Dit project loopt nu al een paar jaar (sinds september 2011) en steeds weer komen er kleine verbeteringen. Hoe verder je in de tekst komt, hoe “beter” dit apparaat wordt. Zie de ontwikkeling van deze ATV zendontvanger…
Zendontvanger? Dat is vrij ongebruikelijk in ATV land. Althans, om een zender en ontvanger in één kast te bouwen. Ik ben daarmee begonnen, om een portable te gebruiken kastje te maken met daarin de Airwave moduultjes van VanDijken (datasheets staan hier (externe link). Rond PI6ATS (Soest) is een groepje zendamateurs vrij actief op deze band met leuke testen in het veld (met schoteltjes op foto statieven) en de ATV contest wordt vaak ook portable gedaan.
Het zendmodule (uit de FPV wereld) heeft een gemiddeld uitgangsvermogen van 27dBm (500mW) (er is ook een 100mW versie!). Beide modules zijn te schakelen op 7 frequentiekanalen (in MHz):
- 5740
- 5760
- 5780
- 5800
- 5820
- 5840
- 5860
Het schakelen gebeurt met 3 bits. Dat kan je doen met dip-switches, maar ik vond een 7 standen draaischakelaar handiger. Ik schakel daarmee de zender en ontvanger tegelijkertijd op dezelfde frequentie, dus echt voor simplex gebruik. Ik heb een 7 standen schakelaar gebruikt met 3 banken (voor de 3 bits), maar het blijkt ook met 1 bank te kunnen (door middel van diodes, hoe weet ik echter nog niet). In iedere stand laat ik de juiste bits via een voorspanning afkomstig van de “bypass” spanningsuitgang op de modules naar ground schakelen. Ik heb 2k2 pulldown weerstanden gebruikt. Aangezien de zender en ontvanger bits parallel staan, heb ik alle bits voorzien van een diode. Deze diodes komen dus met de kathode bij elkaar op de schakelaar (vragen? stel ze gerust in een reactie op dit bericht). Gebruik geen diodes waar een te hoge spanning over staat als ze in geleiding komen. 1N4148’s werken prima trouwens. De bits worden nu dus niet helemaal naar ground geschakeld, maar naar 0,7V. Dat bleek voldoende.
Ik za nu verder de complete bouw beschrijven van deze zendontvanger. Dat gebeurt in stappen en zo uitgebreid mogelijk.
Eerst even een foto van de zender module:
Ik heb een SMA chassisdeeltje gesoldeerd op de modulen, om later te kunnen aansluiten op een coax relais.
Eerst maar eens het ontvangertje aansluiten. Zien of er ruis uit komt. Er moeten een paar C-tjes extern worden geplaatst en je moet de modules voorzien van een ruisvrije 5V. Een elco aan de uitgang van de 7805 is zeer zeker aan te raden (ivm strepen in beeld!). En zorg voor de bekende ontkoppel C-tjes over de ingang en de uitgang van de 7805 (zie datasheet).
Coax relais… Die had ik nodig, maar de relais’ die ik had liggen, waren hooguit bruikbaar tot UHF/500MHz. Dit is 5,7GHz, dus even andere koek. Via een tip van Ton PE1BQE kreeg ik het e-mail adres van PA0KBT die dit soort coax relais verkoopt:
Je moet ze schakelen met 28V (vanaf 24V werkt). Mijn zendontvanger moet op een accu kunnen werken met spanningen tussen 7,5 en 15volt. Probleem dus! Als je alleen maar 12V gebruikt, kun je met een transistorschakeling met diodes even een 28V boost geven voor het schakelmoment, waarna daarna de spoel in het relais op 12V nog prima bekrachtigd blijft. Maar ik moest nog lager dan 12V…. Oplossing is een DC-DC step-up converter gebaseerd op de MC34063A.
Een heel leuk IC-tje. Je hebt maar een paar externe onderdelen nodig. In de datasheet staan prima bruikbare voorbeeldschakelingen. Eerst even de datasheet:
Met de spanningsdeler op de comparator ingang kun je de uitgangsspanning bepalen. De formule staat in de datasheet.
Waar je op moet letten is het opgenomen vermogen van de aangesloten bron (relais dus in dit geval). Dat is bij 28V ongeveer 2,5Watt (90mA)! Dat is zeer fors en wordt opgestookt als warmte. Dit relais wordt dan ook zeer warm. Met deze step-up converter kan je het relais al schakelen op 4V. Er komt dan nog net 28V uit de step-up converter. Bijzonder he? Het opgenomen vermogen van het relais blijft natuurlijk gelijk, dus naar de ingang van de step-up converter loopt een veel hogere stroom. Tel daar nog wat rendementsverlies in de step-up converter bij (rendement is ca. 85%) en je ziet een stroom lopen van een paar honderd mA (afhankelijk van de ingangsspanning, want het gaat om het opgenomen vermogen – met verlies erbij ca. 3W). Bij 12V input is de stroom aan de ingang tussen 250 en 300mA. Bij 5V is de stroom aan de ingang tussen 600 en 700mA. Dat is wel erg veel op een accupack… later meer hierover. Eerst even wat foto’s van de step-up converter:
<Lees de update hieronder, want het bleek dat als het relais warm werd, deze niet meer schakelde op 22V>Zoals eerder gezegd schakelt het relais al op wat lagere spanningen. Ik heb de step-up converter nu gezet op 22V en dat gaat prima. Ik houd een marge van +3V, om de contacten goed stevig te laten schakelen. Het opgenomen vermogen is een stukje lager bij deze spanning, maar nog steeds fors. Ik laat het eerst even zo vanwege tijd, maar later probeer ik een schakeling toe te voegen aan de step-up converter die de spanningsdeler geleidelijk regelt na het inschakelen. Mijn doel is om het relais dan te schakelen met 22V en de spanning vervolgens te laten zakken tot ca. 15V. Als het relais maar éénmaal bekrachtigd is, dan blijft hij wel staan tot ca. 12V over de spoel. Pas daaronder vallen de contacten weer in de ruststand. Dat komt later en daarom zit er nog wat ruimte in het kastje van de step-up converter.
Update: het is gebleken dat mijn relais toch niet betrouwbaar schakelt op 22V. Dat ben ik aan het uitzoeken… Eventueel zet ik de spanning weer op 28V (klopt, heb ik gedaan).
<>
Hier volgt weer even een vervolg verhaaltje. Ik ben inmiddels een stuk verder, dus zal dat hier even beschrijven.
Om te beginnen het coax relais: deze schakelde wel goed op 22V, maar als deze warm werd ging dat niet meer. Dan had het relais 24V nodig. Ik heb de step-up converter weer op 28V gezet (nominale schakelspanning relais). Later probeer ik een schakeling te bedenken, die de spanning laat zakken na het inschakelen van het relais. De reden is het stroomverbruik van het relais op 28V. Eénmaal ingeschakeld kan je de spanning over de spoel heel ver laten zakken, voordat deze weer af valt. Daar wil ik gebruik van maken om accucapaciteit te sparen, want het relais is nu één van de grootste verbruikers in deze zendontvanger (in TX mode).
Even wat over de voeding van de modulen: de modulen (vooral de ontvanger) is zeer gevoelig voor rommel op de voedingsspanning. Daarom wilde ik veel aandacht besteden aan de componenten rondom de spanningsregelaars. De koeling moet ook goed zijn, vooral als je van 12V naar 5V teruggaat moet je veel warmte dissiperen. Ooit wil ik een efficiëntere voeding maken, maar vanwege de gevoeligheid van de ontvanger ben ik nog een beetje huiverig voor een schakelende voeding (DC-DC converter) in deze 5V lijn. Hoewel dat best goed te filteren is met spoeltjes en C-tjes…. Eerst maar even de traditionele 7805’s op een koelblok.
>>update: januari 2014, inmiddels heb ik de 7805’s wel vervangen voor een efficiënte spanningsregelaar met filters. Zie verderop voor een verslag.
Deze koelblok gebruik ik tevens om de zendmodule te koelen (de 500mW versie heeft dat wel nodig voor langdurig zenden). Deze zit vastgeschroefd op zijn eigen koellichaam met wat van die witte koelpasta. De ontvanger heb ik er ook op geplakt met sterke dubbelzijdige tape. Deze heeft geen extra koeling nodig, maar dat zat wel handig zo.
Rond de 7805’s heb ik een tantaaltje aan de ingang en nog een 100n C-tje. Aan de uitgang nog een 100n C-tje en een elko om wat laatste rommel weg te halen. Op de modules heb ik nog een tantaaltje van 22uF geplaatst over de voedingslijn, om zichtbare interferentie weg te halen. Verder is er een printzekering geplaatst en heb ik 5v6 zenerdioden over de uitgang geplaatst (met kathode op +). Dat is een beveiliging: mochten de 7805’s kapotgaan en de ingangsspanning doorkoppelen (of gewoon een te hoge spanning), dan komen de zenerdioden in geleiding (boven 5,6V) en zal de zekering doorbranden. Liever dat kapot dan de kostbare Airwave modulen. Zo’n beveiliging is super goedkoop en eenvoudig toe te voegen (gebruik altijd een zekering aan de ingang dan).
De beeldkwaliteit van de ontvanger wordt echt veel beter als de voedingsspanning super schoon is! Er waren altijd wel wat strepen te zien, nu niet meer. Later heb ik nog wat ferriet op de voedingslijn opgenomen (zo dicht mogelijk bij de module), omdat bij het monitoren van je eigen uitgezonden signaal weer interferentie te zien was. Als ik dan met mijn vingers in de buurt kwam van het voedingsdraadje, werden de strepen erger. Met ferriet (varkensneusje of ringkerntje met een aantal wikkelingen van je voedingsdraadje) is dat zo goed als weg.
Conclusie: bouw je ook iets rond de Airwave modulen: besteed zeer veel aandacht aan de voeding!
Later meer over de bedrading, de audio versterker, interne coax kabeltjes en mijn plannen om de relaisschakeling anders te maken (stroombesparend)…
<>
Als je op deze frequenties (5,7/5,8 GHz) niet teveel verlies wil hebben in de coax bekabeling, moet je geen RG-58 gebruiken :)
Ik had nog een N-chassisdeel liggen met semi-rigid coax (stugge vrij dunne kabel met gesloten mantel voor hoge frequenties). Ook had ik nog een SMA connector met een stukje semi-rigid. Van beiden één gemaakt. Dat had ik nog nooit gedaan, maar dat bleek erg simpel.
Tussen het TX en RX module en het coax relais heb ik nog iets minder geschikte kabeltjes gebruikt (hoewel echt niet eens heel slecht). Deze staan nog niet op bovenstaande foto. Daar moet ik later nog eens op de radiomarkt semi-rigid voor halen en dat netjes op maat maken.
TX schakelaar
Met een meervoudige wisselschakelaar (indruk schakelaar uit de junkbox) schakel ik met de eerste bank de eerste 7805 uitgang naar de ontvanger module in uitgedrukte toestand (RX mode dus). De volgende bank schakelt de tweede 7805 uitgang naar de zender module (TX mode). De derde bank schakelt in ingedrukte toestand de 12V ingangsspanning naar de step-up converter en daarmee dus het coax relais.
Vaak wil je nog kunnen ontvangen tijdens het zenden, ondanks het coax relais omgeschakeld is: het monitoren van je eigen signaal zeg maar. Dat kost accucapaciteit, dus heb ik parallel over bank 1 nog een schakelaartje gemonteerd. Zodoende wordt in TX mode de ontvanger toch niet uitgeschakeld.
Audio
Ik wilde graag een interne audioversterker plaatsen, omdat ik dan niet altijd weer audioversterkers hoef mee te sjouwen als ik dit apparaat ga gebruiken. Bovendien had mijn oude behuizing al een speakertje ingebouwd. Ik had nog een eenvoudig 2W mono versterkertje liggen, die ik via een vrij uitgebreid bedradingsschema heb aangesloten.
Met de eerste dubbelpolige wisselschakelaar kan ik kiezen tussen het linker en rechter kanaal van de ontvanger of de zender. Met een volgende enkelvoudige wisselschakelaar kan ik kiezen tussen zender (ingangssignaal monitor) of ontvanger uitgang. Vanaf hier gaat het audiosignaal naar een potmeter, die op zijn beurt weer naar de ingang van de audioversterker gaat. De uitgang van de audioversterker gaat via een jack chassisdeel voor externe speaker (met schakelcontact) naar de interne speaker. Later wil ik nog een schakelaar bijplaatsen om de video uitgang van de ontvanger te kunnen koppelen aan de audioversterker. Beetje raar dit, maar als je zwakke stations wilt uitrichten met je schoteltje, kun je vaak al eerder een lichte brom horen (het videosignaal van je tegenstation), dan dat je beeld ziet. Dat is een erg handige truuk die ik als tip heb gekregen van Chris PA3CRX. Ook zit ik nog te denken aan een stereo koptelefoon versterker (die ook mono te schakelen is op één van de ontvanger kanalen links of rechts). Als ik nu een koptelefoon wil aansluiten, moet dat gedaan worden met een weerstandje op de externe speaker uitgang. Maar deze plannen komen later.
Batterij meter
Misschien heb je ze weleens gezien. Die piepkleine ronde metertjes. Ideaal om de ingangspanning te meten. Experimenteel heb ik de juiste voorschakelweerstand gekozen (ik geloof rond de 47k, maar weet dat niet meer zeker), zodat het metertje bij ca. 7,5V tegen het rood aanstaat. Zodoende weet ik in het veld of mijn accu leeg is. Simpel en erg doeltreffend!
Volgende keer het afbouwen! En nog interessanter is de modificatie die de step-up converter in spanning omlaag laat schakelen na 2 seconden. Stroombesparing, omdat het coax relais na inschakelen toch wel blijft hangen, zelfs op lage spanningen. Wordt vervolgd dus…
<>
Tijd voor een update!
Zoals ik eerder al zei, neemt het coax relais op 28V bijna 3 Watt aan vermogen op. Die 28V is alleen nodig om het relais betrouwbaar in te schakelen. Eenmaal ingeschakeld kan je rustig de spanning verlagen tot onder de 10V voordat de contacten weer loslaten naar rust. Daar kunnen we gebruik van maken om energie te besparen. Deze zendontvanger is tenslotte gemaakt voor accugebruik. Een voeding kan ook, maar hij is vooral ontworpen voor in het veld (portable gebruik).
De eerder genoemde step-up converter maakt van 5-15V ongeveer 28V. Deze uitgangsspanning wordt bepaald door bepaalde waarden van twee weerstanden (R1 en R2) in de schakeling van de step-up converter te berekenen. Ik wilde weleens proberen of de uitgangsspanning kon worden verlaagd als ik een weerstandje parallel schakelde, terwijl de step-up converter ingeschakeld was.
Dat was geen probleem! De spanning zakte netjes en ik heb een dusdanige weerstand gekozen, dat de uitgangsspanning 11,5V werd. Dat scheelde bijna 2W aan opgenomen vermogen door het coax relais.
Maar ik moet het relais wel inschakelen op 28V. Dus heb ik een eenvoudig schakelingetje gemaakt, waarbij een weerstand een condensator oplaadt. Hieraan zit via een basisweerstand een BC547 transistortje die langzaam in geleiding komt. Deze schakelt de spoel van een klein 5V relais naar ground en de andere kant van de spoel staat constant op 5V. Zodoende wordt dit kleine 5V relais dus na ca. 2 seconden ingeschakeld. Dit kleine relais schakelt een de eerder genoemde weerstand parallel aan R2 van de step-up converter.
Door de juiste verhouding van weerstandswaarden en ook nog een weerstandje over de condensator te plaatsen, wordt het 5V relais bijna direct weer uitgeschakeld zodra er op RX (ontvangst) wordt overgegaan. Dat was belangrijk, omdat het kan voorkomen dat er vrij snel weer op TX (zenden) wordt overgegaan. Je moet dan niet hebben dat de step-up converter direct op 11,5V gaat draaien, omdat het coax relais dan niet omschakelt. Even in het kort wat er nu gebeurt:
In RX mode staat er geen spanning op de step-up converter. Ook staat er geen 5V op de inschakelvertraging. Zodra ik op TX mode overga, komt er spanning op de step-up converter en komt daar direct 28V uit; het coax relais schakelt om. Ook wordt er direct 5V aangeboden aan de inschakelvertraging. Die wacht nog even met het inschakelen van het 5V relais, omdat de condensator nog op moet laden. Zodra het omschakelpunt is bereikt en de transistor voldoende in geleiding is gekomen, wordt het 5V relais ingeschakeld. Op dat moment zit er een weerstand parallel aan R2 van de step-up converter en zakt de spanning direct naar 11,5V. Het coax relais blijft ondanks deze spanningsverlaging toch ingeschakeld, maar verbruikt een stuk minder energie. Zodra ik weer op RX mode overga, vallen alle spanningen van de step-up converter en de inschakelvertraging en valt het coax relais weer om naar rust. De condensator in de inschakelvertraging is erg snel weer leeg en de schakeling is daarmee weer klaar voor de volgende TX.
Verbruikt de inschakelvertraging en het 5V relais dan niet weer vermogen? Maak je daar je winst niet weer mee ongedaan? Ja een heel klein beetje. De inschakelvertraging verbruikt ca. 200mW. De winst is ca. 2W op het coax relais, dus die 1,8W is mijn nominale winst in totaal. Dat scheelt weer behoorlijk op een accu!
Het 5V relais is dubbelpolig uitgevoerd. Ik had dus nog een schakelkant over. Daar heb ik de TX module op aangesloten (rode draadjes in bovenstaande foto). Als ik nu op TX mode overga, duurt het dus ook 2s voordat mijn zender inschakelt. Het coax relais is dan allang omgeschakeld, dus weet ik nu zeker dat ik niet met RF actief (enkele milliseconden) omschakel in het coax relais. Niet echt nodig op een 500mW zendertje, maar ik had toch dat schakelcontact over.
Toen werd het tijd om de boel eens helemaal in elkaar te zetten. Ik wacht nog even met het bij elkaar binden van de bedrading, want er kan nog wat bij komen. Sterker nog, dat weet ik wel zeker. Dat komt later.
Ik wilde een duurtest doen op de accu. Dit was mijn testopstelling, bijna compleet in elkaar gezet:
De accutest verliep perfect. De zender kon nog een uur zenden, terwijl de accu al was gebruikt tijdens eerdere experimenten in het veld. In dat uur vond ik wel, dat het koelblok te heet werd. Ik overweeg een kleine energiezuinig ventilator met regeling te plaatsen. Die schakelt dan alleen in als het koelblok echt te heet wordt. Je kunt je misschien afvragen waarom dat nodig is, omdat je in het veld toch niet uren achter elkaar gaat zenden? Wel in geval van een activiteit zoals we bij de JOTA hebben gedaan; een duplex verbinding van punt tot punt met aan iedere kant een afzonderlijke zender en ontvanger op verschillende banden. Dan gaat deze zendontvanger op de voeding en moet hij uren achter elkaar kunnen draaien. Vandaar!
Later meer hierover, want ik moet nog een schakeling met NTC bedenken en een geschikte zuinige ventilator uitzoeken, die ook op lage spanningen al draait. Ook wil ik nog toevoegingen doen in het audiodeel. Dat heb ik eerder al beschreven. Wordt vervolgd!
<>
Ik heb nu ook nog een schakelaar aangebracht om de video-uitgang van de ontvanger te beluisteren op de audio versterker. Beetje gek, maar deze tip kreeg ik van Chris PA3CRX; nog voordat je een station uit de ruis kunt vissen, kun je soms al een brommetje horen als je met audio luistert op de video uitgang van de ontvanger. Ideaal om je schotel uit te richten. De wisselschakelaar die schakelt tussen normaal audio en video op de audio ingang, zit ingebouwd in de volume potmeter. Trek ik deze uit, dan hoor ik de “videobrom”.
Ook heb ik een hoofdtelefoon aansluiting gerealiseerd. Deze is niet aangepast aan de niveaus van een hoofdtelefoon, maar dat is voor latere zorg.
Ook is een ventilator ingebouwd om de boel te koelen tijdens het zenden (tijdens de JOTA moet de zender uren kunnen draaien in een duplex setup, dus is koeling wel een must). Aan de onderkant van de kast wordt lucht naar binnen geleid via gaatjes in de behuizing. De ventilator zuigt aan de bovenkant de verwarmde lucht er weer uit. Ik had een temperatuurschakeling met NTC gemaakt om de ventilator te sturen. Maar de ventilator gebruikt zo weinig energie, dat daar geen winst mee te behalen was. De ventilator gaat pas bij 9V draaien, dus het regelbereik is beperkt. Ik had ook nog wel andere ventilators, maar die trokken veel meer stroom. De huidige ventilator zit nu direct op 12V en trekt maar 53mA. Uiteraard alleen tijdens zenden. Update: ik heb nog een 100 Ohm weerstand in serie gezet met de ventilator, waardoor deze iets rustiger draait.
Dit project is nu zo goed als klaar. Het enige wat nog resteert is het vervangen van de interne coax kabeltjes naar semi-rigid en eventueel wil ik nog eens een stereo koptelefoon versterkertje in gaan bouwen.
De laatste zwakke kabeltjes zijn nu ook vervangen voor semi-rigid. Ik heb geen powermeter, maar kan wel iets van een veldsterkte meten. Daarop zag ik wel iets meer uitgangsvermogen.
<>
Januari 2014:
Inmiddels zijn de 7805’s vervangen voor een enkelvoudige LM2596-ADJ die dienst deed als een step-down converter. Op deze manier wordt er nóg minder energie in warmte opgestookt, wat erg belangrijk is bij accugebruik. Voordeel is ook, dat nu de ventilator ook kon vervallen. Die is dus ook verwijderd.
Voor het relais had ik eerder al een step-up converter (“boost converter”) gebruikt, op basis van de MC34063A. Deze kan ook wel als een step-down converter (“buck converter”) werken, maar lang zo efficiënt niet als de LM2596-ADJ. Bovendien kan de MC34063A in die mode maar 500mA leveren en zakt zijn uitgangsspanning al in onder de 9V input. Voor batterijgebruik is het juist wel handig, dat je tot een volt of 7 kunt zakken met je accuspanning.
Dat kan de LM2596 en hij kan ook een flinke stroom leveren: 3A! Echt een superding voor een step-down converter. Maar wel weer ongeschikt als step-up converter.
Het begon met wat experimenten met compleet gebouwde printjes uit China (gekocht op Ebay voor een paar euro, maar ze blijken ook in Nederland te koop te zijn voor een leuke prijs).
Op dat printje zit de LM2596-ADJ, wat elko’s, weerstandjes, een potmeter en een spoel. Filters ontbraken. Daar moest ik zelf mee aan de slag, want de Airwave modulen zijn erg gevoelig voor storing op de voedingsspanning.
De -ADJ toevoeging betekent, dat dit een regelbare versie. Je kan de uitgangsspanning dus afregelen met de potmeter. Ik had een vaste 5V nodig, dus heb de potmeter verwijderd, opgemeten en vervangen voor SMD weerstandjes. De uitgangsspanning is tevens 0,2V hoger ingesteld, want de modules kunnen daar prima tegen en de spanningsval over de uitgangsfilters worden zodoende ook opgevangen.
 Ik heb de hele testfase en filtering beschreven in een afzonderlijk artikel. Dat valt onder deze link te lezen. Dat deel zal hier worden overgeslagen, maar is wel heel relevant geweest voor dit project. |
Uit het bovengenoemde artikel, kwam de volgende schakeling:
Dit is wat er nu in deze zendontvanger geplaatst is op de plek waar vroeger de dubbele 7805’s zaten:
Zo ziet dat er nu uit (eerste foto nog zonder het ingangsfilter):
Omdat er op de ingang toch ook nog flinke schakelpulsen stonden, wat resulteerde in wat restanten aan rimpeltjes in beeld, heb ik ook een ingangsfilter geplaatst, zoals in het schema hierboven al te zien was.
Voor na, dit is gemeten op de voedingskabel vlakbij de accu:
 |
 |
Dat was al veel beter. Maar toch zag ik op de scoop (gemeten op de voedingsdraden) nog een wonderlijke rimpel met een andere schakelfrequentie dan van het LM2596 printje afkomstig kon zijn. Waar kon dat nou vandaan komen??
Dat bleek uit de step-up converter te komen voor het relais! Ook die stond lekker te hakken in de voedingspanning en over de weerstand van de draden krijg je dan toch snel een rimpel. Dat injecteert zich heel snel in de massa’s etc. Dus ook daar een extra filter geplaatst… Het derde filter alweer :)
Zo, weer een stap verder. Nu nog eens op zoek naar mooie LiPo accu’s!
Nog even een plaatje van het geheel:
 In actie zien? ATV portable en contest verslagen |