Vom Prototypen zum fertigen SDR Kurzwellenempfänger...
Begonnen hat alles mit dem gut bekannten Lima SDR. Dieser wurde bald mit Erweiterungsplatinen ausgestattet und damit zum U02-SDR ergänzt. Danach haben wir einen Empfänger mit hochwertigen Analog Devices ICs jedoch in herkömmlicher Technik mit Quarzfilter gebaut, dieser RX funktioniert hervorragend und ist täglich im Einsatz.
Als nächsten logischen Schritt beschäftigen wir uns mit dem Aufbau eines SDR Empfängers, der jedoch äußerst hochwertig und mit modernsten Bauteilen aufgebaut werden soll. Schaltermischer mit dem 4066 kommen hier nicht mehr zum Einsatz. Stattdessen bedienen wir uns im reichhaltigen Angebot von Analog Devices.
Die erste Version läuft mit einem AD8333 (siehe hier) und leistet schon ganz gute Dienste, zumindest auf den unteren Bändern.
Als zweiter Schritt folgt hier ein SDR auf Basis des AD831 Mischer.
Schon beim Aufbau des RX in herkömmlicher Technik mit Quarzfilter zeigte sich die hohe Qualität des AD831. Dieser ist für Anwendungen auf Kurzwelle hervorragend geeignet und schlägt nach meiner Erfahrung praktisch alle anderen für Selbstbau geeigneten Lösungen.
technische Daten:
| Empfangsbereich: 100kHz bis 30 MHz |
| Stromaufnahme: ca. 300mA (11 - 15V) |
| I/Q Ausgang |
| hohe Großsignalfestigkeit |
| SSB, CW, PSK31, RTTY, WSPR usw. also alles was die SDR Software kann |
Für einen SDR Empfänger benötigt man 2 Mischer. Diese arbeiten parallel. Sie bekommen das Eingangssignal von der Antenne (bzw. einem Vorverstärker) und mischen dieses auf eine niedrige ZF. Diese wird so niedrig gewählt dass man sie mit einer Soundkarte verarbeiten kann, also z.B. 20 kHz.
Die Referenzfrequenz für die beiden Mischer (LO = local Oscillator) muss um 90 Grad phasenverschoben sein, denn das ist das Funktionsprinzip eines IQ Mischers. Eine solche frequenzunabhängige (!) Phasenverschiebung ist extrem schwierig zu machen, daher bedient man sich eines Tricks:
Es wird die 4-fache Frequenz angelegt und diese durch 4 geteilt. Bei dieser Teilung kann man leicht zwei um 90 Grad verschobene Takte erzeugen, welche dann auch sehr genau und vor allem frequenzunabhängig sind. Bei dieser Teilung arbeitet man mit Flip-Flops, also digital. Dabei kommt uns entgegen, dass der AD831 sowieso seinen LO Eingang begrenzt und intern in ein Rechtecksignal umwandelt, daher brauchen wir keine aufwändigen Filter.
Blockschaltbild:
links sieht man die beiden Mischer I und Q. Diese bekommen parallel das Eingangssignal (Antenne). Der Ausgang der Mischer geht zu je einem AD8338 Verstärker. Diese haben eine einstellbare automatische AGC und können damit optimal auf die von der Soundkarte benötigten Pegel justiert werden.
Für die Erzeugung der IQ Signale sind wie beschrieben zwei um 90 Grad verschobene LO Frequenzen erforderlich. Hier ein Beispiel für das 40m Band:
Wir möchten auf der Frequenz 7,100 MHz ein SSB (USB) Signal hören.
Als ZF stellen wir in unserer SDR-Software 20kHz ein (was die meisten Soundkarte noch schaffen).
Das SSB Signal belegt eine NF Bandbreite von beispielsweise 300Hz bis 1500 Hz das ergibt also bei USB eine Sendefrequenz von 7100300 bis 7101500 Hz. Dieses Signal empfangen wir an unserer Antenne.
An der Soundkarte wollen wir eine ZF von 20kHz haben. Bezogen auf unser Sprachsignal ergibt das 20300 bis 21500 Hz.
Daraus lässt sich nun leicht die benötigte LO bestimmen, diese ist: 7100300 - 20300 = 7,08 MHz. Wie beschrieben benötigen wir die 4-fache Frequenz (der entsprechende Teiler :4 befindet sich im Block "IQCLOCK" oben im Bild). Das ergibt 7,08*4 = 28,32 MHz.
Die zweite Mischung von 20kHz in den NF Bereich übernimmt die SDR Software, das hat mit dieser Schaltung daher nichts mehr zu tun.
Um das QSO auf 7,1 MHz zu hören müssen wir also eine LO von 28,32 MHz an den Empfänger anlegen.
Aus dieser Anforderung für die 4-fache LO Frequenz ergibt sich auch der maximale Empfangsbereich. Der AD831 kann auch noch das 2m Band abdecken, dazu müsste die LO jedoch schon 600 MHz sein, dafür ist die Schaltung nicht ausgelegt. Wir beschränken uns daher auf maximal 30 MHz was einer max. LO von 120 MHz enspricht.
Die Platine hat die Abmessungen: 72x72mm und passt damit in ein handelsübliches Weißblechgehäuse.
