Dual RX (zwei Empfängerteile)

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Dual RX: Die zwei digitalen SDR-Empfängerteile im R2T2

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Der Empfängerteil des R2T2

Der doppelte Empfänger im R2T2 basiert auf dem inzwischen weit verbreiteten
Konzept des DDC (Direct Down Conversion) mit einem Analog-Digitalwandler (ADC)
der prinzipiell direkt an die Antenne angekoppelt ist. Somit werden alle (!)
Signale die von der Antenne aufgefangen werden von ADC in einen digitalen
Signalstrom gewandelt und ab hier digital weiter verarbeitet.
Dieses Verfahren wird auch „Antenna-to-Bits“ genannt und dürfte das
Funktionsprinzip der Zukunft sein.
Diese Vorgehensweise hat viele Vorteile, da auf der digitalen Seite
die Signale einfacher und fehlerfreier umgesetzt und gefiltert werden können.
Auf der anderen Seite muss der Analog-Digitalwandler eben alles (!)
was im gesamten Frequenzbereich ansteht verarbeiten und deshalb werden
an den Eingangsteil besondere Anforderungen bezüglich Dynamik und hoher
Intermodulationsfestigkeit gestellt.

Großer Vorteil dieses Prinzips ist jedenfalls, dass aus dem digitalen
Datenstrom ALLE Signale die die Antenne empfängt intern zur Verfügung
stehen – so ist es nur von der Kapazität des FPGAs und der Rechenleistung
der CPU’s abhängig, wie viele unabhängige Empfänger man mit diesen
digitalen Datenstrom realisieren kann.
Da alle Signale mit exakt gleicher Amplituden- und Phaseninformation vorhanden
sind, kann man weitere Spielarten wie Diversity- oder XPhase-Betrieb sehr
schön realisieren und durch das vorhersagbare Verhalten der Signalpfade
auch gut in Software umsetzen.

Funktionsbeschreibung des Empfängerteiles

Um die Funktionen besser verstehen zu können werden wir die Empfängerteile
von „rückwärts“ her beschreiben, also beginnend mit dem „Herzstück“,
dem Analog Digitalwandler AD9645-125 von Analog Devices. Bei diesem Wandler
handelt es sich um einen zweifachen 14-Bit-Wandler mit 125 MSPS
(MegaSamples/Sekunde)der seine Daten über fünf differentielle Impedanz-
kontrollierte LVDS-Leitungen an das FPGA liefert.
Der Wandlungstakt des ADC des mehrfachen von 122.88 MHz wird durch den
Hauptttaktgenerator SI5344 vorgegeben. Dadurch ergibt sich auch die maximal
empfangbare Frequenz die bei etwa knapp der Hälfte der Taktfrequenz und
somit von (theoretisch) 0 bis 61.44 MHz reicht.
In der Realität wird aber durch die Übertragungseigenschaften der HF-Übertrager
„nur“ ein effektiv nutzbarer Empfangsbereich von ca. 30KHz bis 60 MHz erreicht.
Der ADC besitzt einen SFDR (Spurios Free Dynamic Range) von 91dBc (70MHz).

RX-Eingangsteile programmierbarem Verstärkern und digitalen Abschwächern

Vor diesem befindet sich zur Signalaufbereitung ein rauscharmer zweifacher,
digital programmierbarer PGA (Programmable Gain Amplifier) AD8372 mit dem
die Eingangssignale in 1dB-Schritten von -10dB bis +31dB verstärkt bzw.
gedämpft werden können. Dieser PGA besitzt einen IP3 von >88dBc (IP2:78dBc)

Um Intermodulationen mit Außer-Band-Signalen und Aliasing Produkten zu
verhindern ist vor dem PGA ein 5-poliger Tiefpass mit einer Grenzfrequenz
von 65 MHz vorhanden.
Alle Bauteile zwischen dem Tiefpass und PGA sowie zwischen PGA und ADC
dienen der Impedanzanpassung an die jeweiligen Bausteine.
Vor den Eingangsverstärkern ist jeweils ein digital programmierbarer
passiver Abschwächer vorhanden der es erlaubt, zusätzlich das Eingangssignal
in 0.5dB-Schritten um bis zu 30dB zu dämpfen.
Für eine saubere Versorgungsspannung der sensiblen Schaltungsteile sind
für die einzelnen Schaltungsteile ADC/PGA/Abschwächer jeweils separate
spezielle rauscharme lineare Spannungsregler vorgesehen, die teilweise
selbst aus linear vorgeregelten Spannungen versorgt werden.
Zum vermeiden von Masseverkopplungen sind die Masseflächen aller analogen
Teile strikt getrennt von den digitalen Schaltungsteilen geführt.

Optionaler Dual-Multiuser Preselektor

Um die Möglichkeit zu haben vor den Empfängerzweigen optional einen
Preselektor vorzusehen sind die Eingänge der Empfänger auf U.FL-Buchsen geführt.
Dieser optionale Preselektor kann auf den R2T2 aufgesteckt werden
und ist ebenfalls auf Multiuser-Betrieb ausgelegt. Die jeweils genutzten
Amateurfunkbänder werden ausgefiltert und als Summensignal an den
Empfängereingang gelegt. Sicherlich ist dies eine Kompromisslösung,
aber für Multiuserbetrieb auf mehreren Bändern simultan nicht sinnvoll
anders realisierbar.
Wahlweise kann aber (z.B. für Contestbetrieb)auch auf Single-Band-Filterbetrieb
umgeschaltet werden, was aber dann alle User auf ein Band pro physikalischem
Empfänger limitiert. Da aber zwei physikalisch unabhängige Empfänger im
R2T2 vorhanden sind können so im Single-Filter-Betrieb immer noch zwei
komplette Bänder gleichzeitig genutzt werden.
Eine ausführliche Beschreibung des programmierbaren „Multi-User“ fähigen
Preselektors folgt demnächst.