ARTIKEL

Software Defined Radio


Elektuur | 16 mei 2007 | Fotografie Elektuur

Dit artikel is eerder verschenen in Elektuur 5/2007

Een Software Defined Radio bevat maar weinig hardware. Dat wordt gecompenseerd door uitgekiende software. Dit SDR-project toont aan wat er mogelijk is op dit gebied. We bouwen hier een universele ontvanger voor 150 kHz tot 30 MHz, geschikt voor AM- en DRM-ontvangst van omroepzenders, maar ook voor het ontvangen van amateur-stations.

Het doel van dit project is het bouwen van een ontvanger met een grote lineariteit en een zuiver fasegedrag. Er is vooral gelet op eigenschappen die belangrijk zijn voor DRM-ontvangst. Deze ontvanger heeft dan ook een uitstekende signaal/ruisverhouding. Bij de ontvangst van DRM-stations worden waarden van ruim 30 dB bereikt. Het werkingsprincipe van de ontvanger staat garant voor een extreem vlakke filterkarakteristiek. Dat is niet alleen gunstig voor DRM-ontvangst, maar zorgt ook bij de ontvangst van AM-zenders voor een klank die bijna even goed is als bij FM-ontvangst. Er zijn namelijk zenders die het met de bandbreedtebegrenzing van 9 kHz (MG) of 10 kHz (KG) niet zo nauw nemen. Bij normale ontvangers is daar niets van te horen, doordat de middenfrequentfilters de bandbreedte alsnog begrenzen. In een SDR-ontvanger kan gemakkelijk een grotere bandbreedte gekozen worden.
Naast die instelbare bandbreedte beschikt de software ook over een notchfilter en andere extra instelmogelijkheden. Er kunnen zowel AM-, DRM-, SSB als CW-signalen mee ontvangen worden.

Wie graag een grotere gevoeligheid wil in de hogere amateur-banden, kan gemakkelijk één van de omschakelbare ingangen gebruiken en daar een extra voorversterker op aansluiten. Op de ontvangerprint zelf zit een bescheiden HF-frontend dat voor ontvangst van omroepzenders ruim voldoende is. Als de antenne maar lang genoeg is, is vrijwel alles dat boven het ruisniveau uitkomt te ontvangen.


Hardware-eisen

Voor de meeste SDR-programma’s is een Windows XP computer vereist om probleemloos te kunnen werken. De belangrijkste eis aan de hardware is een geluidskaart die geschikt is voor SDR. We hebben een kleine schakeling ontwikkeld voor het testen van de geluidskaart. Het Software Defined Radio-schema kan gratis van de Elektuur-website worden gedownload. Zonder succesvolle test heeft het geen zin om aan deze SDR-ontvanger te beginnen.


Alles via USB

De ontvanger wordt bestuurd via de USB-poort en betrekt daaruit ook zijn voeding. Er is dus geen aparte netvoeding nodig. Als USB-interface is in de ontvanger (figuur 1) gekozen voor de FT232R. Deze moderne USB-naar-serieel-converter kan het zonder kristal stellen, omdat hij beschikt over een nauwkeurige interne RC-oscillator. Deze chip (IC4) wordt hier in bit-bangmode bangmode als snelle parallelle poort gebruikt. Er zijn acht datalijnen beschikbaar die vrij aangestuurd kunnen worden. Twee van deze lijnen worden als I2C-poort gebruikt en stellen de ontvangstfrequentie in. Drie lijnen worden gebruikt om een multiplexer aan te sturen die 1 van de 8 beschikbare ingangen kiest, met of zonder filter. Twee andere lijnen dienen voor het omschakelen van de middenfrequentie van de ontvanger. De ontvanger kan zo compleet op afstand bediend worden. We kunnen het oude HF-tijdperk met zijn vele knoppen en schakelaars defi nitief vaarwel zeggen...

Klik hier voor een vergrote afbeelding

Er is in het bijzonder gelet op een goede ontkoppeling van de voedingsspanning. Eén van de redenen daarvoor is dat de USB-chip FT232RL intern werkt met frequenties die ook via de antenne-ingang ontvangen moeten worden. Er mogen dus geen hoogfrequente stoorsignalen van het ene onderdeel naar het andere doorstralen. Maar het is werkelijk verbazend hoe goed de ontkoppeling van de chip zelf is. Op de poortlijnen zijn nauwelijks nog hoogfrequente stoorsignalen te ontdekken. Daardoor kan de hoogfrequente ingangsmultiplexer HC4051 rechtstreeks vanuit de poortlijnen aangestuurd worden, zonder dat er sporen van het kloksignaal van de processor in de signaallijnen terecht komen.

De interne spanningsregelaar van 3,3 V in de FT232R zorgt voor de voedingsspanning van de programmeerbare klokgenerator CY27EE16, daarom is er geen aparte spanningsregelaar meernodig. De rest van de schakeling (figuur 1) werkt op 5 V. Er worden meerdere, onafhankelijk van elkaar gefilterde voedingsspanningen gemaakt. Dat dient voor de hoogfrequente ontkoppeling, maar ook voor het tegengaan van laagfrequente overspraak. Dat laatste is vooral belangrijk voor de hoogfrequent- voortrap van de ontvanger, waarvan het signaal via de mixer in het middenfrequentgedeelte terecht komt. Daarom is op deze plek (VCC_HF) een grote elco geplaatst om de rust te handhaven.

EDITORS' CHOICE