Bausteine
zum Selbstbau einfacher FM-Transceiver
für
den VHF- und UHF-Bereich
Stand: 11.
Juni 2015 ( ACHTUNG: Wichtiger Korrekturhinweis siehe
Abb.7; siehe auch neue Softwareversion für 16-Kanalbetrieb )
Building blocks for DIY VHF/UHF FM
Transceivers Automatic Translation by GOOGLE:
https://translate.google.de/translate?sl=de&tl=en&js=y&prev=_t&hl=de&ie=UTF-8&u=http%3A%2F%2Fwww.kh-gps.de%2Fdra.htm&edit-text=
Ab
und zu gibt es neu auf dem Markt erscheinende elektronische
Bauelemente,
an denen man kaum vorbeikommt.
So ging es mir jedenfalls mit den FM-Transceiverbausteinen DRA-818V und
DRA-818U der Firma DORJI aus dem südchinesischen Shenzhen (Abb.1).
Auf einfache und preiswerte Weise sollten sie den Aufbau von VHF-
oder UHF-Transceivern auch für unsere 2m- und
70cm-Amateurbänder erlauben. Die Bausteine gibt es sowohl in einer
UHF- ( DRA818U: 400-470MHz ) als auch in einer VHF-Version (
DRA818V: 134-174MHz ). Die möglichen Betriebsbandbreiten liegen
bei 12.5KHz
und 25KHz.
Hinsichtlich der Ausgangsleistung der
Senderendstufen kann zwischen ca. 1W ( Pin7 offen ) und ca. 0.3W
(Pin7 an Masse ) gewählt werden. Mit den verfügbaren
Parametern
dürfte sich ein Betrieb als z.B. APRS-Bake, Kontrollempfänger
bzw. Transceiver für die Ortsfrequenz oder auch Transceiver
für das lokale Relais anbieten. Vorteilhaft ist dabei auch die
integrierte Squelchfunktion. Alternativ ist aber auch CTCSS- oder
DCS-Betrieb
möglich.
Weitere technische Details können den beiden
Datenblättern [1], [2] entnommen werden.
Abb.1 Ansicht der Transceiverbausteine
( Abm.: ca. 36x19x3mm )
( zu sehen ist die äusserlich identische Vorgängerversion:
"DRA808M" )
Abb.2 zeigt das
Chip-Innenleben noch am Beispiel der
inzwischen abgekündigten Vorgängerversion "DRA808M". Mit dem
RDA1845 [6] ist dabei auf der linken Bildseite der
eigentliche
Transceiverchip erkennbar. Die aktuellen Versionen verwenden an dieser
Stelle
bereits den Nachfolgertyp RDA1846 [7], der einige
zusätzliche
Funktionen bietet. Dazu gehören u.a. eine getrennte
Anwahlmöglichkeit für die im
Empfangs- und Sendemodus benutzbaren CTCSS-Töne, die bedarfsweise
Deaktivierung von Pre-/Deemphasisentzerrung, sowie
der zusätzlichen NF-Filterung.
Abb.2 Das Innenleben der
DRA-Transceiverbausteine ( hier die ursprüngliche UHF-Version
"DRA808M" )
Wie auch aus den
Datenblättern hervorgeht, erfolgt die Einstellung fast aller
Betriebsparameter über eine serielle 9600bps-Schnittstelle.
Ein gesonderter Pin dient lediglich der Auswahl zwischen den beiden
möglichen Sendeleistungen. Die Daten für z.B.
Betriebsbandbreite, Sende- und Empfangsfrequenz, CTCSS-Frequenzen,
sowie Squelch-Empfindlichkeit lassen sich in einem gemeinsamen
Protokoll in Richtung der Bausteine übertragen. Darüberhinaus
gibt es
aber je nach Version auch noch einige weitere Kurzprotokolle. Über
sie kann, falls auf diese Weise gewünscht, beispielsweise der
NF-Ausgangspegel variiert werden.
Für die ersten
Versuche habe ich mich auf den Betrieb nur eines
Funkfrequenzpaares für Sendung und Empfang beschränkt und
hierfür ein kleines ARDUINO-Steuerprogramm geschrieben. Es dient
dazu, die für diese Minimalanwendung benötigten
Betriebsparameter in Richtung der DRA-Chips zu schicken. Hierzu wurde
ein Microcontrollerbaustein des Typs "Pro Mini" in der 3,3V-Version
[9] verwendet. Zum Ersten ist dieser Baustein preiswert und klein und
zum
Zweiten bietet er den Vorteil, dass sein serielles Ausgangssignal den
DRA-Bausteinen ohne weitere Pegelanpassung zugeführt werden kann.
Dort ankommende Steuersignale werden von diesen zwar auch quittiert,
aber zumindest vorläufig wurde auf eine entsprechende Auswertung
verzichtet. Die Steuerung der Transceiverbausteine beschränkt sich
somit vorerst auf das einmalige Übertragen der
Betriebseinstellungen in ihre Richtung beim Anlegen der
Versorgungsspannung. Weitere Angaben zur Handhabung der
ProMini-Bausteine findet man u.a. auch hier [10].
Die Zusammenschaltung der entsprechenden
Basisanordnung von ARDUINO-Steuerchip, DRA-Baustein und ggf.
NF-Verstärker ist aus Abb.3 ersichtlich.
NEU: Die offiziellen Datenblätter sagen dazu nichts aus, aber
inzwischen hat sich noch herausgestellt, dass die den DRA's zugesandten
Konfigurationsdaten dort offenbar in einem Flash-Speicher abgelegt
werden, so dass sie anschliessend auch bei erneuten Inbetriebnahmen
wieder zur Verfügung stehen. Für die Anordnung nach Abb.3
bedeutet es, dass ein Einkanalbetrieb nach einmal erfolgter
Datenübertragung auch ohne die ProMini-Baugruppe erfolgen kann.
Abb.3 Minimalanordnung für
Einkanal-Transceiver
( korrigiert am 25. Januar 2015 )
Zur Anhebung des am
Empfängerausgang bereitstehenden NF-Pegels dürfte in der
Regel noch ein
zusätzlicher Verstärker erforderlich sein. Welche Varianten
hierbei infage kommen, hängt neben der benötigten Leistung
auch von der jeweils zur Verfügung stehenden Versorgungssspannung
ab.
Somit ist an dieser Stelle z.B. eine Verwendung des bekannten
Verstärkerchips LM386 ( Abb.4 und 5 ) denkbar, aber
grundsätzlich
sind auch
Typen mit noch höherer Ausgangsleistung einsetzbar.
Abb.4 Musteraufbau ( vorl.
nur für Empfang ) mit LM386-NF-Verstärker nach [8]
Abb.5 NF-Verstärker nach [8] mit dem LM386
Anm: Zur Reduzierung des Verstärkungsfaktors wurde der Widerstand
R1 entfernt
Inzwischen
gibt es durchaus aber auch Verstärkerchips,
die beachtliche Leistungswerte schon bei sehr geringen
Versorgungsspannungen erlauben. Hierzu gehört z.B. der im
Verstärkerbeispiel Abb.6 verwendete Typ LM4871 [3].
Abb.6 Beispiel für
möglichen Low-Voltage-NF-Verstärker mit LM4871 ( max.
Versorgungsspannung beachten ! )
Einen an dieser
Stelle ebenfalls gut geeigneten Verstärkerbaustein gibt es von
Fa.Adafruit [12]. Er verwendet den Chip "PAM8303", ist mit
Versorgungsspannungen zwischen 2.0V und 5.5V betreibbar und erlaubt
dabei Ausgangsleistungen bis 2.5W. Neben seinem geringen Preis sind
dabei auch die Abmessungen von 15x22x2mm interessant.
Abb.6a Verstärkerbaustein mit
PAM8302
Hier
noch zwei inländische Bezugsquellen für die
NF-Verstärkerbausteine nach Abb. 6a: [13], [14]
Minimalversion eines ARDUINO-Sketches
für die VHF-Version
( hier zum Aufruf der APRS-Frequenz 144.8 MHz )
Anm.: Die zur Steuerung des DRA808M ( UHF-Version )
erforderliche Befehlsfolge ist geringfügig abweichend ( siehe
entspr. Datenblatt )
// DRA818V_3
// set parameters for DRA818V
int bw =
1;
// bandwith in KHz ( 0= 12.5KHz or 1= 25KHz )
float ftx =
144.8000;
// tx frequency in MHz (134.0000 - 174.0000)
float frx =
144.8000;
// rx frequency in MHz (134.0000 - 174.0000)
String tx_ctcss =
"0000";
// ctcss frequency ( 0000 - 0038 ); 0000 = "no CTCSS"
String rx_ctcss =
"0000";
// ctcss frequency ( 0000 - 0038 ); 0000 = "no CTCSS"
int squ =
0;
// squelch level ( 0 - 8 ); 0 = "open"
void setup()
{
Serial.begin(9600);
// open serial at 9600 bps
delay(10);
Serial.print("AT+DMOSETGROUP=");
// begin message
Serial.print(bw,1);
Serial.print(",");
Serial.print(ftx,4);
Serial.print(",");
Serial.print(frx,4);
Serial.print(",");
Serial.print(tx_ctcss);
Serial.print(",");
Serial.print(squ);
Serial.print(",");
Serial.println(rx_ctcss);
}
void loop()
{
} |
NEU: Versuchsaufbau einer 16-Kanalversion
Versuchsweise
wurde inzwischen auch eine 16-Kanalversion erstellt. Verwendet werden
wieder der schon bekannte ARDUINO Mini Pro-Baustein in der
3.3V-Version. Die Frequenzanzeige erfolgt mithilfe eines ( für
wenige Euros erhältlichen ) NOKIA 5110-Displays. Die max. 16
mit einem Standard-Potentiometer aufrufbaren Kanalpaare ( für RX-
und TX-Betrieb getrennt festlegbar ), sowie Einstellmöglichkeiten
für Squelch-Level, CTCSS-Frequenzen usw. sind dabei fest im
Programmcode abgelegt, lassen sich vom Anwender aber leicht
entsprechend eigener Wünsche anpassen. Abb.7 zeigt die
entsprechende Anordnung. Hierbei ist auch der Ausgang für das zur
Steuerung der DRA-Bausteine benutzte serielle Ausgangssignal zu
erkennen.
Sketch
Download unter: http://www.kh-gps.de/DRA818V_VHF_16.zip
( Version vom 6. Juni 2015 )
Abb.7 ARDUINO Pro Mini 3.3V und
Nokia 5110-Display ( korrigierte Version vom 18. Februar 2015 )
ACHTUNG
Sorry, aber das NOKIA-Display wurde sowohl
in Abb.7 der
ursprünglichen Version dieser Seite, als auch in meinem im CQ-DL
2/2015 zum
gleichen Thema erschienen
Artikel fälschlicherweise um 180° verdreht dargestellt. Das
hatte leider zur Folge, dass sich dadurch auch eine
fehlerhafte Zusammenschaltung mit dem ARDUINO-Board ( über die mit
den Ziffern 1-8 bezeichneten Display-Anschlüsse ) ergab und die
Anordnung in der ehemals gezeigten Version auch NICHT funktionieren
konnte.
Abb.8 Versuchsaufbau der
Anordnung für den 16-Kanalbetrieb
NEU:
Verbesserung der Sender-Oberwellenunterdrückung
Diese
Seite basiert auf den nach ersten Versuchen mit den genannten Chips
gewonnenen Erkenntnissen. Was noch aussteht, sind Messungen z.B. des
Grosssignalverhaltens auf der Empfangsseite. Bei einer Analyse
des zur
Aussendung kommenden Signalspektrums hat sich die bei mir in dieser
Hinsicht bereits von Beginn an bestehende Skepsis leider
bestätigt. Abb.9a zeigt das Spektrum eines 145 MHz-Signals
im Low-Power-Mode.
Abb.9a,b
Ausgangsspektrum eines DRA818V
Abb.10 Tiefpassfilter nach K0OV
Für
den bestimmungsgerechten Funkbetrieb ist eine zusätzliche
Unterdrückung der Senderoberwellen somit unabdingbar. Auf der
Suche nach einem einfach nachbaubaren Tiefpassfilter stiess ich auf
eine Veröffentlichung von Joe Moell, K0OV in [11]. Für
erste Versuche war das dort beschriebene Filter ( Abb.10 ) schnell
aufgebaut ( Abb.11 ) und brachte auch sofort die aus Abb.9b
ersichtlichen Ergebnisse.
Abb.11
Musteraufbau des zusätzlichen Tiefpassfilters
Spulendaten: Drahtdurchmesser: 6mm; Drahtstärke: 0.8mm
Angaben
zum Entwurf eines ähnlichen Low-Pass-Filters ( bei dem als
Fertigbauteil erhältliche COILCRAFT-Induktivitäten Verwendung
finden ) findet man auch hier [18]
Weitere
interessante Daten zu den DRA-Moduln findet man auch auf dieser
russischsprachigen Seite von RA3APW [15]
Für
sein auf der Basis der DRA818-Bausteine erstelltes Transceiverkonzept
veröffentlicht Ulrich, DL3ED das zugehörige Schaltbild und
die
Arduino-Software. Die Kanalumschaltung erfolgt bei ihm mithilfe von
Up/Down-
und Setup-Tastern. Betriebseinstellungen werden im prozessorinternen
EEPROM gespeichert. Die neuste Softwareversion erlaubt auch noch die
programmgesteuerte Kontrasteinstellung. Die Anfertigung eines
zugehörigen Platinenlayouts steht noch aus. http://www.kh-gps.de/DL3ED.zip
|
mögliche Bezugsquellen für
DRA-Transceiverbausteine
Bezugsquellen für die
DRA-Transceiverbausteine findet man z.B. hier: [4], [16] und
neuerdings auch im FUNKAMATEUR-Shop [17]
NEU: Hinweise für die Verwendung der
TRX-Bausteine
DRA/SA-
contra FR_SRS-Moduln
In letzter Zeit erhielt ich
mehrere E-Mails, bei denen es um den Einsatz der unterschiedlichen
Typen von 1-Chip-Transceivermoduln, sowie der mit ihrem Einsatz
verbundenen Vor- und Nachteile ging. Im Folgenden habe ich deshalb
versucht, die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale zusammenzustellen,
ohne dass dabei ein Anspruch auf Vollständigkeit besteht.
Anzumerken ist noch, dass dabei überwiegend Angaben anderer OM's
verarbeitet wurden und ich diese nicht in allen Fällen auch selbst
nachprüfen konnte.
ALLE TYPRNREIHEN:
- Notwendigkeit der
Verwendung eines zusätzlichen Tiefpassfilters im Antennenweg
TYPENREIHEN: DRA/SA818
- nach PTT-Tastung liegt
Vorlaufzeit bis zum Erreichen der vollen TX-Sendebereitschaft bei etwa
1 Sekunde
- Kondensator-Mikrofon erfordert ist in der Regel noch eine
zusätzliche NF-Verstärkerstufe.
+ seriell übertragene
Betriebsparametereinstellungen ( RX/TX-Frequenzen, Subtonfrequenzen
usw. ) werden im internen Flash-Speicher abgelegt und stehen auch bei
weiteren Inbetriebnahmen wieder zur Verfügung.
TYPENREIHEN: SR_FRS
+ nach PTT-Tastung ergibt
sich kurze Vorlaufzeit bis zum Erreichen der vollen
Betriebsbereitschaft des Sendeteils
( wer liefert genauen Messwert ? )
+ im Vergleich zu den
DRA/SA-Moduln: höhere Empfindlichkeit des Mikrofoneingangs
- vorgenommene
Betriebsparametereinstellungen gehen beim Ausschalten verloren.
- Moduln quittieren nur korrekt
erkannte Betriebsparameterbefehle; anderenfalls erfolgt ( in Gegensatz
zu den Angaben im Datenblatt ) keine weitere Reaktion
- gewählte CTCSS-Töne
stimmen ( nach Angaben eines OM's ) nicht mit Datenblattangaben
überein
|
NEU: TRX-Bausteine von
Zweit- und Drittlieferanten
Mit
den "SA818-U" und "SA818-V" werden von Firma NiceRF.com Bausteine
geliefert, die
offenbar identisch zu denen von Fa. DORJI sind. Ein zugehöriges
Datenblatt, sowie ein User-Manual und ein Programmier-Manual
lassen sich unter [5] herunterladen.
Ganz neu sind die Bausteine der 828er-Serie (Abb.12). Hinzugekommen ist
bei ihnen ein integrierter Lautsprecherverstärker, eine
VOX-Funktion, sowie eine Möglichkeit zur einfachen Anwahl von bis
zu 16 vorher im
EEPROM-Bereich ablegbaren Frequenzpärchen [19]. Inzwischen liegen
auch die ersten praktischen Erfahrungen mit diesen Bausteinen vor:
So
beschreibt sie beispielsweise Reinhard, DL5ZA auf
seiner Seite nach [23]. Auch ich habe meine SA828V mittlerweile in
Betrieb genommen. Im ersten Anlauf erforderte das nur wenige Minuten an
Lötarbeit. Zur Programmierung der möglichen 16 Kanalpaare
entsprechend meiner persönlichen Wunschfrequenzen benutzte ich das
dazu von Fa. NiceRF
bereitgestellte Windows-Programm [24] und einen USB zu TTL-Adapter
"UM2102" von Fa. ELV. Neben der Frequenzauswahl ermöglicht
genannte PC-Software auch eine Konfiguration ggf. gewünschter
Subtonfrequenzen und eine Festlegung der Ansprechschwelle des
Squelches, wobei sich hierbei allerdings leider herausstellte, dass
auch eine Anwahl des Wertes "0" noch keine völlige Deaktivierung
der Rauschsperrenfunktion bewirkt. In Widerspruch auch zur Eigenwerbung
wird man bei diesen Bausteinen KEINE Auswahlmöglichkeit für
verschiedene Betriebsbandbreiten ( 12.5- oder 25KHz-Raster ) finden.
Abb.12
Mit der
Firma SUNRISE
gibt es einen weiteren China-Anbieter von VHF/UHF-TRX-Moduln und auch
kompletten Transceiver-Chassis. Darunter sind auch Versionen mit
zusätzlichen Funktionen wie z.B. Datenübertragung,
DTMF-Steuerung und Möglichkeiten zur Sprachverschleierung
[20],[21]. Eine Bezugsquelle ist hier zu finden [22].
Abb.13a FRS_Demo_A
Abb.13b
FRS_Demo_B
Die Abb.13a und 13b zeigen zwei von vier verfügbaren Versionen
kompletter Transceiver-Chassis. Es gibt sie jeweils in einer VHF- und
einer UHF-Version zu Preisen von etwa 15-20 US$.
Inzwischen konnten auch bereits erste praktische Erfahrungen mit den
Bausteinen "FRS-Demo_A" und "FRS_Demi_B" gesammelt werden:
Zuerst zum "FRS_Demo_A" (Abb.13a): Hierbei handelt es sich um eine
Basisversion
incl.
Mikrofon, Lautsprecherausgang und Buchse zum Anschluss einer externen
Hör-Sprechgarnitur mit PTT-Funktion. Die Beschaltung der Peripherie ist auf
einfache Weise durchführbar.
Zur Einstellung der Betriebsparameter existiert eine
( vereinfachte ) RS-232-Schnittstelle,
über die sich z.B. eine Verbindung zu einem PC herstellen
lässt. Bei einem hier angesschlossenen "USB zu
RS-232-Adapterkabel" ergab sich bei mir allerdings das Problem, dass
dieses auch für das Windows-Betriebssystem
8.1 hätte tauglich sein müssen, was aber auf die schon
ältere
Adapterversion leider nicht zutraf. Die Verbindung konnte
somit erst nach Beschaffung eines geeigneten neuen Adapterkabels
hergestellt werden.
Am PC wurde anschliessend ein von der Lieferfirma des "FRS-Demo_A"
bereitgestelltes Terminalprogramm gestartet und hierüber die
erforderlichen Datensequenzen eingegeben. Näheres dazu ist
über die unten stehende Link abrufbar. Wichtig ist in diesem
Zusammenhang noch, dass eingestellte Betriebsparameter ( im Gegensatz
zu den Moduln der Serien
DRS und SA ) nach dem Ausschalten NICHT erhalten bleiben.
Als Alternative zur Steuerung via PC habe ich deshalb eine
16-Kanal-Mikrocontrollerlösung auf ARDUINO-Basis aufgebaut
(Abb.14). Da
eine Übertragung aller benötigten Betriebseinstellungen in
diesem Fall sowohl bei allen folgenden Inbetriebnahmen,
als auch bei Kanalwechseln jeweils aufs Neue erfolgt, ist die fehlende
Ablage
innerhalb des Radiochips nicht weiter nachteilig.
Eine nähere Beschreibung der PC-Steuerung und der aufgebauten
16-Kanal-Anordnung ist meiner
Seite: http://www.kh-gps.de/frs_demo.htm
entnehmbar.
Abb.14 OLED-Display der
16-Kanal-Anzeigeeinheit
Im Vergleich zur A-Version ist das
Modul "FRS_Demo_B" (Abb.13b) etwas
aufwendiger aufgebaut. Zur
Steuerung des Radiochips und Ablage der
Betriebseinstellungen für
die 16 schaltbaren Kanalpaare besitzt es einen eigenen Prozessor und
ist dabei mit einer
USB-Schnittstelle ausgestattet. Verwendet wird hierbei ein Chip die
Bezeichnung "PL-2303HX". Unter
Windows 8.1. schlugen bei mir allerdings ALLE Versuche fehl, eine
Verbindung zu diesem Baustein
herzustellen. Da kam der Verdacht auf, dass hier ein "gefakter"
PROLIFIC-Baustein zum Einsatz gekommen sein könnte. Nur über
einen noch vorhanden älteren Rechner mit dem Betriebssystem
"Windows-XP" gelang dann doch noch ein Verbindungsaufbau. Das vom
Hersteller verfügbare Terminalprogramm ( mehr hierzu siehe
obengenannte Link ) gestattete danach eine problemlose Ablage der
einzugebenden Betriebsparameter für die 16 möglichen
Kanalpaare.
Ein Besonderheit dieses Bausteins ist seine Sprachausgabeeinheit,
die bei jedem Kanalwechsel auch eine Ansage der jeweiligen Kanalnummer
in
englischer Sprache bewirkt.
Bemerkenswert ist zudem, dass
die
auf beiden Boardtypen eingesetzten Radiochips des Typs "SR_FRS" eine im
Vergleich zu den
DRA/SA-Typen deutlich geringere TX-Hochlaufzeit besitzen.
Ein Auffälligkeit ergibt sich in Verbindung mit den bei beiden
Versionen vorgesehenen Tiefpassfiltern. Bisher konnte ich nur die
jeweiligen UHF-Versionen in Augenschein nehmen und zumindest bei ihnen
wurden diese Filter offenbar NICHT
bestückt (Abb.15). Deshalb wird es interessant sein,
demnächst
auch einmal eine der VHF-Versionen diesbezüglich zu untersuchen.
Abb.15 vorgesehene
LPF-Plätze mit fehlenden Kondensatoren !
Aktuelle Diskussionen zum
Thema der Transceiverbausteine
Eine
intensive Diskussion zu allen Aspekten der Transceiverbausteine findet
man z.b. hier im QRP-Forum: http://www.qrpforum.de/index.php?page=Thread&threadID=9797&pageNo=1
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