.. Mechanická konstrukce Mechanická konstrukce je řešena na dvouvrstvé desce s geometrií kompatibilní se základovou deskou ML (Pro lepší odstínění přijímače je vhodné použít duralovou desku L- SE). vouvrstvý 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. SM 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, nebot digitální část okolo spínaného směšovače má poměrně velký příkon a způsobuje zahřívání zhruba o nad okolní teplotu. Pokud je od přijímače vyžadována dlouhodobá stabilita je proto vhodné jej umístit do termostatovaného boxu společně s LO. Výroba Výrobu vlastní desky pro přijímač nemohu doporučit. Nebot 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.. Osazení 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. Následně je potřeba pod mikroskopem zkontrolovat kvalitu pájení (zkraty, nepřipojené nožičky).

9 Generated by Foxit PF reator Foxi For evalu Obrázek : Osazovací plán horní a spodní strany plošného spoje

10 Počet Označení Typ Pouzdro,,, 0,,, 00nF 0 9,,,, 0,,, 9, 0,,,,, 9,,,, uf SM 0,,,,,,,,,, 9,,,,uF 0,,, 0nF 0, 9,, nf 0,, M SM F 0m J, J, J, J, J JUMP J,J JUMP J INH I J INH Q J SMG0 J JUMP J9 JUMPX J0 JUMPX J JUMPX L, L, L, L, L 00uH P00 0 R, R, R, R, R, R, 00 0 R, R, R0, R, R, R, R0 R, R, R, R9, R, R, 0k % 0 R, R9, R, R, R, R9 R,R,R,R k % 0 R,R k % 0 R0,R k % 0 0 R, R, R, R9, R, 0 R, R, R, R, R R,R 0 0 R,R,R,R,R9,R0 0 0 U,U LT SO U,U NE SO U,U NW U,U9 M00EP SO U,U0 SY00ELT SO U LMMPX SOT Tabulka : Seznam součástek plošného spoje.

11 . Testování Testování přijímače spočívá v připojení na zdroje napájecího napětí s omezením proudu nastaveným na maximální hodnoty uvedené v tabulce. Symetrický napájecí zdroj musí být dostatečně kvalitní a vyhlazený, aby nedocházelo k průniku rušení do analogové části. Je taktéž vhodné aby i symetrický zdroj měl proudové omezení. Pokud proudový odběr nepřekračuje stanovené limity. Můžeme připojit i lokální oscilátor. Pro testovací účely stačí použít modul LKGEN0 pouze s připojeným napájením, tím dosáhneme přivedení jeho základní frekvence 0 MHz na vstupní děličku přijímače. Nyní můžeme osciloskopem zkontrolovat signál na vstupu analogových spínačů, kde by po připojení oscilátoru přes ST kabel měl být měřitelný TTL signál. Se střídou 0 % a frekvencí MHz. Je potřeba změřit každý vstup spínače samostatně. Pokud jsou analogové spínače v pořádku, lze pokračovat v ověření parametrů analogové části. To provedeme změřením napět ového offsetu na výstupním operačním zesilovači. Jeho hodnota by neměla být více než V, měření je vhodné provádět osciloskopem, nebot tím lze detekovat i případné kmitání operačních zesilovačů.. Nastavení Následně je důležité nastavení shodných amplitud obou výstupních kanálů I a Q na stejnou hodnotu pomocí víceotáčkového trimru na horní straně desky. To lze udělat bud pomocí zvukové karty a minimalizace zrcadlových kmitočtů nějakého relativně silného M vysílače. Nebo 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). Nejpřesnější metoda je použití signálového generátoru, který necháme vysílat do přijímače signálem cca -0dm 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 SRX0 s dalším lokálním oscilátorem. Který díky zpětnému vyzařování do antény umožní stejný postup. alší jeměšjí potlačení zrcadlového kmitočtu lze provádět vhodným nastavením zesílení jednotlivých kanálů a jejich fázovým posuvem. Většina programů pro SR má proto možnost vyvážení amplitudy a fáze. Programové vybavení Základním programovým vybavením jsou všechny softwary využívající zvukovou kartu v komplexním režimu (I/Q) pro vstup signálu. Tedy například programy jako Winrad, WinradH, HSR či Spectrum Lab. o kterých většinou stačí přidat knihovnu pro ovládání LO s Si0, nebo lokální oscilátor ovládat jiným softwarem. ůležité poznámky k používání Vzhledem k použitému principu spínaného směšovače přijímač z principu poměrně silně vyzařuje zpět do antény. Nesmí se proto využívat k poslechu chráněných

12 pásem přímo bez izolačního členu na vstupu! (izolačním členem je myšlen prvek, který zabezpečí dostatečný útlum signálu směřujícího do antény, obvykle jde o LN, nebo izolační zesilovač) ktuální způsoby použití a poznatky uživatelů přijímače najdete na wiki stránce ML []. Reference [] Původní konstrukce přijímače RG SR RX RG-YULM.pdf [] ML wiki stránka přijímače SRX0