Software Defined Radio Software Defined Radio (SDR) (SDR)

a 144 MHz,a 144 MHz,come IF per i 10 GHzcome IF per i 10 GHz

Jeffrey Pawlan (WA6KBL)Jeffrey Pawlan (WA6KBL)

Maggio Maggio 20092009

Introduzione e scopiIntroduzione e scopi

La maggior parte dei transverter a 1296 ed oltre La maggior parte dei transverter a 1296 ed oltre usano i 2 metri come IF per facilitare la reiezione usano i 2 metri come IF per facilitare la reiezione dell’immagine. Per esempio, il transverter di dell’immagine. Per esempio, il transverter di DB6NT ha un OL a 10224 MHz, con risposta DB6NT ha un OL a 10224 MHz, con risposta immagine a 10080 MHz; questa frequenza si immagine a 10080 MHz; questa frequenza si trova ancora nei limiti della banda 144, con trova ancora nei limiti della banda 144, con scarsa probabilità che un segnale intenso scarsa probabilità che un segnale intenso (commerciale o d’altro tipo) possa interferire. (commerciale o d’altro tipo) possa interferire.

I filtri a cavità presenti nel transverter sono I filtri a cavità presenti nel transverter sono sufficienti ad eliminare il rumore in eccesso in sufficienti ad eliminare il rumore in eccesso in ricezione e ad attenuare molto il segnale ricezione e ad attenuare molto il segnale trasmesso a questa frequenza immagine.trasmesso a questa frequenza immagine.

Per lungo tempo abbiamo usato vari tipi di Per lungo tempo abbiamo usato vari tipi di ricevitori analogici multimodo in 2 metri come ricevitori analogici multimodo in 2 metri come IF sintonizzabile. Fino adesso solo pochi hanno IF sintonizzabile. Fino adesso solo pochi hanno tentato ltentato l’’uso di ricevitori SDR in portatile. uso di ricevitori SDR in portatile. Lars(AA6IW) ha usato il DSP-10 ed in seguito Lars(AA6IW) ha usato il DSP-10 ed in seguito anche una variante commerciale di SDR anche una variante commerciale di SDR costruita dalla Ten-Tec. costruita dalla Ten-Tec.

Io stesso avevo modificato un QS1R Io stesso avevo modificato un QS1R Quicksilver, usandolo poi per alcuni Quicksilver, usandolo poi per alcuni collegamenti.collegamenti.

Recentemente ho acquistato un Perseus Recentemente ho acquistato un Perseus (microtelecom.it), modificandolo quindi per il (microtelecom.it), modificandolo quindi per il sottocampionamento.sottocampionamento.

Ho usato l’apparecchio con la mia stazione Ho usato l’apparecchio con la mia stazione portatile effettuando con successo dei portatile effettuando con successo dei collegamenti col programma Winrad ed un collegamenti col programma Winrad ed un computer portatile. computer portatile.

Le verifiche hanno mostrato che la rete di Le verifiche hanno mostrato che la rete di adattamento funzionava bene a 144 MHz ed adattamento funzionava bene a 144 MHz ed era accettabile anche a 50 e 432 MHz.. era accettabile anche a 50 e 432 MHz..

Naturalmente occorrono anche un Naturalmente occorrono anche un preamplificatore ed un preselettore esterni in preamplificatore ed un preselettore esterni in funzione della banda desiderata.funzione della banda desiderata.

►Il 9 Maggio 2009 ho ricevuto un invito a Il 9 Maggio 2009 ho ricevuto un invito a presentare l’ SDR per uso in microonde alla presentare l’ SDR per uso in microonde alla riunione annuale della IEEE MTT-S tenutasi al riunione annuale della IEEE MTT-S tenutasi al Laboratorio dell’acceleratore lineare di Stanford Laboratorio dell’acceleratore lineare di Stanford (CA). (CA).

► I partecipanti erano circa 100, alcuni seguivano I partecipanti erano circa 100, alcuni seguivano dai loro tavoli ed altri si sono avvicinati osservando dai loro tavoli ed altri si sono avvicinati osservando Winrad su uno schermo LCD ad alta luminosità.Winrad su uno schermo LCD ad alta luminosità.

► Il luogo delle prove non era ideale per la Il luogo delle prove non era ideale per la presenza di vegetazione nelle vicinanze e per la presenza di vegetazione nelle vicinanze e per la presenza di edifici che bloccavano alcune direzioni; presenza di edifici che bloccavano alcune direzioni; tuttavia siamo riusciti a fare dei buoni tuttavia siamo riusciti a fare dei buoni collegamenti. collegamenti.

► Presento alcune foto dell’attività. (FOTO da 1 a 6)Presento alcune foto dell’attività. (FOTO da 1 a 6)

La stazione completaLa stazione completa. Manca. Manca solo il laptop solo il laptop

Puntando verso il monte Diablo attraverso la vegetazionePuntando verso il monte Diablo attraverso la vegetazione

Difficile puntamento verso le colline “Oakland Hills” attraverso Difficile puntamento verso le colline “Oakland Hills” attraverso una casauna casa

Il collegamento verso AA6HA era una rifrazione a lama di coltelloIl collegamento verso AA6HA era una rifrazione a lama di coltelloattraverso la grande parabola di Stanfordattraverso la grande parabola di Stanford

Diagramma a blocchi del Transceiver dei 10GHz. :Diagramma a blocchi del Transceiver dei 10GHz. :

Come funziona la sottocampionatura?Come funziona la sottocampionatura?

Tutti i campionatori digitali, inclusi i convertitori A/D, Tutti i campionatori digitali, inclusi i convertitori A/D, hanno la possibilità di sotto campionare. Il principio di hanno la possibilità di sotto campionare. Il principio di Nyquist ci dice che è possibile acquisire e quindi Nyquist ci dice che è possibile acquisire e quindi ricostruire un segnale fino al 50% della cadenza di ricostruire un segnale fino al 50% della cadenza di campionatura. campionatura.

Tutte le frequenze presenti all’ingresso di ogni Tutte le frequenze presenti all’ingresso di ogni campionatore, inclusi i convertitori A/D, saranno campionatore, inclusi i convertitori A/D, saranno specchiate dentro la gamma che costituisce la specchiate dentro la gamma che costituisce la normale copertura in frequenza, e cioè la Regione 1 normale copertura in frequenza, e cioè la Regione 1 di Nyquist. di Nyquist.

Nel caso di Perseus, la frequenza di campionatura è Nel caso di Perseus, la frequenza di campionatura è di 80 MHz; quindi la frequenza di Nyquist é 40 MHz., e di 80 MHz; quindi la frequenza di Nyquist é 40 MHz., e la Regione 1 di Nyquist è di 0-40 MHzla Regione 1 di Nyquist è di 0-40 MHz..

Escludendo il preselettore del Perseus, è possibile Escludendo il preselettore del Perseus, è possibile ricevere la frequenza di 50 MHz specchiata a 30 ricevere la frequenza di 50 MHz specchiata a 30 MHz. MHz. Qui siamo nella Regione 2 di Nyquist. Le regioni Qui siamo nella Regione 2 di Nyquist. Le regioni con numero pari vengono sovrapposte a quelle con con numero pari vengono sovrapposte a quelle con numero dispari, proprio come con l’iniezione di numero dispari, proprio come con l’iniezione di segnali lato alto. La sintonia si fa quindi in senso segnali lato alto. La sintonia si fa quindi in senso retrogrado: ad esempio i 79 MHz si riceveranno retrogrado: ad esempio i 79 MHz si riceveranno quando la sintonia dell’RX è ad 1 MHz.quando la sintonia dell’RX è ad 1 MHz. La regione 3 di Nyquist si trova fra 80 e 120 MHz. La regione 3 di Nyquist si trova fra 80 e 120 MHz. Almeno un utente del Perseus ha ascoltato una Almeno un utente del Perseus ha ascoltato una stazione FM commerciale locale sintonizzandosi a stazione FM commerciale locale sintonizzandosi a 15 MHz. Dato che la regione ha numero dispari, la 15 MHz. Dato che la regione ha numero dispari, la sintonia sarà diretta e non retrograda. sintonia sarà diretta e non retrograda.

La regione 4 di Nyquist va da 120 a 160 MHz. Così, La regione 4 di Nyquist va da 120 a 160 MHz. Così, se voglio ricevere i 144 MHz, la sintonia dovrà se voglio ricevere i 144 MHz, la sintonia dovrà essere a 16 MHz, con spettro invertito.essere a 16 MHz, con spettro invertito.

► Esiste ora una nuova versione di Winrad che Esiste ora una nuova versione di Winrad che contiene gli algoritmi appropriati per inviare a contiene gli algoritmi appropriati per inviare a Perseus la frequenza corretta corrispondente a quella Perseus la frequenza corretta corrispondente a quella indicata sul display. E’ in grado, inoltre, di reinvertire indicata sul display. E’ in grado, inoltre, di reinvertire lo spettro,in modo che le frequenze di ricezione in lo spettro,in modo che le frequenze di ricezione in aumento appaiono sullo schermo da sinistra a destra, aumento appaiono sullo schermo da sinistra a destra, come normalmente avviene; in più la USB é come normalmente avviene; in più la USB é demodulata correttamente come USB e non come demodulata correttamente come USB e non come LSB.LSB.

► La mia frequenza IF 144 MHz appare direttamente La mia frequenza IF 144 MHz appare direttamente sullo schermo Winrad. Sarebbe anche possibile sullo schermo Winrad. Sarebbe anche possibile aggiungere dati dall’oscillatore locale per leggere aggiungere dati dall’oscillatore locale per leggere direttamente i 10368 MHz, ma si genererebbero direttamente i 10368 MHz, ma si genererebbero troppe cifre e la lettura sarebbe difficile.troppe cifre e la lettura sarebbe difficile.

Modificando PerseusModificando Perseus ►Ho deciso di acquistare un secondo Perseus e Ho deciso di acquistare un secondo Perseus e modificarlo per la sottocampionatura per vari modificarlo per la sottocampionatura per vari motivi. La progettazione del ricevitore è motivi. La progettazione del ricevitore è eccellente.eccellente.

►La campionatura in uscita dalla FPGA varia fra La campionatura in uscita dalla FPGA varia fra 125 kHz e 2 MHz, con buona linearità e senza 125 kHz e 2 MHz, con buona linearità e senza risposte spurie. Dunque, eventuali risposte spurie risposte spurie. Dunque, eventuali risposte spurie sono solo dovute al convertitore A/D e circuiti a sono solo dovute al convertitore A/D e circuiti a monte. I drivers per Winrad sono eccellenti e monte. I drivers per Winrad sono eccellenti e funzionano sempre benissimo. funzionano sempre benissimo.

►Altro fattore importante è la mia passione per il Altro fattore importante è la mia passione per il progetto, la costruzione e la messa a punto di progetto, la costruzione e la messa a punto di nuovi circuiti, quindi questo ha rappresentato una nuovi circuiti, quindi questo ha rappresentato una interessante sfida per me.interessante sfida per me.

E’ importante ricordare che, una volta E’ importante ricordare che, una volta acquistato Perseus, se lo si modifica non si può acquistato Perseus, se lo si modifica non si può più contare sull’assistenza della Microtelecom. più contare sull’assistenza della Microtelecom. Il Perseus contiene un amplificatore differenziale Il Perseus contiene un amplificatore differenziale che deve essere rimosso o disconnesso, in che deve essere rimosso o disconnesso, in quanto non ha la larghezza di banda necessaria quanto non ha la larghezza di banda necessaria per operare a 144 MHz. Anche il preselettore per operare a 144 MHz. Anche il preselettore copre solo le HF. Il convertitore A/D è un Linear copre solo le HF. Il convertitore A/D è un Linear Technology LTC2206-14 (datasheet su Technology LTC2206-14 (datasheet su WWW.LINEAR.COM). ). Il datasheet contiene gli elementi necessari per Il datasheet contiene gli elementi necessari per le modifiche da apportare. Lo schema le modifiche da apportare. Lo schema dell’apparecchio è proprietario della dell’apparecchio è proprietario della Microtelecom, ma non è indispensabile per la Microtelecom, ma non è indispensabile per la modifica.modifica.

► Un problema da affrontare per la rimozione Un problema da affrontare per la rimozione dell’amplificatore differenziale e dei suoi componenti dell’amplificatore differenziale e dei suoi componenti è che le saldature sono fatte con stagno ROHS privo è che le saldature sono fatte con stagno ROHS privo di piombo, cosicché il punto di fusione delle stesse è di piombo, cosicché il punto di fusione delle stesse è superiore a quello dello stagno normale di circa 30 C. superiore a quello dello stagno normale di circa 30 C.

► Io uso correnti localizzate di aria calda, riscaldando Io uso correnti localizzate di aria calda, riscaldando il circuito da entrambi i lati con ugelli appositi. Non è il circuito da entrambi i lati con ugelli appositi. Non è semplicissimo rimuovere questi componenti senza semplicissimo rimuovere questi componenti senza danneggiare altri componenti vicini.danneggiare altri componenti vicini.

► Ho dovuto aggiungere un trasformatore Ho dovuto aggiungere un trasformatore sbilanciato/bilanciato e cambiare alcuni componenti sbilanciato/bilanciato e cambiare alcuni componenti di adattamento. L’ ingresso al ricevitore è fatto di adattamento. L’ ingresso al ricevitore è fatto adesso con uno spezzone di cavo teflon RG316/U ed adesso con uno spezzone di cavo teflon RG316/U ed un connettore BNC adatto. Il tutto è contenuto in una un connettore BNC adatto. Il tutto è contenuto in una scatola metallica schermante. (foto 7-8)scatola metallica schermante. (foto 7-8)

Vista finale del contenitore speciale di Perseus

Qualche dettaglio sulle prove al bancoQualche dettaglio sulle prove al banco

Dato che il ricevitore è del tipo a campionamento Dato che il ricevitore è del tipo a campionamento digitale diretto, non ha senso fare il test di IMD a due digitale diretto, non ha senso fare il test di IMD a due toni.toni.

Come sostituzione, ho determinato la soglia di Come sostituzione, ho determinato la soglia di rumore, misurando quindi il minimo segnale ricevibile rumore, misurando quindi il minimo segnale ricevibile con un preamplificatore a due stadi MOSFET a 144 con un preamplificatore a due stadi MOSFET a 144 MHz e con il transverter 10 GHz. MHz e con il transverter 10 GHz.

A 144 MHz, senza preamplificazione, ho potuto A 144 MHz, senza preamplificazione, ho potuto determinare il range dinamico con tono singolo, ed determinare il range dinamico con tono singolo, ed era circa 80 dB, legato ad un prodotto del quarto era circa 80 dB, legato ad un prodotto del quarto ordine. Il range dinamico è inferiore a quello desunto ordine. Il range dinamico è inferiore a quello desunto dal datasheet del convertitore A/D LTC, ma può essere dal datasheet del convertitore A/D LTC, ma può essere migliorato con una base dei tempi a jitter più basso ed migliorato con una base dei tempi a jitter più basso ed ottimizzando i circuiti di adattamento all’ingresso.ottimizzando i circuiti di adattamento all’ingresso.

Il segnale minimo ricevibile in 2 metri ed anche in 3 cm. è Il segnale minimo ricevibile in 2 metri ed anche in 3 cm. è risultato attorno a -140dBm, prestazione che va risultato attorno a -140dBm, prestazione che va benissimo in ambiente non elettricamente troppo benissimo in ambiente non elettricamente troppo rumoroso. Il guadagno del preamplificatore è stato rumoroso. Il guadagno del preamplificatore è stato regolato a 20 dB.regolato a 20 dB.

Il preamplificatore doppio stadio a MOSFET per 144 che Il preamplificatore doppio stadio a MOSFET per 144 che ho usato non ha una grande dinamica, ma ha circuiti di ho usato non ha una grande dinamica, ma ha circuiti di ingresso ed uscita ad alta impedenza con buona ingresso ed uscita ad alta impedenza con buona selettività. selettività.

E’ importante di evitare l’arrivo di segnali fuori della E’ importante di evitare l’arrivo di segnali fuori della banda 144 MHz. al convertitore A/D altrimenti si banda 144 MHz. al convertitore A/D altrimenti si ritroveranno in banda desiderata. Misure fatte a 432 MHz, ritroveranno in banda desiderata. Misure fatte a 432 MHz, senza preamplificatore, indicano che il convertitore A/D e senza preamplificatore, indicano che il convertitore A/D e la rete di adattamento determinano una perdita di soli 3 la rete di adattamento determinano una perdita di soli 3 dB rispetto ai 144. Penso di sviluppare il concetto per dB rispetto ai 144. Penso di sviluppare il concetto per progetti futuri in 432.progetti futuri in 432.

Altri sviluppi futuriAltri sviluppi futuri Conto di modificare Perseus usando una base dei Conto di modificare Perseus usando una base dei tempi esterna con basso rumore di fase e basso jitter, tempi esterna con basso rumore di fase e basso jitter, agganciata in fase ad un riferimento a 10 MHz. Ciò agganciata in fase ad un riferimento a 10 MHz. Ciò dovrebbe migliorare la dinamica. Sto realizzando dovrebbe migliorare la dinamica. Sto realizzando anche un trasmettitore SDR che possa totalmente anche un trasmettitore SDR che possa totalmente sostituire il trasmettitore analogico che uso sostituire il trasmettitore analogico che uso attualmente.attualmente.

In un futuro non lontano, dovrebbero essere In un futuro non lontano, dovrebbero essere disponibili ricevitori a campionamento diretto con disponibili ricevitori a campionamento diretto con frequenza di campionamento di oltre 300 MHz. Il frequenza di campionamento di oltre 300 MHz. Il sottocampionamento aumenta il jitter della base sottocampionamento aumenta il jitter della base tempi, il rumore relativo ed anche i problemi di tempi, il rumore relativo ed anche i problemi di campionamento e mantenimento (sample and hold) campionamento e mantenimento (sample and hold) del convertitore A/D. Ad ogni modo, non è detto che del convertitore A/D. Ad ogni modo, non è detto che un convertitore A/D con una frequenza di un convertitore A/D con una frequenza di campionamento molto alta funzioni meglio perché il campionamento molto alta funzioni meglio perché il numero effettivo di bit ed il range dinamico esente da numero effettivo di bit ed il range dinamico esente da spurie tendono a diminuire con l’aumento della spurie tendono a diminuire con l’aumento della frequenza di campionamento.frequenza di campionamento.

73,73,

Jeffrey Pawlan Jeffrey Pawlan IEEE Senior MemberIEEE Senior Member

WA6KBLWA6KBL

jpawlan@pawlan.com jpawlan@pawlan.com oror jpawlan@yahoo.comjpawlan@yahoo.com

www.pawlan.comwww.pawlan.com

www.winrad.org www.winrad.org 

CreditiCreditiRingrazio la IEEE MTT-S Ringrazio la IEEE MTT-S e il socio e il socio Michael Forman per le sue ottime Michael Forman per le sue ottime fotografiefotografie

Un ringraziamento ai seguenti membri del 50MHz & Up Group of N. Calif. Un ringraziamento ai seguenti membri del 50MHz & Up Group of N. Calif. che hanno contribuito ai contatti per la mia dimostrazione:che hanno contribuito ai contatti per la mia dimostrazione:

Randy NealsRandy Neals KI6TWTKI6TWTBrian YeeBrian Yee W6BYW6BYJim MossJim Moss N9JIMN9JIMJohn EkissJohn Ekiss AA6HAAA6HA

A Nico Palermo, A Nico Palermo, IV3NWV, IV3NWV, progettista del ricevitore Perseus progettista del ricevitore Perseus

A Charles Buse HB9EGW per il suo lavoro e per le migliorie apportate al A Charles Buse HB9EGW per il suo lavoro e per le migliorie apportate al programma Winrad, a Alberto I2PHD per il suo lavoro concedendo il programma Winrad, a Alberto I2PHD per il suo lavoro concedendo il sorgente del progetto originale Winrad.sorgente del progetto originale Winrad.

Traduzione di I5CTE PieroTraduzione di I5CTE Piero

Questa presentazione puo’ essere utilizzata e pubblicata liberamente, come autorizzato da Questa presentazione puo’ essere utilizzata e pubblicata liberamente, come autorizzato da Jeffrey Jeffrey Pawlan , WA6KBLPawlan , WA6KBL, a: , a:

Giancarlo Moda, I7SWX, sezione ARI di Cassano delle Murge BA – IQ7MUGiancarlo Moda, I7SWX, sezione ARI di Cassano delle Murge BA – IQ7MU

non apportando modifiche non autorizzate e mantenendo il copyright di Jeffrey Pawlan, WA6KBL. 5-non apportando modifiche non autorizzate e mantenendo il copyright di Jeffrey Pawlan, WA6KBL. 5-06-200906-2009