HF BANTLARI İÇİN MİKROİŞLEMCİ DENETİMLİ DDS VFO (JA2NKD)

 A MICROPROCESSOR CONTROLLED DDS VFO FOR HF BANDS by JA2NKD

Geçtiğimiz yaz 20 m bandı için CW, aktif filtre gibi bir-iki özellik daha ekleyerek bir EFE yaptım. O arada aklıma çok bantlı bir QRP yapmak fikri takıldı. Nasıl bir VFO olabilir diye bakınırken TA2GC Engin Bey'in bilgilendirmesiyle JA2NKD Matsuuru Ryuu'nun sayfasını fark ettim. Sayfaya bir bakmanızı öneririm, gerçekten güzel ve işe yarar devreler var. Bir sayfa çeviricisi ile de açıklamaları iyi-kötü anlamak mümkün. Dahası bir soru sorarsanız Bay Ryuu elinden geldiğince yardımcı olmaya çalışıyor.

Bu sayfadaki DDS VFO'lar arasında, önce Arduino Nano ve AD9850 modülü ile yaptığı bir taneyi beğendim. Ancak sonra gördüm ki, daha fazla giriş-çıkış portu olan bir Arduino Mega ile 4x4 klavyesi olan bir VFO yapmak mümkün. Elle doğrudan frekansı girmek ve kullanılan mod, adım ve diğer parametreleri klavye ile kontrol etmek fikri daha çok hoşuma gitti. Bu nedenle ben de Bay Ryuu'nun "versiyon 4" diye adlandırdığı devreyi yapmaya karar verdim. Bir de bunun ekranı biraz daha büyük (2,2 inch). 

 

Devrenin tarifini şu sayfada göreceksiniz: https://ja2nkd.blogspot.com.tr/2016/11/arduino-dds-controller-with-tft-lcdver4.html

 

İşin gerçeği burada birkaç lehim dışında neredeyse el emeği söz konusu bile değil. Parçaları doğru şekilde birleştirmek yetiyor. Biraz uğraştıran konu, ekran, enkoder ve AD9850 için doğru kütüphaneleri bulup bilgisayarınıza yüklemek. Aynı aygıt için birçok kişi kütüphane geliştirebiliyor ve adları da birbirine benzeyebiliyor. Bu nedenle birkaç defa kütüphane silip başka bir tanesini yükleyerek deneme yapmanız gerekebiliyor. Ya da aynı kütüphanenin en yeni değil, bir eski sürümü işe yarayabiliyor (yüklediğiniz yazılımın yani "sketch"in tarihine dikkat!).

 

Modüllerin nasıl birleştirilmesi gerektiğini gösteren görseli fotoğraflarla birlikte paylaşıyorum. Gerekli yazılımlar ise JA2NKD'nin "indirmeler" sayfasında mevcut. "NKDVFO22V4.0" başlığı altında bunları göreceksiniz: https://sites.google.com/site/ja2nkd/download

 

Bağlantı Şeması

Burada dikkat edilecek 3 nokta var:

- Arduino Mega 2560 modülü ile kullanmak için ayrı bir enkoder kütüphanesi var, bunu mutlaka indirin.

- Önce "Band data writing to EEPROM" yazan sketch'i yükleyip Arduino'yu kapatıp tekrar açın, ondan sonra VFO sketch'ini yükleyin.

- Ekran 3.3 V ile çalışıyor, Arduino ise 5V ile. Bu nedenle araya bir "seviye kaydırıcı" (level shifter) modülü koymak gerek (ekte fotoğrafını göreceksiniz). Bunlar Türkiye'de de, yurtdışında da gayet ucuza bulunuyor. Kendiniz de yapmanız mümkün ama değmez derim (1-2 USD).

 

Türkiye'de makul bir fiyata alamayacağınız tek şey, 2.2 inçlik ekran. Onu da biraz 

Bu VFO kanımca oldukça iş görür bir VFO. Bant, mod, frekans gibi parametrelerin 

gösteren skalaları var, RIT ayarlanabiliyor, adım ayarlanabiliyor. Ama en önemlisi, 

aracılığıyla filtre katına komuta edebiliyorsunuz. Başka bir deyişle bant-geçiren ve alçak 

otomatik olarak değişiyor!

 

UYARI: JA2NKD, 74HC238'lere yapılacak bağlantıyı Versiyon 4'ün görselinde göstermemiş. Yalnız "Band Data Output", "Mode Data Output" diye gerekli H/L (gerilim var-yok) matrisini koymuş. Versiyon 3'ünkine bakarsanız, bağlantının yapılışını göreceksiniz: "NKDVFO18V3.1" başlığı altındaki JPG formatındaki görsel...

 

Benim niyetim, bu VFO'yu bir Klopik ile kullanmak. Filtre katlarını da Klopik'i satan Ruslar'dan almak mümkün ama TA3ALS Ali Şahin Bey'in 

gösterdiği şekilde kendim yapmayı planlıyorum. Rusların kitin içinde gönderdiği röleleri sonradan temin etmek zor olabilir,  Türkiye'de bulunabilen

bir röle kullanmak daha iyi olacak. Tabii bütün bunlardan sonra 50-100 W verecek bir MOSFET amfi de eklenirse, SSB/CW çalışılacak, 6-9 bant

güzel bir cihaz elde edilmiş olur.

 

Bu işin daha bir 12-16 ayı var (benim açımdan) ama acelem yok. Daha "Jumbo EFE"yi kutulayamadım bile. Si570 sinyal jeneratörü de kenardan bakıyor :)  Ancak önce VFO'yu birleştirmek ve denemek istedim. O çalıştığına göre, gerisi halledilir diye düşünüyorum.

 

Maliyet tablosu şu biçimde:

Arduino Mega2560…….. 12 dolar

TFT ekran……………………….9 dolar

Keypad…………………………..4 dolar

Enkoder………………………….1 dolar

TTL level converter………..1 dolar

AD9850 modül…………….11 dolar

Buton vb………………………..1 dolar

74HC238'ler.......…………..4 dolar

 

TOPLAM………….…….42 dolar (en fazla)

 

Video için: https://youtu.be/NKGoEkJrpwc            

SNA JUNIOR II ÖLÇEKSEL AĞ ÇÖZÜMLEYİCİ

SNA Junior II Scalar Network Analyzer by KV4QB* please scroll down for a summary in English

Aşağıdaki yazıyı 18.01.2018'de www.telsizciler.org forumunda yayınlamıştım. O tarihte cihazı bitirmemin üzerinden de bir yıldan fazla zaman geçtiğini düşünürsek, şu anda üç buçuk yıl olmuş oluyor. Cihaz hala faal, tabii bu arada benzer birçok devre amatörler tarafından Internet'te tanıtıldı. Örneğin JA2NKD'nin sayfasına bir bakmanızı öneririm. Tabii bunlar açık kaynaklı, "kendin-yap" tasarımlar. Bu tasarımları temel alarak, hatta düpedüz kopyalayarak üretilen ve çok düşük fiyatlara satılan cihazları ticari web sayfalarından edinmek mümkün. Hatta şu aralar 30 Amerikan Doları'na satılan minyatür bir VNA (vektörel ağ çözümleyici) ortalığı kasıp kavuruyor. Yine de KV4QB'nin SNA'sı güzel bir seçenek. Benim elimde kendi yapmış olduğum anten analizörü varken bunu yapmamın temel nedeni, grafik ekranıyla filtrelerin bant genişliğini ayarlamayı da kolaylaştırmasıydı. Neyse sizi yazıyla baş başa bırakayim.
Bu cihaz Arduino denetleyicili bir 0-30 MHz scalar network analyzer (SNA). Ne yazık ki bu terimin Türkçe karşılığı yok, bu aygıtların adı network analizörü olarak dilimize yerleşmiş. Oysa örneğin ağ çözümleyici veya devre çözümleyici olarak geçmiş olsaydı en azından aygıtın işlevi hakkında da duyar duymaz fikir sahibi olabilirdik... Burada genel olarak kastedilen, birbirine bağlı parçalardan oluşan bir “ağın” matematiksel olarak çözümlenmesi, bu parçaların birbirleriyle ilişkili olarak işleyişlerinin anlaşılır hale getirilmesi, gösterimi diyebiliriz. Söz konusu radyo-frekans (RF) olduğunda network analizörlerin yaptığı iş, bir komponentin, bir devrenin, bir cihazın vb. belli frekanslarda verdiği tepkiyi ve bu frekanslardaki işleyişini ölçmek ve bize göstermek.
"Scalar”, yani ölçeksel analizörler RF network analizörleri içinde görece basit aygıtlar. Bunlar test altındaki “ağın” (devre, cihaz vb.) genlik özelliklerini ölçüyor. Basitçe anlatırsak: Birbirine bağlı çalışan bir sinyal kaynağımız, bir de ölçüm aygıtımız var. Sinyal kaynağı bizim belirlediğimiz bir frekans aralığında sinyali ölçülen devrenin (örneğin bir filtre) girişine gönderiyor, devreden çıkan sinyal ise ölçüm kısmına gidiyor. SNA’nın yaptığı iş, devreden hangi frekansta ne kadar şiddette sinyal geçtiğini ölçüp bize bunun grafiğini çizmek. Tabii ben bunları kendi anladığımca özetliyorum, daha fazla bilgi isterseniz şu bağlantıda anlatılanlara göz atmanızı öneririm. Benim yaptığım SNA da yukarıda anlattığım işi yapan, Arduino tabanlı kullanışlı bir devre. DuWayne Schmittkopfer (KV4QB) adlı bir Amerikalı amatörün tasarımı. Emekli bir elektronik mühendisi olan bu kişinin güzel bir web sayfası var, hem analog hem de dijital elektronik biliyor, programlama konusunda da ileri derecede bilgi sahibi. Bu becerilerini güze projelerde birleştirmiş. Ayrıca nazik biri olduğunu da eklemek gerek, kendisine sorduğum sorulara daima ayrıntılı yanıtlar aldım. KV4QB’nin verdiği isimle SNA Junior, çok fazla lehim işi gerektirmeyen bir devre ama plaketini yaptırmanız, biraz da komponent almanız (en önemlisi bir tane AD8307 entegresi) Fiziksel olarak aygıt zaten 3 kısımdan oluşuyor, bunlar: - internette kolayca bulabileceğiniz bir AD9850 modülü - bir Arduino Nano modülü. - bir adet ST7735 entegresi kullanan 1,8 inçlik TFT ekran.Peki SNA Junior nasıl çalışıyor ve neye yarıyor? AD9850 modülü sinyal jeneratörümüz, istediğimiz aralıkta RF sinyali üretiyor. AD8307 ise sinyal seviyesini ölçen detektör kısmının kalbi. Bu ikisi arasına taktığımız devrenin, hangi frekansta ne tepki verdiğinin bilgisi AD8307’den Arduino’ya gidiyor. Arduino modülü hem AD9850 modülüne kumanda ediyor, hem de bu ölçüm bilgisini hesaplamadan sonra grafik olarak ekrana veriyor. Pratikte bu aygıt ne yapıyor? - Çıkışı ve girişi arasına yerleştirdiğiniz devrenin hangi frekansta ne tepki verdiğini ekrana çiziyor (filtre ayarı vb. işler için), - Bir empedans köprüsü de yaparsanız, anteninizin hangi frekansta ne tepki verdiğini gösteriyor (“anten analizörü” oluyor, SWR’nizi vb. görebiliyorsunuz), - Sinyal jeneratörü olarak çalışıyor, - Grid-dip metre olarak çalışıyor, - 40 db’lik bir zayıflatıcı ile, hassas bir biçimde güç ölçümü yapıyor (watt ve dB olarak sonuçları gösteriyor). - Çıkan grafikte, kırmızı bir çizgi şeklindeki imleci sağa sola kaydırarak belirli bir frekanstaki değeri de okuyabiliyorsunuz (SWR oranı veya dB olarak).
Bu aygıtı 1,5 yıldır kullanıyorum, çok da memnun kaldım. Yapmak isteyebilecekler için bazı deneyimlerimi paylaşayım: - Plakette AD8307 devresinin olduğu bölümü çok iyi ekranlamak gerekiyor, bendeki çok iyi değil çünkü -50 dB’den sonra AD9850’nin gürültüsü ölçümü engelliyor, halbuki AD8307 çok daha düşük güçleri ölçebilir. Pratikte lazım mı derseniz... pek değil ama yine de amaç daha iyisini yapmak olmalı, zaman olunca bakır levha yerine çift yüzlü plaket ile deneyeceğim. - Kalibrasyon, Arduino’ya yüklenen programdaki birkaç parametrenin değiştirilmesiyle kolayca yapılıyor ama, doğru çalıştığını bildiğiniz bir sinyal jeneratörü ile kalibre etmek gerek. - Menüde dolaşmak için bir enkodere mahkum olmayı sevmiyorum. 1-10-100 Hz vb. diye basamak seçerken ve tarama başlangıç-bitiş frekanslarını girerken biraz zor oluyor. - Ekran küçük, ancak Arduino ile olanaklar sonsuz. Başka bir ekran, başka bir ekran kütüphanesi ile bu değiştirilir yalnız tabii programda ilgili satırların da yeni ekrana göre değiştirilmesi gerekir, ben üşendim. - Empedans köprüsü ve -40 dB “T” zayıflatıcıyı mutlaka yapmanızı tavsiye ederim. Ben bir de kristal filtrelere bakmak için bir adaptör yaptım, üst tarafa kristalleri, alt tarafa da kondansatörleri takarak filtrenin bant genişliğini ayarlamaya çalışıyorum. İşe yarıyor. - Programlama konusunda hiç bilginiz yoksa bile ekrandaki yazıları Türkçe’leştirmek, renkleri değiştirmek gibi şeylerle uğraşabilirsiniz. Bunlar PIC ile çok zor oluyordu. - Bu bir VNA (vektörel ağ çözümleyicisi) değil. Gücünüz yetiyorsa bir VNA edinin, onlar hem büyüklük hem de faz ölçüyor. (Bu forumda bir arkadaşımız yapıyor bir tane biliyorsunuz, ben de sonucu sabırsızlıkla bekliyorum). Bu şimdilik işimi görüyor, o ayrı tabii. Bu projeye ait bilgileri nerede bulacaksınız: - Öncelikle KV4QB’nin blog sayfasını en eski yazıdan en yazıya keşfetmenizi önereceğim birçok güzel devre var. - SNA Junior II (II, çünkü AD8307 yerine diyot kullanan bir de versiyon I var) için bu sayfaya ve şu sayfaya bakabilirsiniz. - Plaket, şema ve Arduino programı için bu sayfaya bakmalısınız. Bu sonuncu sayfada, KV4QB’nin QRP QUARTERLY bültenine yazdığı makale de var.
Summary in English
Again, Englsh-speakers are lucky as all the information about this little Scalar Network Analyzer can be found online. This device is developed by Mr. DuWayne Schmittkopfer (KV4QB), a gentleman and a brillant engineer who has a nice blog about his projects. The name he gave to this one is SNA Junior II. You can look at this and this page for the project background and some explanations. As for the PCB design, schematic, and Arduino sketch, you can find the here. The latter page also includes DuWayne's article about the SNA Junior that is published in the QRP Quarterly Magazine. In sum, this is a scalar network analyzer, a device that generates a signal in the desired frequency (to be sent into a circuit (a "network") like an antenna, a filter, etc., and then measures the amplitude of the signal coming from the output of the measured circuit. The SNA Junior II is composed of 3 blocs, an Arduino microcontroller unit, an AD9850 DDS module, and a TFT LED screen. The construction is mainly just preparing the PCB for connecting these modules, except that you have to solder an AD8307 SMD chip and build a small RF-tight (as much as it can be) enclosure around it. The rest is to put everything in a metal case.
The SNA Junior II works as:- A 0 to 30 MHz signal generator (also perform sweeps between two frequencies determined by the user)- An antenna analyzer (you have to build an impedance bridge) that plots the SWR graph- A grid-dip meter- A precision wattmeter that goes down to milliwatt levels (indicates results in both dBm and Watts)- An analyzer that measures and plots the frequency response of the circuit under testI'm satisfied with this device but as always there is room for improvements. Here are my notes: In sum, this is a scalar network analyzer, a device that generates a signal in the desired frequency (to be sent into a circuit (a "network") like an antenna, a filter, etc., and then measures the amplitude of the signal coming from the output of the measured circuit. The SNA Junior II is composed of 3 blocs, an Arduino microcontroller unit, an AD9850 DDS module, and a TFT LED screen. The construction is mainly just preparing the PCB for connecting these modules, except that you have to solder an AD8307 SMD chip and build a small RF-tight (as much as it can be) enclosure around it. The rest is to put everything in a metal case.- It's crucial to screen the AD8307 very well, probably with double-sided copper PCB. I used copper sheet because it was easier to shape, fold, etc., however, the RF insulation is so-so. The AD8307 becomes useless after -50 dBm because of the DDS module's noise. It could normally do accurate measurements down to -70 dBm.- I find it a bit hard to enter frequencies and walk through the menus with just an encoder and a single button. I would like to have a keypad. - The screen is a bit small but if you're good with C language, you can of course rewrite the relative parts of the sketch for a bigger screen.I built this device in 2016, there are now many similar, open-source designs around. For example, you might want to take a look at JA2NKD's old etc., however, the RF insulation is so-so. The AD8307 becomes useless after -50 dBm because of the DDS module's noise. It could normally do accurate measurements down to -70 dBm.
I built this device in 2016, there are now many similar, open-source designs around. For example, you might want to take a look at JA2NKD's web page. You will of course find a lot of commercial products as well, some of which are entirely based on amateurs' open-source designs (!). These days, you can even buy a miniature, graphic screen VNA for less than 40 US Dollars. Yet, I think that the SNA Junior is worth being built. It's still adequate for most ham applications.