STEMlab 122.88-16 – TRX

 

Das STEMlab 122.88-16 ist eine Weiterentwicklung des programmierbaren Messgerätes  STEMlab 125-14  der Firma REDPITAYA.  Es ist bezüglich des Systemtaktes von  122,88MHz  sowie der Beschaltung der HF Ein- und Ausgänge mit einer Impedanz von 50 Ohm auf einen Einsatz im SDR Umfeld optimiert. SDR steht für  Software Defined Radio.

Mit geeigneter „Firmware“ und entsprechender PC-Software lässt sich mit dem  STEMlab  ein vollwertiger SDR Transceiver für alle KW-Bänder von 160m bis 6m aufbauen.  Pionierarbeit hat hier Pavel Demin geleistet. Mit seiner Firmware  und der PC Software OpenHPSDR-PowerSDR  wurde das SDR Konzept mit dem STEMlab erstmals für den breiten Einsatz verfügbar.

Update: OpenHPSDR-PowerSDR wurde inzwischen durch OpenHPSDR-Thetis abgelöst.

Der Aufbau eines solchen TRX wurde bereits in verschiedenen Arbeiten beschrieben.  Mehr oder weniger ausführlich, mehr oder weniger komplex, mehr oder weniger vollständig.

Ich habe beim Durcharbeiten dieser Beschreibungen viele Anregungen bekommen. Einige davon habe ich aufgegriffen und teilweise in mein Konzept übernommen. Hier sind insbesondere die Veröffentlichungen von DC6HL (Bandpassplatine mit OP-Amp) sowie die Arbeiten von DK5QH u. DK7XL zum Thema „SDR auf Red Pitaya“ hervorzuheben. Letztere veröffentlicht auf DL0SDR.de.

Das Ziel meines Projektes war, mir ein einfaches, modulares Gerät für den täglichen Gebrauch zu bauen, das sich problemlos in die vorhandene Infrastruktur aus LAN/WLAN, PC, Antenne + Koppler usw. integrieren lässt.

Die nachfolgende Dokumentation ist keine Bauanleitung!  Sie soll vielmehr zu eigenen Ideen und Lösungen anregen.  Nachfragen beantworte ich natürlich gerne. Selbstverständlich sind  auch die Produktionsdaten der beschriebenen Platinen (Gerber-Files) bei Bedarf verfügbar.

Die Schaltbilder und Layouts wurden mit DipTrace V3.3 erstellt.

Die meisten Fotos lassen sich durch hineinklicken vergrößern.

 

 

Das Konzept

 

Neben dem STEMlab wird für einen vollständigen TRX noch einiges an peripherer Hardware benötigt.
Die wesentlichen Komponenten sind:

·          Audio Codec

·          NF-Verstärker für einen Lautsprecher Anschluss (optional)

·          I2C-Bus Register und Buffer zur Ansteuerung der Bandfilter und des RX-Attenuator

·          div. Optokoppler zur galvanischen Trennung der digitalen Ein/Ausgänge vom STEMlab

·          TX Driver und PA um eine Ausgangsleistung von  +37dBm  auf allen Bänder zu erzielen

·          Bandpass Filter

·          RX-Attenuator  0-10-20-30dB

·          RX / TX Umschaltung

 

Die verschiedenen Komponenten sind auf zwei Zusatzboards aufgeteilt, wie in der Übersicht dargestellt.

Auf dem  NF&Peripherie Board  wird über Abstandshalter zunächst der Audio-Codec und darüber das STEMlab-Board montiert. Dies ergibt ein kompaktes Modul, das über sehr wenige Leitungen mit dem PA&Filter Board verbunden wird.

 

Das Pwr&Fan_Ctrl Board ist eher trivial und soll hier nicht näher beschrieben werden.

 

 

Das  NF & Peripherie Board

 

Das NF & Peripherie Board fasst auf einer Fläche von 85x100mm alle Bauteile zusammen, die zur NF seitigen Ankoppelung des STEMlab erforderlich sind. Dies sind i.W. der Audio-Codec sowie ein NF-Verstärker für den Anschluss eines Lautsprechers.   Das Board nimmt außerdem die Bauteile für die digitale Anbindung der internen Peripherie auf.  D.h. die I2C-Bus Logik und die Opto-Koppler für PTT und Keyer sowie das PTT-Relais.   Die technischen Details lassen sich dem Schaltbild und der BOM entnehmen.		NFP Board Top-View	NFP Board  Bottom-View
Auf das bestückte NFP Board wird der Audio Codec aufgesteckt und mit Abstandshaltern fixiert. Die Montage erfolgt dabei über Kopf. Das hat die Entflechtung des NFP Boards etwas vereinfacht.   Hier mit einer früheren Revision des Boards zu sehen.   Die 3,3V Spannungsversorgung für die I2C-Bus Logik-Bauteile wird auf dem Board erzeugt.
Mittels 25mm Abstandsbolzen wird das STEMlab auf dem NFP-Board montiert. So erhält man ein sehr kompaktes Modul.   Die Verbindung zwischen STEMlab und Board erfolgt mit Flachband Kabeln.

 

 

 

Das  PA & Filter Board

 

Das PA & Filter Board nimmt auf einer Grundfläche von 100x100mm alle Komponenten der HF Zweige für RX- und TX-Betrieb auf. Der RX Zweig besteht aus 8 Bandpass Filtern, die je nach Frequenz automatisch geschaltet werden. Zusätzlich steht ein RX-Attenuator zur Verfügung. Dieser wird über den ALEX-Mode der HPSDR Software angesteuert. Einstellbar sind   0..10..20..30dB.   Wie dem Schaltbild zu entnehmen ist, werden die Bandpass Filter auch im TX-Zweig genutzt.		PAF Board  Top-View	PAF Board  Bottom-View

 

Die Bandpässe für 160m, 80m, 30m, 20m, 17m und 10m sind als  Butterworth Filter 2.Ordnung  realisiert. Die etwas breiteren Filter für 60m+40m sowie 15m+12m sind dagegen als  Cauer Filter 3.Ordnung  aufgebaut. Das macht es leichter die benötigte Bandbreite bei genügend steilen Flanken zu realisieren. Die Weitabselektion der Cauer-Filter ist dafür etwas geringer.

 

Die S21 und S11 Messwerte der Filter sind hier zusammengestellt.

 

Der TX-Zweig beginnt mit einem 3dB Dämpfungsglied als definierter Last für den STEMlab TX Ausgang.   Die gemessene Ausgangsleistung des STEMlab liegt zwischen +3dBm und +7dBm, je nach Frequenz.   Auf das Dämpfungsglied folgt ein Tiefpass mit einer Grenzfrequenz von 35MHz. Er ist als steilflankiges  Cauer Filter 5.Ordnung  realisiert und hat seine maximale Dämpfung bei 61MHz. (Messwerte)   Der 20dB Leistungtreiber ist konventionell mit einem OP-AMP vom Typ OPA2674 aufgebaut.   Der PA-Baustein ist als Bausatz beim  BOX73 Online Shop erhältlich. Er liefert problemlos +37dBm auf allen Bändern.   Update: Der PA-Baustein ist beim BOX73 Online Shop nicht mehr erhältlich!   Die Betriebsspannung für den OP-AMP sowie die BIAS Versorgung des PA-Bausteins werden erst beim TX Betrieb zugeschaltet.   Die Dimensionierung der Bauteile kann der BOM entnommen werden.   Das Foto zeigt das bestückte PA & Filter Board in einer früheren Revision.

 

 

Das fertige Gerät

 

		Die fertig aufgebauten Module sind zusammen mit dem Netzteil, dem SV-Board (links vorne) und einem Lüfter in ein einfaches ALU Gehäuse eingebaut.   Neben dem Lüfter ist das STEMlab 122.88-16 zu erkennen. Rechts das Filter-Board mit dem aufgesetzten 5W PA-Modul.
		An der Rückseite des Gehäuses befinden sich die Buchsen für die externen Anschlüsse.   Rechts ist der Ausschnitt für das STEMlab zu sehen.   Die BNC-Buchse RX2 ist direkt mit dem IN2 des STEMlab verbunden. Hier wird die hinter der externen PA ausgekoppelte HF eingespeist, um die Pure-Signal Funktion von HPSDR nutzen zu können.
Last Update:  17.12.2021   DB8BH		Home                                                Impressum