ich habe mir für den Winter ein neues Bastelobjekt gesucht und auch gefunden. Ich habe noch einen Eigenbau-Transceiver, der mittlerweile schon fast 30 Jahre auf dem Buckel hat und somit eine Renovation angesagt ist. Auf Grund der Erfahrungen mit meinem Eigenbau-SDR habe ich beschlossen, die Schwachstellen des Transceivers neu zu bauen. Das ist einerseits der PLL-Oszillator, der schon immer Probleme hatte, der wird durch einen DDS-Oszillator mit dem AD9851 ersetzt. So ist man die Stabilitätsprobleme der PLL los und durch die sehr feine Frequenzauflösung braucht es auch den Kunstgriff mit der variablen Referenzfrequenz für die Feinabstimmung (Clarifier) nicht mehr. Da so zudem Frequenzwechsel verzögerungsfrei möglich sind, ist dann auch ein Frequenzversatz in CW möglich, was bisher nicht ging. Als weitere Verbesserung bekommt er eine zweite, digitale ZF, sowohl in Sende- als auch in Empfangsrichtung. So hat man sehr steilflankige Filter mit variabler Bandbreite und eine perfekte Einseitenband-Modulation, auch FM wird so möglich. Auch die NF-Vorfilterung des Mikrofonsignals sowie die automatische Aussteuerungsregelung (Sprachprozessor) kann digital erfolgen und ist somit sehr flexibel. Im HF-Teil dagegen wird es nur kleinere Verbesserungen oder Anpassungen geben. Eventuell baue ich noch eine kompakte Stromversorgung, die dann im Gerät Platz hat, bisher ist sie in einem separaten Gehäuse untergebracht.
Das Gerät vereinigt so ziemlich alles an Technologie, die damals auf breiter Ebene verfügbar war: Neben 9 Röhren, zahlreichen Transistoren und ein paar ICs hat es auch einen Mikrocontroller samt alphanumerischem LCD für die Steuerung und Bedienung des Geräts. Hier der Ist-Zustand:
Empfangsseitig hat es einen durchgehenden Frequenzbereich von 1.3 bis 30MHz (unterteilt in 3 Bereiche). Der geregelte HF-Vorverstärker ist zweistufig mit 2*EF183 und drei abgestimmten Kreisen aufgebaut, die Abstimmung erfolgt dabei durch einen Schrittmotor, der vom Prozessor gesteuert wird. Danach folgt ein Diodenmischer auf die ZF von 9MHz, dort sorgt ein Quarzfilter für Selektion. Danach kommt der 2. Mischer, ebenfalls ein Diodenmischer, der auf DC mischt. Durch Verschieben der Oszillatorfrequenz des 2. Mischers kann das obere oder untere Seitenband gewählt werden. Der anschliessende NF-Verstärker besteht aus 2*ECC83 und einem zuschaltbaren Bandpass für Schmalband-CW. Da die 9MHz-ZF nicht vestärkt wird, braucht der NF-Verstärker entsprechend Verstärkung, daher die beiden ECC83.
Sendeseitig arbeiten die beiden Mischer mit dem Quarzfilter wie beim Empfang, aber verkehrt herum. Am NF-Ausgang wird das verstärkte Mikrofonsignal oder bei CW die getastete Gleichspannung eingespeist, und die HF-Seite geht auf eine EF183 als erste Verstärkerstufe, die ein- und ausgangsseitig mit je einem Drehko abgestimmt wird. Darauf folgt eine EL84 als Treiber, die am Ausgang mit dem 3. Drehko abgestimmt wird. Als Endstufe dienen zwei parallelgeschaltete amerikanische Zeilenendröhren vom Typ 6JB6A, die mit 600V Anodenspannung im B-Betrieb arbeiten und eine Leistung von gut 100W abgeben. Von den Anoden gelangt die HF über ein abstimmbares PI-Filter zur Antenne. Die Sende/Empfangsumschaltung erfolgt dabei am anodenseitigen Ende des Filters, so dass das PI-Filter auch in Empfangsrichtung wirkt.
Hier die Innereien:
Links ist der NF-Verstärker mit dem CW-Filter (die abgeschirmte Spule mit dem gelben Kondensator), rechts daneben die ECL82 und oben in der Mitte im Abschirmgehäuse des Mikrocontrollers. Rechts vom Mikrocontroller ist die Mechanik der Empfangs-Bandumschaltung zu sehen, darunter die Empfangsfilter mit den vielen Trimmkondensatoren. Unter dem Filter sind die beiden Dreifach-Drehkos, der für den Sendepfad ist unten zu sehen. Knapp erkennbar unter der Mechanik sind die beiden EF183 für den HF-Vorverstärker und unten die EF183 und EL84 für den Sendepfad.
Ganz rechts ist die Sende-Endstufe mit dem PI-Filter:
Die Anodenspannung wird über eine Serieschaltung von zwei Drosseln zugeführt, die eine ist senkrecht vor den Röhren, die andere ist versteckt unter den Filterspulen. Die Serieschaltung war nötig, damit es keine Serieresonanz im Nutzfrequenzbereich gibt. Im rechten Teil ist das PI-Filter mit den umschaltbaren Spulen und den beiden Drehkos. Der untere ist der ausgangsseitige Kondensator, der aus der Parallelschaltung der drei Plattenpakete besteht, um bei 160m ausreichend Kapazität zu haben. Links hinter der Röhre sieht man noch die fetten Keramikkondensatoren, welche die HF auskoppeln. Wegen der HF-Ströme und der hohen Spannung sind diese kritisch, diese stammen aus der Horizontalablenkung eines Farbfernsehers.
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nach einer ersten Bestandesaufnahme sieht der Umbau etwa wie folgt aus:
Der NF-Teil wird 'abgekühlt', also transistorisiert, das schafft Platz für den Netztrafo, so dass die Speisung nicht mehr in einem separaten Gehäuse sein muss. Da die Filterung digital erfolgt, braucht es auch das CW-Filter nicht mehr, und der Mikrofon-Vorverstärker wird ebenfalls einfacher, der muss nur noch den A/D-Wandler treiben können. Da dieser 12 Bits hat, hat er eine sehr hohe Dynamik, so dass die Verstärkung keine grosse Rolle spielt, lediglich Übersteuerung ist verboten.
Die 2. HF-Empfangsstufe wird entfernt, da die hohe Verstärkung nicht notwendig und teilweise sogar schädlich ist. Die drei Vorkreise bleiben aber, um Spiegelfrequenzempfang und ZF-Durchschläge zu verhindern. Eventuell gibt es noch einen weiteren Empfangsbereich mit einem Tiefpass (aperiodisch), damit auch der Bereich unter 1.3MHz empfangen werden kann.
Die erste ZF wird von 9 auf 10.7MHz geändert, da ich noch passende Quarzfilter rumliegen habe. Diese sind mit 12kHz auch für FM ausreichend breitbandig. Da die Diodenmischer die Eingangssignale am Ausgang kräftig dämpfen, dürften die 10.7MHz auch für das 30m-Band (10.15MHz) kein Problem sein.
Der Haupt-Oszillator wird durch einen DDS-Oszilllator ersetzt und die Referenzfrequenz wird fix, das vereinfacht die Schaltung und erhöht die Frequenzstabilität. Die Schrittweite von etwa 30mHz ist auch für SSB mehr als ausreichend.
Die Wahl der 2. ZF ist noch offen und richtet sich nach den erhältlichen Quarzfrequenzen. Da derselbe Prozessorkern wie beim Software Defined Radio verwendet wird, ist auch die Samplingfrequenz mit 1MHz gegeben, zur Not geht auch etwas mehr. Somit muss die ZF unter 500kHz sein oder allenfalls im Aliasing-Bereich 500kHz..1MHz, was aber für die Senderichtung nicht optimal ist, da die Alias-Signale vom D/A-Wandler prinzipbedingt abgeschwächt sind. Da in der 1. ZF steile Quarzfilter verwendet werden, gibt es keine Probleme mit Spiegelfrequenzempfang.
Der HF-Sendepfad bleibt mehr oder weniger original. Eventuell baue ich die Endstufe auf Gegentakt um, das würde die Modulationsqualität verbessern. Da sowieso zwei Röhren verbaut sind, ändert sich nicht viel, statt den Drosseln für die Spannungsversorgung gibt es einen HF-Trafo. Allerdings wird die Neutralisation etwas mühsamer, da kreuzweise neutralisiert wird.
Der Mikrocontroller liegt fertig in Form eines Evaluation Boards auf dem Tisch, inklusive Farb-TFT-Display (320*240 Pixel) mit Touch Screen, so dass eine bequeme Bedienung und Anzeige möglich wird. Daneben bleiben die Dreh-Encoder für Abstimmung und Frequenz-Offset, für die Haupt-Abstimmung baue ich vielleicht einen optischen Encoder ein, so wie bei den professionellen Geräten.
Es gibt auf alle Fälle einiges zu tun. Die Messmittel von damals (ölgekühlte Dummy-Load und HF-Abschwächer für Spektrum-Analyser) habe ich wieder ausgegraben. Weiter habe ich noch festgestellt, dass meine (neue) 1:100-Sonde bei 30MHz nur 50V verträgt und somit eine bessere Sonde beschafft werden muss oder dann auf gewisse Messungen verzichtet werden muss. Man kann mit der Sender-HF durchaus Oszi-Sonden verheizen, das passierte beim ursprünglichen Bau, glücklicherweise hatte das Oszi überlebt. Im Anodenkreis der Endstufe lässt man das Messen aus Sicherheitsgründen sowieso besser sein, da gibt es schnell ein Feuerwerk.
ich bin jetzt daran, das Controller-Modul zum Laufen zu bringen. Wie schon aus früheren Erfahrungen befürchtet, ist die mitgelieferte Software-Bibliothek voller Fehler Somit heisst es Datenblatt studieren (sind ja nur ca. 1700 Seiten) und Fehler korrigieren oder gleich neu schreiben. Das Display macht schon mal das, was es soll, aber die Hardware hat noch viele ungenutzte Möglichkeiten. Der Touch Screen geht so halbwegs, da muss ich tief in die Materie abtauchen, vorerst ging es nach der Methode "try and error", was später garantiert schief geht.
Das Display selber macht einen guten Eindruck, die Bildqualität ist auch bei schiefer Betrachtung noch ganz ordentlich, insbesondere wenn man schief von oben oder unten draufblickt, was ja ein realistischer Fall ist.
Die eigentliche Signalverarbeitung dürfte dieses Mal wenig zu tun geben, da der Prozessorkern derselbe wie beim Software Defined Radio ist. Somit kann der Empfangsteil direkt übernommen werden, lediglich die Schnittstelle zum A/D-Wandler muss angepasst werden. Der Sendeteil ist sehr ähnlich wie der Empfangsteil, so dass hier die meisten Funktionen übernommen werden können. Da man mit einem Transceiver bekanntlich nicht gleichzeitig senden und empfangen kann, gibt es keine Probleme mit der Rechenleistung, und Speicher hat er bis zum Abwinken, somit gibt es keinerlei Ressourcenprobleme. Es stellt sich eher die Frage, was man mit all dem externen RAM anstellen soll
wenn möglich verwende ich nur eine einzige Quarzfrequenz, das vereinfacht den Abgleich auf die exakte Sende- und Empfangsfrequenz. Daher prüfe ich noch ein paar Kombinationen aus ZF und Referenzfrequenz.
Die digitale Signalverarbeitung steht mittlerweile in groben Zügen, und auf der digitalen Ebene ist das SSB-Sendesignal korrekt, somit muss ich nur noch eine saubere D/A-Wandlung hinkriegen... passende Wandler habe ich schon gefunden, die müssen nur noch bestellt werden.
Die Displayfunktionen sind mittlerweile sauber implementiert. Da gab es auch noch einen Fallstrick mit dem Displaycontroller im Prozessor. Der hat die eigentlich praktische Funktion zum Einblenden eines Fensters beliebiger Grösse und Position, eigentlich ideal für Eingabefenster und Ähnliches, da man nach dem Beenden der Funktion den Hintergrund nicht neu zeichnen muss. Dass Dumme daran ist nur, dass der Prozessor zu lange blockiert wird, somit musste ich die Funktion anders lösen.
es gibt was Neues. Auf der Hardware-Seite habe ich eine Platine mit A/D- und D/A-Wandler für die ZF gemacht. Der A/D-Wandler ist derselbe wie beim Software Defined Radio, also mit 12 Bit Auflösung und 1MSample/s. Der D/A-Wandler für den Sendepfad arbeitet ebenfalls mit 1MSample/s, hat aber 16 Bit, da die 12Bit-Version nicht verfügbar war und ich nicht warten wollte. Auf der Software-Seite habe ich den Sendepfad (SSB-Modulator) implementiert sowie noch ein bisschen 'Drum herum' für das Display und die Bedienung.
Die Signalqualität des D/A-Wandlers ist hervorragend, hier die FFT des Trägers:
Der Rauschteppich liegt 90dB unterhalb der Trägeramplitude und es gibt auch keinerlei Störungen um den Träger herum, was saubere Update-Zeitpunkte bedeutet. Die Verzerrungen (Oberwellen) sind ebenfalls gut, hier ist das Oszilloskop begrenzend, man misst die Verzerrungen vom Oszi und nicht das eigentliche Signal. Da passende Messgeräte aber unbezahlbar sind, lasse ich das mal...
Hier noch ein einseitenbandmoduliertes Signal (oberes Seitenband), zur Orientierung habe ich den Träger nicht unterdrückt:
Als Modulationssignal dient das Rauschen vom offenen Analogeingang, der so alle Störungen in der Umgebung aufnimmt. Durch das sehr steilflankige SSB-Filter existiert vom unteren Seitenband nichts. In der Praxis wird der Durchlassbereich noch etwas nach oben verschoben, da die NF-Frequenzen unterhalb 300Hz für die Verständlichkeit eher schaden als nützen, zudem reicht eine Bandbreite von 3kHz. Da die Modulation in der digitalen Ebene erfolgt, wird auch der Träger vollständig unterdrückt, ausser man lässt ihn gewollt durch, so wie hier. Für CW wird der Träger in die Mitte des Durchlassbereichs vom SSB-Filter gesetzt und getastet, so gibt es gratis eine Bandbreitenbeschränkung, so dass die Tastung nicht 'hart' ist und man nicht das ganze Band 'zunagelt'.
Für die Abstimmung habe ich einen optischen Encoder beschafft. Im Gegensatz zu den rein mechanischen Encodern hat dieser 256 Puls pro Umdrehung (statt 32) und kein Kontaktprellen. So wird die Abstimmung präziser und 'analoger', was die Bedienung stark vereinfacht. Durch die Kugellager ist er auch sehr langlebig, aber nicht gerade billig.
Als Nächstes folgt die ZF-Verarbeitung vom Sender und Empfänger.
Der A/D- und D/A-Wandler, fast alles bastlerfreundliche SMDs:
Der A/D-Wandler ist der 6poige SOT23-Chip und damit der bastler-unfreundlichste. Der D/A-Wandler und die OpAmps sind im 'normalen' SO8-Gehäuse, das sich mit einer feinen Lötspitze problemlos löten lässt. Die Widerstände und Kondensatoren in SMD-Bauweise haben den Vorteil, dass man keine Löcher bohren muss, wenn man die Platine selber ätzt, eine nicht zu unterschätzende Erleichterung. Der Schaltplan ist im Anhang als PDF angehängt und nicht speziell.
Hinter dem D/A-Wandler folgt ein 5poliges elliptisches L/C-Tiefpassfilter (nicht im Schaltplan), welches die Aliasfrequenzen unterdrückt. Der Frequenzgang ist hier, gemessen mit meinem Software Defined Radio und dem daran angeschlossenen Tracking-Generator:
Bei einer ZF um 250kHz und 1MHz Samplingfrequenz liegt die Aliasfrequenz bei 750kHz und damit im Bereich der grössten Filterdämpfung. Wie bei einem elliptischen Filter üblich, wird bei höheren Frequenzen die Dämpfung geringer, dafür ist der Abfall bei der Eckfrequenz sehr steil, was hier wichtig ist. Da die D/A-Wandlung bereits in der Theorie Tiefpass-Charakteristik hat, spielt die reduzierte Filterdämpfung bei den höheren Aliasfrequenzen keine Rolle, da diese bereits am Wandlerausgang gedämpft sind.
Hier noch das gefiterte Trägersignal im Frequenzbereich 0..2MHz:
Von Aliasing keine Spur, lediglich ein paar Oberwellen sind noch sichtbar, aber sehr schwach, teilweise werden sie auch im Analyser 'erfunden', da er hier an seine Grenzen stösst. Der Peak ganz links ist der 0-Hz-Peak, der bei jedem Spektrum-Analyser mehr oder weniger stark vorhanden ist und vom Messprinzip herrührt.
Im Zeitbereich sieht das Signal so aus:
Das Signal mit den Ecken ist das ungefilterte Signal vom D/A-Wandler, und wegen dem 'krummen' Verhältnis zwischen Ausgangsfrequenz und Samplingfrequenz sind die 'Ecken' nicht immer bei denselben Momentanwerten, was zu mehreren Signalkurven führt. Das gefilterte Signal ist ein sauberer Sinus, so wie es sein soll.
Zum Schluss noch ein Bild vom Prozessor-Modul mit Touch-Display:
es geht weiter. Für das Umsetzen des Signals vom D/A-Wandler nach 10.7MHz habe ich jetzt eine gute Lösung gefunden. Der Controller hat noch eine ungenutzte PLL, welche für die Erzeugung der Taktsignale für das Audio-Interface gedacht ist. Diese kann dazu missbraucht werden, ein sauberes 10.94MHz-Signal zu erzeugen. Damit kann man das Signal von D/A-Wandler (um die 250kHz) auf 10.7MHz hochmischen. Zur Unterdrückung der Spiegelfrequenz nutze ich dann ganz normale Keramikfilter, wie man sie auch in FM-Empfängern mit IC-ZF-Teilen findet. Diese haben eine Bandbreite von ca. 250kHz, so dass im Empfangsmodus auch eine Panorama-Anzeige möglich ist.
die Keramikfilter sind angekommen und ich habe mal eines ausgemessen. Die Filterung ist sehr gut, so dass im Sendepfad ein Filter reicht, während im Empfangspfad 2 Filter notwendig sind, damit auch die Weitabselektion befriedigend ist. Bezüglich Anpassung sind sie sehr tolerant, lediglich die Einfügungsdämpfung ändert, aber nicht die Filtereigenschaften.
Heute habe ich mal die nicht mehr benötigten Komponenten aus dem Transceiver ausgebaut und die Trafos für die Stromversorgung eingebaut. Der noch vorhandene Platz sollte mehr als ausreichend sein, so dass das separate Netzteil entfällt. Gegenüber der ursprünglichen Schaltung gibt es einige Röhren weniger, es bleibt eine für die HF-Vorstufe, die Sende-Vorstufe, Sende-Treiberstufe und die beiden Sender-Endstufenröhren. Der Rest wird in Halbleitertechnik ausgeführt. Dank dem Touchscreen werden auch einige Bedienelemente überflüssig.
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Somit heisst es Datenblatt studieren (sind ja nur ca. 1700 Seiten) und Fehler korrigieren oder gleich neu schreiben. Das Display macht schon mal das, was es soll, aber die Hardware hat noch viele ungenutzte Möglichkeiten. Der Touch Screen geht so halbwegs, da muss ich tief in die Materie abtauchen, vorerst ging es nach der Methode "try and error", was später garantiert schief geht.
