徒然なるままに

2021年8月17日火曜日

2021/08/17 Amateur Radio Transceiver Made by Software Engineer #11

2021/08/17 softwareエンジニアがつくるtrx #11

Unfortunately this text is in Japanese only.

公私共にイロイロ忙しくて作業は進めてるが、作業を優先すると記録が追い付かない。ケド記憶力悪いのでそろそろblogに残すことにする。トピックとしては ...

LNAのMMIC chipがフェイクだった件
→勘違いでした💦 (2021.08.21追記)
LO用のPLL発信器のスプリアス問題　→ とりあえず解決？(追試予定)
Mixerのスプリアス問題(IF周波数)を認識
SSB信号の生成　→ 後回しにしてFMの親機モジュールで実験中
PAの調達 → 実験中 & 新たな試み

このMMIC、シールドに

【SPF5189Z】と書いてあるので少々高かったが信用して買ったのだが~~偽chipだった~~。

→勘違いでした💦 (2021.08.21追記)

SPF5189Zと思って買ったのは別のshopからのものでパッケージにも説明にもchip名は書いてませんでした。

【SBB5089Z】と印刷してある。

VCC周りのCと高周波チョーク、入出力のCしか部品なくて使い易いchipではある様だが。

問題は...

【SPF5189Z】

NFが１以下。

【SBB5089Z】

NFが４以上！！

The SBB5089Z is a high performance InGaP HBT MMIC amplifier utilizing a Darlington configuration with an active bias circuitry. The active bias circuitry provides stable current over temperature and process variations. The SBB5089Z designed to run directly from a 5V supply, does not require a dropping resistor as compared to typical Darlington amplifiers. The SBB5089Z is a high linearity gain
block for applications that require small in size with minimal number of external components. It is internally matched to 50 Ω at input and output.

確かに入出力で50Ωでマッチング取れてて使い易すそうですがLNAとしては失格でしょう、だって "Low Noise Amp" なんだから。流石中華ですねぇ。

因みにこちらはSBB5089Zの２段で40dbタイプ。実験失敗してお亡くなりになったヤツ。２段目のチョークコイル焦げてますね💦

こちらは別に購入してた基板。印刷は見辛いですがSPF5189Zとは書いてあります。でも、何故か全く増幅しない💦

続いてLO用PLL OC基板。

上側：スプリアスが盛大に出てたヤツ。

下側：追加で試しに買って良かったヤツ。

ただし、使い方の問題かもしれないので追試後に記録する事にする。因みにリファレンス周波数が違いました。上：25MHz、下：100MHz。当然、ADF4351に送るコマンドも違う。

Mixerの問題はスルーしてた430帯をIFとした場合のLO漏れ。
LO=862MHz、IF=433MHzとすると
　LO - IF = 429MHz、LO + IF = 1,295MHz
で行けると思っていたが実は甘くなくて
　LO x 2 - IF = 1,291MHz
がいらっしゃる事。追試中だけどしっかりMixerのスプリアスと計算通りの周波数に信号出てる。キャビティーやヘリカル共振器の様なHiQな狭帯域フィルタで切るしかないがバンド内だし。で、LO=1,728MHzで引き算ならOKだったんだけど、IFとRFの増減が逆になるのでFMなら良いケドSSBは使いにくしTRVとしても使えないので思案中。

親機代わりのFM通信モジュール
RDA1846
中華ハンディー機のUV-5R,3Rあたりに使われているヤツ。でも5mm角に足が３２本も生えていてはんだ付け不可能なため半田ペーストをオーダー中。pitch変換基板は裏側がQFN32。

で、もっと簡単に実験できるモジュール。
G-NiceRFのSA818
中華にありがちな、他にもそっくりさんな類似品が数種類あるみたいだが、どちらがコピー品か分からない💦

アンテナ、マイク、スピーカー(とAFアンプ)をつないでTTLシリアルでATコマンド!!!送ると即FM無線機の出来上がり。殻割りしてないケド、きっとRDA1846が使われてるんだろうなぁ～。

空中配線。アンテナとTX SW'付けてない状態ですが、ちゃんと受信はできてます。モジュールは左下。かなりコンパクト。
新製品？でSA828というのが有ってそちらが更にお手軽だが価格面で818で遊ぶ。

PAは懲りずに中華品のPAモジュールをオーダーして待ち状態。
それと実験でポンポン火を噴いて煙でたおかげか、中華PAモジュールはLNAと違って特定周波数用みたいな気が。使用 final chip は広帯域だが、使用周波数での入力と出力のインピーダンス整合を取る必要があるみたい。で、PA用 chip単体も適当にオーダー。ソフト屋がＲＦの世界に足踏み入れたので前途多難(だから面白い)。

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]

〇理論解説と実装 [Tj lab]

AF PSNの説明と実験 [AF PSN]
完全ディジタル化(1) [Fully digital SSB generator(1)]
完全ディジタル化(2) [Fully digital SSB generator(2)]

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

Unfortunately this text is in Japanese only.

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。