Tulip SDR made by YO2BOF

Salut tuturor radioamatorilor YO. Am deschis acest blog in speranta ca pot transmite  din experienta mea tuturor celor care au construit, construiesc sau doresc sa construiasca un transceiver SDR (Software Defined Radio) cunoscut pe Internet sub numele de Tulip sau Tulipan.

Am pornit de la anuntul postat pe Radioamator.ro de YO5OCA privind disponibilitatea unui set de cablaje pentru realizarea acestui transceiver. Dupa achizitia setului de cablaje Aurel YO5OCA m-a pus in legatura cu Gicu YO8RLK si Cristi YO3FLR de la care am aflat primele informatii privind schema si componentele necesare.

A urmat o perioada de circa 2 luni in care am achizitionat piesele din magazine online. In aceasta perioada am proiectat si realizat sasiul, am recuperat diverse componente de pe placi cu componente SMD scoase din uz. Am exersat deslipirea si relipirea de componente SMD respectiv circuite cu cat mai multi pini. Am achizitionat unelte si chimicale specifice lucrului cu componente SMD. Am cautat informatii privind modul de notare a componentelor SMD, a dimensiunilor lor etc. Am cautat cat mai multe informatii despre modul de functionare al aparatelor SDR. In capitolul Informatii tehnice gasiti cateva informatii care sper sa fie de folos.

Din documentatia primita de la Gicu YO8RLK si din ce am gasit pe Internet am realizat o sinteza a schemelor necesare in format PDF (A3) pe care le-am imprimat si indosariat. Placile de cablaj le-am scanat, pentru o eventuala consultare ulterioara, deoarece prin lipirea componentelor unele informatii nu se mai vad Aceste informatii le gasiti in capitolul Documentatie Tulip SDR.

Realizarea propriu-zisa a durat 4 luni aproximativ 400 de ore de lucru. Am inceput cu proiectarea sasiului , reproiectarea tastaturii, realizarea suportilor pentru tastaura , encoder si potentiometru. Pentru detalii vezi pagina Sasiu din capitolul Realizare Tulip SDR

20160226_125635

Dupa realizarea sasiului , stabilirea in linii mari a asezarii modulelor (cablajele transceiverului), frontalul provizoriu al viitorului transceiver, am trecut la lipirea componentelor pe placile de cablaj imprimat.

Ordinea de realizare a fost: 1) Controler, 2) DDS (Direct Digital Synthesizer), 3) Comutatie, 4) SDR Avala, 5) Filtre RX, 6) DSP (Digital Signal Processing), 7) Filtre TX, 8) Etajul final.

In capitolul Realizare Tulip SDR gasiti o descriere detaliata a fiecarui modul.

Din punctul meu de vedere realizarea acestui transceiver are o „filosofie” aparte si ea consta in urmatoarele: prelucrarea identica a semnalelor I si Q ca amplificare, filtrare si conversie analog numerica. De unde aceasta idee, de acolo de unde dupa obtinerea semnalelor I si Q la iesirea din detectorul Tayloe si pana la prelucrarea lor de catre DSP pot apare distorsiuni care altereaza aceste semnale. Prelucarea in DSP fiind pur matematica orice eroare a valorii unei variabile conduce la eroare a rezultatului. Conditia de amplitudini egale si defazate exact la 90 grade nu este niciodata indeplinita, intodeauna exista un mic decalaj de amplitudine sau de faza. Practica demonstreaza ca aceste diferente variaza in timp. Teoria ne arata ca pentru a obtine o atenuare cu 40 dB a benzii laterale nedorite in banda 300Hz-3000Hz precizia defazarii cu 90 de grade este de jumatate de grad, lucru imposibil de realizat practic. Solutia acestei probleme consta in introducerea pe calea de prelucrare a semnalelor I si Q a unor filtre trece tot (sau trece jos) in care sa existe o dependenta liniara intre faza semnalului si logaritmul frecventei. Aceste filtre calculate cu precizie si cu un numar rezonabili de poli dau rezultate foarte bune in practica. Sper ca explicatiile de mai sus v-au convins. Ca radioamatori nu este nevoie sa intram in mai multe detalii privind SDR-ul, cele doua materiale din capitolul Informatii tehnice sunt suficiente.

In concluzie realizarea cailor de prelucrare a semnalelor I si Q de pe modulele SDR Avala si DSP nu se poate face cu orice componente si ma refer aici la faptul ca o serie se componente trebuie sa fie pereche, adica trebuie sa aiba aceeasi valoare (R sau C) . Nu este foarte important ca valoarea sa fie exact cea din schema , o toleranta de 1-5% (sau chiar si 10%) este admisa ci este important ca piesele ce joaca acelasi rol sa fie identice ca valoare (pereche). In descrierea realizarii modulelor voi preciza exact care sunt componentele pereche.

Acest mod de abordare face mai lenta constructia transceiverului dar va asigur ca merita. Este foarte dificil la finalizarea constructiei sa deduci ce nu functioneaza corect si unde sa intervii.

Un lucru bun este faptul ca schemele sunt corecte. Acesta afirmatie nu este gratuita, transceiverul realizat de mine a fost executat dupa aceasta schema. Am intervenit ca schema doar in modulul de comutatie si la modul de cuplare intre SDR Avala si DSP. Despre aceste modificari sunt prezentate detaliat in descrierile acelor module.

Chiar daca sunt foarte multe componente pasive acestea au fost verificate piesa cu piesa si selectate. De mare ajutor a fost SMD-testerul (vezi galeria foto Unelte utilizate). In unele cazuri am preferat sa asociez doua componente in paralel pentru a obtine valoarea necesara, mai ales la condensatoare unde dispersia valorilor este mai mare. In cazul componentelor pereche intodeauna le-am montat pe ambele odata pentru a nu gresi. In cazul condensatorilor am facut perechile inainte selectand valori cat s-a putut mai egale. In unele cazuri un element al perechi era format din un singur condensator si al doilea element al perechii era format din doua (trei) condensatoare. Atentie ca la lipirea una peste alta a SMD-urilor acestea se incalzesc si valoarea nominala se schimba deci valoarea  ansamblului trebuie sa o masurati dupa cel putin 2min de racire.

Dupa montarea componentelor pasive am alimentat modulul respectiv si am verificat cu un multimeru numeric tensiunile la pinii de alimentare a circuitelor integrate, la pinii circuitelor stabilizatoare, la divizoarele de tensiune si in general traseele de alimentare.

Transceiverul este organizat pe opt blocuri functionale pe care pentru a le repera mai usor in descrierea ce urmeaza le-am numit module.

tulip-schema-bloc

Comunicarea cu operatorul este realizata in principal de modulele Controler si DSP. Encoderul pentru frecventa este un encoder optic, encoderele 1 si 2 sunt encodere mecanice cu intrerupator.

In versiunea de 20W a transceiverului sursa trebuie sa asigure un current de circa 4÷5 A pe linia de 12 V si de 1 A pe linia de 5 V.

Modulele sunt realizate pe cablaj imprimat dubla fata cu treceri metalizate excelent executat (felicitari celor care au proiectat si celor care au realizat cablajele).  Fixarea modulelor pe sasiu s-a facut pe distantere de 10 mm in asa fel incat sa fie cel mai convenabil din punctul de vedere al conexiunilor.

Modul de functionare, particularitati de constructie si reglare a fiecarui modul sunt prezentate in capitolul Realizare Tulip SDR

Autorii proiectului Tulip sunt Georghi RX9CIM si Vladimir R6DAN. Prima mentiune a proiectului este la 1 mai 2015. O cronologie a evolutiei acestui proiect o puteti gasi la adresa:

http://forums.qrz.com/index.php?threads/new-standalone-sdr-dsp-reciever-and-trancievers-from-russia.478177/

 

Proiectul a fost preluat de multi radioamatori si perfectionat continuu. As remarca pe Igor UT3QI care a realizat desenele schemelor, Artur SP3OSJ care a realizat o versiune miniatura a proiectului Tulip, Valerij YL2GL care a realizat printre primi un transceiver Tulip complet la care a adaugat un etaj de putere de 100W. In YO numarul transceiverelor Tulip realizate este inca mic, in faza functionala in trafic mentionez pe Gicu YO8RLK, Cristi YO3FLR si cel realizat de mine. Mai sunt in constructie si alte exemplare si se pare ca interesul pentru realizarea acestui transceiver este in crestere.

Performante preconizate de autorii proiectului sunt urmatoarele:

-Tulip SDR este un transceiver din clasa cu conversie indirecta a semnalului RF. (Quadrature Signal Detector I/Q ou Tayloe-SDR)

– Gama de frecventa – 50 kHz – 30 MHz;

– Dispune de un controler cu un ecran LCD si touchscreen;

-Moduri de lucru FM, AM, CW, SSB;

– Posibilitatea de a opera moduri digitale folosind o intrare / iesire liniară de emisie-receptie si PC-controlat VOX;

– Prezenta unui semnal în două tonuri în modul de transmisie;

– În modurile de receptie AM, si FM banda de receptie se poate regla in domeniul 0 ÷ 10000Hz

În modurile de receptie SSB, si CW banda de receptie se poate regla in domeniul 0 ÷ 3700Hz

– Posibilitatea de reglare a latimii de bandă a semnalului transmis în intervalul de la 50 ÷ 3000Hz

– Rectangularitatea filtrelor digitale utilizate la nivelul de -3 dB / -60 dB – mai bună decât 1,1;

– Suprimarea frecventei imagine – 70 dB;

– Sensibilitate  – 0,5 ÷ 1 µV

– Disponibil filtru automat Notch;

– Disponibil Shift;

– Disponibil Nois Blanker;

– Disponibil Squelch.

– Microfon dinamic, microfon condensator, posibilitati de reverberatie si compresie;

– Deviatia de frecventa in  FM – 6kHz;

– Prezenta posibilitătii de a suprima calea de transmisie dezechilibrată prin ajustarea manuală utilizând o interfată grafică care asigură suprimarea celei de a doua transmisie de bandă laterală mai bună decât 50dB;

– Disponibil VOX;

– Manipulator electronic;

– Capacitatea de a se conecta la un transverter cu IF arbitrar ;

-Conectarea la PC prin interfata CAT (protocol TS 570)

 

Avand in vedere performantele proiectului asa cum au fost ele anuntate de autori , pot spune ca Tulip-ul  construit de mine a atins aceste performante lucru de care sunt foarte multumit.

In videoclipul Frecventa imagine puteti vedea ca atenuarea frecventei imagine atinge fara probleme cei -70 dBm preconizati.

Frecventa imagine https://www.youtube.com/watch?v=RhPwy1PArr8

Pentru masurarea sensibilitatii aparatului am apelat la un prieten care mi-a pus la dipozitie un generator de semnal performant si de incredere.

perf1

perf2

Si asa mai departe pana la S3

perf3

Semnalul la S3 mai era vizibil si se auzea foarte bine in difuzor. Nu am avut cum masura sub S3 deoarece generatorul nu putea livra un semnal mai mic de -110 dBm.

Pentru documentare puteti consulta la adresa https://en.wikipedia.org/wiki/S_meter un articol amplu privind calibrarea S-metrului. Deci conform teoriei corespondenta intre nivelul conventional S puterea in dBm (decibel/microvolt) respective tensiunea pe 50Ω exprimata in µV se gasesc in tabelul de mai jos:

S HF
μV (50Ω) dBm
S9+10dB 160,0 -63
S9 50,2 -73
S8 25,1 -79
S7 12,6 -85
S6 6,3 -91
S5 3,2 -97
S4 1,6 -103
S3 0,8 -109
S2 0,4 -115
S1 0,2 -121

Concluzia este ca sensibilitatea masurata este de sub 1 µV, dar avand in vedere ca la scoaterea antenei indicatorul de putere a semnalului se duce pana la -118 dBm, si in benzile superioare pana la -120 dBm putem sa ne declaram multumiti pentru un receptor home made.

Utilizarea in trafic a demonstrat o modulatie de calitate, multi radioamatori declarandu-se surprinsi ca este un transceiver home made.

Supletea, vigurozitatea etajului final sunt au alt argument in favoarea acestui transceiver.

Nu in ultimul rand posibilitatea vizualizarii spectrului de banda pe 36KHz, si adaptarea lui la scala display-ului, facilitatile de lucru split, posibilitatea de selectare dupa dorinta a benzii audio la receptie, posibilitatea de shift si altele precum si faptul ca este un transceiver SDR STANALONE (adica nu are nevoie de un computer) fac din Tulip un transceiver modern si care se poate „bate” cu multe transceivere de fabrica cu nume mari.

Anunțuri