40M SDR TRANSCEIVER, BAGIAN 1

Gambar. IQ Demodulator/Modulator

KONSEP :

Sepulang dari Solo Hamfest 2011, saya berpikir untuk mewujudkan sebuah SDR transceiver yang bekerja pada band 40M yang "mudah dibuat", "komponen lokal", "murah", dan "bagus". Dua kata yang terakhir rasanya bertolak belakang.

Gambar. RF PA Amplifier 5W.

Ada beberapa hal yang harus dilakukan dalam mendesign-nya.

1. Menggunakan diode modulator/demodulator homebrew (2x 1N4148) untuk menggantikan Tayloe detector (QSD). Sebelumnya saya menggunakan MIQA buatan Minicircuits sebagai QSD.
2. Menggunakan LO 90 degree phase shift network sederhana untuk menggantikan 90 degree phase shift divider yang membutuhkan kristal yang bekerja 4x dari frewkensi kerja dan IC pembagi 74HC74.
3. Menggunakan VFO yang bekerja pada 7.050-7.150Mhz, sehingga bisa mengcover band kerja dari 7.00-7.20Mhz. VFO ini untuk menggantikan kristal oscillator. VFO ini akan "dikunci" pada frekwensi tertentu, katakanlah 7.050Mhz.
4. Menggunakan audio baseband yang cocok digunakan dengan diode demodulator. Sirkit sederhana ini (didesign oleh Wes Hayward, W7ZOI) mempunyai kemampuan tinggi, karena mempunyai impedansi input rendah, low noise, serta mampu menangani signal dari 10nV sampai 10mV tanpa distorsi. Sirkit ini menggunakan transistor umum seperti 2N3904, BC109, dan sebagainya, diikuti dengan sebuah IC NE5534 sebagai intermediate amplifier. Total penguatannya sekitar +60db.

HITX 80M-40M SSB TRANSCEIVER, LAYOUT DIAGRAM

Jumlah Lilitan dan jenis ferrite yang digunakan

HITX 80M-40M SSB TRANSCEIVER, SCHEMATIC DIAGRAM

Skema 1

Skema 2

GAMBARAN UMUM

Banyak hombrewer yang kesulitan untuk mencari komponen2 dari proyek2 terdahulu. Terutama berkaitan dengan IC SA/NE602, MC1350, NE/TL592, diode mixer (SBL1, TFM3, MIQA), PLL MC145151, sampai kristal filter. Mengacu pada masalah di atas dan konsep yang sudah dijelaskan, maka design ini lebih fokus kepada penggunaan komponen-komponen yang gampang dicari, seperti :

1. transistor umum (general purpose transistor) , yaitu 2N2222, BC547, BC548, BC549, BC559, 2N3904, 2N3906, dan sebagainya
2. fet J309, J310, MPF102, SK241, SK192, dan power fet seperti IRF510 atau IRF520
3. penggunaan diode 1N4148 untuk mixer (receive dan transmit), product detector dan modulator
4. trafo balun tivi untuk mengganti broadband ferrite toroid, trafo IF 10.7Mhz untuk BPF, dan koker coklat 8mm untuk LPF
5. switch relay untuk menyederhanakan sirkit dan meningkatkan performa
6. kristal 5Mhz atau 6mhz, dan bisa diubah ke 8Mhz atau 10Mhz dengan sedikit perubahan.

RECEIVER

Bagian penerima menjadi fokus utama, karena menjadi pintu masuk pertama untuk melakukan komunikasi. Bagian front-end sebisa mungkin menggunakan RF preamp yang low noise, yang diikuti dengan diode mxer, untuk menerima signal-signal lemah dari perangkat QRP lainnya.

Sirkit receiver mengacu pada design W7ZOI yaitu Progressive Communication Receiver yang popular di tahun 80'an dan Hybrid Cascode IF Amplifier, keduanya pernah dimuat di majalah QST.

Semua penguat bersifat broadband agar mudah untuk mengganti frekwensi kerja (band kerja dan bagian IF amplifier) tanpa risiko terjadinya perubahan impedansi input-output yang drastis di setiap penguat.

Cara Kerja

Signal yang melewati LPF akan dilewatkan ke diode clipping (memotong signal yang > 0.7V) dan diperkuat oleh front end amplifier (+10db) yang mudah dilakukan oleh transistor umum. Jika mungkin penguat ini menggunakan transistor yang bagus (low noise), seperti 2SC2053 yang mempunyai penguatan sampai +20db dengan noise figure (NF) yang kecil (2.1db). Kemudian signal input diumpan ke diode mixer (bilateral, 50 Ohm). Input signal oscilator lokal minimum 20mW (+12dbm). Karena diode mixer mempunyai conversion loss yang tinggi (-8db), maka tahap berikutnya memerlukan post mixer amplifier (minimal +10db, sebaiknya +16db) yang berfungsi untuk mengkompensasi kehilangan di bagian mixer dan kristal filter (-6db). Setelah kristal filter signal baru diumpan ke hybrid cascode IF amplifier (+50db) yang mempunyai NF cukup kecil. AGC yang digunakan untuk mengatur penguatan IF menggunakan 2 transistor (NPN dan PNP). Setelah IF, signal diumpan ke product detector dengan BFO minimal 10mW (LSB/USB), output signal audionya diperkuat oleh 1/2 TL082 (bisa diganti dg NE5532, LM324, atau dual opamp lainnya yang berkaki 8) dan dilanjutkan ke 1/2 TL082 lainnya sebagai filter 3Khz LPF. Filter ini diperlukan untuk mengurangi frekwensi harmonik yang timbul akibat pencampuran di bagian product detector.

Penguat audionya menggunakan LM380 dengan alasan gampang dicari dan mempunyai noise rendah jika dikerjakan pada keluaran 1W.

TRANSMITTER

Membuat perangkat komunikasi yang portabel menjadi keinginan banyak homebrewer, tetapi masalah utamanya pada besarnya power supply. Untuk itu, saya mencoba beberapa wall adaptor yang bisa mengeluarkan arus sampai 3 A (switching PSU), harganya di bawah 50 ribuan, ternyata kualitasnya sangat baik. Karena itu, transmitter hanya menggunakan power yang kecil (<10W RF). Harus ada trik untuk meningkatan rata2 power atau talk power agar lawan bicara bisa mendengar suara yang keras dan kuat, seolah-olah transmitter menggunakan RF power yang besar (50W). Design ini menyisipkan RF Speech Processor di rangkaian transmitter-nya. Besarnya kompresi juga bisa diatur sesuai keinginan, untuk regchewing atau DX. Suara yang keluar agak "punch".

Cara kerja :

Mic preamp seperti skema di atas mempunyai respon frekwensi yang datar, cocok bagi yang suka dung-dung. Penguatan bisa dinaikkan dengan memperbesar resistor feedback dari 10K menjadi 22K atau 27K. Signal audio diumpan ke modulator. Atur trimpot 100 Ohm, sehingga menghasilkan penekanan signal pembawa yang terbesar. Signal outputnya adalah double side band (DSB).

Tahap berikutnya adalah memperbesar impedansi dari 50 Ohm ke 1.2K dengan broadband transformator (binocular TV balun, 3 lilitan : 15 lilitan) untuk menyesuaikan impedansi dengan kristal filter (BW 4-5Khz). Kristal filter ini digunakan untuk menghilangkan signal2 yang tidak diinginkan terutama signal harmonik. Jika anda menginginkan signal SSB dan performa yang lebih baik, anda perlu menambah jumlah kristal menjadi 4-6 kristal.

Signal selanjutnya diumpan ke sebuah tingkat penguat hybrid cascode yang bisa diatur penguatannya dari 0-25db. Atur penguatnnya agar terjadi pemotongan signal (pada 0.7V) atau kompresi (compressor). Feature ini akan memberikan efek terhadap peningkatan rata2 power (talk power) dibandingkan tanpa compressor. Selanjutnya penguat satu transistor (+10db) akan berfungsi sebagai buffer sekaligus matching impedansi ke kristal filter utama (-6db) untuk memilih sisi band yang diinginkan (LSB atau USB).

Dari Kristal filter, signal selanjutnya diumpan ke sebuah penguat cascode dan di mixer dengan VFO agar bisa bekerja pada band kerja yang diinginkan, diikuti dengan BPF (BW 500Khz) untuk meloloskan frekwensi kerja yang diinginkan.

RF PA selanjutnya akan memperkuat signal sampai menghasilkan sekitar 10W (2x IRF510), atau 25W (IRF520).

KRISTAL FILTER DAN VFO

Pemilihan kristal filter menjadi penting, agar VFO bisa dibuat pada frekwensi kerja di bawah 6Mhz dan sekaligus untuk mendapatkan 2 band kerja di 80M dan 40M. Sebagai contoh :

Kristal filter 5Mhz => VFO 2.0-2.2 Mhz, band 7.0-7.2 Mhz (+) ; VFO 1.1-1.5 Mhz, band 3.5-3.9 Mhz (-)

Kristal filter 6Mhz => VFO 1.0-1.2 Mhz, band 7.0-7.2 Mhz (+) ; VFO 2.1-2.5 Mhz, band 3.5-3.9Mhz (-)

VFO yang bekerja di 1-2.2Mhz, mudah dibuat dengan menggunakan trafo oscilator MW (warna merah), dan sangat stabil hasilnya (short drift 600hz, dan long drift +/- 30Hz).

Masalah utama penggunaan VFO yang mempunyai frekwensi kerja jauh di bawah kristal filter adalah signal harmonik-nya yang mengganggu bagian IF, untuk itu output VFO harus difilter agar bisa menekan signal harmonik sebesar-besarnya.

Untuk menambah kestabilan frekwensi :

1. PCB VFO harus dibuat secara terpisah
2. ditutup dengan bahan metal secukupnya
3. Shaft menggunakan bahan non logam
4. Gunakan kapasitor poly, silver mica, atau NPO di bagian Oscilator

FLL VFO - IK3OIL

Banyak artikel yang menghubungkan dengan kestabilan VFO diluar pemilihan komponen-komponen yang sesuai. Intinya, bagaimana membuat metode untuk membuat VFO yang bebas pergeseran frekwensi, seperti PLL. Metode-nya sendiri dimuat di majalah QST bulan Desember 1996.

Salah satunya adalah IK3OIL yang membuat program di atas dengan PIC 16F628 dan dikenal dengan Frekwensi Locked Loop yang mengatur kestabilan +/-7.5Khz di sekitar frekwensi kerjanya yang diatur dalam 1024 step. FLL VFO menjadi sangat popular, terutama bagi mereka yang sudah terlanjur membuat transceiver dengan VFO. Kelebihan lain dari FLL ini adalah sudah built-in dengan frequrncy counter-nya dengan display yang bisa diatur IF+VFO, IF-VFO, atau VFO-IF. FLL juga bisa memperbaiki kinerja VFO yang ada di perangkat lama seperti FT-101, FT-102, dsb.

Banyak rekan-rekan di Indonesia yang sudah menggunakannya, salah satunya Om Yoke YC3LVX.

IK3OIL FLL akan mengurangi long drift untuk VFO yang bekerja sampai 20Mhz. Dengan FLL teman2 homebrewer sudah tidak kesulitan lagi untuk membuat VFO sampai 20Mhz dengan kestabilan tinggi, sehingga IF dan kristal filter bisa menggunakan frekwensi yang tinggi juga.

BAND SWITCHING

PITX dirancang sebagai dua band transceiver yang bekerja di yang paling populer yaitu 80M dan 40M, tetapi bisa juga digunakan untuk band-band lainnya seperti (160M, 30M, 20M, 15M, dan 10M), karena sudah dilengkapi dengan pemilihan mode LSB atau USB. Penggunaan band-band diluar yang direkomendasikan, akan mengubah sedikit nilai2 komponen dibagian PA linear-nya.

Pemilihan BPF hanya menambah nilai kapasitor kepada koil (BPF 40M), sehingga terjadi pergeseran frekwensi BPF ke 80M.

Semua switch RF menggunakan relay untuk meningkatkan performance perangkat yang dibuat seperti BFO, BPF, LPF, dan Antenna. Relay yang digunakan adalah relay 12V 1A, kecuali untuk switch power supply.

HITX (HOMEBREW INDONESIA TRANSCEIVER) 80M 40M SSB TRANSCEIVER, BLOK DIAGRAM

Awal tahun 2011, saya ngobrol panjang lebar (via telepon) dengan Om Agus Gunarso YB1LZ untuk "menciptakan" perangkat SSB transceiver dengan kriteria :

1. sederhana,
2. kompak,
3. komponennya banyak tersedia,
4. murah,
5. jaminan 99% bekerja,
6. RF output maksimum 10W, karena hanya menggunakan 2A wall adaptor (switching PSU),
7. "bermutu tinggi" dan mudah dibuat,

Kelihatannya "mudah", tetapi "sangat sulit dibuat".

Dakam 6 bulan ini, ratusan email datang untuk menanyakan komponen2 seperti SBL-1, TFM-3, NE592, NE602, MC1350, MC145151, sampai kristal filter, yang sekarang sudah jarang ditemukan atau dimana membeli-nya.

Banyak kasus kegagalan para homebrewer dalam bereksperimen untuk membuat perangkat radio, padahal sudah mengikuti prosedur, skema dan komponen yang tertera.

Dari beberapa pengalaman pribadi, saya membuat kesimpulan sendiri, bahwa perangkat homebrew akan bekerja jika :

1. design dan skemanya benar (20%),
2. ketersediaan komponen (30%),
3. dan "kemampuan" si homebrewer dalam merakit (50%).

Agar konsep membuat "Prenjak 80M-40M SSB Transceiver" dengan kriteria di atas bisa berjalan mulus, saya membuka beberapa ekperimen pribadi yang seluruhnya menggunakan transistor kecuali bagian audio.

Dengan beberapa perbaikan seperti :

1. Mengganti keramik filter 455Khz dengan kristal filter 5Mhz atau 6Mhz
2. Menggunakan Hybrid Cascode IF amplifier (W7ZOI)
3. Menambahkan RF Speech Processor (W7ZOI)
4. Menambahkan Audio 3Khz LPF
5. Mengganti single band menjadi dual band
6. Mengganti diode switch dengan relay
7. Menggunakan diode dibagian mixer, modulator, dan product detector.

Blok diagram dapat dilihat di bagian atas.

Selanjutnya, sediakan komponen2 :

1. Bagian audio menggunakan TL082 dan LM380N
2. Kristal filter 5Mhz (CF1 dan CF2) bisa dibuat dengan membeli sekitar 30 kristal. Buat oscilator untuk mengukur frekwensi kerja kristal. Ambil 8 buah yang frekwensi kerjanya sama (+/-100Hz), dan ambil sebuah untuk BFO. Hati-hati, banyak kristal 5Mhz atau 6Mhz, yang berasal dari kristal 3.579Mhz. Mungkin komponen ini yang paling sulit dicari.
3. Broadband transformer bisa menggunakan balun tivi (binocular ferrite), sediakan sekitar 15 buah. Harganya sekitar seribu-2ribu sebuah. Jika tidak ada, gunakan tutup ferrite IF 455Khz atau 10.7Mhz yang dilubangin ditengahnya, sehingga menyerupai ferrite toroid.
4. Trafo 10.7Mhz untuk band pass filter, trafo oscilator MW (warna merah) untuk Lokal Oscilator
5. Koker coklat 8mm untuk low pass filter
6. komponen lainnya adalah resistor, kapasitor, elko, diode, transistor bipolar (BC549), transistor fet (J310, MPF102, 2SK241, atau lainnya), mosfet (IRF510).
7. "energi" untuk merakit.

Dan yang jelas, ini bukan weekend project, jadi harus sabar dan telaten.

Referensi :

Wes Hayward, W7ZOI

Progressive Communications Receiver

AA3SJ

High Performance Communication Receiver

QRP SSB/CW 14Mhz Transceiver

Peminat SDR sudah mulai banyak

SDR sekarang sudah banyak dibicarakan oleh para amatir radio di Indonesia. SDR telah mengambil alih peran hardware perangkat radio sampai 70% dari mixer pertama sampai audio. Peran hardware yang belum bisa digantikan adalah di bagian front-end, dari LPF, BPF, mixer, dan local oscilator.
Software SDR yang gratis cukup banyak seperti PowerSDR, PowerSDR-IQ, PowerSDR-IF, HD-SDR, Winradl, Spectravie, Rocky, KGKSDR11, dan sebagainya.
Untuk mencobanya, anda bisa meng-install salah satu software di atas, dan gunakan input file signal (.wav) untuk mencobanya. Coba download file yang sudah saya rekam di .http://www.4shared.com/audio/dVwC3omI/yd1jjj_7mhz_19_sept_2011_17_26.html?

KOLIBRI 80M DSB-CW 1W TRANSCEIVER

Sudah lama saya ingin membuat sebuah radio transceiver sederhana di 80M, tetapi mencakup mode morse dan voice. Ide-nya adalah membuat 80M radio transceiver yang bekerja pada mode CW dan DSB, tetapi dengan komponen yang seminimal mungkin, dan pcb-nya tidak lebih selebar bungkus rokok filter. Direct receiver menjadi pilihan utama, karena tidak memerlukan crystal filter. Untuk mempersempit bandwidth audio (receiver), sebelum input LM386 dipasang low pass filter untuk meloloskan signal audio dibawah 4khz.

Sebetulnya cukup banyak design radio transceiver di internet, tetapi tidak ada yang se-simple Pixie 2 (untuk CW). Untuk voice, yang paling mudah adalah menggunakan mode DSB (double side band suppressed carrier) karena hanya membutuhkan balanced modulator/demodulator.

Ide awalnya menggunakan diode balanced mixer, tetapi komponen ini mempunyai conversion loss yang lumayan. Maka pilihan jatuh pada mixer aktif NE602, mixer ini mudah dibuat sebagaio mixer bilateral (bisa sebagai mixer maupun modulator), dibandingkan dengan mixer aktif lainnya seperi TA7358, TA7310, atau TA7320.

Karena malas menggulung, maka VFO menggunakan koil oscilator MW (merah). Dengan kapasitor yang sudah ditentukan (tune capacitors), maka VFO dapat bekerja pada rentang 3.75-3.85Mhz. VFO ini juga bisa diganti dengan kristal 3.579Mhz. Trafo input receiver menggunakan koil 10.7Mhz (biru/hijau) dengan menambah 560pf.

RF power menggunakan mosfet BS-170 yang mempunyai penguatan tinggi. Dengan input cuma 50mW, 2x BS-170 mampu mengeluarkan RF sebesar 2W dengan tegangan 12V atau 1.2W dengan tegangan 9V.

Penggantian mode dibuat secara otomatis, jika tombol ptt ditekan, maka mic preamp akan mendapat arus dan PA linear akan mendapatkan input dari kaki no 4 NE602 (ouput dari balanced modulator). Jika key down (CW), PA linear akan mendapatkan input dari kaki no 7 NE602 (output dari internal VFO).

NE602 hanya memerlukan arus 8mA dengan tegangan 3.5V-6V, sedang LM386 hanya memerlukan rata2 arus 40mA, jadi cukup efisien. NE602 mempunyai conversion gain sebesar 18-20db, bandingkan dengan diode mixer (-10db).

Skema di atas dapat dimodifikasi untuk bekerja pada band lainnya, seperti 160M hanya dengan mengubah resonansi VFO di 1.750-1.900 Mhz dan mengganti LPF supaya bisa bekerja di band tersebut. Jika anda ingin bekerja di band-band 40M, 30M, 20M, dan 10M, sebaiknya menggunakan crystal oscilator, karena agak sulit membuat VFO yang stabil di atas 5Mhz.

Spesifikasi :

- Bekerja pada band 80M (3.5-3.9Mhz)

- Direct receiver

- mode DSB/CW

- CW full break-in (QSK)

- Receive curent 50mA

- Transmit current 200mA (1.5W)

- Ukuran PCB hanya 6cm x 8 cm

Mudah-mudahan bisa membantu teman2 QRP'er di Indonesia.

160M-10M SDR IQ RECEIVER Part 5 (Selesai)

Hasil akhirnya adalah seperti skema di atas. Uji coba terakhir, penerimaan signal dan audio sudah bagus (menggunakan SB X-Fi Go) , hanya frekwensi image masih muncul. Saya akan coba ganti baseband amplifier (NE5534) menggunakan OP37. Spesifikasi OP37 jauh lebih baik dibandingkan NE5534.
IC prescaler LB3500 ternyata banyak yang palsu. Yang asli ukurannya lebih pendek dan disebelah kirinya ada tanda lingkaran yang masuk ke dalam.

Jika penasaran? jangan buat hardware-nya dulu. Download software SDR (bagian 3) dan jalankan dengan file wav yang berisi IQ audio. Filenya bisa di download di :
Untuk CW di http://www.genesisradio.com.au/CWU%207,062928MHz%2021.2.2009%2023%2037%2008.zip
Untuk SSB dan shortwave di http://support.flexradio.com/Downloads.aspx