2021年3月14日日曜日

2021/03/14 Amateur Radio Transceiver Made by Software Engineer #10

2021/03/14 softwareエンジニアがつくるtrx #10
Unfortunately this text is in Japanese only.
PAは火を噴きまくってテンションダダ下がり気味。
[コスモウェーブ] さんの高性能であろう2Wアンプを買おうかチラッと脳裏をよぎる💦。
(※webページのスクショを編集してます)
が、これをポンポン飛ばしたら破産しちゃう。

泣き言は止めて2.4GHz用のmixerが着弾したので気を取り直してテスト。
RFin=1.5-4.5GHz RFout=DC-1.5GHz
LO=312
このLO=312の意味が不明だったが300円しないので2ヶオーダー。
RTL-SDRは ~1.7GHzまでなので公称6GHzまでイケるHackRF ONEを使用。中華の「モドキ」TCXO+ケース付きで壱諭吉強だった様な。オープンソースなので。ただしモノホンより性能が落ちる?らしいが正規品買うと参諭吉強なので買えません!
 
 
 
 
 
まだ信号も入れてないのに2GHz辺りに出てる。やっぱ中華コピー品はだめなのかFFTの特性上?そうなるのか不明。
 
 
 
 
 
 
 
ADF4351から試しに2GHz
入れる。この方は出力周波数範囲:35MHz~4400MHzなので1200を親機にすれば5600まで頑張ったらいける?かも...
 
出るには出るが2GHzもスプリアス酷い。
(右横隣に並んだ高レベルの信号はHackRFによるもの)
拡大したくないが仕方なく。やはり左右対称でAM変調みたく電源周りが怪しいが取りあえず後回しに。

ターゲットのmixer。chip名が書いてあるのかないのか?小さすぎて老眼には見えない。データシート参照したいんだけどなぁ~。
 
一応LO漏れの確認。スプリアス引き連れて盛大に漏れとる。
拡大してみる。等間隔だが形状から見ると電源由来ではない気がしてきた。
(右横隣に並んだ高レベルの信号はHackRFによるもの)
RFout(IF側?)に433.1MHzを入れる予定でその周辺を確認するとやっぱり何か信号が出ている様な表示になる。LOに信号入れなくても出てるのでFFTの問題か、HackRFの内部的な問題か。不明。
 
-10dBのATT経由でRFinにハンディー機を接続。RFoutはHackRFに接続した状態で受信。
2433.1MHz付近に邪魔な表示があるので433.5MHzで信号注入。
それらしい周波数に信号が出た!250円位のmixerはちゃんと動いている模様。しっかりスプリアスも引き連れてシフトしてる💦
音声無変調状態で拡大してみる。無変調にしては帯域広く感じるのだが...
試しにしゃべってみた。まぁこんなもんかな。元凶のPLL OCスプリアスを解決できれば2.4G帯もイケそうな感じ♪
2.4G/5.6GのISM帯周波数はWiFiやドローン向けに大量生産された部品が出回っているのか入手性・性能・価格で有利なのかも。

2021年3月12日金曜日

2021/03/12 Amateur Radio Transceiver Made by Software Engineer #9

2021/03/12 softwareエンジニアがつくるtrx #9
Unfortunately this text is in Japanese only.
追加でオーダーしてたPAが着弾したのでテスト。
$13.49
SHF0589 40MHz-1200MHz 2W RF power amplifier 25DB 12V 24V FOR For Ham Radio Walkie talkie Short wave remote 433MHZ 315MHZ
データシートには新規使用は非推奨の烙印が!
VCC 10-30V DCとなっているので12Vを供給すると基板上のLEDが点灯するが信号入れてないのにヒートシンクが猛烈に暑くなる。
SBB5089 + SHF0589使用と書いてありsellerの説明には [40MHz-1200MHz 2W] と書いてて1295MHz帯はカバーできないが、chipのデータシートを調べると0.05-3GHz 2W となっているので試しに。
HackRFから1295MHzを入力するとパワー計は振れない。LNA経由で1000MHz→500MHzと入れると700MHzで最大0.5W程度出てる...と、ふと見ると煙り出てるし!!!あーあ。PAには縁がない💦

2021年3月8日月曜日

2021/03/08 Amateur Radio Transceiver Made by Software Engineer #8

2021/03/08 softwareエンジニアがつくるtrx #8
Unfortunately this text is in Japanese only.
ハード関連は課題を残しつつも一応理論通り?に信号も出たので本丸へ進む。

SSB信号の生成だ!コンピュータ関連の制御では0/1のデジタル信号が主で、波形の鈍りやオーバーシュートをオシロで観測する事はあっても波形そのものに意味はあまりなく、初期の音響カップラー(電話の受話器を置いて音声拾うヤツ、懐かしい)・データモデムやFAXのFSKくらいしかアナログ信号には馴染みがない。かつてU.S.Roboticsがファームウェアの書き換えにより、同じハードウェアで別の高速通信プロトコルに対応できるという事で、日本では無名だった同社のモデムを購入した記憶がある。現在ではネットワーク経由でバージョンアップは当たり前だが、現在の [ソフトウェア無線(SDR, Software-defined radio)] も、この時のアプローチと何ら変わってはいない。
うまく設計すればSSB、FM、AM、CW(免許ないですが)お馴染みの電波形式はもちろん、 狭帯域でライセンス・フリーな [FreeDV] 、マイク端子と同じで他メーカーとは互換性がなく通信できない不毛な仕様のIcomのD-STAR、八重洲無線のC4FM、アルインコや海外の方式など、仕様が公開されている方式をすべて実装できるかもしれないし。

能書きはこの位にして実装だが、ハード以上に課題がある。そう、無線工学=数学です!
幸いな事に高周波のプロ、かつアマチュア無線家らしい方が [Tj lab] という企業にて情報公開されてて求めている解はすべてここにあるので、NETで英文の資料 漁って読む必要はなく日本語は分かるが繰り出される呪文or宇宙語(=数式)が全く理解不能💦
過去の不勉強を嘆いたところで事態は好転しないため今から仕切り直しで...といきたいところですが、数式の理解はリタイヤ後のボケ防止にとって置くことにして先に進もう。
〇 復調関連 リンク [Tj lab]
AF PSNの実験・製作サイトを見ていると、アナログ実装では4種類位ある事、デジタル方式のキーワードはフィルターの畳み込み演算かヒルベルト変換。上記サイトの解説では見方の違いで本質は一緒みたい。アナログ方式のオールパスフィルターというのが、音声全域を90度移相するヒルベルト変換に似てる気がするがサッパリ分からん💦
バカが考えても何も生み出さないので、取り合えず手を動かそう。
 
先ず参考にしたのは数式を書かずに説明されている [WATLAB] さんのサイト。この中で [Pythonでヒルベルト変換!時間波形の包絡線を求める方法] というコンテンツ。変換の説明には現信号を (フーリエ変換)→(正周波数を2倍 / 負周波数域をゼロに)→(逆フーリエ変換) となっている。30年位前から長年格闘する度に敗退しているFFTがまた出現。今回は戦いは避けて動作優先で。最近ではどの言語でもarduinoライブラリや表計算ソフトでさえ使用可能で自分でコード書くより高速・高信頼だけどマイコン実装の機種選択性を考えて自前でやってみる事にする。ただ数式も理論も分からないからコード書けないので [4章:高速フーリエ変換プログラムのVBAソース] からコードを拝借して表計算ソフトで確かめる事からスタート。
 
できたので早速確認。
5Hzのsin()波を生成。
 
FFT実行。実数部と虚数部の要素5にデータ出現。右側は負の周波数...って誰?💦
複素共役(どなたですか?)らしいが💦
 
言われた通り、実数部と虚数部データを2倍して負周波数...グラフの右半分をゼロクリアしましたよ。
iFFT実行すると...スゲー(当たり前?)
実数部は元通り、虚数部は90度進んだcos()波になってる。これは単一周波数だが。

今度は8Hzのsin()波で。
音声周波数全域が全て90度移相しないといけないって書いてあったので。だからこんなややこしい計算しないといけないのね。まぁ計算するのはコンピュータだから良いケド。
 
5Hzと同じ様にFFT。
要素 8にデータ出現。
実数部と虚数部のどちらも
 データx2
 負の周波数領域←0

iFFT。
周波数が変わってもちゃんと90度移相してる。良くできました♪
 
 
 
 
 
 
 
 
 
90度移相する際、元の振幅も維持しないといけない縛り付きらしいので複合波形でテスト。
sin(5Hz) + 1/2cos(15Hz)
±1になる様に1.5で割って正規化。

FFT。
実数部の15、虚数部の5 にデータ出現。今回は15Hzが実数部の正の数になってる。cos()にしたから?

実数部と虚数部のどちらも
 データx2
 負の周波数領域←0

iFFT。
実数部は元通り。
虚数部が90度移相波形のハズだが。

sin(5Hz)と1/2cos(15Hz)をそれぞれ90度移相した後に足し合わせた波形が最下段。足し合わせてから90度移相した波形とドンピシャ!!
バカなりに考えながら手を動かしたので疲れた。まぁ、理論の理解はともかく「動くモノ」は作れそうな予感♪ ...to be continued

2021年3月7日日曜日

2021/03/07 Amateur Radio Transceiver Made by Software Engineer #7

2021/03/07 softwareエンジニアがつくるtrx #7
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PAの確認では散々な結果でしたが気を取り直して送受信切り替えへ。
PLL LO発信機・mixer・LNAより一番悩んだところ。最初に検討したのは高周波リレー。できれば2c接点構成が都合が良いが。昔は秋月にGHzまで対応したOmron高周波リレー(RFリレー) 5V 50Ω SPDT 「G6Y-1 DC5」とかいうヤツが売っていて過去記事にも使用例がみられるが、ディスコンの様で入手できない。同等品を探すとOmronやPanasonicから出てはいる様だが。ドライブ回路さえ作って消費電力と接点寿命に目をつぶれば動作が分かり易くて良いのだが、反対に送受信のたびにカチカチいうのもなぁ~。同軸スイッチとかもあるみたいだが無線機数台を余裕で買えるような価格で目ん玉👀飛び出そうだし。
他に検討したのはPINダイオード。切り替え音がしない、接点じゃないから長寿命、消費電力と引き換えに電流流せば大電力の切り替えも可能で歪も少なく価格も安い!と良いカンジなのだが、特性の良い回路はシリーズとシャントを組み合わせて組まないといけないみたいでソフト屋には敷居が高い。

悩んだ末に選択したのはFETスイッチ。アンデバのHMC349、849、8038とか合って849は6GHzまでいけるみたいで5.6Gで使えそうだが2ヶで$6ケチって349に💦

SPDTの1回路。
OFF時は50Ω終端になってるんだ、へぇー。5V入れたら2Wまで行けそうに見える。

1.2GHz付近の挿入損失は1dB前後位で思ったよりもロス大きい。4GHzまでで2.4G帯でもロスはmax1.5dBなので余裕で使えそう。

3V入れたら1Wちょい、5V入れたら2Wくらいまで耐圧ある様に読めるが。
終端側の耐圧は26.5dBm≒445mwなので、切り替えミスするとまた💦火を噴くなこりゃ。機械式じゃないからスイッチング速度はめっちゃ速いけど。

1295.1MHzを-20dBのATT経由でSDRに注入。スペアナ欲しい💗

-9.1dBFS
スプリアスにイライラする💦

スイッチを通して接続。RF1とRF2の特性が一緒という前提でRF1側のON/OFF特性を見てみることにする。オーダーした時の写真からイメージしたものよりもずっと小柄な方でした。

無給電時。
-34.8dBFS
-25.7dBも減衰するのかぁ~。無給電でスルーとかが良いが通電前提ですねこりゃ。無給電での受信は致命的ですね。

Vctl = Vcc (High)
-10.7dBFS
挿入損失-1.6dB
データシートよりチョイ悪いがSDRで正確な測定値は望めないが、当たらずしも遠からずですね。

Vctl = GND (Low)

-52.3dBFS
アイソレーション-43.2dB
2W(33dBm)入れたら-10.2dBm(95.5mW)だし、無給電時はLNA入力をGNDに落とさないとマズいですね。
とりあえず全部品の特性は把握。

2021/03/07 Amateur Radio Transceiver Made by Software Engineer #6

2021/03/07 softwareエンジニアがつくるtrx #6
Unfortunately this text is in Japanese only.
送信は内部接続で、受信は実践でうまくいったので気を良くして次へ。
PAのパワー確認だけでもしとこう。送信はアンテナ繋いでフレンド局と実践にてテストできないので気が抜けていたのか、ここで大きくハマる。
 
400MHz~2700MHzで1Wでお値段ソコソコしますが3ヶお買い上げ。
chipはRF2126という方。
Gain12dBで1.3Wって事だが...

sellerが掲載してたデータシート。
1.2G入れてパワー計にダミーロード挿して計測するも100mw程度しか出ない。焦って電源逆に挿してパチッと音と共にチップがピカッと光ってもくもく煙が...やっちまった。
電圧が低いせいかと思って調整するがオーバーロードしてまたもパチッピカッ煙。お二方が速攻でお亡くなりに{ちぃ~ん}
テンションだだ下がり(T_T
3個とも不良品か?と思ってwebでデータシート漁ってみてみると...ISMバンド用で1800MHz~ 2500Mhzって書いてるじゃないか!
buyerのコメントみても 「HackRFからISM帯入れたら0.8W出ましたぁー、良い商品だ」とか書いてるし。
2.4GHzで使えるかもしれないので測定してみたいがISM帯まで計れるパワー計がないので中止。
仕方なく別のPAをオーダー。今度は真面目にデータシート探して周波数帯とSSB用にリニアリティーもありそうなヤツにしたつもりだが...はてさて

2021年3月6日土曜日

2021/03/06 Amateur Radio Transceiver Made by Software Engineer #5

2021/03/06 softwareエンジニアがつくるtrx #5
Unfortunately this text is in Japanese only.
お次はLO用PLL SGに次いで肝なmixer。
SSB信号でダイレクトコンバージョンなら今時は I/Q mixer で一発ドーン!みたいだが、良く分からないので先ずは無難にフツーっぽい?mixerを選択(^^;;
 
ActiveとPassiveがあるみたいだが、使いたい周波数に合っていたのと、沢で使うプロテクションでActive=「カム」、Passive=「ナッツ」でトラッドでカッコいいイメージからパッシブタイプを選択{オイ!}

ミニサーキット社?のRMX-11とかいう方。
データシートみても良く理解できませんが、5MHz~1900MHzまで使用でき、1.2G付近のコンバージョンロスが8dB程度、RF,IFとLOのアイソレーションがそれぞれ30dB程度取れそうと位しか分かりません。
回路図はフツーのDBM(ダブル・バランスド・ミキサー)そのものみたいですが。。。
特性チャート眺めて ふぅ~~~~ん と分かった様な顔してみたところで、どうしようもないし、信号入れてみるしかないですね。433MHzをI/FとするとLOは1295-433=862MHzを入れてみてることにする。
 
 





 
mixerのLOに862MHzを-20dBのATTを通して投入。

相変わらず汚ったねー信号だなぁ(^^;;
スパン拡大。
-12.8dBFS
 
IF側のLO漏れ。
-51.8dBFS
-39dBでデータシート より良い?
 
RF側のLO漏れ。
-44.5dBFS
-31.7dBでデータシート 通り?

ハンディー機を最小送信出力にして-30dBのATT通してIFに接続して送信。

送信した信号はこんなカンジ。しゃべってないから変調浅いハズだが意外と帯域食ってる?
 
その時のRF側出力。理論通り1295.1MHzが出力されてる!がこちらも近接スプリアスがみえるなぁ~。
拡大。あれっ?スプリアスが見えなくなった!SDR側FFTの問題なのか??。まぁ、スルーしとこう💦

受信のテストでRF端子にアンテナ付けたいのでLO漏れ防止に買った高級な💦中華フィルター装着。

-76.5dBFS
ノイズと同程度なので良しとしよう。

mixer端子の
左:RF フィルター経由でANT
右:LO -20dBATT経由で862MHz
下 IF VX-7へ
この状態で通常ラグチューで使ってる固定機から1295.1MHzにて送信。出力は200mw程度?で自作24eleYAGIにつながって7Km先のフレンド局に向いてます。
ハンディー機のSが振らなかったのでLOの周波数を微調整。固定器の方も校正してないからズレてるし、この発信周波数も怪しい。最終的にはGPSDOから10MHz注入だな。

めでたく受信(祝)
後日フレンド局の信号(1W)をYAGI→BPF→LNA→mixer RFと接続して受信したらバッチリ復調できた。
若干の課題は残しつつも予定よりすんなり実験は成功...と言っていいのか?
あとは送受信切り替えとPAの確認をしよう♪