Control CAT AR8600

Control CAT AR8600Para la recepción del satélite QO-100, utilizo un receptor AOR modelo AR8600. Si se realiza el cambio de la frecuencia de recepción y los pasos de sintonía desde el panel frontal del receptor, la operación resulta bastante lenta.

Aprovechando que el receptor se puede controlar mediante comandos CAT, he diseñado este módulo, que permite una operación más rápida del receptor AR8600 y además servirá para controlar el transceptor FT-817 que utilizaré para la transmisión, de esta forma ambos equipos quedarán sincronizados.

Frontal_control_CAT

El botón que está a la derecha de la caja mueve un encoder óptico. Con este encoder se sintoniza la frecuencia, también lleva incorporado un pulsador que modifica los incrementos de frecuencia o “STEP”, que en este caso son 100 Hz, 1 KHz y 10 KHz.

Con los dos pulsadores en posición OFF, la pantalla LCD indica la frecuencia de recepción y el STEP seleccionado.

Con el pulsador de la izquierda (Level) en ON, la pantalla LCD indica el nivel de la señal de entrada del receptor en dBm, también hay una barra que muestra el valor relativo. En la segunda línea se visualiza el valor numérico enviado por el receptor.

Pantalla_B

De momento al no estar conectado el transceptor, el pulsador de la derecha (Rit) no se utiliza.

Al poder medir el nivel de entrada del receptor, y con la ayuda de la baliza digital del transponder, es posible obtener la relación entre la señal recibida y el ruido de fondo (S/N), y comparar la ganancia entre varios LNB’s, para escoger el que mejor se adapte a nuestra instalación.

La medida del nivel de señal recibida también es de gran ayuda para la orientación de la antena.

El módulo se alimenta a +12 V, al conectar la alimentación queda sintonizada la frecuencia de la baliza de CW del transponder.

Con el diseño de este módulo doy por finalizada la cadena de recepción para el satélite geoestacionario QO-100.

 

 

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LNB con referencia externa

Para recibir el transponder de banda estrecha del satélite QO-100 es necesario un LNB estable. Se consigue modificando el LNB, para inyectar una referencia externa con bajo ruido de fase.

LNB_OctagonQuería ahorrarme la mecanización del LNB, y me decidí por un modelo con dos conectores de salida. Después de la modificación, un conector se utiliza como salida de FI y el otro como entrada de la referencia externa. También he valorado que el tamaño de la placa de circuito impreso tenga unas medidas que permitan realizar la modificación con comodidad.

Un modelo que cumple estos requisitos es el OCTAGON Twin LNB Green HQ,

La modificación consiste en abrir el LNB y retirar de la placa de circuito impreso los componentes enmarcados en rojo, se pueden observar en la primera imagen. Hay que poner especial atención al desoldar los componentes, las pistas son extremadamente finas y se arrancan con facilidad.

En la segunda imagen, se ve como quedan situados los componentes que insertan la señal de referencia de 25 MHz al integrado TFF1015HN, que es el PLL y mezclador del LNB.

dav

Con el osciloscopio he comprobado que la señal inyectada tenga poca distorsión. La medida se toma entre una de las pistas donde estaba el cristal y masa, el nivel es de 400 mVpp. También he comprobado que atenuando la señal de referencia 10 dB, el PLL del LNB aún sigue enganchado.

 

Para realizar las medidas de la modificación efectuada, utilizo la configuración que se ve en la imagen y que será el futuro sistema de recepción. El control por CAT aún está en fase de diseño, pero solo utilizo la parte de frecuencia y medida de nivel que ya está finalizada.

Es'Hail_RX

Recibo la señal del satélite con el LNB disciplinado y una antena offset de 45 x 45 cm. El control por CAT del receptor AR8600 permite visualizar el nivel y la frecuencia recibida en una pantalla LCD. Una vez compensado el error que pueda introducir el PLL, en la pantalla queda reflejada la frecuencia real de recepción del transponder.

Comparando con un LNB a PLL sin modificar, el LNB disciplinado ofrece un incremento de 1 dB en el ruido de fondo. El nivel medido es de -107 dBm.

La baliza de CW del transponder se recibe con un nivel de -94 dBm, relación S/N de 13 dB.

La baliza digital del transponder se recibe con un nivel de -91 dBm, relación S/N de 16 dB.

La baliza de DATV del transponder de banda ancha en el LNB sin modificar, tiene un valor de MER de 3,9/4,2 dB.

Con el LNB disciplinado este valor baja a 3,5/3,7 dB.

En una próxima entrada describiré el control por CAT para el receptor AR8600, con ello quedará completado mi sistema de recepción para el satélite QO-100.

 

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Oscilador PLL de 25 MHz

He observado que los LNB’s con oscilador a base de PLL tienen deriva de frecuencia. Uno de los que he medido varía aproximadamente ±3 KHz/ºC, ello dificulta la recepción de señales de SSB o CW a través del transponder de banda estrecha del satélite QO-100.

Para corregir el desplazamiento hay que disciplinar el LNB. Consiste en retirar el cristal del oscilador y sustituirlo por una referencia externa. A la hora de disciplinar un LNB hay que considerar dos parámetros, error de frecuencia y deriva de frecuencia. Si utilizamos una referencia externa de 25 MHz, para obtener la frecuencia de OL del LNB (9750 MHz), la referencia queda multiplicada por 390, con lo cual es necesario que sea muy precisa y estable. Un error o desplazamiento de 1 ppm. en la señal de 25MHz se traducirá en una desviación de 9,75 KHz en la frecuencia del oscilador local.

He diseñado este circuito para poder disciplinar LNB’s. El circuito se compone de una placa base, que incorpora un oscilador VCXO, un comparador de fase programable, el filtro loop del PLL y un microcontrolador.

dav

El circuito genera una frecuencia de 25 MHz con bajo ruido de fase, que se inyecta a un LNB modificado. Para las primeras pruebas utilizo como referencia el oscilador de 20 MHz que lleva incorporado la placa comparadora, este oscilador tiene error de frecuencia pero su deriva es aceptable. Para saber el error introducido, se medirá la frecuencia en el conector de salida de la placa.

El comparador de fase es un ADF4002 de Analog Devices, se controla desde un microcontrolador 12F629, ello permite programar los divisores R y N y otros parámetros del PLL. El oscilador es un VCXO de KYOCERA, en esta placa utilizo el modelo KV7050B-C3 de 25 MHz. Para facilitar su montaje, el VCXO está insertado sobre una placa adaptadora a zócalo DIP de 8 patillas.

ADF_4002_loop_filter

Para realizar este montaje, debe modificarse la placa comparadora de fase (ADF4002), hay que retirar los componentes del filtro loop, que están en el blindaje metálico (dentro del círculo rojo), también hay que substituir R2 por una resistencia SMD de 0 Ω, y retirar dos conectores SMA, (TO-VCO y RFIN).

El filtro loop utilizado es de tercer orden, los valores de los componentes varían según la frecuencia de salida y la de comparación de fase. Al anular el filtro de la placa comparadora y montarlo en la placa base, se facilita el cambio de los componentes para poder probar distintas frecuencias de comparación.

Para determinar los valores de los componentes del filtro loop, he utilizado este calculador:

https://leleivre.com/rf_pll_loop_filter_3rd.html

Para una frecuencia de comparación de 1 MHz, se utilizan los siguientes parámetros:

Kvco  0,0033 MHz/V           Ko  5 mA

Fout  25 MHz                       Fcomp  1 MHz

La inyección de señal para distintos LNB’s, se puede ajustar aumentando el valor de R8.

Para obtener más estabilidad y precisión en la frecuencia debe utilizarse una referencia externa, al ser el divisor R programable sirve cualquier frecuencia.

Daniel Estévez EA4GPZ, mejoro el ruido de fase de un PLL a base de ADF4002, está descrito en esta entrada de su blog:

Improving phase noise performance of the DF9NP 27MHz PLL

He probado la modificación, pero al no poder medir con instrumentos el ruido de fase, no puedo comparar la diferencia entre ésta y el filtro loop calculado anteriormente.

Adjunto el esquema del circuito.

Esquema_pll

Nota:

Al utilizar una referencia externa, he observado que incluso con el jumper J8 abierto, el oscilador de la placa comparadora de fase se interacciona con la referencia externa, y se incrementa el ruido de fase en la salida de 25 MHz. Es necesario retirar el oscilador de la placa comparadora.

 

 

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Conferéncia Mercaham 2019

Dentro del ámbito del Mercaham 2019, Jaume EA3NE y yo Antoni EA3CNO, hemos dado una conferencia sobre DATV.

Clicando en la imágen se puede visualizar la grabación de la conferencia:

En ella hemos repasado el trabajo realizado durante los dos últimos años en el campo de la RB-DATV, Televisión Digital de Radio aficionados en Banda Estrecha.

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Visita a Bletchley Park

Bletchley Park es una mansión situada a 80 km de Londres, donde durante la Segunda Guerra Mundial se desencriptaron los códigos generados por la máquina Enigma.

Actualmente es un museo, que en un reciente viaje a UK tuve la oportunidad de visitar.

https://bletchleypark.org.uk/

Allí la RSGB tiene activado el National Radio Centre, una estación de radioaficionado con el indicativo GB3RS. Al visitarla i mostrar mi indicativo, fui atendido con mucha amabilidad por Mervyn G4KLE, que me mostró toda la instalación.

Cerca del museo está el The National Museum of Computing, donde se exhibe una reconstrucción totalmente operativa de Colosus, el primer ordenador programable del mundo.

Adjunto algunas fotos de la visita.

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Satélite Es’Hail-2

La reciente puesta en órbita geoestacionaria del satélite Es’Hail-2 QO-100, equipado con dos transpondedores para el uso de radioaficionados, ofrece a los amantes del diseño y la experimentación, un nuevo reto.

Uno de los transpondedores es de banda estrecha, con un paso banda de 250 KHz, dedicado a comunicaciones de voz en SSB y CW o también digitales. El otro transpondedor es de banda ancha con un paso banda de 8 MHz, dedicado a la DATV.

La frecuencia de entrada de los transpondedores es alrededor de 2,4 GHz y la de salida alrededor de 10,5 GHz. En la tabla podemos ver el plan de banda.

Plan_banda

Para ampliar mi estación de comunicaciones por satélite, he decidido construir el equipo necesario para poder trabajar el transpondedor de banda estrecha del satélite Es’Hail-2.

Al utilizar distintas bandas de frecuencia para el uplink y para el downlink es posible la operación en full-duplex.

En el diagrama de bloques se puede ver que en la parte de emisión utilizo un transceptor FT-817 con tx en 432 MHz, seguido de un up-converter. El oscilador local es un PLL ADF4351 controlado por un microcontrolador y referencia externa de 10 MHz desde un OCXO. La potencia de salida de antena será de unos 5W, aun no tengo pensado el amplificador que utilizaré.

En la parte de recepción utilizo una LNB modificada para poderle insertar una referencia externa de 25 MHz. Esta referencia se obtiene a partir de un VCXO de KYOCERA, controlado por un PLL ADF4002 de Analog Devices, y referencia externa de 10 MHz desde el OCXO.

La frecuencia de salida de la LNB está alrededor de 739,5 MHz, utilizo un receptor AOR AR8600 controlado por CAT para la recepción. La frecuencia de transmisión se calcula a partir de la frecuencia recibida, y se envía tambien por CAT al FT817.

Es'Hail_diagrama

Algunos de los circuitos ya están construidos y probados, otros están en fase de diseño o montaje. Por lo cual, este diagrama de bloques podrá sufrir alguna variación.

Aún queda por determinar que antena utilizaré, he que realizar una serie de medidas para ver su diámetro.

En futuras entradas detallaré cada uno de los circuitos, y los resultados obtenidos.

 

 

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RB-TV con LimeSDR (3)

Una vez acabado el montaje de la placa auxiliar, he procedido a encajar las placas. Para ello he utilizado una caja de aluminio, con unas medidas de 125 x 175 x 45 mm. En un lateral y en la parte superior de la caja he realizado unos taladros de 2,5 mm para la ventilación de la placa LimeSDR.

En la parte inferior de la caja se aloja un HUB, su entrada está conectada a una placa adaptadora con dos conectores USB-A (H-H). Para que no se alimente el módulo desde la Raspberry del Portsdown, en esta placa adaptadora los +5V de los conectores USB no tienen continuidad. En la imagen se observan los detalles.

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Todos los circuitos que componen este módulo funcionan con una tensión de +5V, se utiliza un conversor dc/dc de 12 a 5 V para adaptar la alimentación a +12 V. Este conversor dc/dc lo he situado en el panel posterior de la caja. En el panel frontal hay un interruptor que secciona la entrada de alimentación de +12 V. Desde los conectores USB del HUB, se alimentan la LimeSDR y la placa auxiliar.

La placa de aluminio que soporta la LimeSDR y la placa auxiliar, están situadas en un plano superior sobre el HUB, y se sujetan a la caja mediante separadores metálicos. Entre estas placas y el HUB, hay que dejar una separación de 5 mm. En la imagen se visualiza como quedan montadas las dos placas dentro de la caja.

hdr

La conexión entre los GPIO de la LimeSDR y la placa auxiliar, se realiza mediante 4 cables soldados directamente a las pistas. Hay que poner especial cuidado en la soldadura de estos cables (las pistas son muy finas), una vez soldados una gota de pegamento sobre cada soldadura, protege las pistas de la tracción mecánica que ofrecen los cables. La salida de RF de la LimeSDR se conecta a la entrada del atenuador mediante cable RG-316 y conectores SMA. La salida de RF del amplificador de banda ancha también se conecta con cable RG-316 a una base SMA situada en el panel posterior de la caja.

He programado en la opción “Lime Gain” del menú de la pantalla del Portsdown,  el nivel 70. Con este nivel y el atenuador programado a 0 dB, en 70 cm la salida es de +16 dBm, y en 23 cm de +13 dBm.

davEn la imagen se observa cómo quedan el transmisor Portsdown y este módulo, uno encima del otro.

La conexión entre la base USB situada en el panel frontal de este módulo, y una de las bases USB de la Raspberry del transmisor, se realiza mediante un cable USB (M-M).

Los diodos LED de color verde indican la banda de trabajo, 70 o 23 cm. El diodo LED de color rojo indica PTT activado. Como ya he comentado en la anterior entrada, desde que se selecciona TX en el Portsdown hasta que se activa el PTT, transcurren 7 segundos, es el tiempo necesario para que la placa LimeSDR se calibre.

Se adjuntan imágenes donde se aprecian más detalles del montaje.

El transmisor Portsdown y este módulo con la placa LimeSDR, ofrecen una buena solución para poder realizar contactos en RB-TV. Además de poder probar distintos SR’s, también permiten cambiar el tipo de modulación (DVB-S ó DVB-S2). Y buscar la mejor calidad de imagen en SR’s bajos.

 

 

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