Polský radioamatér Kacper Kidała, SP8ESA, publikoval na GitHube experimentálny SSB/CW vysielač pre pásmo 2,4 GHz postavený na module SX1280 (LoRa1280F27-TCXO) v kombinaci s mikrokontrolérem Raspberry Pi Pico 2. Projekt je určen především pro práci přes úzkopásmový transpondér geostacionárního satelitu QO-100 (Es'hail 2), no funguje aj vo všeobecnom pásme 2,4 GHz. Kód a firmware jsou volně dostupné na GitHube pod licencí CC BY-NC 4.0 (nekomerční použití včetně radioamatérského volné).
V článku se dočtete
Řešení vysílače od Kacpera Kidału SP8ESA
Jádrem řešení je modul LoRa1280F27-TCXO, původně určený pro technologii LoRa v pásmu 2,4 GHz. Jedná se o malý (16 × 32 mm) a levný transceiver čip s vestavěným PA s výstupním výkonem do +27 dBm (asi 500 mW) a teplotně kompenzovaným oscilátorem s přesností ±0,5 ppm. Namísto použití modulu pro jeho původní účel – přenos digitálních LoRa paketů – jej SP8ESA naprogramoval jako univerzální SSB/CW (a později i FM) vysílač.
Foto: SparkFun Electronics /
Wikimedia Commons,
CC BY 2.0.
Řídicím prvkem je Raspberry Pi Pico 2 s dvoujádrovým procesorem RP2350 (ARM Cortex-M33). Architektura firmwaru využívá obě jádra souběžně: Core0 se stará o příjem zvuku (přes USB nebo z ADC mikrofonu) a zpracování signálu v reálném čase (pásmová propusť, ekvalizér, kompresor), zatímco Core1 provádí Hilbertovu transformaci, I/Q modulaci a SSD2 rychlost S8. Autor v repozitáři uvádí, že při vývoji kódu využil pomoci jazykových modelů Claude Opus 4 a GPT 5.2.
Řešení SP8ESA je pozoruhodné právě proto, že využívá levný komerční LoRa modul mimo jeho původní určení – jako univerzální SSB/CW budič pro pásmo 2,4 GHz.
Potřebné komponenty
| Komponent | Popis |
|---|---|
| Raspberry Pi Pico 2 | Mikrokontrolér RP2350, dvoujádrový Cortex-M33 |
| LoRa1280F27-TCXO | Modul SX1280 s PA (+27 dBm) a TCXO oscilátorem (0,5 ppm) |
| Mikrofonní modul MAX4466 | Elektretový mikrofon se zesilovačem, napájení 3,3 V |
| OLED displej SSD1306 128×64 | I2C displej, 0,96″ |
| Rotační enkodér s tlačítkem | Typ KY-040 nebo podobný (3-pin + SW) |
| Tlačítko PTT / CW klíč | Běžné tlačítko (normally open) |
| Anténa pro 2,4 GHz | Konektor SMA nebo u.FL |
Při objednávání modulu LoRa je nezbytné vybrat variantu s přívlastkem TCXO (tedy s přesností 0,5 ppm), protože je dostupná i levnější varianta s běžným 10ppm oscilátorem, který pro stabilitu frekvence na 2,4 GHz není vhodný. Zapojení mezi Raspberry Pi Pico 2 a modulem LoRa je jednoduché – SPI sběrnice (MISO, NSS, SCK, MOSI), řídicí signály RESET, BUSY, TCXO_EN a přepínání RX/TX. Kompletní schéma zapojení autor publikuje v souboru WIRING.txt v repozitáři.
Video: SSB TX test
Vlastnosti
Firmware podporuje audio vstup dvěma způsoby – Raspberry Pi Pico 2 se jeví počítači jako standardní USB zvuková karta (audio při 48 kHz, downsamplované na 8 kHz pro DSP řetězec), nebo lze připojit elektretový mikrofonní modul přímo na ADC vstup pro samostatný provoz bez počítače. Přepínání mezi zdroji zvuku je možné přes enkodérové menu nebo přes GUI. Mikrofonní větev obsahuje hardwarové zpracování s odstraněním DC složky a AGC s hradlem šumu (noise gate).
DSP řetězec v reálném čase zahrnuje pásmovou propust, ekvalizér a kompresor, jejichž parametry lze měnit přes sériové CDC příkazy nebo přes GUI. Firmware podporuje také FM mód s nastavitelnou deviací (200 Hz – 100 kHz) a CTCSS tónmi – tento mód je však autorom výslovne označený ako nevhodný pre transponder QO-100, který akceptuje výhradně SSB a CW; FM vysílání na tomto transpondéru způsobuje rušení a je zakázáno. Frekvenční rozsah zařízení pokrývá celé pásmo 2300–2450 MHz včetně rozsahu QO-100 (2400,000–2400,500 MHz).
Zařízení dosahuje sub-hertzovou přesnost ladění kombinací kroků PLL (rozlišení přibližně 198 Hz) a jemného DSP dolaďování. Displej SSD1306 zobrazuje v reálném čase frekvenci, mód, stav vysílání, zdroj zvuku a aktuální parametr. Ovládání bez počítače zajišťuje rotační enkodér (krok ±100 Hz), krátký stisk přepíná nosnou TUNE a dlouhý stisk vstupuje do režimu úpravy parametrů. Zařízení lze napájet z powerbanky – pokud se do tří vteřin nedetekuje USB hostitel, automaticky přepne na mikrofonní vstup.
| Parametr | Hodnota |
|---|---|
| Frekvenční rozsah | 2300,000 – 2450,000 MHz (QO-100: 2400,000 – 2400,500 MHz) |
| Výstupní výkon | do +27 dBm (nastavitelné -18 až +13 dBm přímo na čipu) |
| Modulace | SSB (USB), CW, FM (s CTCSS) |
| Audio vstup | USB 48 kHz (PC) nebo ADC 8 kHz (mikrofon MAX4466) |
| SPI hodinový signál | 18 MHz |
| Stabilita TCXO | ±0,5 ppm |
| Frekvenční rozlišení | sub-Hz (kroky PLL + jemný DSP offset) |
Praktické zkušenosti s vysílačem
Praktické ověření projektu publikoval Mirek, SP5GNI, z klubu HF5L. Při měření výstupního výkonu přes měřič založený na AD8318 s 30 dB útlumovým článkem naměřili následující hodnoty: klidový odběr z USB je přibližně 110 mA. Při nastavení „TX Power“ -6 dBm je odběr kolem 140 mA a skutečný výstupní výkon 12 dBm (asi 16 mW). Při 0 dBm je odběr 200 mA a výkon 18 dBm (asi 63 mW). Při 6 dBm je odběr 290 mA a výkon 23 dBm (asi 200 mW). Při 10 dBm je odběr 360 mA a výkon 25 dBm (asi 300 mW). Při maximálním nastavení 13 dBm je odběr kolem 400 mA a výstupní výkon 26 dBm (asi 400 mW). Autor testu upozorňuje, že hodnoty „TX Power“ v GUI (rozsah -18 až +13 dBm) neodpovídají přímo skutečnému výstupnímu výkonu modulu au druhého testovaného kusu modulu SX1280 dosáhly maximálního výkonu pouze 24 dBm (přibližně 200 mW) – mezi jednotlivými kusy modulů tedy existuje rozptyl.
Při testu s vlastním systémem na QO-100 (13 m kabelu, 30 dB zesilovač, anténa helix) stačilo nastavení „TX Power“ na -3 dBm, aby byl signál na WebSDR přijímán na úrovni S9. SP5GNI také otestoval napájení a řízení vysílače přes 20metrový USB-RJ45 extender se vzdálenou anténou bez zesilovače – v tomto zapojení klesalo napájecí napětí na modulu se zvyšujícím se výstupním výkonem (při 13 dBm nastavení kleslo napětí na vstupu Raspberry na 3,2 V, což je ale iv tomto skromném zapojení byl signál na WebSDR slyšitelný na úrovni S6 – dostatečně k uskutečnění spojení.
Testující doporučuje pro polní provoz oddělené napájení modulu LoRa (například standardních 13,8 V se sníženým napětím na 5 V pro modul a napájením přidaného 2–5 W zesilovače), čímž se eliminuje problém s poklesem napětí u delších kabelů. Pro software doporučuje verzi 1.5.1 od Adama SP9ACQ, který přispěl k vývoji vlastní variantou repozitáře s přibalenými soubory gui.kopia.3.py, SX1280SDR.uf2 a konfiguračním sx1280_profile.json.
Závěr
Řešení SP8ESA dokazuje, že vstup do provozu přes QO-100 v módu SSB nemusí nutně vyžadovat drahý upkonvertor a transceiver s vysokým výkonem – levný LoRa modul s vestavěným PA v kombinaci s Raspberry Pi Pico 2 postačí k dosažení funkčního signálu s výkonem řádově stovek přijímačem plně dostatečné. Konstrukce je otevřená, aktivně vyvíjená (aktuální verze v2.2.0 přidává vyhlazení přechodů TX pro eliminování kliknutí při přepínání) a dokumentována na GitHube spolu se schématy zapojení. Kdo se rozhodne projekt postavit, najde podrobný návod, schémata i poznámky z praxe na stránkách SP8ESA a SP8NTP, jakož iv praktickém testu klubu HF5L.