QO-100 · Es'hail-2 · transponder wąskopasmowy

TRV OSCAR-100

Autorski projekt transvertera 70 cm ↔ 13 cm/3 cm do pracy przez geostacjonarnego satelitę QO-100 — własny projekt, płytki i firmware.

Downlink (3 cm)
10489,5–10490MHz
Uplink (13 cm)
2400–2400,5MHz
IF (70 cm)
436,5–437MHz
Moc TX
do 5W (PA)
Referencja
25MHz TCXO/GPSDO
Sterowanie
STM32L010
O projekcie

Niezależne urządzenie przy antenie

Transverter zaprojektowałem, aby uruchomić się w paśmie pracy satelity geostacjonarnego OSCAR-100, na transponderze wąskopasmowym. Od początku miał to być niezależny moduł w hermetycznej obudowie, zamontowany bezpośrednio przy antenie — dzięki temu straty na krótkich odcinkach kabla w.cz. są minimalne. Częstotliwością pośrednią, na której pracuje transceiver w radio-shacku, jest pasmo 70 cm. Zasilanie i sygnał 70 cm docierają do transvertera jednym przewodem koncentrycznym — w moim QTH to około 25 m.

Projekt układu i płytki PCB (EAGLE) oraz oprogramowanie mikrokontrolera (C) są mojego autorstwa. Do uruchomienia i pomiarów używałem analizatora widma RIGOL DSA-832-TG, a do strojenia anteny Poty — NanoVNA-F (zakres do 2,4 GHz).

Stacjonarnie transverter pracuje z czaszą 80 cm i wzmacniaczem 2,4 GHz 5 W, co daje wysoki poziom sygnału na satelicie i komfortową pracę emisjami SSB, FT8 i SSTV. W terenie używam czaszy 38 cm — świetnie sprawdza się dla emisji cyfrowych, dla SSB wypada słabiej, ale łączności da się prowadzić.

Tor sygnałowy

Trzy gałęzie: RX, TX i sterowanie

01

Tor odbiorczy

3 cm → 70 cm
antena 80 cm → konwerter GFK-2131 (mod.) → LO 10,053 GHz ×390 → mikser → IF 436,5–437 MHz → HPF → SAW BPF 436 MHz → tłum. 3 dB → przekaźnik TX/RX → TRX 70 cm

Sygnał z transpondera NB (10489,5–10490 MHz) skupiany jest przez antenę paraboliczną w tanim konwerterze z pojedynczym wyjściem IF (zmodyfikowany GFK-2131). Modyfikacja polega na usunięciu rezonatora kwarcowego 25 MHz z jego pętli PLL i doprowadzeniu wysoko stabilnego sygnału wzorcowego z zewnątrz — to podnosi stabilność częstotliwości całego łańcucha. PLL konwertera powiela dostarczony sygnał 390 razy, generując LO 10,053 GHz; po przemianie na wyjściu konwertera (wzmocnienie ok. 40 dB) otrzymujemy IF 436,5–437 MHz.

Sygnał IF trafia przewodem ekranowanym do gniazda J1 transvertera, przez filtr górnoprzepustowy i pasmowo-przepustowy filtr SAW 436 MHz (czyszczenie z produktów przemiany), tłumik 3 dB i przekaźnik TX/RX — do gniazda wyjściowego transvertera.

Drugą gałęzią toru RX jest układ PLL SI5351, wytwarzający sygnał wzorcowy 25,776923 MHz dla konwertera; po filtracji pasmowej trafia on do tego samego gniazda J1. Referencją dla SI5351 jest TCXO 25 MHz (0,5 ppm) — opcjonalnie odłączany na rzecz zewnętrznego GPSDO.

02

Tor nadawczy

70 cm → 13 cm
TRX 70 cm 1–5 W → dzielnik 50 Ω → mikser ADE-3+ → LO 1963,5 MHz (ADF4350+ERA-3SM) → 2400–2400,5 MHz → SAW BPF ×2 → MMIC TQP3M9009 18 dBm → PA BLF6G27 5 W → promiennik Poty

Sygnał z transceivera (436,5–437 MHz, 1–5 W) trafia przez przekaźnik TX/RX do dzielnika rezystorowego 50 Ω, tłumiącego go do ok. 3 dBm na wejściu mieszacza mikrofalowego, podwójnie zrównoważonego ADE-3+. Aby uzyskać pasmo pracy OSCAR-100 (2400–2400,5 MHz), do wejścia LO miksera trzeba doprowadzić 1963,5 MHz (przemiana sumaryczna — bez odwrócenia wstęgi SSB). Generuje to układ PLL ADF4350, ale jego poziom wyjściowy jest zbyt niski dla ADE-3+ (7 dBm), dlatego sygnał LO wzmacnia dodatkowy stopień na MMIC ERA-3SM.

Produkty przemiany usuwa kaskada filtrów pasmowych 2,4 GHz z falą powierzchniową. Moc wyjściową 18 dBm (60 mW) daje dwustopniowy wzmacniacz MMIC na układach TQP3M9009 — wystarczająca do pierwszych prób z FT8, ale za mała do wygodnej pracy na transponderze. Dlatego dodany jest gotowy moduł PA ok. 5 W na tranzystorze LDMOS BLF6G27.

Z PA sygnał krótkim odcinkiem kabla trafia do własnoręcznie wykonanego promiennika Helix (2,5 zwoja, dopasowanie ćwierćfalowe) — konstrukcji szeroko opisywanej w sieci, powtarzalnej i łatwej do strojenia. Promiennik stoi w ognisku czaszy, tuż przed konwerterem odbiorczym.

03

Tor cyfrowy

STM32L010F4
STM32L010 → I²C/SPI: ADF4350 (TX) + SI5351 (RX ref) → VOX-RF → przekaźnik RX/TX → LED stanu

Pracą transvertera zarządza niskoprądowy mikrokontroler STM32L010. Odpowiada za dostarczenie nastaw częstotliwości i parametrów magistralami szeregowymi do syntezerów: ADF4350 (LO toru TX) oraz SI5351 (referencja toru RX). Nadzoruje też układ VOX-RF i steruje przekaźnikiem RX/TX, a przy braku synchronizacji syntezerów blokuje włączenie nadawania. Stan pracy (RX/TX/awaria) sygnalizują diody LED sterowane przez mikrokontroler.

Dokumentacja

Schemat ideowy

Schemat ideowy transvertera TRV OSCAR-100, projekt EAGLE
Zasilanie, PLL SI5351 (RX), ADF4350 + ERA-3SM (LO TX), tor 2,4 GHz z TQP3M9009 i STM32L010 — całość w EAGLE. kliknij, aby powiększyć →

Transverter w pracy

Podsumowanie

Rok pracy na QO-100

Transverter pracuje w moim QTH od około roku — główne założenie, praca na QO-100 z użyciem transvertera i TRX 70 cm, zostało zrealizowane z powodzeniem. Kluczowym wymaganiem okazała się stabilność i dokładność częstotliwości wzorcowej 25 MHz. Po próbach z TCXO wyłączyłem go i dobudowałem oddzielny układ GPSDO 25 MHz, gwarantujący stabilność niedostępną dla innych rozwiązań.

Dzięki temu TRX na 70 cm odbiera i nadaje na tej samej częstotliwości — bez RIT i podstrajania w trakcie łączności na QO-100. Najlepszym dowodem stabilności jest dobra praca emisją cyfrową FT8, która wymaga wysokiej stabilności częstotliwości nadajnika i odbiornika.