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2021年7月24日土曜日

ALL BAND TRANSCEIVER (4)

 今回の ALL BAND TRANSCEIVER で色々な課題があった。今回解説するBAND,MODEの制御もその一つである。
 タッチパネルで選択したBANDやMODEは数値化され制御を行う。具体的には変数 [BAND] 変数[MODE]に選択した数値情報が収納される。

 上図でPHOT1でBANDをタッチ、PHOTO2で希望BANDをタッチすると変数[BAND]にBAND番号が収納される。この変数を2進数にして各BITのHigh,Lowを調べI/Oに出力をしている。
全部で14BANDなので4BITバイナリーでD14,15,16,17に出力している。
sketchでは、
void DIO_BAND_set(){
  int bitdata = 0;
  int port_num = 0;
  for (int j=0; j<=3; j++){      // ポートをLowにリセット
    digitalWrite(14+j,LOW); 
  }
  for (int j=0; j<=3; j++){  
   bitdata = bitRead(band,j); // 変数[band]の各Bitを調べる。
    if (bitdata == 1){
     digitalWrite(14+j,HIGH);   // 1なら当該ポートをHighにする
    }
    else{
      digitalWrite(14+j,LOW); // 1以外なら Lowとする。
    } 
  }
}

Modeも同様にしてD18,19,20,21に出力している。

 Aruduino DueのD14-21ポートに出力されたBAND,MODE情報は、以降の処理に使いやすいように(FXMA108)で3.3Vから5Vにレベル変換をしている。
 BAND情報はD14-17から出力されレベル変換後TC4515デコーダーを使用し、各BAND個別信号を出力している。このTC4515はActiv Low 選択された信号がLow、それ以外がHighとなる。このためPNPデジタルトランジスタ(RN2201)を利用し選択された受信用BPFに電源を供給するようにしている。
 送信も同様にBPF選択を行っている。送信ではさらに TD62084というSink Driverで出力のLPFリレーを制御するようにいている。

MODEも同様であるが、選択数が少ないのでデコーダーに74HC238(3INー8OUT)を使用いた。これはActiv HighなのでNPNデジタルトランジスタ(DTC144)を使用しColinsフィルター切替を行っている。

尚、BAND情報は、Linear と Transverterのためにバッファ(74HC125)経由でDINコネクタに出力している。

 さすがにALL BAND TRANSCEIVERともなると、フィルタ、BPF、LPFの切り替え処理が非常に煩雑となることを実感した。今回極力手持ち部品を使用したため、どうも一貫性のない回路となった感じである。ご容赦願いたい。

今回は、あまり日の当たらない部分の解説なので、少々つまらなかったもしれませんが、備忘録としてUPしておくこととした。

DE JA2NKD Ryuu







 




2020年6月30日火曜日

VFO Controller 8.0 (Aruduino Due with touch panel)


多機能のVFOを製作しようと考えると、どうしてもスイッチが多くなる。例えばVFO7.1では12個のスイッチを使用した。こうなるとパネル製作も一苦労である。今回タッチパネル付きのTFTを使用し外部スイッチの削減を試みた。最近のメーカー製トランシーバーやSDRもほとんどがタッチパネルを採用している。どうせ作るなら盛り沢山の機能を搭載することにした。最近の私にとっては、ちょっとしたチャレンジである。尚、このVFOはアナログトランシーバー向けのVFOです。
【Hardware specification】
  • VFO  Si5351a PLL
  • TFT  2.8inch TFT with Touch Panel
  • MPU   Arduino Due
  • EEPROM 24LC64
【Software specification】
  • MODE  LSB,USB,CW,FM,AM
  • BAND  1.9-50MHz (Japanese Ham band),0-60MHz(General caverage
               Transverter mode(144MHz,430MHz,1.2GHz)
  • VFO     A-channel B-channel every band
  • VFO Type  Up-conversion Down-conversion chooseable
  • Memory  50channel 
  • CAT  CAT Controll (Frequency,Mode) for Ham Log Software
【manual】
[VFO-A]をタッチ
 サブメニューが開きます。
A/B VFO-AとVFO-Bが入れ替わります。
A->B Aの周波数をBにコピー
B->A Bno周波数をAにコピー
SPLIT メインが受信 サブが送信となりスプリット送信が可能となります。




[USB]をタッチ
 サブメニューが開きLSB,USB,CW,FM,AMの変更ができます。
[BAND]をタッチ
 サブメニューが開きます。希望のBANDをタッチすれば移動します。
[GEN]はGeneralで0-60MHzまで連続可変できます。送信はできません。
[TRV]はトランスバーターでサブメニューが開きます。144MHz,430MHz,1.2GHzが選択できます。この場合書くBAND毎にオフセット周波数を設定できます。イニシャルでは28MHz帯が出力されるように設定してあります。
[MENU]をタッチ
 サブメニューが開きます。
[M/R] メモリチャンネル呼び出し。1-50CH UP/DOWNで選択
[M/W] メモリーチャンネル書き込み。1-50CH UP/DOWNで選択。書き込みは上書きされます。
[PLLSet] Si5351aのクロック周波数を設定します。UP/DOWNスイッチでVFO出力を10MHzにセットし記憶します。
[CLAR]をタッチ
Cralifire(RIT)メニューが開きます。
[CLAR-R] 受信用Clarifire
[CLAR-T] 送信用Clarifire
[OFF] Clarifire 停止

[V-Type]をタッチ
VFOをUPConversionにするか、DownConversioにするかを設定します。BAND毎に設定可能です。

【Make】
 今回MPUにArduino Dueを使用。nano,UNOではメモリー容量が足らないことからの選択である。DueはEEPROMがないため24LC64というI2CのEEPROMを付加した。構成はI2C制御のSi5351、24LC64 SPI制御のタッチパネル付きTFT(driver ili9341)及びロータリーエンコーダーといたって簡単な構成である。またDueには2個のUSBが搭載されており、1つはプログラミング用 もう一つは外部との通信用に使える。今回これを使用し簡単なCATコントロールを搭載した。現状HamLogに対応している。
 注意点としてDueは3.3V動作なのでI/Oも3.3Vである。このおかげでTFTとダイレクトでの接続が可能である。半面 外部とのインターフェースも3.3Vが上限であることに注意が必要である。バンド情報、モード情報等の出力は3.3Vとなる。まだたくさんのI/Oが余っているので、追加機能も可能。


【Software】
 スケッチその他ライブラリー等はDownload Siteに掲載してある。
 タッチパネルを使用するには、最初にCalibrationが必要である。このやり方についてはライブリーの説明を読んで対応してください。Calibration スケッチもSiteに一括して掲載してある。

【CAT】
 CAT Controlle を搭載しました。ただし現状最低限でHam Logに周波数とモード情報を送ることができるだけです。今後機能を増やそうかとも思いますが、今のところ必要性を感じていません。多くの希望でもあれば対応するかもしれませんが。まあ、そんなことはないと思いますが。(笑)

 出来立てなので、まだBUGがあると思います。何かあればコメントでもお寄せください。

73's de JA2NKD

2021.05.13 回路図 修正




2020年1月27日月曜日

RF Power LDMOS Transistor

 昨今RF用のパワートランジスタが入手できなくなってきた。最近私が好んで使っているのは三菱のRDシリーズ(RD16HHF06等)である。好んでというよりは選択肢がないというのが正解であろう。非常に使いやすいが、アイドリング電流が大きい等の課題もある。
 そんな折、自作仲間からMOSが良さそうだという情報を頂いた。早々色々検索をしてみたが、自作で使用している例はほとんどなかった。そこで実験をしてみることにした。
 候補としては、国内である程度の価格で購入できるRQA0009TXDQS(RENESAS)とAFT05MS004NT1(NXP)とした。
いづれも400MHzで5W程度のFETで、中華製のハンディートランシーバー等に使用されている。実際にいづれもHF,VHFで5Wの出力を確認できた。データシートのデータではいづれもVd=7.5Vとなっていて、やはりモバイル用機器用と思われる。2つを比較するとRQAのVdss=16Vで13.8V仕様では低すぎる。AFTはVdss=30Vでどうにか13.8Vで使えそうであることが分かった。マージンを考えると40Vはほしいところである。もちろん13.8VでAMは無理である。CW,SSBなら何とか使用できそうだ。実際に使用して確認していきたい。
 ということでAFT05MS004NT1で製作してみた。AFT05MSはLDMOSというFETで最近の主流となりそうなものである。

 使用例がないので、いつもの定番回路で実験してみた。
入力はコンデンサー直結の非同調で、バイアスを可変抵抗で調整できるようにした。また、ゲート側の抵抗を分割し51オームでAC負荷とした。これにより信号源インピーダンスを落ち着かせることができるのではと思っている。
 出力側はトロイダルコイル(FT-37-43)による広帯域とした。回路図と写真を参考にされたい。

 この回路で動作させた結果をグラフで示した。思いのほか高性能である。また、同一回路で三菱のRD16HHF06を使用したものよりも広帯域に動作し、HF~50MHzにおいてほぼ同様の結果となった。50MHzでも増幅度27dB程度ある。(fig1) 効率も60%を超え優秀である。Vd:13.8V アイドリング:100mA 入力:10mW 出力:5W Id:0.6A)

 入出力特性もリニアである。非常に良い結果が出た。周波数で50MHz以上で低下しているのは回路設計の問題で、VHF,UHF用に設計すれば同様の特性が得られることは間違いないと思う。(fig2) もともとVHF,UHF用だから当然である。
 この結果は大いに満足できる。HF~50MHzのオールバンドトランシーバー製作に弾みが付きそうだ。

 今後の課題は、形態がSOT-89というチップタイプであり、十分放熱できるように取付方法を検討する必要がある。写真のような基板構造では放熱効果が低く基板がかなり熱くなり、基板上の部品の温度変化等も含めアイドリング電流が増加していく。冷えれば戻るが。実験ではCW連続信号なのでなおさらであるが。SSBならこれよりはましだとは思う。
一応この構造で5分の連続運転でも無事ではあった。
 このAFTシリーズには、15W,30W出力のものもあるようなので、機会があれば入手して実験したいと思う。

 これがうまく稼働すれば、2SC1970,2SC1971,2SC1972といったトランジスタに代わるものとして使用できるのではないかと期待している。
 尚今回JA2GQPさんが基板を製作され提供して頂いた。いつもながら深謝。
 FETの入手先はマルツ(Digi-key代理店)

DE JA2NKD

2018年12月4日火曜日

AD4351 PLL Board

 AliExpressでAD4351PLL基板が格安で販売されているのを見つけ購入した。
ADF4351 35M-4.4GHz PLL RF Signal Source Frequency Synthesizer Development Board Z07 という名称で出ている。価格は $18.8である。
取り敢えず動作確認を行ってみた。
このボードの仕様は
Requency range: 35MHz-4.4GHz
Power supply: DC002 Interface DC4-9V typical 5V
Output signal: 2.2-4.4GHz fundamental wave (sine wave)
Output signal interface: SMA female
Default + -50ppm 25M import active crystal
Control: three-wire SPI control pins and lead locking pin allows all state functions,
including point frequency sweep and frequency hopping, stepping to be 1K,
low frequency step can be to 0.1K, the crystal. to decide.
Size: 7.6*3.7cm/2.99x1.46inch
と書かれている。
基本発振周波数は2.2GHz~4.4Ghzでそれ以下は1/2,1/4,1/8,1/16,1/32,1/64のプリスケラーで分周して出力するようになっている。
分解能はPLLの比較周波数に依存するため、基準信号とレジストリーの設定で色々出来るようであるが、Si5351PLL並みに面倒な設定が必要だ。今のところこのPLLをVFOとする予定はないので詳細のお勉強は後回しとして、色々公開されているファームウェアを使って動作試験を行った。
 ハードウェアは、Arduino-UNO、LCDシールドとこのPLLボードの3つである。(いづれも中華製である)
これで35MHz-4.4GHzまでの発振試験が出来る。
ハードウェアの構成及びファームウェアは以下をそのまま利用させていただいた。今回はオリジナル性はまったくない。

このPLL基板には基準クロックとして25MHzのクリスタル発振器が搭載されている。+-50PPMとかかれており、試験したところ1GHzで15KHz程度ずれていた。調整も不可能である。そこで手持ちの発振器(10MHz,+-2.5PPM)を外付けとした。これで取り敢えず1GHzで10Hz誤差程度に収まっている。
 
35MHz,430MHz,2GHzの出力を見てみた。
35MHz
クロック等のスプリアスが見られるがBPFで十分削除できるレベル。想定外に綺麗である。

430MHz
スパンが広いので色々見えているが、BPF等で十分対処できると思われる。
2GHz-1
これを見るとかなり近接スプリアスが多いように見える。
2GHz-2
スパンを500MHzにすると基準10MHzのスプリアスと思われる。BPFでどれだけ削減できるか実験が必要だがコンバーターの局部発振としてなら十分使えそうだ。

我家での発振周波数としては最高値を更新。4GHzも発振していると思われるが測定限界(3GHz)を超えており確認できない。PLLのLockが頼りである。

これを使う予定としては、430MHzのトランスバーター用ローカル発振器である。28MHz親機でカバーできる範囲が2MHzなので、2MHzステップでローカル発振器を切り替えることにより430MHzの10MHzをカバーしようという企みである。
出来れば1.2Gにも挑戦してみたいものである。

しかしこれが$18.8とは驚きである。