NMF-mottagare för kortvåg

[SM7EQL]

NMF är ett nytt begrepp som nog väldigt få har hört förr men som står för NollMellanFrekvens eller mer populärt uttryckt är en direktblandad mottagare där signalfrekvensen t ex 3,5 MHz blandas ner direkt till lågfrekvens 0-500 Hz för telegrafi eller 0-3000 Hz för telefoni. På utrikiska kallas sådan mottagare för ZIF.

Vi har bett moderatorn SEK att flytta över ett antal inlägg från "Vill du bygga en Minima" tråden till denna nya för att inte blanda ihop projekten allt för mycket. När flytten är genomförd fortsätter vi alltså i denna nya tråd...

Stay tuned...

GLD skrev; "För min del är det semesteruppehåll i radiobyggandet då annat jox har fått högre prio.
Dessutom behöver jag tänka igenom hela konstruktionen en extra gång, jag vill ju ha AGC och AM.
Nu när Farhan börjar "vackla" så blir det hela lite besvärligt. Ska man följa hans nya idéer eller bara bygga färdigt enl det tidigare konceptet?"

Ursäkta lång svarstid. Som jag skrev i mitt tidigare inlägg så var Minima-projektet avslutat i och med sändardelen var klar. Men för några veckor sedan så tog jag tag i mottagaren och har lite planlöst arbetat mig igenom ett antal olika koncept för att få underlag till att tänka vidare.

Den senaste lösningen bygger på en fasningsmottagare med FST 3253 som blandare direkt till LF där filtrering sker och AGC m m tillkommer. Jag har kikat på Tayloes detektor och även inspirerats av några lösningar i Norcal tranceivern men modifierat och räknat om det mesta för att passa min kravspecifikation.



Grundmottagaren består som sagt av FST 3253 som med 4 x signalfrekvensen som LO (14-120 MHz) täcker alla band 3,5 - 30 MHz. Prestandan blev tillräckligt bra med reservation för att sidbandsundertryckningen krävde efterjustering på de högre frekvensbanden. På 3,5 - 14 MHz blir det bra med fast intrimning men på de högre banden krävs efterjustering och värdena blir inte lika bra. Något som jag sett även andra rapporterat.



Första "Hello World" gjordes kring mitt "utvecklingskit på träplatta" med Arduino Pro Mini med div tillhörande moduler till vänster. Mottagaren är de övre korten till höger och LF-förstärkaren nere till höger. Rent radiomässigt så låter mottagaren som vilken radio som helst. Bandbredden sätts av ett 10-poligt Butterworth 600 Hz lågpassfilter följt av ett 4-poligt 200 Hz högpassfilter vilket ger c:a 500 Hz bandbredd med ganska branta flanker. Tayloe-detektorn i sig är också ganska smalbandig med -6 dB punkten vid 2,5 kHz vilket ger bra undertryckning av andra näraliggande starka signaler.



Nästa steg i processen var att samla ihop de olika modulerna till ett kort. Här ovan ser vi hela mottagaren med antennen kopplad till FST 3253 till vänster och LF ut till högtalaren nere till höger på kortet. För att kunna labba så har fasningskontrollerna dragits ut till potentiometrar liksom volym och en kontroll för "kompressions ratio" som rent upplevelsemässigt påminner om funktionen hos RF-gain i en vanlig radio.

AGC-loopen är begränsad till att hålla utnivån från 600 Hz filtret konstant när antennsignalen överskrider -70 dBm eller drygt S9 på en kalibrerad S-meter. Det innebär att ett övre tak sätts för hur hög ljudstyrkan kan bli i högtalaren.

Under nivån -70 dBm minskar ljudstyrkan linjärt med insignalen ner till -139 dBm som är MDS. Genom att använda LF-kompression ungefär som automatisk förstärkningsreglering så kan man hissa upp de svagare signalerna så att nivån -139 dBm hörs tydligt i högtalaren vid nominellt pådrag samtidigt som den allra starkaste signalen som kan tänkas inte blir högre än taket som bestäms av AGC och volympådraget. Det ger en mycket bekväm komfort där volymen ställs in en gång för alla och kompressions ratio används som den egentliga volymkontrollen eller som en del av oss använder RF-gain i en vanlig mottagare. Jag har aldrig sett denna lösning användas någonstans men har använt mig av den i flera av mina tidigare mottagare med gott resultat.

För att få till bästa möjliga sidbandsundertryckning så provade jag ett koncept (blockschemat i början av inlägget) där FST3253-mottagaren användes som fast mellanfrekvens på 5 MHz och en konverter kopplades framför.



Här är tre olika konverterlösningar med en passiv diodblandare överst, den ökända SA602 i mitten och ytterligare en FST3253 nederst. Vinnare på känslighet blev SA602 med MDS på -143 dBm och SFDR på 88 dB. Kretsen hänger med bra på de högre banden med bandpassfilter framför men klarar inte lågbanden och stor antenn utan att ge intermodulation. Å andra sidan så kan man dämpa insignalen c:a 20 dB och då klarar man sig även där.

Den undre lösningen är s k "Double KISS Mixer" som använts i Minima-projektet. Den gav MDS på -132 dB och SFDR 88 dB.

Bäst i test blev den passiva mixern (överst) med en 5 MHz seriekristall som roofing filter, diplexer samt en gate-jordad lågbrusig förstärkare därefter med förstärkningen justerad för att precis kompensera för filter- och blandarens förluster.

Mätvärdena här och med FST3253-mottagaren inställd på 5 MHz som mellanfrekvens blev -139 dBm och SFDR på 101 dB. Grundmottagaren med FST3253 har samma MDS men SFDR på 97 dB.

Helst skulle jag vilja slippa konvertern men vet inte om det går att få till helt stabil fasning på de högre banden. Sedan finns ju alltid möjligheten att mata in I och Q-signalerna i en Teensy eller motsvarande för att låta mjukvara göra hela jobbet. Men frågan är om det blir så mycket bättre då. Det tillkommer ju en massa andra saker att brottas med då.

 

[SA0CNH]

Hur ser blocket "I/Q LF-fasning " för infasningen av I och Q signalerna ut schematiskt ?, med tanke på val av undre eller övre sidbandet ?

 

[SM7EQL]

Det är två kanaler med OP-förstärkare där den ena kanalen fasvrids ytterligare 90 grader så att det ena sidbandet undertrycks i ihopkopplingspunkten före 600 Hz filtret. Jag nöjer mig med LSB eftersom transceivern enbart är avsedd för CW och är tänkt att vara minimalistisk men ändå tillräckligt bra för att ersätta min KX3 vid praktiskt bruk.

Om signalbehandlingen görs i mjukvara t ex i en Teensy så kan man skala bort massor av kretsar och komponenter. Men det är ett område där mina kunskaper är obefintliga så vet inte om jag skall ge mig i kast med sådant. Är kluven här för det öppnas ju många fler möjligheter samtidigt som jag vill minimera antalet finesser och funktioner för att optimera användarvänligheten för mitt personliga ändamål.

 

[SM4INV]

Håller oxå på med en Tayloe-detektor med analog signalbehandling... fungerar helt OK. Frekvensområdet 0,3 - 15 MHz.
bifogar schema på 'all pass filter' som sköter signalbehandling och där val mellan LSB/USB/DSB sker, samt på frontpanelen med delar av (LF-)elektroniken i bakgrunden.
72/73 de p-a

 

[SM7EQL]

Det är en snarlik lösning som min men du har fler poler i allpass-filtret. Jag har begränsat mig till CW-bandbredd 500 Hz och har bara två frekvenser i varje gren. Fungerar bra med undantag för att sidbandsundertryckningen bara blir c:a 30 dB på 28 MHz och med ett annat läge på balanspotentiometern. Upp till 14 MHz mäter jag 45 dB eller mer med fast intrimning av fas och amplitud.

Vad har du för QSD-krets och har du mätt MDS?

Hur driver du QSD-kretsen. Jag använder en 74AC74 som matas från en Si570 i labkopplingen,

OP här är NE5532D där den första efter QSD ev skall ersättas med en med lägre brus. Jag kör hela mottagaren på +5 V och kortet på bild drar knappt 50 mA vilket är i högsta laget. Det tillkommer ju sedan LO och uPc m m. Jag har inte undersökt vilka kretsar som drar vad än men hoppas att kunna minska strömmen en aning och skall sedan switcha ner 10-15 V batterispänning till +5V för att inte elda bort onödig effekt.

 

[SM7PNV]

Grundmottagaren består som sagt av FST 3253 som med 4 x signalfrekvensen som LO (14-120 MHz) täcker alla band 3,5 - 30 MHz. Prestandan blev tillräckligt bra med reservation för att sidbandsundertryckningen krävde efterjustering på de högre frekvensbanden. På 3,5 - 14 MHz blir det bra med fast intrimning men på de högre banden krävs efterjustering och värdena blir inte lika bra. Något som jag sett även andra rapporterat.

Tittar man på Softrock mottagarna så använder de undersampling när signal frekvensen är högre än 10MHz om jag kommer i håg rätt.
Så upp till 10MHz så är LO 4 ggr större men på de högre frekvenserna används en tredjedels frekvens , Dvs LO=Signalfrekvens*4/3
Detta eftersom de analoga omkopplarna börjar få sämre egenskaper vid högra switch frekvenser, jag vet inte vad det är för egenskaper som försämras men antar att det är tillslag och frånslag fördröjningen som börjar bli för osymmetrisk.
Dvs de analoga omkopplarna har inte samma tidsfördröjning vid tillag som vid frånslag.

Det går kanske att implementera det här och på så sätt slippa 5MHz IF?


Intressant bygge Bengt. Jag har ochså funderat på att antingen komplettera en SDR med ett analogt fasningsnät eller ett eget bygge som du gör. Även det där med en analog kompressor i kombination med lagom mycket RF/AF gain har jag haft funderingar på.
Skall bli kul att följa ditt bygge!

//Harry

 

[SM7EQL]

PNV skrev; "Detta eftersom de analoga omkopplarna börjar få sämre egenskaper vid högra switch frekvenser, jag vet inte vad det är för egenskaper som försämras men antar att det är tillslag och frånslag fördröjningen som börjar bli för osymmetrisk."

Ja flankerna från 74AC74 blir ju allt mer avrundade med ökande frekvens och 120 MHz är långt över vad kretsen klarar. Det är inte heller lätt att mäta med oscilloskopet utan bra probar. Jag har gjort en del mätningar och ser att fasförskjutningen ändrar sig. Därför måste man kompensera längre fram i mottagaren och det blir bökigt.

Konvertern är en nödlösning även om den fungerar bra. SFDR blir ju också några dB bättre men på bekostnad av andra parametrar som strömförbrukning och ev problem med spegelfrekvensdämpning.

Skall kolla på SoftRock om det kan vara en väg vidare.

 

[SM4INV]

Det är en snarlik lösning som min men du har fler poler i allpass-filtret. Jag har begränsat mig till CW-bandbredd 500 Hz och har bara två frekvenser i varje gren. Fungerar bra med undantag för att sidbandsundertryckningen bara blir c:a 30 dB på 28 MHz och med ett annat läge på balanspotentiometern. Upp till 14 MHz mäter jag 45 dB eller mer med fast intrimning av fas och amplitud.

Vad har du för QSD-krets och har du mätt MDS?

Hur driver du QSD-kretsen. Jag använder en 74AC74 som matas från en Si570 i labkopplingen,

OP här är NE5532D där den första efter QSD ev skall ersättas med en med lägre brus. Jag kör hela mottagaren på +5 V och kortet på bild drar knappt 50 mA vilket är i högsta laget. Det tillkommer ju sedan LO och uPc m m. Jag har inte undersökt vilka kretsar som drar vad än men hoppas att kunna minska strömmen en aning och skall sedan switcha ner 10-15 V batterispänning till +5V för att inte elda bort onödig effekt.

Har inte mätt MDS. Men vid lyssning känns Rx inte helt döv... ;-)

Jag har 2 st 74HC4053 som (dubbelbalanserad) QSD, efter dem sitter det LT1115 (en i vardera kanalen) som är tämligen lågbrusig. Jag använder CD74AC74 som drivs av en DDS-60 (som ju naturligt begränsade max.frekvens till 15 MHz).

Anledningen till det breda allpass-filtret är att den oxå skall användas för BC-lyssning (både AM och DRM), så var iaf tanken när projektet startade...

Min mottagare drivs av 12V som sedan switchas till +5V för uP samt + och - 5V för anlogdelar i små 5W-switchar. 12 V driver även AF-amp. Har inte mätt strömförbrukning då Rx är avsedd för stationärt bruk.

Jag har även dragit ut I & Q (buffrat) för ev. anslutning till PC-ljudkort om man så önskar.

uP är en AVR ATmega2560 som oxå lyssnar på ett seriesnöre för ev. fjärrstyrning. Programvara i C mha AVR Visual Studio.

72/73 de p-a

 

[SM7EQL]

PNV skrev: "Även det där med en analog kompressor i kombination med lagom mycket RF/AF gain har jag haft funderingar på."

Jag använder en SSM2167 mikrofonförstärkare som har alla funktioner som behövs och där kompressionen görs på ett sätt så att max utnivå är konstant vid hög innivå. Kretsen innehåller dock en Noise Gate funktion som inte går att koppla bort vilket innebär att när man ställt ner känsligheten till minimum så ligger den och triggar på grundbruset när antennen inte är ansluten eller på de högre banden där brusnivån är låg. Jag löste det problemet med en c:a 24 kHz oscillator där jag matar in 1,7 mVrms på SSM2167 ingång så att Noise Gate hålls vid liv hela tiden men inte påverkar i övrigt. Det är bara en transistor och några få komponenter för en sådan oscillator. Om man ökar insignalen till c:a 2,5 mV så börjar AGC:n att träda in vid kompression 2:1 och högre. 1,5...2 mV är lagom.

Kanske finns andra mer lämpliga kretsar men jag har använt denna i flera andra projekt som blivit bra.

AGC-regleringen i en mottagare är något av det svåraste man kan ge sig på. Särskilt audio-deriverad AGC som blir svår att realisera om man vill ha snabb attacktid. Jag har därför valt att köra helt utan AGC upp till S9-signaler vilket gör mottagaren blixtsnabb och ger hög och luftig dynamik. Vid behov när bakgrundsbruset är lågt så att svaga signaler blir för låga i högtalaren ökar man kompressionen till 2:1 eller däromkring. Det räcker och man har fortfarande ett tillräckligt stort dynamiskt område.

Jag labbade länge med AGC-inställningarna i min KX3 innan jag blev klok på att det var en märklig konstruktion som inte gick att ställa in ordentligt. Antingen får man ett högt ansträngt ljud med liten dynamik i högtalaren eller så får man tillräcklig dynamik men ett så lågt ljud i högtalaren att radion i praktiken blir oanvändbar. Jag fick lösa det genom att lägga till en extra förstärkare med limiterfunktion så det blev ändå bra till slut.

När det gäller att sortera ut en signal ur ett pile up som blir aktuellt när man är på DX-peditioner så kan signalerna urskiljas med frekvens och amplitud. De flesta är vana vid frekvens och förstår att smala filter kan hjälpa till. Men inte alla inser att amplituden är minst lika viktig. Om vi har en mottagare (som de flesta fabriksbyggda) som har en AGC insättningspunkt kring -100 till -110 dBm och använder fast AGC så innebär det att i stort sett alla signaler får samma volym i högtalaren. Två stationer på exakt samma frekvens, en svag och en starkare går därför inte att dela på. Utan AGC och med manuell RF-gain klarar man sig men det är en bökig metod i ett pile up.

Så som jag gjort i mina senare hembyggda mottagare med en förhållandevis hög AGC-instättningspunkt kring -70 dBm och möjligheten att ändra kompressionsgraden steglöst från 1:1 till 3:1 så kan jag placera det dynamiska området precis där som det ger maximal nytta allt efter konditionerna och frekvensband. Det blir stor skillnad som måste upplevas för att inse fördelarna.

 

[SM7EQL]

Problemet med att fasförskjutningen ändrar sig med ökande frekvens i min DC-mottagare ser ut att vara löst. Layouten på kortet spelade spratt och då ledningsbanor har induktans och övriga komponenter strökapacitans så kan ju allt hända. Särskilt vid högre frekvenser som 120 MHz. Genom att ha tillverkat egna "mätprobar" till oscilloskopet så blev problemen synliga för ögat och genom att införa en kompenseringskondensator på 15 pF på en av pinnarna på 74AC74 som används för att skapa klocksignalerna till mixern så fungerar nu fasningen en bra bit över 30 MHz. Inställningen av faskontrollerna på 28 MHz är nästan den samma som för 3,5 MHz. Om man optimerar för 14 MHz och gör avkall på c:a 5...10 dB sidbandsundertryckning på 28 MHz blir det riktigt bra på alla övriga band. Det innebär i nuläget att konvertern som övervägdes som nödlösning inte längre är aktuell vilket förenklar mottagaren avsevärt. Det ser ljust ut igen.

Weavers metod för CW
Jag har i veckan som gått avprovat en mottagare enligt Weavers metod. Metoden är känd sedan 50-talet men har inte slagit igenom i amatörsammanhang. Det finns en artikel av Daniel SM6VFZ i ESR Resonans nr 2 2014 sid 24-28 där han går igenom hela principen i detalj. http://resonans.esr.se/ESR_Resonans_2014_2.pdf Även Hans Summer har en del matnyttig information på sin hemsida liksom S53MV och några till.



Så ser min snabbt ihopkomna experimentmottagare ut. Det som skiljer den förra är i princip bara det stora kortet med blocken uppe till höger kring 2 kHz oscillatorn i blockschemat. I övrigt har jag återanvänt tidigare provkort som det nu börjar bli gott om. Bra och bekvämt precis som att bygga med Lego!


Det stora kortet är alltså det nya som tillkommit. Det innehåller två 10-poliga 300 Hz lågpassfilter, 2 kHz klockoscillatorn, dela med 4 för att få ut 0/90 graders klocksignaler på 500 Hz samt en summaförstärkare. De pålödade komponenterna behövdes för finlir med amplitudbalans och bias till mixern. Särskilt biasen var hyperkänslig för att undertrycka 500 Hz switchfrekvensen så den inte tutade i högtalaren. Med rätt inställning var den ohörbar.

De beskrivningar som cirkulerar på nätet är alla avsedda för SSB och jag har inte funnit någon egentlig referens till vad man kan förvänta sig för prestanda för en mottagare med smalare filter, låg pitch och enbart för telegrafi.

Som Hans Summer skriver på sin hemsida så händer något mystiskt med signalerna i Weavermixern. Daniel VFZ reder ut begreppen med matematiska formler i sin artikel för den som vill fördjupa sig.

Jag nöjde mig med att begripa hur principen fungerade rent blandningsmässigt och hur de två lågpassfiltren med brytfrekvens 300 Hz genom en sinnrik blandningsmetod skapar en total bandbredd av 500 Hz i mitt fall. Alltså släpper igenom 200 Hz - 700 Hz ut i högtalaren - trots att lågpassfiltren bevisligen bara släpper fram 300 Hz bandbredd.


Den heldragna kurvan är mottagarens totala frekvensrespons mätt på högtalarutgången där den släpper igenom ungefär 200 Hz till 700 Hz i 10 dB punkterna. Det skarpa dippet vid klockfrekvensen 500 Hz är mer än 60 dB djupt och har en bandbredd av c:a 20 Hz i 6 dB punkterna. Utan 600 Hz filtret som jag har så hade responsen blivit symmetrisk, dvs samma utseende på kurvan på båda sidor om dippet eller Weaver-hålet som det kallas. De prickade linjerna är blandningsprodukterna och det "tillbakavikta undertryckta sidbandet" som tyvärr placerar sig inom nyttokanalen. Sannolikt går det att öka undertryckningen om fasen justeras men jag har inte provat det ännu. Amplitudbalansen är optimerad men precis som det står i litteraturen så är varken fas eller amplitud lika kritiskt som i en vanlig direktblandad mottagare. Kanske kan man hämta hem 20 dB till men det räcker ändå inte.

Hur låter då mottagaren. Ja, känsligheten är det absolut inget fel på. Den hör ner till -139 dBm MDS precis som de andra mottagarna och alla kommersiella högpresterande. Svaga CW-signaler låter rent och fint i högtalaren. Grundbruset låter aningen "digitalt" och inte riktigt så mjukt som i den helt analoga mottagaren. I takt med att signalerna blir starkare så ökar inslaget av de oönskade blandningsprodukterna (de prickade linjerna i grafen ovan) och CW-signalerna hörs med multipla toner där den ena minskar och den andra ökar i tonfrekvens när man vrider på VFO-ratten eller hur man nu vill beskriva det. Lite väl mycket spelande för min smak.

Det står nog helt klart att ju lägre tonfrekvens man använder och ju lägre pitch man trivs med (400-450 Hz i mitt fall) ju mindre lämpad är Weaver-metoden så som den provats här. Om det vore SSB så skulle de prickade linjerna upplevas som någon sorts distortion eller splatterprodukter i stället för stabila lätt identifierbara stabila toner som vid telegrafi och förmodligen inte vara särskilt störande. Sak samma om bandbredden ökats så att pilottonen (500 Hz i mitt fall) hamnat högre upp i frekvens och man skurit av alla tonfrekvenser under 300 Hz. Undertryckningen ser då ut att kunna bli 50 dB eller kanske ännu mer inom större delen av SSB-bandbredden. På 50-talet när Weaver kom på sin idé så var det bra data för en enkel SSB-sändare.

Konklusionen får bli att det var kul att prova principen som sådan men att prestanda inte på långa vägar kan konkurrera med den förra direktblandande mottagaren som bygger på mer traditionell teknik från 1970-talet. Hans Summer drog ungefär samma slutsats. Det var kul att prova Weavern men för WSPR och digitala moder som han brinner för finns bättre lösningar med enklare teknik dessutom. Provkorten förpassas alltså till junkboxen för slutförvaring.

Finns det någon här som byggt enligt Weavers princip?

 

[SM7PNV]

På 50-talet när Weaver kom på sin idé så var det bra data för en enkel SSB-sändare.

Konklusionen får bli att det var kul att prova principen som sådan men att prestanda inte på långa vägar kan konkurrera med den förra direktblandande mottagaren som bygger på mer traditionell teknik från 1970-talet. Hans Summer drog ungefär samma slutsats. Det var kul att prova Weavern men för WSPR och digitala moder som han brinner för finns bättre lösningar med enklare teknik dessutom. Provkorten förpassas alltså till junkboxen för slutförvaring.

Finns det någon här som byggt enligt Weavers princip?

Hur kommer det sig att du provade Weavers metod istället för fasningsmetoden? Var det för det var kul att prova?
Det här Philips Application Note ger en del information om Weaver och fasnignsmetoderna för att dekoda SSB http://www.nxp.com/documents/application_note/an1981.pdf

De skriver så här om dears mätningar på Weaver metoden:
"Results The circuit shown in Figures 13, 14, and 15 has a 10dB S/N sensitivity of 0.5µV with a dynamic range of about 80dB.
Single-tone audio harmonic distortion is below 0.05% with two-tone intermodulation products below 55dB at RF input levels only 5dB below the 1dB compression point.
The sideband rejection is about 38dB at a 9MHz operating frequency.
The good audio specifications are a side benefit to direct conversion receivers.
When used with inexpensive ceramic or crystal filters, this circuit can provide these specifications with >70dB sideband rejection."

Vet inte hur väl det stämmer med dina uppmäta värden, jag har inte orkat lusläsa allt.


Ett liten sido-kommentar: Det här påståendet från Phillips kan nog vara knepigt att uppfylla "When used with inexpensive ceramic or crystal filters, this circuit can provide these specifications with >70dB sideband rejection."
I boken "Experimental Methods in RF Design" så beskriver författarna svårigheten att få bättre sidbands undertryckning med fasningsmetoden med hjälp av kristall filter. Filtrerna påverkar ju fasförskjutningen högt avsevärt och påverkar därmed inkommande signaler för mycket så att sidbandsundertryckningen blir sämre istället för bättre med filter framför en fasningsdetektor.

//Harry

 

[SM7EQL]

Det var nog mest för att jag var nyfiken på metoden och ville prova den i praktiken. Med lite handpåläggning går det att få bättre "sidbandsundertryckning" än de ca 40 dB jag mätte. Dock tillkom ju några andra oönskade blandningsprodukter som jag inte klurat ut hur de skall tämjas. Jag har lagt Weaver-kortet åt sidan just nu men skall ta ett tag till senare när utgåva 2 av fasningsmottagaren är klar. Då frigörs några av labkorten som kan återanvändas i Weavern.

Syftet med det här laborerandet är att se om det finns en enkel men ändå någorlunda högpresterande lösning som är helt stabil och reproducerbar. Jag vill gärna ersätta min KX3 med en helt egen transceiverkonstruktion som saknar allt onödigt tingel och tangel som jag inte behöver men i gengäld är lättanvänd för mina egna behov. 100% CW. För all praktisk användning i samband med trivsel-QSO och semester DX-peditioner räcker 40-45 dB sidbandsundertryckning även om det är ett dåligt värde. Känsligheten på de högre banden är viktig och där hänger inte KX3 med utan pre-amp. Med pre-amp 20 dB så klarar radion sig mätmässigt men låter inte alls bra rent upplevelsemässigt. Mycket brus och ansträngt med låg dynamik. Det har delvis att göra med AGC-funktionen som beter sig underligt och inte kan ställas så som jag vill.

Fasningsmottagaren på labbänken är så brusfattig att man får för sig att den är okänslig men den hör ändå bättre än vad som krävs rent tekniskt. Så det handlar nog om att byta bort en del av KX3 starka sidor mot svagare men som inte är så viktiga och inte heller kan realiseras i en enkel fasningsmottagare samt byta bort KX3 svagheter mot bättre prestanda på de få punkter där det verkligen behövs och kan öka komforten. Finna goda kompromisser och få till en tillräckligt bra mottagare som gör jobbet utan problem.

Jag har kollat Philipsapplikationen med 602 tidigare men den passar inte riktigt i mitt koncept. Men kan ju bli aktuellt att kika en gång till.

 

[SM7EQL]

Jag har återgått till att labba vidare med den ursprungliga lösningen och räknat om fasningslänkarna för optimering inom området 200-800 Hz. Det innebär att sidbandsundertryckningen blir sämre under 200 Hz resp över 800 Hz. Men efterföljande 10-poliga 600 Hz LPF och det 4-poliga 200 Hz HPF fixar den saken. Ett alternativ som jag ser att många andra valt är att konstruera fasningslänkar med större bandbredd t ex 200 Hz till 3 kHz. Fördelen här är att sidbandsundertryckningen kan hållas på samma nivå över hela området. Dock blir det mer komplicerade fasningslänkar och högre krav på exakta komponentvärden.

Mätvärdena med de efterföljande 600 och 200 Hz filtren är just nu 42 dB sidbandsundertryckning på 3,5-14 MHz, 40 dB på 18-21 MHz och 37 dB på 28 MHz. Detta med samma inställning av fas och amplitud.



Teoretisk så skall fasningslänkarna som jag nu använder i prototypen ge kurvan enligt ovan med exakta komponentvärden. Man kan komma nästan dit med trimpotentiometrar etc överallt men det blir stort och bökigt. Svårt att trimma och håller sig inte över tid med tanke på temperaturvariationer m m. Så ingen praktisk lösning.

Jag har mätt in alla kondensatorer och motstånd till 1% eller bättre. Mycket tidsödande men det finns nog ingen genväg här om man vill slippa en massa trimpunkter.



En Monte Carlo analys med 1% avvikelser och 2000 försök visar att man kan räkna med c:a 43 dB genom att använda bra komponenter. Jag vet inte om det finns så bra kondensatorer i häradet 10 nF i storlek 0603. Någon som vet? I mitt provbygge har jag använt vanliga X7R men matchat dem noga.



Här är samma körning men med 2% komponenter. Vi hamnar då på c:a 38 dB vilket i och för sig är tillräckligt på de högre frekvensbanden där signalerna i regel inte är jättestarka. Särskilt inte i samband med portabelkörning och små antenner.



Med 5 % komponenter närmar man sig 30 dB och det blir för dåligt.

 

[SM7TLH]

-EQL>Jag har mätt in alla kondensatorer och motstånd till 1% eller bättre. Mycket tidsödande men det finns nog ingen genväg här om man vill slippa en massa trimpunkter.

Hur mycket drift i komponentsvärdena kan man räkna med över tid?

 

[SM7EQL]

Motstånden kan man räkna med är tillräckligt stabila. Kondensatorer kan vara ett problem och särskilt de dåliga med dielektrikum X7R som både ändrar värde med temperatur och pålagd spänning. Sedan tillkommer väl åldring samt det faktum att värdena kan ändra sig i samband med lödningen. Avlödda SMD-komponenter visar ofta något avvikande värden. Lurigt det här.

* Vem vet mer?

* Vad finns för kondensatorer i 0603-storlek eller max 1206 i häradet 10 nF < 10 V som är lämpliga för applikationer som dessa?

 

[SM0GLD]

10 nF i storlek 0603. Någon som vet?

Både Kemet och Murata har 1% Np0 10nF 0603.

 

[SM7EQL]

Ett nytt prototypkort är nu bestyckat med Kemet 1% COG kondensatorer i fasningskretsarna. Det blev stor skillnad och sidbandsundertryckningen varierar inte längre med temperatur. Samtliga motstånd där värdena är kritiska är selekterade för att hamna så nära det beräknade värdet som möjligt. Utan trimpotentiometrar så blev sidbandsundertryckningen 42 dB i denna utgåva och det är sannolikt möjligt att hämta hem några dB till genom att finjustera amplitud och fas.



Kortet har måtten 23 x 73 mm och är huvudsakligen bestyckat med 0603-komponenter. Enkelsidigt med jordplan på undersidan där ett tiotal genomföringar gjorts för div avkopplingskondensatorer och jordpunkter. Mottagaren är komplett förutom LO och bandpassfiltren som behövs. TDA 7050 är en hörtelefonförstärkare och lämnar dessutom linjenivå till en lite kraftigare förstärkare som skall byggas in i tryckkammaren till minihögtalaren som är tänkt att få plats någonstans. Kortet går på +5 V och drar 60 mA. Kanske kan sänkas en aning genom att välja andra OP och höja resistansen på en del spänningsdelare till bias m m. Med en switchad step down konverter från batterispänning +10....15V hamnar vi runt 40 mA. Tillkommer sedan strömförbrukning för LO, uPc och ev display om skalvisningen inte kan lösas helmekaniskt.

Sändardelen för 10 W får ungefär samma mått som nuvarande mottagarkort. Kanske lite kortare.

Som vi kan se så finns det gott om plats på kortet för att packa ihop komponenterna lite till. Jag har provcaddat en del av kortet med mindre IC-kapslingar och för 0402-komponenter och dubbelsidigt kort för att bli av med en del ledningar som tar upp väldigt mycket kortyta i prototypen. Det ser ut som mottagaren skulle kunna rymmas på ungefär 20 x 40 mm yta med bygghöjd 3 mm inkl 0,8 mm mönsterkort. Sen kan man ju gå ner i ledarbredd men det tillåter inte min enkla tillverkningsmetod med belysning av kortet genom vanligt 80 grams kopieringspapper med layout utskriven från lasern och handetsning. Får bli riktigt grönkort i så fall.

Mätvärden på kortet är MDS-139 dBm, SFDR @ 5kHz 97 dBm. Selektiviteten i CW-filtret känns lagom liksom AGC-funktionen. Under dagen skall jag ta upp kurvor för selektivitet och AGC-reglering så får vi se hur det blev. Lyssningsmässigt tycker jag mottagaren låter ungefär som vilken radio som helst. Den stora skillnaden är kanske att egenbruset från MF och LF lyser med sin frånvaro så man får lätt intrycket av att mottagaren är hopplöst okänslig trots att den hör ner till -139 dBm som är bättre än vad som behövs på kortvåg. Men det är ju sådant som karaktäriserar en typisk DC-mottagare.

 

[SM7PNV]

Snyggt bygge Bengt!
Mina experiment brukar gå i tre stadier, "uggly contruktion" och breadboard för att testa ideer, sen lite snyggare uggly construction där jag ibland fräser ut 50ohms stripline för hand med en dremel och borrar hål för peta ner kroppen på tex en MMIC så den ligger plant.
Ibland håller jag där och använder det eller så går jag på tredje stadiet och gör ett PCB för konstruktionen. Även om jag bara behöver ett kort så gör jag ofta 5 eller 10 eftersom det inte kostar mer på tex seeedstudio fusion PCB. Jag försöker därför ofta göra konstruktionen lite mer generell så det går att använda den i framtida project.
På det viset får man ju lite "bygg klossar" liggandes så att nästa labbande går fortare.
Jag har även börjat skapa en projekt folder för varje bygge eller ide som jag gör där jag lägger ner, schema, foton på testkopplingar och foton eller skärmdumpar från MiniVNA eller spektrumanalysatorns resultat.
På så sätt får jag dokumenterat så mycket som möjligt under tiden man provar någon ide.
Men så ordentligt som ditt exprimentbygge har jag ännu inte nått upp till

Imponerande spegelfrekvens dämpning du kommit upp till det bör ligga nära vad som är möjligt att uppnå.
Minsta olinjaritet mellan de två sidbanden lär ju förstöra det här så jag antar att det är viktigt att se till att man inte har för mycket skrot emellan antenn och mixer om man skall lyckas hela vägen fram.
Förförstärkare, förselektionsfilter, TX/RX omkopplare etc kan ju teoretiskt påverka. Så tricket blir nog mycket att se till att all påverkan av signal sker på båda sidbanden, det bör ju iof gå rätt bra eftersom de ligger så nära varandra.

Skall bli kull att fortsätta följa ditt bygge.

//Harry

 

[SM7EQL]

En egen tråd vore nog bra. Kanske moderatorn SEK kan fixa en sådan och flytta över inläggen där? Lämplig rubrik i så fall "Direktblandad mottagare för kortvåg".

Idag har det mätts och finlirats med AGC-funktionen. Jag har utgått ifrån typisk brusnivå på tysta band med antenn ansluten som lägre tröskel för volymkontrollen där de svagaste telegrafistationerna skall kunna läsas i ett tyst rum. Den övre volymtröskeln bestäms av vad jag tycker är maximalt tillåten volym för mycket starka signaler. Om vi utgår ifrån att volymratten sällan skall behöva ändras vid pile up trafik så hamnar vi på ett dynamiskt område mellan 30-40 dB.

Jag har mätt på ett antal apparater som mina avställda ICOM och YAESY, Drake m fl och beroende på om pre-amp är till eller ifrån verkar dynamiken vara synnerligen begränsad till i häradet 15-20 dB som värst. Bekvämt då de allra svagaste ger högt ljud samtidigt som de starkaste inte spräcker högtalarpappen. Dock är det ju så att ju mindre dynamik ju svårare blir det att skilja ut stationer i ett pile up med många stationer som ligger på "samma frekvens" men har olika signalstyrka. De svaga blir ju lika starka i högtalaren som de starka. Enda sättet att skilja dem åt är att de starka låter högre i högtalaren och inte lika högt som de svaga så som de flesta ICOM och YAESU är konstruerade.

De olika banden kräver därför helt olika AGC-kurvor. Jag tror inte jag sett någon mottagare som har sådana finesser. I alla fall nämns det inte i manualerna? Dock kan man i många apparater göra personliga inställningar men det kan vara knepigt att genomskåda hur konstruktörerna tänkt. Instrument behövs som i fallet med min KX3. Massor med möjligheter att vrida runt AGC-kurvorna men ingen inställning passar mina behov.

160 och 80 m har normalt mycket hög brusnivå. I en typisk mottagare ligger AGC threshold kring -90...110 dBm. Om bruset då ligger i häradet -120 dBm så blir ljudet väldigt ansträngt och ihoptryckt. Slow AGC kan förbättra saken liksom 10-20 dB dämpning mellan antenn och mottagare.

I min mottagare har jag lagt en limit på -60 dBm motsvarande S9+13 dB. Det är den signal som sätter taket för hur högt ljudet kan bli i högtalaren. En insignal av 0 dBm ger 0,1 dB högre ljud. Se diagram nedan.



Med en potentiometer kan jag justera AGC-kurvans lutning och insättningspunkt. Den röda kurvan passar bäst för 160 och 80 m. Det atmosfäriska bruset ligger i häraden -120 dBm vilket motsvarar S1 på en kalibrerad S-meter. Huvuddelen av signalerna hamnar kring S7-S8 eller -80 dBm. Några fåtal är starkare uppemot S9+10. Den totala dynamiken som behövs är c:a 35 dB vilket passar ganska bra till mina öron.

För de högre frekvensbanden 14-28 MHz ligger brusnivån 10-15 dB lägre. Extremt starka stationer är få om vi undantar contesthelgerna. Merparten av de stationer som hörs på högre frekvensband är sällan starkare än S4-5 på en kalibrerad S-meter. Det motsvarar -100 dBm. Den svagaste svaga stationen som mottagaren skall kunna höra finns på 28 MHz med en enkel dipol eller GP som antenn och i en fullständigt störningsfri radiomiljö. Där krävs känslighet i häradet MDS = -130...140 dBm. Den blå kurvan passar bäst här och ger även den c:a 35 dB dynamik till mina öron.

Grön kurva är bortkopplad AGC som ger helt linjär förstärkning upp till brytpunkten -60 dBm där limitern träder in och skyddar hörseln eller förstärkaren att skapa distortion. Passar för lokala QSO där signalern är kring S9 eller mer. Ger fantastiskt lugn mottagning utan brus mellan tecknen och full öppen mottagare mellan teckendelarna.

Lutningen mellan -100 dBm och -60 dBm punkten (där limitern i mitt fall träder in) bör vara c:a 6 dB enligt expertisen som Ulrich Rohde m fl. Få mottagare ser ut så. De flesta har en skarp threshold kring -90...110 dBm och därefter ökar inte ljudstyrkan mer i högtalaren. Jag har dimensionerat för dessa 6 dB på de högre frekvensbanden och till c:a 16 dB på 160 och 80 m för att få en lugn och fin mottagning. Dynamiken räcker ju till ändå.

Någon annan som spånat på det här med AGC och har andra synpunkter?



Så här ser filterkurvan ut med 10-poligt 600 Hz LPF (ej 6-poligt som texten på plotten visst säger) i serie med ett 4-poligt 200 Hz HPF. Responsen är mätt över högtalarklämmorna. Personligen föredrar jag en pitch kring 300-400 Hz. Möjligen kunde filtrets brytfrekvens flyttas till 500 Hz men rent lyssningsmässigt låter det öppet och bra med så brett filter. Radion är ju tänkt för trivsel-QSO och semester-DX-peditioner och när jag använder min KX3 så är CW-filterbandbredden ställd till c:a 1 kHz. Då har man full kontroll på vad som händer kring lyssningsfrekvensen och det är lätt att plocka ut stationer ur ett pile up utan att behöva röra VFO-ratten.

Nu väntar jag på en contest så banden kan bli röriga med starka stationer så mottagaren kan utvärderas i verklig miljö. En sak är att få fina mätvärden med två signalgeneratorer, en annan när banden kryllar av superstarka signaler.

MDS är efter div optimeringar nu -145 dBm i 500 Hz bandbredd och SFDR 104-105 dBm mätt på 5 kHz avstånd.

 

[SM1TDX]

Eftersom du har en mikroprocessor är det väl lämpligt att i den lägga in alla de bandinställningar, arbetspunkter, AGC etc som konstruktören mödosamt mätt fram. Tanken är väl att minimera antalet rattar, menyer och onödiga inställningsmöjligheter?