Unterschiede

Hier werden die Unterschiede zwischen zwei Versionen angezeigt.

--- projekte:xplorer:hardware [2014/02/27 20:13] – [Peilsender] thasti
+++ projekte:xplorer:hardware [2014/05/11 12:11] (aktuell) – [Peilsender] thasti
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 ===== GPIOs am Raspberry Pi =====
-Es wird belegt nach dem Pinout von P1 des Raspberry Pi Rev B.{{:projekte:xplorer:gpios.png?linkonly|}}
+Es wird belegt nach dem Pinout von P1 des Raspberry Pi Rev B.{{:projekte:xplorer:gpios.png?linkonly|}}. Die GPIOs sich nach eigenen Messungen (12.3.2014) ab dem Bootvorgang als hochohmige Eingänge geschalten.
-^ Pin   ^ Verwendung ^ Pin-Name ^
-| 1	| LED (power)				| 3V3	|
-| 2	| 5V in (Schaltregler)			| 5V	|
-| 3	| TMP75					| I2C SDA |
-| 4	| Power TMP75			        | 5V |
-| 5     | TMP75				        | I2C SCL  |
-| 6	| GND in (Schaltregler), GND (Holux)	| GND |
-| 7	| Antenne / Power-Modul			| GPIO4 |
-| 8     | 					| GPIO14(TXD) |
-| 9	| GND					| GND	|
-| 10	| UART RX (Holux)			| RXD |
-| 11	| Absprengung 				| GPIO17 |
-| 12	| Absprengung Rückmeldung		| GPIO18 |
-| 13	| LED (fix)				| GPIO21 |
-| 14	| GND					| GND |
-===== HF-Aufbereitung =====
-Zur Erzeugung der FM sollte zuerst ein digitaler GPIO-Ausgang des Raspberry Pi benutzt werden. Dieser ist der Ausgang eines schnellen Zählers der PWM-Einheit. Die Frequenzmodulation wird durch Variation der Zählerfrequenz realisiert. Dieser Ansatz stellte sich aus zwei Gründen für nicht hinreichend heraus: Die Frequenzauflösung ist relativ grob und damit die Amplitudenauflösung bei so kleinem Hub wie im Amateurfunk nur sehr klein (etwa 3-4 Bit). Andererseits ist das Spektrum durch die angewandten Delta-Sigma-Techniken und die nicht vorhandene Filterund so unrein, dass auch durch steile Filterung direkte Nachbarkanalstörungen nicht zu vermeiden sind.
-Das Spektrum bei unmoduliertem Träger:
+===== HF-Aufbereitung =====
+Zur Erzeugung der FM sollte zuerst ein digitaler GPIO-Ausgang des Raspberry Pi benutzt werden. Dieser Ansatz stellte sich aus zwei Gründen für nicht hinreichend heraus: Die Frequenzauflösung ist relativ grob und damit die Amplitudenauflösung bei so kleinem Hub wie im Amateurfunk schlecht. Andererseits ist das Spektrum durch die angewandten Techniken und die nicht vorhandene Filterung sehr unrein, Störungen auf dem gesamten Band wären nicht vermeidbar.
-{{:projekte:xplorer:rasp_od.jpg?200|}}
+Das Spektrum bei unmoduliertem Träger: {{:projekte:xplorer:rasp_od.jpg?linkonly|Bild}}. Aus diesem Grund wird der [[projekte:iqmod:start|IQ-Modulator]] verwendet und der GP0CLK des Raspberry Pi sollte nur noch als LO-Frequenz dienen. Da sich dieser trotzdem nicht als spektral rein genug darstellt, wurde das Konzept erneut verbessert und die Takterzeugung nun von einem SiLabs SI570 durchgeführt, der per I2C an den Raspberry Pi angebunden ist.
-Aus diesem Grund wird der [[projekte:iqmod:start|IQ-Modulator]] verwendet und der GPIO des Raspberry Pi dient nur noch zur Erzeugung der LO-Frequenz.
+Zusätzlich soll das Signal so verstärkt werden, dass eine Aussendung per Koaxialkabel-Antenne ausreichende Feldstärke produziert um es am Boden sicher empfangen zu können. Das soll mit einem Endstufenmodul realisiert werden.
-Zusätzlich soll das Signal so verstärkt werden, dass eine Aussendung per Koaxialkabel-Antenne ausreichende Feldstärke produziert um es am Boden sicher empfangen zu können. Dies soll mit einem Endstufenmodul realisiert werden.
+Dazu wurde ein {{:projekte:xplorer:pegelplan.pdf|Pegelplan}} mit Datenblattwerten entwickelt. Dieser stellte sich als unzureichend heraus, weil die Verlustleistung im Endstufenmodul zu hoch war. Er wurde allerdings nie aktualisiert.
-Dazu wurde ein {{:projekte:xplorer:pegelplan.pdf|Pegelplan}} mit Datenblattwerten entwickelt.
-**TODO** neuen Pegelplan bauen..
-**TODO** Schaltplan alles
-==== Modulation ====
-Hauptbestandteil der HF-Aufbereitung bilden die Erkenntnisse vom Projekt [[projekte:iqmod:start|IQ-Modulator]]. Der Raspberry Pi erzeugt an einem GPIO (GP0CLK) mithilfe eines Fractional Dividers die LO-Frequenz im 2m-Bereich. Über eine I²S-Stereosoundkarte werden IQ-Basisbandsignale wiedergegeben.
-Die rechteckförmige LO-Frequenz durchläuft ein Filter, um die ungeradzahligen Oberwellen auszufiltern. Durch geschickte Wahl der Grundfrequenzen ist die Erzeugung eines sehr reinen Spektrums möglich. Weil die Soundkarte mit einer Samplerate von 192 arbeitet, können die FM-Signale im Basisband (also auch um die LO-Frequenz) um bis zu +-96kHz verschoben werden.
 ==== Filterung ====
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   * Abmessungen 38,5 x 13,4 x 20,6 (LxBxH)
-Die Daten aus dem Datenblatt wurden per Messung bestätigt:
+Die Daten aus dem Datenblatt wurden per Messung bestätigt: {{:projekte:xplorer:2m_helixfilter_xplorer25.png?linkonly|VNWA-Messung}}
+==== Modulation ====
+Hauptbestandteil der HF-Aufbereitung bilden die Erkenntnisse vom Projekt [[projekte:iqmod:start|IQ-Modulator]]. Der SI570 erzeugt die LO-Frequenz im 2m-Bereich. Über eine I²S-Stereosoundkarte am Raspberry Pi werden IQ-Basisbandsignale wiedergegeben.
+Die rechteckförmige LO-Frequenz durchläuft ein Filter, um die ungeradzahligen Oberwellen auszufiltern. Weil die Soundkarte mit einer Samplerate von 192kHz arbeiten kann, können die FM-Signale um die LO-Frequenz +-96kHz verschoben werden.
+==== Vorverstärker ====
+Aufgebaut mit einem MAX2614 wurde ein kleiner Vorverstärker für den IQ-Mischer inbetriebgenommen. Dieser erzeugt nach dem IQ-Mischer ein ausreichend starkes Ansteuersignal für das Endstufenmodul.
-{{:projekte:xplorer:2m_helixfilter_xplorer25.png?200|VNWA-Messung}}
 ==== Verstärker ====
-Das Verstärkermodul wird nach Modulation und Filterung eingesetzt, um eine HF-Leistung von etwa 1 Watt zu erzeugen. Aus den Ergebnissen der berechneten Freiraumdämpfung dürften damit auch am Boden hohe Emffangsfeldstärken zu erwarten sein.
+Das Verstärkermodul wird nach Modulation und Filterung eingesetzt, um eine HF-Leistung von etwa 1 Watt zu erzeugen. Aus den Ergebnissen der berechneten Freiraumdämpfung dürften damit auch am Boden hohe Empfangsfeldstärken zu erwarten sein.
 [[http://www.box73.de/download/bauelemente/RA08H1317M.pdf|Datenblatt Verstärkermodul]]
-Die Ansteuerung mit 3,5V Gatespannung war ineffizient: Der Ruhestrom war sehr hoch. Es wird umdimensioniert um bei 2,7V bei 20mW Input mit 0,3A Stromaufnahme etwa 1W Output Power zu erhalten.
+Die Ansteuerung mit 3,5V Gatespannung war ineffizient: Der Ruhestrom ist viel zu hoch. Es wurde umdimensioniert, sodass bei 2,7V mit 20mW Input etwa 1W Output Power verfügbar sind. Weder der Vorverstärker noch die Endstufe verschlechtern das Nebenaussendeverhalten (<-40dBC). \\
+**Abschlussabgleich:** Mit IQ-Mischer, LNA, u. 2m-Filter wird bei Ug = 2,77V und Ud = 10,6V ca. 1W Ausgangsleistung erreicht.
-Inbetriebnahmeprotokoll:
+PA-Modul und Vorverstärker funktionieren entsprechend ihrer Datenblattwerte.
-  * Ug = 2,6V
-  * Ud = 11,4V
-  * Id(ruhe) = 24mA
-  * Pruhe ~ 270mW - keine Erwärmung feststellbar
-  * Pin = -10,6dBm, Pout = -5dBm, G = 5,6dB
-    * -> Inbetriebnahme Vorverstärker
-  * Pin = 7,55dBm, Filter (-8dB), Pout = 14,2dBm, G = 14,7dB
-  * Pin = 7,55dBm, Pout = 26dBm, G = 18,5dB
-  * Id = 300mA
-Weder der Vorverstärker noch die Endstufe verschlechtern das Nebenaussendeverhalten (-40dBC).
+==== Sendeantenne ====
-Abschlussabgleich: Mit IQ-Mischer, LNA, u. 2m-Filter wird bei Ug = 2,77V und Ud = 10,6V ca. 1W Ausgangsleistung erreicht.
+Als Sendeantenne soll eine Koaxialantenne verwendet werden. In der Literatur findet man zahlreiche Hinweise,
+hier ein [[http://www.dl0jsa.de/?p=126|Link mit Dimensionierungsabmessungen]]. [[xplorer_ant_bau|Hier]] geht es zum bebilderten Bauvorgang.
-PA-Modul und Vorverstärker funktionieren entsprechend ihrer Datenblattwerte. Als nächstes, v.a. um mehr Ausgangsleistung aus dem IQ-Mischer zu holen, sollten die Eingänge wieder differentiell angesteuert werden und die Ausgangsleistung erneut gemessen werden.
+==== Kamera ====
+Das Testbild aus 50cm Entfernung ist {{mess-50cm.jpg?linkonly|hier}} zu sehen. Die verwendete Raspberry Pi Kamera zeigte sich leider sehr empfindlich gegenüber HF-Einstrahlung (was nicht weiter verwunderlich ist), und wegen Implementierungsfehlern der Kamera-Software auf dem Raspberry Pi zum Absturz des Kamerasystems führen kann.
+==== Die fertigen Platinen ====
-Danach muss ein neuer Pegelplan erstellt werden, welcher den Preamp, den Helix-Filter und das PA-Modul berücksichtigt.
+Ebene 1:
+{{:projekte:xplorer:xplorer_platine_ebene_1.jpg?200|}}
-==== Vorverstärker ====
-Aufgebaut mit einem MAX2614 wurde ein kleiner Vorverstärker für den IQ-Mischer inbetriebgenommen.
-  * Uq = 5V
+Ebene 3:
-  * I = 45mA
+{{:projekte:xplorer:xplorer_platine_ebene_3.jpg?200|}}
-  * Pin = -10,6dBm, Pout = 7,55dBm, G = 18,15dB (18,6dB lt. DB bei 1GHz), ist OK
-==== Sendeantenne ====
-Als Sendeantenne soll eine Koaxialantenne verwendet werden. In der Literatur findet man zahlreiche Hinweise,
-hier ein [[http://www.dl0jsa.de/?p=126|Link mit Dimensionierungsabmessungen]]. [[xplorer_ant_bau|Hier]] geht es zum bebilderten Bauvorgang.
 ===== Peilsender =====
-Der Peilsender arbeitet auf 70cm. Er ist als separate Einheit ausgeführt und wird in eine Aussparung der Leiterplatte von Ebene 1 eingefügt.
+Der Peilsender wurde von Winni, DL2AWT entwickelt und aufgebaut.
   * Sendefrequenz    : 430,780 MHz
   * Modulation       : F3E
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 Die Peilsenderplatine wird in einer isolierenden Tasche zwischen Ebene1 und Ebene2
-untergebracht. Als Tasche kann ein EMV-Beutel oder eine angefertigte Tasche aus
+untergebracht. Die Tasche wurde aus beschichteter Metallfolie gebaut.
-KAPTON-Folie dienen.
-{{:projekte:xplorer:dscf0054.jpg?200|}} {{ :projekte:xplorer:dscf0055.jpg?200|}}
+{{:projekte:xplorer:dscf0054.jpg?200|}} {{:projekte:xplorer:dscf0055.jpg?200|}}
 ===== EMV-Messung =====
 {{:projekte:xplorer:gtem-emv-messung_rpi.pdf|Messung Raspberry Pi in GTEM-Zelle}}