SDR Panadaptér IC7000
V článku popisujem, ako som doplnil svoje zariadenie Icom IC-7000 o možnosť zobrazovania spektra a ovládania za pomoci "SDR USB kľúčenky" pripojenej do PC bez znateľného vplyvu na parametre prijímača.
Ku svojim stávajúcim vysielacím zariadeniam som chcel doplniť zobrazovacie a ovládacie vymoženosti, ktoré ponúka súčasná SDR technika bez potreby veľkých investícii a pre všetky frekvencie, ktoré moje TRX umožňujú bez potreby prepínania antén a rôznych medzikusov mimo transceivera.
Obdobným spôsobom sa dá doplniť výstup pre SDR do väčšiny tcvrov (prvá medzifrekvencia nad 21 MHz), stačí vymeniť hodnoty súčiastok v LPF. Spôsob pripojenia a hodnoty pre najrozšírenejšie tcvre sa dá nájsť na http://huprf.com/huprf/pat-board/.
Na internete sa dá nájsť všeličo, prvé výsledky vyhľadávača mi zobrazili pripojenie SDR kľúčenky do IC7000 len za pomoci kúska koaxiálu a oddeľovacieho kondenzátora priamo do obvodu prvého zmiešavača, samozrejme sa autori pochválili videom na youtube ako im to úžasne funguje a až v komentároch sa postupne poniektorí priznali, že im "klesol signál". Napríklad: video1 a video2.
Pri pohľade do schémy IC7000 a ich zapojenia niet divu, zatlmenie rezonančného obvodu, filtra nízkou impedanciou SDR kľúčenky a pripojeným koaxiálom sa takto musí prejaviť. Taktiež pridané rušenie pri takomto zapojení spôsobené vyžarovaním nežiadúcich produktov za zmiešavačom a spätne z počítača cez USB SDR kľúčika nie je nezanedbateľné.
Po prehľadávaní internetu a náhľade do schém mojich TRX som zvolil výstup pre SDR "kľúčenku" pomocou vysokoimpedančného pripojenia pred prvým medzifrekvenčným filtrom s impedančne prispôsobeným výstupom s LPF. Zo zapojení som zvolil riešenie podľa G4HUP (SK) s názvom PAT (Panoramic Adaptor Tap Board). G4HUP ponúkal aj kit PCB so všetkými súčiastkami v sáčku za £7.00, tak som rovno zobral 4 kusy (2x PAT130M pre IC7000, 2x PAT70M pre FT8x7), za tú cenu sa mi neoplatilo riešiť PCB a zháňať súčiastky. Nakoľko od 9.2.2017 G4HUP už bohužiaľ nie je medzi nami, je aktuálne predaj na jeho stránkach http://huprf.com pozastavený. Schéma zapojenia ako je ju možné nájsť u G4HUP aj z iných zdrojov na webe:
Po "poskladaní" som na PAT130M nameral nasledujúce, vstup cca -30dBm, 50Ohm rezistor na vstupe do PAT (merané vyrobeným NWT-500):
Inštalácia do Icom IC-7000
Pre moju IC-7000 bol síce dostupný KIT, ale podľa G4HUP som bol prvý, kto si ho objednal, tak spôsob pripojenia a úpravy ostali na mne Po niekoľkých večeroch strávených "vo vnútri rádia", vyskúšaných desiatkach bodov pripojenia, výmeny väzobných kondenzátorov, úprav plošáku, meraniach parametrov, charakteristík cez NWT-500 som dospel k dvom použiteľným možnostiam pripojenia bez merateľného vplyvu na prijímač vo vnútri IC-7000:
Pred filtrom FL601 je dostupné široké spektrum, bez problému je tak možné zobraziť celé 2m pásmo ale v oblasti priepustnosti filtra FL601 dochádza k poklesu signálu (okolie 15kHz od naladenej frekvencie na IC7000). Ideálne pre zobrazovanie, horšie to je, pokiaľ sa bude SDR kľúčenka používať aj ako prijímač a IC7000 ako vysielač. Riešiteľné nastavením prevádzky "split" na TRX mimo prepad filtra.
Za filtrom FL601, výstup bez prepadu na frekvencii prijímača TRX a aj v blízkosti okolo neho, ale len v rozsahu priepustnosti filtra, pri IC7000 to znamená 28kHz / pokles o 5dB. Výhodou tohoto riešenia je, že aj lacný RTL - SDR klúčik s RTL2832U čipom je relatívne použiteľný aj na príjem, napríklad na 40m sú silné AM stanice nad 7,2MHz potlačené MF filtrom (pri naladení RX pod 7,170MHz) a klúčik so svojou slabou 48dB dynamikou je preťažiteľný len od silných amatérskych staníc v rámci 30- 40kHz kHz pásma (problém hlavne vo večerných hodinách). Cena za takéto riešenie môže byť pod 10€ (lacný RTL-SDR klúč z ebay, vlastný PCB), prípadne kvalitnejší RTL-SDR V3 s TCXO, SMA, R820T2 tunerom a kovovým obalom pre chladenie za 20USB s poštou.
Ja som sa po testoch rozhodol pre pripojenie podľa prvej varianty. Jednak pre "širší" zobrazovaný prehľad vo vodopáde SDR programu a tiež pre mnou používaný SDR USB Airspy Mini, ktorý pri 3MHz šírke zobrazovaného pásma má dynamiku >70dB (82dB v HDR režime programu SDR Sharp) a teda sa preťaží neskôr ako klúčenka s RTL2832U čipom. Po mnohých pokusoch som dospel k najvhodnejšiemu pripojeniu na kolektor Q502 cez väzobný 1pF kondenzátor a 4k7 odpor v sérii priamo na gate Q1 v PAT130M, v tomto zapojení som nezaznamenal vplyv na prijímač v IC-7000, úroveň signálu na výstupe PAT130M je v krátkovlnnom rozsahu o cca 5 dB nižšia, ako na anténnom vstupe IC-7000 (pri vypnutom predzosilňovači a atenuátore). Taktiež som upravil plošák PAT130M, zmenšil ho, odstránil C1 (nahradzuje ho 1pF medzi kolektorom Q502 v IC7000 a Q1 v PAT130M), pripojil R1 priamo na gate Q1 (zbytočne dlhý vodič, ktorý môže vyžarovať), nahradil R10 (0R) za 1nF kondenzátor a doplnil 1nF medzi tienenie výstupného koaxiálu RG-174 a zem PAT130M (galvanické oddelenie TRX od výstupu pre panadaptér). Schéma PAT130 s hodnotami súčiastok pre IC7000, úpravami a nameranými napätiami:
Plošák od G4HUP je zbytočne veľký a vyžadoval úpravy rozmerov, ľavú časť som skrátil po C1 a vytvoril výrez nad R1 pre konektor J151 v IC7000. R1 som naletoval priamo na gate Q1 a pôvodný vodič k R1 som prerušil pri gate Q (vyžarovanie). Upravený plošák je vidno na foto nižšie v článku, originál PCB od G4HUP:
Pripojenie C1 (1pF) z HUP130M je realizované na kolektor Q502 v IC7000:
Bolo nutné otočiť reproduktor v IC-7000 o 90 stupňov (len preskrutkovať) aby sa PAT130M vošiel na správne miesto:
Pre vyvedenie signálu z kolektora Q502 som odletoval tieniaci plech, navŕtal doň 3mm dierku, cez ktorú "vykúka" vývod 1pF kondenzátora, ktorý je priamo pripojený na odpor 4k7 pred gate Q1 v PAT130M s minimom plochy, ktorá by mohla vyžarovať. Poznámka, pripojenie PAT130M do obvodu "tak ako je z výroby" bez zmenšenia väzobného kondenzátora (z 1nF na 1pF) a úprav znamená výstupný signál pre panadaptér +25dB voči vstupnému signálu a pri prelaďovaní prijímača IC-7000 sa dajú nájsť slabé "zrkadlá" veľmi silných signálov (zaznamenaný signál OM0ODB 9+40 so "zrkadlom" v sile okolo 3S so zapnutým predzosilňovačom, 700kHz pod frekvenciou OM0OUB).
Pripojenie 1pF kondenzátora na kolektor Q502:
Vyvedenie signálu cez tieniaci plech:
PAT103M inštalovaný na tienení (spodná strana PAT130M je tiež zem / tienenie). Zem pripojená v troch bodoch: na L702 v IC7000 a plôšku výstupu PAT130M (na foto pod 1nF), v blízkosti značky 2013 na PAT130M a tienenie v IC7000, na tienenie IC7000 v blízkosti gate Q1 PAT130M:
Napájanie pre PAT130M,cez tlmivku 120uH, druhá tlmivka 120uH a zelený odpor 150R viditeľný na fotke je trvalé napájanie ventilátora (nízke otáčky aj pri príjme pre zníženie teploty IC-7000 na vlažnú):
Výstup koaxiálu RG174 som realizoval cez otvor v chladiči, pri SMA konektore je "nacvaknutý" ferit (nie je na fotke):
Pomocou NWT500 ktorého výstup bol pripojený na anténny konektor IC-7000 a vstup NWT bol pripojený na SMA z PAT130M boli namerané hodnoty v prílohe (dole na stránke). Na NWT500 nastavený 10dB útlm.
Príklad pre 40m pásmo, na TRX nastavená frekvencia 7,100MHz, okolo tejto frekvencie viditeľný prepad kvôli vplyvu filtra FL601. Pekne vidno, ako je pomocou LPF a HPF "ofiltrovaný" vstup IC-7000 (LPF v HUP130M sa tu prejavuje minimálne). Pre panadaptér je tak využiteľné pásmo cca 2MHz / -5dB:
Príklad pre 2m pásmo, na TRX nastavená frekvencia 145,000MHz, okolo tejto frekvencie viditeľný prepad kvôli vplyvu filtra FL601. "Preamp" vypnutý ale zdvihnutý zisk cez servisné menu aby ho nebolo treba. Pre panadaptér je využiteľné celé 2m pásmo:
Príklad pre 70cm pásmo, na TRX nastavená frekvencia 435,000MHz, "preamp" vypnutý ale zdvihnutý zisk cez servisné menu aby ho nebolo treba. S lacným RTL-SDR je možné zobraziť 3,2MHz široké spektrum, s mojím Airspy Mini 6MHz, S Airspy R2 celé 70cm pásmo so zohľadnením poklesu ku krajom pásma. Okolo 435,0MHz je viditeľný prepad kvôli vplyvu filtra FL601:
Takto dorobený výstup pripojený do Airspy Mini SDR USB klúčenky využívam v programe HDSDR, ktorý umožňuje v spolupráci s programom Omnirig a prepojením TRX s PC cez CAT "preklad" medzifrekvencie 124,489MHz a jej okolia na reálnu frekvenciu zobrazovanú v HDSDR programe a jeho "vodopáde" Prepojenie tiež umožňuje ovládanie TRX z HDSDR programu, kedy po "kliknutí" na signál vo vodopáde mimo naladenej frekvencie preladí TRX na tento signál (frekvenciu) a aj opačne, zmena frekvencie / modulácie na IC-7000 sa prenesie do HDSDR. Nastavenie HDSDR s Omnirig a IC-7000 je popísané v tomto článku. HDSR umožňuje zobraziť "čisté okno s vodopádom" s možnosťou zmeny rozmeru (tak môže byť nad DX clusterom / logerom, pričom interaktivita ostáva (klik na signál v spektre preladí TRX naň:
Výstup je tiež možné použiť pre panadaptér realizovaný Android smartfónom alebo tabletom a RTL-SDR klúčenkou (cez OTG pripojenie), ale aktuálne len pre zobrazenie, bez možnosti ovládania (september 2017).
Printscreen z programu SDR Touch na platforme Android zachytáva 20m pásmo, zmiešavač IC7000 "otáča pásmo" takže USB signály treba prijímať ako LSB a 100kHz vyššie voči 0 je v skutočnosti frekvencia o 100kHz nižšie (SDR touch aktuálne 09/2017 nevie "invertovať pásmo"). Na IC7000 bolo večer naladené 14,200MHz, v SDR touch nastavený ofset -124,489MHz (CW vidno +170 az +200kHz, teda obrátene):
9.9.2017