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Teil II, 23 cm FM-Transceiver

Im 2. Teil wird nun die Inbetriebnahme erläutert. Die Platine ist nun mit allen Teilen versehen.

Die Verdrahtung der Peripherie wird im meinem Fall mit kurzen Steckkabeln, einem Breadboard und mehreren Pfostensteckern, die lediglich mit leichtem Druck in die Kontakte der Platine gesteckt werden, ohne sie zu verlöten, durchgeführt. Am LCD wird für den Anschluss ebenfalls eine Pfostensteckerleiste verwendet, die aber gleich eingelötet wird.

In der folgenden Aufstellung werden die verschiedenen Ports und Anschlüsse des Transceivers beschrieben.

Portbelegung des ATMega:

  • PD0: In, /PTT
  • PD1: In, Shift, Umschaltung der Ablage
  • PD2: In, Push, Taste Drehgber
  • PD3: In, Rotary, Drehgeber
  • PD4: In, Rotary, Drehgeber
  • PD5: In, DN, zur Ansteuerung des Transceiver über Software bei Satellitenbetrieb (Dopplershift)
  • PD6: In, UP, dito
  • PD7: Out, Ausgang um über ein Koax-Relais die PA zu steuern, aktiv Hight, 200 ms Verzögerung für Sendesignal
  • PD7: Out, ab Vers. 4.4 verwendet für 1750 Hz Rufton (s.a. PB2)

 

  • PB0: Out, E, LCD
  • PB1: Out, RS, LCD
  • PB2: S, extern, ursprünglich für externes S-Meter vorgesehen
  • PB2: Out, ab Vers. 4.4 zur Steuerung des Koax-Relais für die PA verwendet. Anschluss 'S' auf Platine
  • PB3: Out, CTCSS
  • PB4 .. PB7: D4 .. D7, Out, LCD

 

  • PC0: Out, CLK
  • PC1: Out, Data
  • PC2: Out, LE
  • PC3: Out, TXON
  • PC4: Out, Mute
  • PC5: In, RSSI

Anmerkung: Die Pinbelegungen PC0 und PC2 sind im Schaltplan V 4.0 vertauscht!

 

  • P1: Hubeinstellung
  • P2: Kontrast des LCD
  • P3: Lautstärke

 

Nach der Überprüfung der Verkabelung kann die Betriebsspannung mit eingeschalteter Strombegrenzung angelegt und vorsichtig erhöht werden. Die Stromaufnahme im Empfangsbetrieb beträgt ca. 200 mA bei 13,8 Volt und geringer Lautstärkeeinstellung.

Die Kontrasteinstellung für das LCD wird nun mit P2 durchgeführt. Dabei sollte das Gerät nun den VFO-Mode anzeigen. Eine Anzeige des S-Meters muss ohne Signal bei Null, also keine Balken sichtbar, liegen.

Jetzt sollten die verschiedenen Spannungen kontrolliert werden.

  • IC10: Pin 3/C39, 9 Volt
  • IC11: Pin 3, 5 Volt
  • ICxx: Pin 3, 3,3 Volt
  • D5: Kathode, 3,3 Volt
  • C53 rechts, 7,5 Volt

Sinnvoll ist nun noch die Frequenzen und Spannungen des TCXO und des 80 MHZ Oszilators zu prüfen. Die Spannung der Beiden liegt jeweils bei ca. 2,5 Vss.

 

Ist Alles soweit in Ordnung, kann mit der Funktionsüberprüfung fortgefahren werden.

 

Der Transceiver läuft!   Die erste Inbetriebnahme. Der Transceiver läuft, zeigt aber noch Auffälligkeiten. Das S-Meter zeigt Vollausschlag, ohne dass ein Signal angelegt ist.
     
Ein 69,3 MHz Testsignal wird eingekoppelt  

Hier wird ein Testsignal von 69,3 MHz lose eingekoppelt. Es wird mit 1 kHz moduliert, bei einem Hub von 2,8 kHz. Jetzt kann L4 auf maximale Spannung am Lautsprecherausgang abgestimmt werden. Auch hier zeigte sich, dass sich am Ausschlag des S-Meters nichts bewegte. Auch am Ausgangspin 28 (RSSI) des ATMega war keine Reaktion zu erkennen.

Dieser Zustand änderte sich erst nach einer Neuprogrammierung des Prozessors mit neu kompiliertem Sourcecode.

     
VCO-Signal  

VFO und PLL

Ein weiteres Problem trat auf. Im VFO-Modus lies sich die Frequenz zwar in der Anzeige verstellen, aber der VCO reagierte in keiner Weise darauf und blieb wie festgenagelt auf der Frequenz 1182 MHz stehen. Auch am Messpunkt TP war lediglich nur ein Low-Pegel festzustellen, was darauf schließen lies, dass der PLL nicht einrastete. Etwas Positives war jedoch auch dieser Messung, Tastkopf des Spektrumanalyzers am oberen Anschlus von C48, abzugewinnen, denn dadurch zeigte es sich, dass zumindest der VCO läuft. Eine weitere Messung am CP-Ausgang (Ladungspumpe) der PLL ergab eine Spannung von 1,95 Volt. Dabei konnte auch festgestellt werden, dass sich die Frequenz des VCO's durch die Belastung an diesem Punkt änderte. (Blockschaltbild)

     
Abhängigkeit des VCO's von der Tuning-Spannung   Ein Vergleich der beiden Spannungen in Bezug auf den Frequenzsprung bestätigte diese Annahme. Links im Diagramm lässt sich dies anschaulich darstellen. Die grüne Kurve stamm aus dem Datenblatt des VCO (ALPS E-994A) und die rote Kurve zeigt den interpolierten Wert der gemessenen Spannung und Frequenz.

 

Nun gab es eigentlich nur noch zwei Möglichkeiten. Entweder war der PLL abgeraucht, oder hatte ein Problem mit der Kontaktierung, obwohl die bereits vorher geprüft wurde. Also nochmals nachsehen, das Flussmittel nochmal sauber entfernen. Dabei konnte unter dem Mikroskop festgestellt werden, dass sich der Pin 1 etwas bewegte und das war insofern ein Lichtblick, dass eher die Kontaktierung des IC's das Problem verursachte. Weitere Überprüfungen am IC zeigten weitere nicht sauber verlötete Pins.

Nachdem die betreffenden Pins nochmals sorgfältig verlötet wurden, funktionierte die PLL-Regelung wie erwartet. Durch zusätzliche Messungen war nun feststellbar, dass die Ausgabefrequenz des VCO's der Frequenzeinstellung des Transceivers korrekt folgte.

 

Eingangsfilter

Bei der ersten Einstellung des Eingangsfilters auf maximalen Wert zeigte sich ein sehr enttäuschende Empfindlichkeit der Eingangsstufe. Es war zwar möglich ein starkes moduliertes Signal zu empfangen, aber das entsprach nicht dem, was Bas zu diesem Gerät berichtete. Die Überprüfung des Vorverstärkers IC1, zeigte eine Verstärkung von ca. 16 dB (laut Projektbeschreibung ca. 20 dB), was zumindest schon mal ganz gut war. Das Problem der "Taubheit" musste also an einer anderen Stelle zu suchen sein und da blieb nur das Filter übrig.

Bei dem Abgleich des Eingangsfilters, oder besser gesagt beim Versuch dieses auf den Empfangsbereich von 1240 .. 1300 MHz einzustellen, zeigte sich, dass der mögliche Bereich weit unterhalb der Sollfrequenz lag und mit den drei Trimmern nicht erreicht werden konnte. Zu dem gleichem Ergebnis kam auch Sandro. Er machte auch Versuche mit Ersatzkapazitäten (kurze verdrillte isolierte Kabelstücke) und auch mit einer Reihenschaltung von 1 pF SMD-Kondensatoren zum Trimmer. Dabei wurde dann sichtbar, dass sich der Abstimmbereich deutlich in die Richtung bewegte, wo er eigentlich erwartet wurde. Gleiche Ergebnisse zeigten auch meine Untersuchungen zum Eingangsfilter.

Weitere Untersuchen zeigten schließlich, dass die drei Trimmer C4 .. C6 (Murata, blau) nicht den unteren Wert von 1,5 pF erreichten. Meine Messung ergab für diese Trimmer ca. 3 .. 10 pF und im Schaltplan waren 5 pF als oberer Wert angegeben. Fazit: Murata liefert drei verschiedene blaue Trimmer aus, 2,7 .. 10 pF, 2 .. 7 pF und 1,5 ..5 pF und wir hatten offensichtlich die Falschen. Die neuen Trimmer sind nun bestellt und wir sind sehr gespannt, wie sich das Filter nach dem Auswechseln verhalten wird.

 

Spektrum Eingangsfilter   Gemessen wurde mit dem Spektrumanalyzer. Das Trakkingsignal am Antenneneingang und der Tastkopf provisorisch hinter C7. Das ist sicher keine optimale Anpassung, ergab aber eine brauchbare Anzeige, bei der das Filter nur gering beeinflusst wurde. Etwa in der Mitte bei 1270 MHz (Marker Bandmitte) wurde der Durchlassbereich des Filters erwartet. Abstimmbar war jedoch nur der Bereich um 820 MHz.

 

Inzwischen habe ich auf meiner Platine die blauen Trimmer gegen keramischen Trimmern ca. 1 .. 5 pF, aus meinem Bestand, ausgewechselt. Eine erneute Messung der Eingangsstufe hat nun wesentlich bessere Ergebnisse gebracht. Jetzt lässt sich der Bereich von 1240 .. 1300 MHz gut einstellen und alle Trimmer zeigen hier ihre Wirkung, im Vergleich zu den Anderen.

 

Die neuen Trimmer   Hier sind die neuen Trimmer (nicht von Murata, diese sind noch nicht eingetroffen) verbaut. Aber auch hier zeigte sich, dass möglicherweise noch mehr aus dem Filter herausgeholt werden kann. Die beiden äußeren Trimmer C4 und C6 sind auf Minimum eingestellt, der Mittlere C5 etwa auf ein drittel seiner Kapazität.
     
Neues Eingangsfilterspektrum   Das Spektrum lässt sich nun gut im gewünschten Bereich einstellen.

 

Nun sind die neuen blauen Trimmer (Murata) eingetroffen. Erste Versuche mit ihnen konnte bisher nicht Überzeugen, denn für die beiden äußeren Trimmer ist der minimale Einstellwert immer noch zu hoch.

 

Sky-Trimmer, C4 und C6   Nochmals wurden die beiden äußeren Trimmer, C4 und C6, ausgetauscht. Diesmal wurde ein Typ der Firma Amidon-Deutschland, ein Sky-Teflon-Trimmer 0,5 - 5 pF (MX5) eingesetzt.
     
Streifenfilterkurve  

Beim nachfolgenden Abgleich stellte sich jedoch keine merkliche Verbesserung ein.

Fazit: Die Trimmer hatten den gleichen Kapazitätbereich wie die zuvor von mir verbauten keramischen Trimmer, sie sind dementsprechend aber wesentlich besser geeignet als die Blauen von Murata für den Aufbau dieses Bereichsfilters.

 

 

Langsam können nun auch die ersten Betriebswerte des 23 cm FM-Transceivers zusammengetragen werden. Dies erlaubt eine einfachere Beurteilung der korrekten Funktion der Geräte, zeigt aber auch auf, was ggf. noch nachgebessert werden muss.

 

Übersicht der Betriebswerte 23 cm FM-Trasceiver
OM

Betrieb-
spannung
Empfang
*)
Senden

Gatespannung  
T6 an R43 **)
R43

Leistung
***)
Leistung
optimiert
Leistung
****)
DG7SB, Sandro  13,1 V 200 mA 800 mA  -0,5 V 100 Ohm 250 mW    
      600 mA   500 Ohm   475 mW  
DG8WM, Werner 13,8 V 200 mA 630 mA -0,77 V 100 Ohm 190 mW    
oh. HG-Bel. 13,8 V 174 mA 619 mA -1,27 V 330 Ohm      
DK8TQ, Klaus 13,8 V 220 mA 630 mA -1,03 V 100 Ohm 250 mW    
DG8AL, Andreas                
DB5RK, Robby 13,8 V 190 mA            
                 
                 

 

*) Stromaufnahme in Abhängigkeit der Einstellung des Lautstärkeeinstellers (kleine Lautstärke 190 .. 220 mA). Mit LCD 20 x 4 erhöht sich der Strom um 14 mA.

**) Die Gatevorspannung sollte bei etwa -1,5 Volt liegen.

***) Diese Leistung bezieht sich auf R43 mit 100 Ohm und ist noch nicht optimiert.

****) Mit C60 wurde auf max. Leistung angestimmt. 8 x 8 mm Cu-Folie zwischen dem FET T6 und C62 auf der Leiterbahn isoliert verschieben.

R35, 27 Ohm, wird sehr heiß (> 100 °C), das liegt daran, dass die Endstufe mit zuwenig Leistung angesteuert wird. Der ursprüngliche Widerstand von 27 Ohm/1Watt wurde vorab durch einen Widerstand mit höherer Belastung (2 Watt) ersetzt.

 

Peripherie auf Breadboard   Um dem Kabelchaos Einhalt zu bieten, ist jetzt die externe Beschaltung auf dem Breadboard übersichtlicher aufgebaut.

 

 

Messung der Empfindlichkeit des Tranceivers

Die Messung wurde mit einem Messsender von R&S durchgeführt. Die gemessenen Werte, blaue Kurve in uV, werden im Diagramm auf die angezeigten Balken des S-Meters bezogen. Die grüne Kurve zeigt die daraus berechtete Kurve in dBm an.

 

Empfindlichkeit Trx   Das Ergebnis der Messung lässt noch etwas zu wünschen übrig. Betrachtet man den Verlauf der Empfindlichkeit, zeigt sich, dass bei einem gerade so hörbaren Signal von ungefähr 2 uV der S-Meterwert knapp unterhalb von S8 liegt.

 

Bei der Messung fiehl besonders auf, dass sich der maximale S-Meterausschlag nicht mit dem minimalen Rauschen des Empfängers deckte. Das minimale Rauschen lag dabei 6 KHz unterhalb der eingestellten Messfrequenz.

Im Weiteren muss nun untersucht werden, wodurch dies hervorgerufen wird.

 

 

Sendeteil des Transceivers

Einstellung der Modulation:

Sendesignal am Antennenausgang   So sieht nun das Sendesignal am Antennenausgang aus. Die Modulation wurde bei 1 KHz und 100 mVss (ca. 35 mV) am Mikrofoneingang mit dem Trimmer P1 so eingestellt, dass sich ein Modulationsindex von etwas kleiner als 1 ergibt.

 

Im Sendebetrieb:

  • Spannung an D3 Kathode: 4,75 V
  • R43: 330 Ohm
  • Gatespannung T6: -1,27 V

 

 

 

Links:

   
Teil I   Teil I, 23 cm Transceiver
Teil III   Teil III, 23 cm Transceiver
     
Blockschaltbild pdf VCO-PLL
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