OK0EWW – popis a zkušenosti ze stavby
(Obrázky na které se článek odkazuje jsou uloženy ve fotogalerii)
Maják jsme instalovali společně s Honzou OK1MUO v pátek před Polním dnem 2013 na kótě Zakletý v Orlických horách JO80FF – viz Obr.1 a Obr.2. Rozhodnutí ho postavit vyvolaly především dva důvody. Prvním bylo to, že u nás v Ústí nad Orlicí a okolí (JN89EX) není na 144 MHz žádný maják slyšet a tak rychlá kontrola, zda přijímač a anténa fungují, je poměrně obtížná. Druhým důvodem byla snaha trochu si „zabastlit“ a něco se u toho i naučit. Nakonec se zdá, že druhý důvod poněkud převážil. Naučil jsem se toho poměrně dost. Zvládl jsem CAD program pro návrh plošných spojů Kicad, naučil se programovat v prostředí Arduino s procesorem ATMEGA 328, zvládl programování generátoru Si570, zopakoval si Smithův diagram a návrh filtrů pomocí RFSim99 a pak trochu i návrh antén pomocí MMANA-GAL , když jsem hledal vhodnou délku dipólu.
V prvním kroku jsem musel získat potřebné povolení. Vzhledem k tomu, že jsem neměl sebemenší tušení, co je k tomu zapotřebí, obrátil jsem se s dotazem na OK1HH, který mě krok za krokem navedl na příslušné formuláře ČTÚ a pomohl mi s jejich vyplněním a nalezením vhodného kmitočtu. Do oficielní žádosti jsem odvážně uvedl celé majákové pásmo 144 MHz a ČTÚ mi vydal povolení s celkem 20 kmitočty. Zřejmě jde o všechny kmitočty, na kterých doposud v OK žádný maják povolen není. Po dohodě s Frantou OK1HH jsem zůstal u původně plánovaného kmitočtu 144.453 MHz. V případě nutnosti přeladění je tedy k dispozici mnoho záložních kmitočtů.
Vzhledem k softwarovému řízení je otázka přeladění pouze záležitostí změny nějakých konstant v programu, protože z důvodů snadné volby kmitočtu jsem jako generátor signálu zvolil obvod Si 570 od firmy Silabs..Protože se jedná o poměrně nízký kmitočet, stačila mi CMOS verze do 160 MHz pod označením CAC000141DG za 10.8 liber , od SDR Kits včetně britského DPH. Zároveň jsem u stejné firmy zakoupil i tranzistor pro PA Mitsubishi RD00HVS1-101 , který by měl dát 0.5W při 12.5V a 175 MHz. Vzhledem k udávanému zisku tohoto tranzistoru > 20 dB a výstupnímu napětí z Si 570 okolo 2.4 V ( viz datasheet Si 570 Tab. 4.) jsem původně uvažoval pouze o jednostupňovém zesílení. Nakonec jsem ale zařadil mezi Si570 a PA ještě oddělovač s ERA6 , přičemž na výstupu Si570 je odporový trimr, kterým se nastavuje optimální vybuzení . Kvůli harmonickým ( výstup z Si570 je skoro obdélník ) jsem mezi stupně a na výstup zařadil dolnofrekvenční propusti. Hrubé blokové schema je obrázku 3. ve fotogalerii.
Pro FSK modulaci jsem původně zvažoval použít obvod Si571, který je vybaven modulačním FM vstupem, ale ten je velmi drahý. Rozhodl jsem se proto zkusit klíčovat jen pomocí přeprogramování děliček v Si570. Obvod umožňuje v určitém rozsahu měnit kmitočet bez výpadku, tzv. „on the fly“, je k tomu vybaven i specielním řídícím bitem Freeze M (D5)v registru 135 - viz datasheet Si570 str. 24. Ilustrace způsobu modulace je na Obr. 4
Pokud by se bývalo toto klíčování z jakéhokoli důvodu nepovedlo, měl jsem v záloze i ( a i v povolení ) provoz A1 s ovládáním vstupu OE ( output enable ) , kterým je Si570 rovněž vybaven. Naštěstí toto nebylo potřeba. Klíčování se povedlo, na Obr.5. je záznam z programu Spectran v porovnání se signálem majáku OK0EP, který je zřejmě klíčován pomocí změn napětí na varikapu. Tento maják na 70 cm je jediný, který doma slyším, takže jsem signál porovnával jen proti němu.Z obrázku je zřejmé, že kmitočet OK0EP „nabíhá“ postupně vlivem časové konstanty klíčovacího obvodu, u OK0EWW je změna kmitočtu skutečně okamžitá.
Klíčování značky je realizováno mikroprocesorem ATMEGA 328 a naprogramováno v prostředí projektu Arduino. Tento projekt, volně dostupný na webu, umožňuje programování jednoduchých aplikací v jazyce blízkém jazyku „C“, aniž by byl programátor zatěžován problémy s obsluhou přerušení nebo s linkováním programu a jeho zaváděním do procesoru. Pro takováto jednoduchá HAM udělátka se mi Arduino jeví jako celkem ideální nástroj. Protože šlo vlastně jen o naprogramování dvou pevných kmitočtů a nechtělo se mi programovat 38 bitovou aritmetiku, potřebnou pro kompletní řízení Si570, zvolil jsem poněkud „přímý“ přístup k problému. Pomocí excelového kalkulátoru od ZS6BUJ jsem vyhledal příslušné konstanty pro oba kmitočty ( značka, mezera ) a tyto tam opakovaně posílám, tak aby to klíčovalo FSK. Pracovně tomu říkám DFSK, tedy digitální klíčování frekvenčním posuvem. Viz též Obr.4.
Teplotní stabilizace
Protože jsem měl s Si570 už určité zkušenosti ze stavby transvertoru pro 13cm, kde ho mám v termostatu, použil jsem samozřejmě termostat i tady. Při plánovaném umístění majáku na stožár, ( Viz Obr. 2) kde se okolní teplota může měnit od -20°C až někde ke 30°, to byla nutnost. Termostat je řízený také ATMEGA 328 a udržuje teplotu Si570 někde okolo 60°. Měl jsem obavy i o další součástky až přijdou velké mrazy a tak jsem přidělal ještě vytápění celého vnitřního prostoru majáku pomocí dvou výkonových odporů. Jsou vidět na Obr. 6 napravo. Toto topení se zapíná jen když vnitřní teplota klesne pod 23°C. Řízení je také procesorem ATMEGA 328.
Potlačení druhé harmonické, přizpůsobení antény
Měl jsem možnost změřit celý maják pomocí spektrálního analyzátoru a tak jsem zjistil, že potlačení druhé harmonické je sotva - 35dB. Doplnil jsem proto maják výstupním filtrem podle Obr.7 a potlačení se podstatně zlepšilo až někam k - 55dB.
Dalším úkolem bylo přizpůsobit symetrický dipól 75 ohm k výstupu majáku, který je 50 ohm nesymetrický. Jsem si vědom toho, že to byla spíš teoretická úloha, protože zřejmě by to docela dobře fungovalo i s přímým připojením, ale když už jsem to řešil… Pomocí Schmittova diagramu jsem našel příslušné hodnoty součástek, symetrizaci jsem vyřešil feritovým toroidem a přizpůsobovací obvod „zesymetrizoval“. Výsledek je na Obr.8. Pomocí analyzátoru a rozbrušovačky jsem pak ještě anténu dotáhl do pásma, protože původně ladila někde okolo 143 MHz, možná vlivem toho, že dipól není celý ve volném prostoru, ale část ho je uvnitř krabice. Dosažené PSV ilustruje Obr.10. Ručička „Reflected“ na SWR metru se hýbala jen velmi nepatrně.
Ochrana proti statické elektřině
Symetrizační a přizpůsobovací obvod viz Obr. 8. jsem volil tak, aby byla obě ramena dipólu galvanicky spojena a od majáku aby byl dipól galvanicky oddělen ( dva sériové kondenzátory ). Střed cívky je přes Lambda/4 zkratované vedení připojen na kostru stožáru a přes stínění DC napájecího kabelu délky cca 25 m i s ochranným vodičem sítě dole v budově. Pro napájení je použit adaptér od vyřazeného notebooku dávající cca 18V , který nemá ochranný vodič, jsou tedy oba póly napájení majáku izolované , tj. vlastní elektronika majáku není nulována. Jen minus pól napájení (t.j. i vf zem majáku ) je přes odpor 10Kohm připojen na stínění DC napájecího kabelu. Maják ještě nepřežil žádnou bouřku, takže jsem zvědav, jak to bude fungovat.
Maják je v provozu zatím jen 3 týdny, sešlo se už několik reportů, nejvzdálenější až z Itálie. Po Čechách je maják slyšet slušně, reporty se pomalu scházejí.
Případné reporty nebo dotazy směřujte prosím na email
29.7.2013 Jirka OK1MWW