SDRщина

То, что сегодня наука, - завтра техника
Эдвард Теллер

SDR (англ. Software-defined radio) - радиосистема, которая может быть настроена на произвольную полосу частот и принимать различные виды модулированного сигнала, состоящая из программируемого оборудования с программным управлением.

  SDR выполняет значительную часть цифровой обработки сигналов на обычном персональном компьютере. Целью такой схемы является радиоприемник или радиопередатчик, изменяемый путем программной переконфигурации.

  Программное радио имеет большую полезность для военных применений и беспроводных услуг, так как позволяет обслуживать большое количество радиопротоколов.

В настоящее время SDR используются для реализации простых радиомодемов, в частности GSM, Wi-Fi, Wi-Max. Со временем, SDR, возможно, станет основной технологией в радиокоммуникациях.

История

Одна из первых систем SDR разрабатывалась американскими военными под названием SpeakEasy. Целью проекта было использование программной обработки для эмуляции более 10 существующих военных радиосистем, функционирующих в диапазоне от 2 до 20 МГц. Другой целью была возможность поддержки любых новых схем кодирования и модуляции, чтобы военные могли использовать более совершенные модуляции и кодирования.

Назначение

  Данная технология позволяет заменить огромнейшее разнообразие существующих и разрабатываемых конструкций радиоприёмников и трансиверов, как серийных, так и, прежде всего, любительских, построенных по сложной супергетеродинной схеме, на ограниченное число доступных аппаратных блоков, работающих под управлением разрабатываемого сообществом ПО. Это приведёт к упрощению и удешевлению конструкций, существенному улучшению характеристик, поддержке любых видов модуляции, появлению большого количества сервисных функций, а также ускорит разработку, поскольку ПО может совершенствоваться одновременно всем сообществом. Такое стало возможно с появлением доступных быстрых ЦАП и АЦП (иногда достаточно звуковой платы ПК) и удешевлением DSP-процессоров.

В основе SDR заложен давно известный принцип – прямое преобразование, фазосдвигающие цепи. В настоящее время  развитие элементной базы  позволило все вывести на качественно новый уровень. Наиболее важными элементами является квадратурный смеситель, первый каскад после него – малошумящий усилитель и качественная звуковая карта вашего компьютера (современные SDR не нуждаются в ней и построены на АЦП-FPGA) , далее всю работу выполняет программа обрабатывая квадратурный (I/Q) AF сигнал 11 кГц. Сигналы НЧ  I и Q  имеют низкий уровень , поэтому важно применять качественный аудиокабель для соединения SDR – звуковая карта. Отличия от ПП и в возможностях – SDR предлагает наличие панорамы в реальном времени и непрерывное улучшения программного обеспечения, которое и определяет возможности вашего аппарата. Представьте, что Вам не надо покупать каждый раз новый аппарат  – достаточно лишь скачать и обновить программу.

   Управляющие программы (OC WINDOWS, Linux, MAC OS X) позволяют осуществлять панораму - мониторинг работающих на диапазоне станции в реальном времени с очень хорошей наглядностью превосходящей по качеству трансивер Icom IC756PRO-PROIII, высококачественную запись принимаемого сигнала, выбрать любую полосу пропускания фильтра от 50Гц до 20Кгц  с хорошей крутизной скатов. Огромный функционал одним щелчком мыши - перестройка, ввод в память, смена фильтров и частот и т.д. Режимы на прием SSB-CW-FM-AM-DRM. Хорошая программа для SDR это более 50 процентов успешной работы. 

   Отличительные особенности SDR приемников – малые собственные шумы и отличное аудио качество принимаемых сигналов. Применив SDR приемник, Вы получаете анализ и запись сигналов SSB-CW-FM-PSK-AM и т.д. на жесткий диск компьютера, прием нового стандарта радиовещания DRM, прием-передачу всех цифровых режимов PSK-OLIVIA-RTTY-SSTV-MFSK и т.д.  БЕЗ интерфейса совместно с программами PowerSDR, Rocky, MultiPSK , KGKSDR,  MixW и VAC.

Параметры приемной части  напрямую зависят от качества звуковой карты компьютера или АЦП  и программы для SDR, например Softrock при применении профессиональной PCI звуковой картой M-Audio Delta 44 чувствительность (MDS) приемника cоставляет  менее - 120 дБм (80/40m)  ДД - 96 дБ, для Едирол 66  -130 дБ и ДД 105 дБ - возможно применение встроенной звуковой на материнской плате, но параметры как правило будут хуже.

Мой путь в SDR радио начался, скажем так, после того как я купил радиоприемник Degen DE-1103. Благодаря ему, я послушал «что там на КВ». Как сказал мне один радиолюбитель, приемник приемником, но уж лучше сразу трансивер.

Уверяю, как только начнешь слушать радиолюбительский диапазон, сразу возникнет желание самому выйти в эфир.

   Для того, что бы купив трансивер выйти в эфир нужен позывной, а что бы "загореться позывным" нужно послушать эфир, я думаю, что месяца полтора-два хватит для "срыва башни"

Нет! Полтора месяца это много.

Башню обычно срывает максимум недели за две, или... не срывает вообще 

Когда мы были у него в гостях, и крутили его Yaesu, он сказал нам: «Ребята с вашими мозгами, я уверен, что вы сами сможете собрать себе трансивер»

   Уже тогда я начал задумываться над постройкой чего то такого, и опять я вспомнил про SDR технологию, долго искал, где можно найти исчерпывающую информацию по этому вопросу, и нашел! Это был сайт Александра Карнауха UR4QBP http://ur4qbp.ucoz.ua/, на котором он размещал свои разработки в области SDR техники. Там то мне и приглянулась конструкция SDR трансивера, http://ur4qbp.ucoz.ua/publ/1-1-0-8  довольно полно описана, со всеми нюансами, платами, схемами, намоточными данными ну и так далее…

В конце лета когда меня бросила девушка,  чтобы хоть как-то выбить из головы всякие дурные мысли, которые в таких случаях лезут в тяжелую голову, руки потянулись к паяльнику, канифоли и олову ;)

Я взялся за давно надуманное. Только недавно я прочитал замечательный лозунг «Зачем любить, зачем страдать, бери припой - садись паять»

Женя в это время, всё ещё, был в лагере, куда он ездил на лето работать радистом вместе со своим товарищем, поэтому начал собирать всё я сам. Про лагерь упоминания были в статье про радиочемодан, т.к. тогда же, я съездил с Женей туда на несколько дней. Там мы и на СиБи работали, и КВ эфир слушали…

  Буквально меньше чем за неделю, скупил все детали для основной платы ADTRX V_2. Изготовил плату, и за полдня запаял все детальки. 

Потом из лагеря приехал Женя и мы начали думать над ситезатором к основной плате SDR трансивера. Конструкция синтезатора тоже была взята с сайта UR4QBP,  
http://ur4qbp.ucoz.ua/publ/1-1-0-7

Самым дорогим элементом оказалась микросхема AD9851, ее пришлось заказывать, стоила она около 300 грн., через несколько дней её привезли, мы ее запаяли на уже изготовленную печатную плату.

Далее настала очередь полосовых фильтров.http://ur4qbp.ucoz.ua/publ/1-1-0-13

Сначала намучались с платой, потом с релюхами, потому как нужное количество РЭС 49 на 12 Вольт у нас в Днепропетровске на радиорынке сразу не получилось достать, повпаивали то что есть

несколько недель каждую субботу выезжали на радиобазар в надежде найти еще таких реле…ну и в конце концов насобирали нужное нам количество и допаяли недостающие. Как видно на фото, все реле разные, из разных партий.

Купили кольца для намотки индуктивностей, которые обошлись нам почти в 200 грн  
(цена каждого кольца около 9 грн.) нам таких нужно было 21 штуку, по три в каждом из фильтров, а диапазонов 6 штук.

   Началась потихоньку намотка на них катушечек, меньше чем за неделю мы намотали и впаяли все катушки. 

Встал вопрос об настройке фильтров, тут нам помог радиолюбитель Андрей US5EQQ, дав нам прибор измеритель АЧХ NWT-7, и мы засели настраивать фильтры. В первый день было ознакомление с программой и её работой, на следующий день я прочитал что у нас был неправильно распаян шлейф для подачи команд от синтезатора на переключение фильтров, то-то мы думали почему на экране видно АЧХ фильтра на 80м а включен 160м на самом-то деле.
После перепайки шлейфа,настройка прошла очень быстро и просто. Что б мы делали без такого функционального прибора?! ;) 

Но с диапазоном 80м что то не ладилось,  на графике была просто ровная линия, как будто он вообще не работает. 

На следующий день занялись «фильтром №80». Вооружившись иголкой и увеличительным стеклом, мы начали «ползать» по плате в поисках причины этого явления. Процедура адски сложная, требует внимательности и огромного терпения, сразу была нами названа Violent Pornagraphy (Насильственная порнография), поскольку как только мы находили предположительную причину, и ее устраняли, оказывалось что это не всё, и фильтр по прежнему не работал… В конце концов мы нашли стружку (которая образовалась между дорожками в процессе сверления платы), которая закоротила на землю один из конденсаторов фильтра, после чего фильтр наконец показал нам свою АЧХ!

  Ну и последний прикол с платой фильтров: на плате имеется УВЧ для усиления слабых сигналов на ВЧ диапазонах, так вот, у нас этот усилитель делал совершенно все на оборот, он ослаблял сигнал,вместо того, чтобы его усиливать…был заменен транзистор КТ368, грешили на него, потом начали прибором смотреть на каком месте сингал начинает ослабляться, дошли таким образм до трансформатора, который оказался неправильно включен, после устранения и этого прокола (как мы не досмотрелиJ) УВЧ стал давать прибавку +10Дб. С фильтрами мы закончили, и успешно отложили их в сторону.

Как это работает?

Изначально я нашел программу M0KGK SDR Transceiver 1.1 и программу для синтезатора UR4QBP, но потом оказалось не удобным что надо запускать несколько программ для работы с SDR. Через некоторое время я прочитал, что  можно несложно дорабоать синтезатор и кабель, для использования его с программой ТalkingBox, которая адаптирована под железо (перечень авторов) и по функционалу напоминает PowerSDR

Схема переделки

Кабель был распаян по новому, и тут начались приколы ;) приколы такого рода, что частота кварцевого генератора в синтезаторе у нас 28.322МГц, а в программе такую частоту не выставить, и с увеличением частоты,показания сильно разнились, мы потратили на это целый день, но так ничего и не смогли сделать.
  Вечером этого дня Женя где то вычитал что программа работает нормально только с целыми частотами КГ. На 32 Мгц  генератор у нас не запустился, пришлось делать заказ в РАДИОМАГ-е, чтоб нам привезли КГ на 30 МГц. Ровно, через 3 дня нам его привезли, но он выполнен в SMD корпусе, и для него пришлось изготовить такой себе The Pedestal

После этого в программе частота КГ была выставлена 30МГц и все заработало корректно без каких либо танцев с бубном! :) Танцы с бубном начались позже, когда была замечена разница в 20КГц между частотой приёма на Дегене и в СДР. Долго не могли понять причину, калибровка не помогала, и только на следующий день я задал на форуме этот вопрос и получил ответ, что на плате перепутаны местами каналы. После перекидывания местами каналов в разъёме соединительного переходника, всё заработало правильно. После этого, сделали некое подобие наклонного луча и я несколько вечеров слушал КВ эфир на недоделанном СДР трансивере.

Наконец, встала задача «упаковать» всю эту конструкцию в корпус. В очередную субботу (26 января), Женя поехал на рынок (т.к. у меня уже началась учёба на военной кафедре), купил там корпус Z-1 и блок питания MeanWell на 12 вольт, 3.7 ампера.

Блок питания MeanWell

Параллельно велись поиски схемы усилителя мощности, т.к. СДР выдаёт всего 1мВт, а этого никак не достаточно для хоть сколь-нибудь нормальной работы в эфире. Как мне показалось потом, всё это, вместе с усилителем мощности, просто не влезет в этот корпус. Даже расстроился на мысли, что прийдётся ещё раз ехать за корпусом. Но ехать никуда не пришлось – Женя умудрился впихнуть невпихуемое ;) Следующие несколько дней были потрачены на установку всех плат и разъёмов в корпус. Результат – на фото:

 

Ближе к задней стенке, по ширине корпуса – блок питания, ближе к передней панельке стали основная плата и над ней – плата ДПФ. Сбоку вертикально встала плата синтезатора

  Правда, пришлось подшаманить с бубном, чтобы оно всё так влезло…

 

Одновременно с этим, была изготовлена плата усилителя мощности, по схеме на AD8009 + RD16HHF1, и потихоньку началась его сборка.

Транзистор в продаже нашёлся сразу, а вот микросхему – некоторое время пришлось подождать…

  Следующим этапом стало изготовление теплоотвода для транзистора. Был найден алюминиевый лист толщиной 4мм. Из него был вырезан кусок подходящего размера. К листу приделан радиатор от старенького процессора 

и всё это было размещено в корпусе следующим образом:

Во время следующей поездки на радиорынок, были приобретены все недостающие элементы – реле РЭС-49, сердечник для бинокля и микросхема AD8009. В этот же день, всё было доделано и запаяно на плату усилителя. 

Настройка усилителя началась на следующий день, т.к. плату паял Женя, а весь остальной СДР трансивер был у меня дома. Как всегда, не без приколов, реле РЭС-49 оказались с обмотками на 12 вольт (хотя покупались как 6-вольтовые и обмотки соединялись последовательно). Обмотки были включены параллельно и тут же всё заработало. После этого усилитель был укомплектован в корпус и подключен ко всем остальным узлам. На этом сборка СДР завершена!

Т.к. нормальной антенны у нас не было на момент сборки СДР, то связь ни с кем установить так и не удалось, к сожалению. Следующим этапом будет изготовление другой антенны и согласующего устройства, но это тема уже для отдельной статьи. 

 

 

На сегодняшний день, трансивер показал себя очень даже неплохо с точки зрения приёмных характеристик, даже с использованием штатной звуковой карты Realtek. Так же, в ближайшее время, планируется изготовить USB-LPT переходник, чтобы можно было работать с SDR трансивером с ноутбука, в полевых условиях. После этого, планируется выезд на природу (на дачу/на какую-нибудь открытую местность) для подведения итогов. Но опять таки, это уже тема для другой статьи, а возможно, и не одной.

С вами были Павел (UW5EDP) и Евгений (UW5EAF). 

Удачи в ваших начинаниях и традиционные 73!

P.S. Пожалуй, это самый долгий, самый сложный и самый интересный наш проект….