LIMA-SDR
Neues Projekt nun auch bei G01
Lima-SDR ist ein Bausatz für alle, die sich für die neue Software-Defined-Radio Technologie intressieren. Es handelt sich hierbei um einen vollwertigen SDR-Transceiver für den Frequenz- bereich 0,250 - 30 MHz mit einer Senderausgangsleistung von 1 Watt.Der Bausatz kann in Teilbereichen aufgebaut werden, enthält bis auf eine Ausnahme ausschließlich konventionelle (bedrahtete Bauteile) und ist daher auch für den ungeübten Bastler geeignet.
Aus dem cq-Aachen vom 25. September 2009
Ein neues OV-Projekt ist gestartet. 16 OM beteiligen sich an dem Projekt zum Bau eines softwaregesteuerten TRX. Stefan DJ2SEA hat sich dankenswerterweise bereit erkärt, sich um die Bauteilebestellung und Beschaffung zu kümmern und zum heutigen Zeitpunk sind die Teile größtenteils unterwegs, bzw bereits bei ihm angekommen.
Die obige Abbildung zeigt den bestückten Empfänger in der derzeit vorliegenden Version. Doch angefangen hat das Ganze erst mal so: Norbert, DF5KT und Karl Heinz, DCØKV diskutierten schon seit langem über neue Konzepte was den Bau von Kurzwellengeräten angeht. Sei es vorzugsweise für die Verwendung zum Betrieb der digitalen Betriebsarten — PSK31, Olivia, SSTV und wie sie nicht alle heißen — und wir hatten schon das Netz nach allen möglichen Schaltungsunterlagen durchforstet.
Gelandet waren wir dann bei einem Konzept von YU1LM mit seinem ADTRX1 und AVALA. Dort fanden wir sehr nützliche Hinweise von Dr.Ing. Bodo Schulz, DJ9CS der das Konzept von YU1LM kritisch untersuchte und viele Detailverbesserungen vorschlug. Mails gingen hin und her, DL2EWN wurde nach fertigen Platinen zum AVALA-Konzept befragt und just in diesem Augenblick hatte unser DJ9JX, Hubert eine interessante Entdeckung gemacht: Auf der Homepage von LØ2 stand ein SDR-Konzept, detailliert beschrieben, tolles Konzept, gute Eigenschaften zu einem unschlagbaren Preis.
Die Info ging im OV dank Rundmail an alle Mitglieder und bereits nach wenigen Wochen fand sich ein Dutzend OM zusammen, das Konzept zu verwirklichen. Es entstand das neue OV-Konzept. Da der nächste OV-Abend anstand, wurde statt eines anderen OV-Vortrages dieses Thema auf die Tagesordnung gesetzt. Stefan, DJ2SEA hielt einen kurzen, eindrucksvollen Vortrag, Heinz, DJ5GR führte seine SDR-Version nach Elektor vor und danach wurde die Liste länger — immerhin haben sich dann insgesamt 16 OM zum LIMA-SDR entschlossen.
Nun haben wir (die 16) den Bausatz bestellt. Er beinhaltet alle notwendigen Hardwarekomponenten für die Realisierung eines vollständigen Software Defined Radio für den Frequenzbereich von 225 kHz bis 30 MHz.
Das LIMA-SDR ist ein Analog-Front-End welches mittels USB-Schnittstelle und zweier Stereoaudiokabel über die Soundkarte eines PCs angeschlossen wird. Die Erzeugung der beiden Audiosignale (I und Q) aus dem Antennensignal übernimmt ein so genannter Quadratur-Sampling-Detektor. Der digitale Signalprozess erfolgt auf einem PC mit entsprechender Software.
Ziel bei der Entwicklung dieses Bausatzes war in erster Linie die Vermeidung von SMD Bauteilen, die beim Aufbau dem einen oder anderen mehr oder weniger Schwierigkeiten bereiten könnten, und ein kostengünstiger Aufbau mit handelsüblichen Bauteilen.
Das LIMA-SDR besteht im Endausbau aus zwei Platinen im Europa- kartenformat 160 x 100 mm2. Board 1 (RX) enthält alle Komponenten für den Receiver; Board 2 (TX) enthält die Komponenten zur Aufbereitung des Sendesignals und eine kleine HF-Endstufe mit einer Ausgangsleistung von max. 1 Watt PEP.
Durch den Einsatz eines DSPLL-Synthesizers vom Typ SI570 (CMOS) der über den USB-Port eines PCs angesprochen wird, kann der gesamte Frequenzbereich von 225 kHz bis 30 MHz in 1 Hz Schritten abgestimmt werden. Die USB-Schnittstelle im LIMA-SDR besteht aus einem AVR-Microcontroller vom Typ Attiny45-20 der über einen I2C-Bus den Synthesizer steuert. Zusätzlich wird aus dem AVR-Microcontroller noch das PTT-Signal ausgekoppelt. Die Firmware stammt von Toni, DG8SAQ, QRP2008-Team. Der SI570 ist als CMOSVariante vorgesehen und liefert somit eine Taktfrequenz von 10 – 160 MHz.
Beim I/QVerfahren
benötigt man zur Erzeugung der niedrigen ZF von 12 kHz eine Mischfrequenz, die genau der vierfachen Empfangsfrequenz entspricht. Eine Teilung der Taktfrequenz durch 4 wird bereits durch die Signalaufbereitung für die Mischerstufe realisiert. Hiermit wird bei einer Oszillatorfrequenz von 10 – 160 MHz des SI570 und ohne weitere Teilung der Frequenz einen Empfangsbereich von 2,5 – 40 MHz erreicht.
Damit auch das 160-m-Band und auch das MW-Band erreicht werden kann, ist eine weitere Teilerkette vorgesehen. Mittels Steckbrücke oder Umschalter können so auch die Bereiche 1,25 MHz – 20 MHz oder 0,625 MHz – 10 MHz erreicht werden. Die hier angegebenen unteren Frequenzen 2,5MHz, 1,25MHz und 0,625 MHz sind theoretische Werte. Praktische Versuche zeigten, dass der SI570 auch noch unterhalb der im Datenblatt angegebenen 10 MHz einwandfrei schwingt. Die niedrigste Empfangsfrequenz von 225 kHz wird ohne Probleme erreicht.
I/Q-Mischer, mal anders
Ein wichtiges Detail dieses Konzepts stellt der Mischer dar.
Beim LIMA-SDR werden zur Mischung nicht die sonst üblichen CMOS-Schalter wie bei anderen Bausätzen verwendet, sondern es werden vier Feldeffekttransistoren als Schalter eingesetzt. Einziger Nachteil ist, dass mit einem Trimmpotentiometer einmal die Arbeitspunkte der Transistoren eingestellt werden müssen. Die Schaltung arbeitet als Quadratur-Sampling - Detektor (QSD) der aus vier Stufen zu je einem Integrationskondensator dem entsprechenden Feldeffekttransistor als Schalter und einem Ausgleichs- widerstand in der Drainstrecke besteht. Die Ausgleichswiderstände sind an einer Seite zusammengeführt und bilden den Eingang des Decoders. Über eine Induktivität, die als Sperre für die zu verarbeitenden HFSignale dient, wird dieser Eingang auf eine Spannung von etwa 2,1 V vorgespannt.
Diese Spannung ist über das Trimmpotentiometer einstellbar und bestimmt den Arbeitspunkt der Transistoren. Das Antennensignal wird zur galvanischen Trennung über einem Kondensator auf den Eingang geschaltet. Die vier Gateanschlüsse der Feldeffekttransistoren erhalten die vier um je 90° Phasenverschobenen Impulse der Mischfrequenz. An den Integrations- kondensatoren stehen jetzt die vier zeitversetzten Spannungspegel der Empfangsfrequenz zur weiteren Verarbeitung an. Die beiden Operations- verstärker subtrahieren jeweils zwei der Spannungswerte und verstärken den Pegel um 26 dB. Die so gewonnen I/QSignale werden über eine Klinkenbuchse der Soundkarte zugeführt.
Da diese zum großen Teil die Performance des RX ausmacht, ist eine Überprüfung mit Hilfe eines Testgenerators nötig. Diesen gibt es bereits im OV in 2 Exemplaren und jeder ‘Nachbauer’ kann sich einen davon für seinen eigenen Test ausleihen.
RX-Platine im Europa-Format
Lima-SDR Board 1 (RX) Spezifikation
RX Frequenzbereich 1 2,5 MHz bis 30 MHzRX Frequenzbereich 2 1,25 MHz bis 20 MHz
RX Frequenzbereich 3 <625 kHz bis 10 MHz
Durchlaßdämpfung Preselector + 3 dB
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Eckfrequenzen Preselector Bereich 1: 0,25 - 0,59 MHz
Umschaltung erfolgt automatisch Bereich 2: 0,59 - 1,18 MHz
Bereich 3: 1,18 - 2,16 MHz
Bereich 4: 2,16 - 4,11 MHz
Bereich 5: 4,11 - 8,22 MHz
Bereich 6: 8,22 - 15,06 MHz
Bereich 7: 15,07 - 22,10 MHz
Bereich 8: 22,10 - 30,00 MHz
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Spiegelfrequenzunterdrückung 3. Oberwelle + 36 dB
Spiegelfrequenzunterdrückung f0 + 65 dB *
IP3 ohne Vorverstärker + 28 dBm
MDS ohne Vorverstärker -130 dBm
MDS mit Vorverstärker -125 dBm
Kleinster Abstimmschritt 1 Hz
Max. Receiverbandbreite 48, 96, 192 kHz
DSPLL Oszillatorfrequenz 10 MHz bis 160 MHz
PC-Schnittstelle USB 2.0 Buchsentyp B
Antenneneingang 50 Ohm über Schraubklemme
Soundkartenanschluss 3,5mm Klinkenbuchse Stereo
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Stromversorgung DC 9 V bis 12 V über Schraubklemme
DC 13,8 V bei gekühlten Spannungsreglern
Stromaufnahme ca. 300 mA
Mech. Abmessung 100 X 160 X 22 mm
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Aufbau
Wie zuvor schon kurz angedeutet, wird bis auf einen einzigen IC (8 kleine Beinchen) alles in konventioneller Bauweise bestückt. Besagten IC gibts nicht anders als in SMD-Form. Der Erbauer Bernd und seine Mannen haben sich alle nur denkliche Mühe gegeben, den Bau so sicher zu machen wie es nur geht. Jede (!!!) Bauphase wird detailliert beschrieben, ist danach sofort funktional überprüfbar; im nebenstehenden Bild ist der erste Schritt gekennzeichnet (Stromversorgung) und nach erfolgreicher Bestückung sind an den Messpunkten MP1 bis 7 die angegebenen Spannungen zu messen oder Eistellungen vorzunehmen.
Insgesamt wird der Aufbau der RX Platine so in 17 Einzelschritte zerlegt und bereits nach wenigen Schritten ist ein erster Empfangstest möglich. In folgenden Phasen werden die einzelnen Funktionsgruppen bestückt bis man bei Schritt10 bis 16 die 7 Preselektorfilter bestückt hat und man fast am Ende angelangt ist und bei 17 den Aufbau abschliessen kann:
PTT Steuerung
Wie hat alles angefangen bei L02?
Bernd, DL9WB schreibt: „Hallo Karl Heinz, wie versprochen hier ein noch nicht veröffentlichtes Foto für Deinen Bericht im OV-Magazin mit dem Titel Lima-SDR - wie alles begann. Es handelt sich um den Prototypen der zum besseren Transport zum OV auf eine Holzplatte montiert wurde. Die Funktionsbaugruppen befinden sich zum Teil in einzeln abgeschirmten Gehäusen. Die Entwicklung begann im Mai 2008 mit der Auswahl eines geeigneten Oszillatorbausteins und mit ersten Versuchen alternativer Schaltungen des IQ-Mischers."
Erster Versuchsaufbau von Bernd, DL9WB, L02
Tagebuch Lima-SDR G01
18. September 2009Hallo liebe OMs, es geht weiter. Gestern habe ich von Bernd, DL9WB, die Info bekommen, dass meine Überweisung bei ihm eingegangen ist und die Platinen sowie die Mikrocontroller jetzt in den Versand gehen. Mit etwas Glück sind die Teile morgen oder aber spätestens am Montag bei mir. Ich würde das Treffen am Dienstagabend an DLØBAC daher gerne dazu nutzen, die Bauteile zu kommissionieren und mich freuen, wenn mir der eine oder andere von Euch dabei helfen könnte.
25. September 2009
Am OV-Abend wurden die letzten Bausätze ausgeteilt. Es wurde vorgeschlagen, das Projekt auf der Homepage bei DJ4UF.de zu begleiten.
7. Oktober 2009auf der Webseite des Lima-SDR Projektes gibt es jetzt auch die Handbücher zum TX.
http://www.darc.de/distrikte/
Vielleicht interessiert euch eine Linkliste zu SDR:
http://www.rootshell.be/~