Sayısal (Dijital) Kip Alıcı - Vericiler - ADX Örneği

 Sayısal kipte (modda) haberleşme hem giderek yeni yeni metotlarla çeşitlenip zenginleşiyor hem de amatör telsizciler arasında giderek daha çok rağbet görüyor. Bunda, sayısal kip haberleşmelerinde düşük güçlerle, düşük sinyal / gürültü oranlarıyla bile uzak mesafelerle kolayca iletişim kurulması, hatta bilgisayarın "otomatik" olarak haberleşme yapması gibi âmiller var.

Haberleşmenin gittikçe artıp rağbet görmesiyle birlikte sayısal mod için basit QRP cihazlar da yapılmaya başlandı. Burkhard Kainka'nın "Guided FSK modulation with timer1 caption" başlıklı yazısı ve uygulama örneği âdeta işaret fişeği olmuş görünüyor.  Bu arada, QRP-Labs'ın kurucusu Hans Summers'ın QRP cihazlar konusundaki deneyimleri ve uygulama örnekleri de elbette bu alanda çok önemli bir başka meşale olmuştur. Bu örnekten yola çıkılarak, yazılımı bir arduino'ya gömülü olarak sayısal kip alıcı vericileri tasarlanmaya başladı. 

ADX, oldukça yalın bir tasarıma sâhip. Verici kısmına ait neredeyse kodlama işlemleri arduino üzerinde yapıldıktan sonra, gerekli "kaydırma" bilgilerinin Si5351 programlanabilir osilatörüne gönderilmesi ve üretilen dalganın kuvvetlendirilerek antene basılmasından ibâret. ( Bu arada, bu işaretin kuvvetlendirilmesindeki E sınıfı hikâyesini okumak isteyenler için internette bol bol kaynak var.)

ADX'in alıcı kısmına gelince: Esâen girişte çalışılmak istenilen banda uygun bir alçak geçiren filitre olduğundan, basitçe bir doğrudan alıcı (direct receiver) uygulaması yapılmış. Doğrudan alıcılar, alış frekansı ile aynı frekansta işaretin bir karıştırıcıya uygulanmasıyla çalışan basit devrelerdir. Bu tip alıcılar, seçicilik, hassasiyet gibi bâzı noksanları olsa da, SSB'yi demodüle edebilmesi gibi bir artıya sahiptir. (Seçiciliği birazcık olsun arttırabilmek için aşağıdaki resimde görüldüğü üzere, TA2003'ün girişine yaklaşık 1uH civarında ayarlanabilen  bobin ve 100pF'lık bir tank devresi ilâve ettim.)

ARA NOT: CD2003 tümdevresinin orijinali Toshiba'nın ürettiği TA2003 tümdevresidir. 

Devrenin câzibesine kapılarak, hemen bir PCB hazırlayıp ADX'i kurdum. Oda içindeki bir magnetik loop anten ile 20m. bandında FT8 kipinde pek çok Avrupa ülkesinin işaretlerini alabildim. Ancak, ya benim baskı devre tasarımımdan kaynaklanan sebeplerle ya kullandığım tümdevrenin kalitesinden dolayı ya da işin içine henüz bil(e)mediğim başka rufailerin girmesi sebebiyle alış oldukça gürültülü idi.

Bunun yanında, kafama takılan başka hususlar vardı:

Bunların en başında geleni, Si5351'in, CD2003 alıcı tümdevresinin, 74ACT244 sürücü tümdevresinin ve elbette Arduino nano'nun +5v.luk besleme işinin tamamen Arduino'nun regülatör tümdevresine yüklenmiş olmasıydı. Arduino Nano bu devrenin kalbi olduğuna göre, bu kadar akım yükünün ona yüklenilmesi doğru gelmiyordu bana. İşte bunun için -yukarıdaki reimde görüldüğü üzere-  ADX devresine ayrı bir +5v besleme devresi ilâve ettim.

İkinci olarak, alıcı katının doğrudan alış yerine süperheterodin tekniğine dönüştürülmesinin daha iyi olacağını düşündüm. Bunun için  ya 2 adet karıştırıcı, ya da 2 adet karıştırıcısı olan bir tümdevre gerekiyordu. 2 adet karıştırıcının tekil elemanlarla yapılması da mümkün ise de, kolaylığı sebebiyle tümdevreler tercih ediliyor. Dolayısıyla, 2 adet karıştıcı için Philip'in SA612 tümdevresi kullanılabilirdi. Ancak SA612'nin temini zor ve pahalı. İkinci olarak 2 adet karıştırıcısı olan alıcı tümdevrelerine gelince, normalde NBFM alışı için tasarlanmış olmasına rağmen kolaylıkla SSB demodülasyonuna uygun olarak tasarıma uygun Motorola'nın alıcı tümdevreler igeldi aklıma ama onların da temini zordu. Bunları düşünürken, DJ7OO çağrı işaretli Klauss H. HIRSCHELMANN'ın sayfasında "Simple direct mix receivers for AFU bands in the range of about 3.5-70 MHz" konulu bir yazı ve uygulama örneği ile karşılaştım. Klauss'un asıl amacı -yazısının başlığında da belirttiği üzere- "QO-100" uydusundan işaret almak üzere bir alıcı tasarlamak idi. LNB çıkışındaki işareti aşağıya doğru çevirici ile düşürdükten sonra elde edeceği işaret için CD2003'ün AM giriş üst frekansı yeterli olamamış ki,  işareti önce  bir CD2003 tümdevresinin FM girişine tatbik ediyor, 10.7MHz arafrekans elde edecek şekilde FM karıştırıcıya işaret uyguladıktan sonra, FM karıştırıcı çıkışınından 10.7MHz'lik seramik bir filitre ile aldığı işareti 2. CD2003'ün AM girişine uyguluyor ve AM mikserin osilatör girişine de 10.7MHz'lik işaret uygulayarak SSB demodülasyonu sağlıyordu. CD2003'ün temini görece daha kolay olduğundan, bu iki tümdevreli çözüm bana daha uygun geldi.

Ara çözüm: 2 CD2003 ile superheterodin bir devre tasarlamak yerine, Çin'li BD6CR çağrı işaretli amatörün tasarımı, tek CD2003 ile superheterodin bir alıcı yapmak, SSB demodülasyonu için de ara frekansa 455 kHz civarında bir işaret enjekte etmek fikri daha câzip geldi.

Üçüncü husus, ikinci hususla bağlantılı olarak ortaya çıkıyor. Eğer alış için süperheterodin tekniği kullanılacaksa, bir BFO işareti de gerekiyordu. WB2CBA'nın ADX 1.6 yazılımında Si5351'in (3) saat çıkışından birisi CD2003'e doğrudan tatbik olunan alış frekansına uygun işareti üretirken, bir diğeri vericinin kodlanmış işaretini üretiyordu. 3. saat çıkışı ise Si5351'in kalibrasyonu için ve sadece kalibrasyon süresince kullanılan bir 1MHz'lik işaret üretiyordu. BFO işaretini, kalibrasyondan sonra boşta kalan saat çıkışına havale etmek gerekiyordu. Bunun için orijinal yazılımın içine dalıp kıra-döke de olsa 453,5 kHz'lik bir BFO işareti elde etmeyi başardım. Tabii alış için kullanılan işarete de 455 kHz ilave ettim.

Dördüncü husus: WB2CBA'nın tasarımında kip (mod) ve band toplamda 4 adet LED ile gösteriliyordu.Basit bir çözüm olmasına rağmen, bir göstergenin daha iyi olacağını düşündüm.

SONUÇ: Ortaya şöyle bir cihaz çıkacak: 

1) Alıcı kısmı superheterodin olacak

2) Oldukça modüler olacak. 

3) Si5153'ün 3. saat çıkışı (CK2) hem kalibrasyon için kullanılabilecek hem de kalibrasyon bittikten sonra BFO işareti üretecek

4) Frekans, kip ve band bilgileri küçük bir OLED ekranda gösterilecek.

 Yazılımı, WB2CBA'nın hazırladığı 1.6 sürümünü esas alarak yukarıdaki şartları gerçekleştirecek şekilde güncelliyorum.  Yukarıda prototipin ekranı görülüyor.

YOLUN SONU

ADX alıcı-verici devresi

Modüler alıcı

Yazılımı, yukarıda belirttiğim hususlara göre değiştirdim. Yeni bir baskı devre hazırladım. Alıcı kısmını modüler olması için ayrı bir yavru kart olarak tasarladım. Süperheterodin alıcı, doğrudan alıcıya (direct receiver  DC receiver) alış hassasiyeti ve seçicilik bakımından çok daha iyi olmakla beraber, "hayal frekans" denilen bir dertten muzdariptir. Bunun için RF giriş katının ya "tune" (alma frekansına ayarlanmış) ya da ara frekans değerinden daha dar bir band geçiren filtre ile süzülmüş olması gereklidir. Her iki çözüm de bu basit alıcının sınırlarını aşacağından süperheterodin alıcı yapımından vazgeçtim.

Diğer taraftan, TA2003 (CD2003) tümdevresinin ilk karıştırıcı (mixer) katını kullanarak bir DC alıcı yapmak da hassasiyet ve seçicilik bakımından beni tatmin etmediğinden, bu projeyi durdurma kararı verdim.

 

Si4735 ile bir "başka" radyo daha yapma hikâyesi

 32 kısım tekmili birden - Başlangıç - 14 Temmuz 2022

Radyoya olan merakımdan dolayı birçok radyom var. Kendim de kaç tane yaptım. Bunlardan ikisini "Si4735 ve Arduino ile LW, MW, SW (AM - SSB) - FM Radyo alıcısı" ve   "Si4735 ile bir başka AM-SSB-FM radyo" başlığı altında burada da paylaştım. Ama kendi yaptıklarımda hep birer kusur buldum.

Mesela, "Si4735 ve Arduino ile LW, MW, SW (AM - SSB) - FM Radyo alıcısı"  başlığı altında anlattığım. Ne güzel TFT ekranında herşey çok rahat ve güzel görünüyor, LW ve MW alışı güzel. SSB de çözebiliyor ama BFO'su yok.

BFO yokluğu ve bendeki radyo aşkı yüzünden "Si4735 ile bir başka AM-SSB-FM radyo"  başlığı altında anlattığım radyoyu yaptım. Bunda BFO da var. SSB LSB ve USB olarak ayrılmış, 0.5kHz'a kadar indirilebilen ses band genişliği var... Var da var. Ama yine de memnun ve mutlu değilim. Zira frekans adımları minimum 1 kHz ve ferkans geçişlerinde "çsrrt" gibi bir ses çıkıyor. Sonra lâf aramızda şu BFO olayını da hiç bir zaman sevemedim.

Bütün bu memnun olmadığım noktalar beni bir başka düşünceye sevketti: Si4735'i sâbit frekanslı bir nevi IF alıcısı olarak kullanmak! Mübareğin bir sürü özelliği var. 

- 0.5 kHz ilâ 6 kHz arasında ayarlanabilen ses frekansı filtre band genişliği,

-  AM, USB ve SSB olarak demodülasyon yapabilmesi,

- AGC,

- Gelen RF işaretinin sinyal şiddetini (RSSI) ve sinyal gürültü oranını (SNR) vermesi,

Bunlardan en önemlileri.

Düşündüm ki, Si4735'i tek bir frekansta çalıştırırsam, frekans geçişleri esnasındaki o "çsrrt" sesinden kurtulurum. Ayrıca, girişinde kullanacağım karıştırıcıya tatbik edeceğim LO işaretinin frekans adımları 1 kHz'den   küçük olursa, Si4735'in 1 kHz sınırlamasından kurtulmuş olurum. Bunu, yapıp youtube'da yayınlayan birisi var, ama devrenin yapılışı ile ilgili hiç bir teknik bilgi vermiyor. Oturup kendim yapmaya karar verdim.

Bunun için PU2CLR'nin hazır uygulama örneklerinden birisinin yazılımını sâdece 10.7 MHz'i alacak şekilde değiştirdim. LO olarak Si5351 kullanacağım için, aynı yazılıma VFO rutini de ekledim. Şimdilik her iki özellik tek bir Arduino Pro Mini'de çalışıyor.

Yazılımın test ekranı

Şimdi iş elektronik uygulama devresine geldi.

16 Temmuz 2022

Girişte nasıl bir karıştırıcı kullanacağımı düşünüyorum. Acaba SA612 gibi aktif mi yoksa diyor mikser gibi pasif bir DBM mi kullansam... Her ikisinin de artı ve eksileri var. İlk denemeler için bir diyot mikser kullanmaya karar verdim ve elimde olan MD108 diyot mikseri (DM) ile "basitçe" ilk karıştırma devremi kurdum. 

LO olarak, çıkışında MAR serisinden bir MMIC kuvvetlendirici bulunan AD9851'li DDS işaret üretecini kullandım. 10.7MHz üstten LO işareti uygulayarak çıkışı AOR AR3000A alıcısına bağladım. Diyor mikserin ne girişinde bir band geçiren veya alçak geçiren filitre, ne de IF çıkışında bir band geçiren filitre olmamasına rağmen, gürültülü de olsa yayınları dinleyebildim. Şimdi yapılacakları şunlar:

1) DM 'in RF girişine bir alçak geçiren filitre takacağım. QRPLabs'ın ürettiği filitreler bu iş için ideal. IF çıkışına da 10.7 MHz'lik bir filitre ilave edilecek.

2) AD9851'li DDS yerine, Si5351'li bir devreyi LO olarak kullanacağım.

uSDX Alıcı Verici

 Birkaç yazımda, QRP Labs'dan bahsetmiştim. G0UPL çağri işaretli Hans Summers tarafından kurulan bir kit tasarım ve imalât laboratuvarı. Amatörlerin kullanımına uygun QRP cihazlar ve faydalı gereçleri kit olarak üretip oldukça uygun bir fiyata satıyor. Mesela, QCX+ isimli CW alıcı - verici. 55 US$.

QCX ve onu izleyen QCX+ oldukça yüksek performanslı birer CW alıcı verici. E sınıfı çalışan güç çıkışı ile 5W'a kadar çıkış yapabiliyor. Derken efendim, PE1NNZ çağrı işaretli Hollandalı radyo amatörü Guido, QCX kitinden -sihirbazlık olarak vasıflandırılan- bir yazılım ile SSB bir alıcı verici oluşturur. Bu alıcı verici bir anda popüler hâle gelir ve hakkında bir grup bile kurulur: https://groups.io/g/ucx/topics

Devrenin temel şeması şöyle:

Yeni oluşturulan alıcı-vericiye uSDX adı verilir. Çeşitli versiyonları olur. 

İlgimi çeken bu projeyi kurmaya ve  kendi PCB'mi çizmeye karar verdim. PCB tek yüzlü olacaktı ki kendim basabileyim. Pek çok çalışmamda olduğu gibi kutulamayı önemsediğimden, önce kutuyu seçmeliydim. Altınkaya'nın DT210 kodlu kutusunda karar kıldım. Bu kutunun bir duvara askı aparatı da vardı ve böylece cihazın ön tarafı hafifçe yukarıda duracaktı. LCD, encoder, iki tuş ve ses ayar potansiyometreti ön panelde bulunacak ve ana plakete bir konnektör vasıtası ile bağlanacaktı. Bu amaca uygun olarak 2 PCB tasarladım. Aslında 3; zira FST3253 ile Si5351'i bir "yavru kart" modül PCB'si de vardı. Ayrıca devreye bir de LM386'lı ses frekansı güç kuvvetlendiricisi ekleyecektim. 

Devreyi monte edip, ATMEGA328'i de programlayınca devre ilk denemede çalıştı! Hem de balkondaki bir iç antenle. Oldukça heyecan vericiydi.

Derken, balkondaki teleskopik antene dokunduğum bir anda herşey son buldu. Cihaz çalışmıyordu. Biraz kendimi toparlayıp sâlim kafayla düşününce kararımı verdim: Statik elektrik sebebiyle devre bozulmuş olmalıydı.

ATMEGA328'i değiştirip, yeniden programladım. Olmadı.

OPAMP'ı değiştirdim, olmadı.

74ACT00ı değiştirdim, olmadı.

Bu arada, faydalandığım şemada 7805'in gürültüsü çok diye bir LM1117-5 regölatörü kullanılmıştı. Gürültüsü az bu arkadaşın mârifetlerini daha sonra öğrendim. Giriş ve çıkışındaki kondansatörleri beğenmez ise kendileri osilasyon yapıyordu. Tekrar eski 7805 dostuma döndüm.

Bu arada farkettim ki cihazın çektiği akım artmış. Değiştirmediğim Si5351 ve FST3253 kalmıştı. bu tümdevrelerin fazlaca ısındığını görünce sırasıyla her ikisini  de değiştirdim, yine olmadı. Elimde Si5351 kalmamıştı. QRP Labs'tan Si5351 modülü sipariş ettim. Bu arada, UCX grubunda benimkine benzer birçok arıza şikayeti de vardı. Si5351'i beslemek için 5v'a iki adet seri 1N4148 bağlanıyor ve gerilim 3.5 v civarına düşrülüyordu. Normal Si5351 modüllerinde bulunan iki adet mosfet de uSDX'in I2C hızında çalışamadıkları için devre dışı bırakılıyordu. İki diyotlu yaklaşım hoşuma gitmediğinden, QRP Labs'tan gelen modülde LM317z ile kurulu 3.3v devresini aynen monte ettim, iki mosfetin yerine de köprü kullandım. Yeni modül eski yavru kartın yerine sığmayacağından, iki katlı bir modül PCB'si hazırladım. 

Alttaki PCB'de FST3253 vardı, bu PCB'ye QRP Labs'ın Si5351'li saat osilatörü (VFO) devresi oturtuluyordu.

Bu modülü, ana PCB'ye -biraz değişiklikle- oturtup bağladıktan sonra, devrenin çektiği akım normale döndü. Ama cihaz hâlâ çalışmıyordu. Herşeyi bırakıp bir gece hiç dokunmadım. Ertesi günü ihtimalleri düşünmeye başladım. Herşeyi ama herşeyi en az 2 defa kontrol etmiştim. Tam sinirlenip herşeyi atayım derken, muhterem ATMEGA serisinin sigorta değerleri geldi aklıma. Guido'nun sayfasındaki sigorta değerlerini girip de avrdudes'e YAZ dediğimde cihaz normal çalışmaya başladı. Ancak, devre çok kargacık-burgacık oldu, içime sinmedi görüntüsü.

Devrenin iç görünüşü

Yaptığım devrenin kutulanmış hâli.

Yeni bir PCB tasarlayıp paylaşacağım.