Der günstigste QO-100 SSB-Sender – SP8ESA-Lösung mit LoRa-Modul

Polnischer Funkamateur Kacper Kidała, SP8ESA, veröffentlicht am GitHub experimentálny SSB/CW vysielač pre pásmo 2,4 GHz postavený na module SX1280 (LoRa1280F27-TCXO) in Kombination mit dem Raspberry Pi Pico 2 Mikrocontroller. Das Projekt ist primär für den Betrieb über einen Schmalband-Transponder ausgelegt. geostationärer Satellit QO-100 (Es'hail 2), no funguje aj vo všeobecnom pásme 2,4 GHz. Kód a firmware sind auf GitHub unter der CC BY-NC 4.0-Lizenz frei verfügbar (nicht-kommerzielle Nutzung, einschließlich Amateurfunk).

Senderlösung von Kacper Kidał SP8ESA

Kernstück der Lösung ist das LoRa1280F27-TCXO-Modul, das ursprünglich für die LoRa-Technologie im 2,4-GHz-Band entwickelt wurde. Es handelt sich um einen kleinen (16 × 32 mm) und kostengünstigen Transceiver-Chip mit integriertem Leistungsverstärker (PA) mit einer Ausgangsleistung von bis zu +27 dBm (ca. 500 mW) und einem temperaturkompensierten Oszillator mit einer Genauigkeit von ±0,5 ppm. Anstatt das Modul für seinen ursprünglichen Zweck – die Übertragung digitaler LoRa-Pakete – zu verwenden, programmierte SP8ESA es als universellen SSB/CW- (und später auch FM-) Sender.

Foto: SparkFun Elektronik /
Wikimedia Commons,
CC BY 2.0.

Das Steuergerät ist ein Raspberry Pi Pico 2 mit einem Dual-Core-Prozessor RP2350 (ARM Cortex-M33). Die Firmware-Architektur nutzt beide Kerne parallel: Kern 0 empfängt Audiosignale (via USB oder vom Mikrofon-ADC) und verarbeitet sie in Echtzeit (Bandpassfilter, Equalizer, Kompressor), während Kern 1 die Hilbert-Transformation und die I/Q-Modulation durchführt und Daten mit 8 kHz über SPI an den SX1280 sendet. Der Autor gibt im Repository an, dass er bei der Entwicklung des Codes die Sprachmodelle Claude Opus 4 und GPT 5.2 verwendet hat.

Die SP8ESA-Lösung ist gerade deshalb bemerkenswert, weil sie ein billiges handelsübliches LoRa-Modul außerhalb seines ursprünglichen Zwecks verwendet – nämlich als universeller SSB/CW-Treiber für das 2,4-GHz-Band.

Erforderliche Komponenten

Bei der Bestellung eines LoRa-Moduls muss die Variante mit TCXO-Technologie (d. h. mit einer Genauigkeit von 0,5 ppm) gewählt werden, da auch eine günstigere Variante mit einem herkömmlichen 10-ppm-Oszillator erhältlich ist, die für die Frequenzstabilität bei 2,4 GHz nicht geeignet ist. Die Verbindung zwischen dem Raspberry Pi Pico 2 und dem LoRa-Modul ist einfach: SPI-Bus (MISO, NSS, SCK, MOSI), Steuersignale RESET, BUSY, TCXO_EN und RX/TX-Umschaltung. Das vollständige Anschlussdiagramm ist in der Datei WIRING.txt im Repository enthalten.

Video: SSB-Sendertest

Merkmale

Die Firmware unterstützt Audioeingabe auf zwei Arten: Der Raspberry Pi Pico 2 wird dem Computer als Standard-USB-Soundkarte angezeigt (Audio mit 48 kHz, für die DSP-Kette auf 8 kHz heruntergerechnet). Alternativ kann ein Elektret-Mikrofonmodul direkt an den ADC-Eingang angeschlossen werden, um den Betrieb ohne Computer zu ermöglichen. Der Wechsel zwischen den Audioquellen ist über das Encoder-Menü oder die Benutzeroberfläche möglich. Die Mikrofonverarbeitung umfasst Hardware mit Gleichstromanteilsunterdrückung und automatischer Verstärkungsregelung (AGC) mit Noise Gate.

Die Echtzeit-DSP-Kette umfasst einen Bandpassfilter, einen Equalizer und einen Kompressor, deren Parameter über serielle CDC-Befehle oder die grafische Benutzeroberfläche geändert werden können. Die Firmware unterstützt außerdem den FM-Modus mit einstellbarer Frequenzabweichung (200 Hz – 100 kHz). CTCSS tónmi – tento mód je však autorom výslovne označený ako nevhodný pre transponder QO-100Dieser Transponder akzeptiert ausschließlich SSB und CW; FM-Übertragungen verursachen Störungen und sind verboten. Der Frequenzbereich des Geräts umfasst das gesamte 2300–2450-MHz-Band, einschließlich des QO-100-Bereichs (2400.000–2400.500 MHz).

Das Gerät erreicht eine Sub-Hertz-Abstimmungsgenauigkeit durch die Kombination von PLL-Schritten (Auflösung ca. 198 Hz) und DSP-Feinabstimmung. Das Display des SSD1306 zeigt Frequenz, Modus, Sendestatus, Tonquelle und aktuelle Parameter in Echtzeit an. Die Steuerung ohne Computer erfolgt über einen Drehgeber (Schrittweite ±100 Hz). Ein kurzer Druck schaltet den Träger (TUNE) um, ein langer Druck aktiviert den Parameterbearbeitungsmodus. Das Gerät kann über eine Powerbank mit Strom versorgt werden. Wird innerhalb von drei Sekunden kein USB-Host erkannt, schaltet es automatisch auf Mikrofoneingang um.

Praktische Erfahrungen mit dem Sender

Praktische Überprüfung des veröffentlichten Projekts Mirek, SP5GNI, vom HF5L-ClubBei der Messung der Ausgangsleistung mit einem auf dem AD8318 basierenden Messgerät und einem 30-dB-Dämpfungsglied wurden folgende Werte ermittelt: Der Ruhestromverbrauch über USB beträgt ca. 110 mA. Bei der Einstellung „TX Power“ von -6 dBm liegt der Verbrauch bei ca. 140 mA und die tatsächliche Ausgangsleistung bei 12 dBm (ca. 16 mW). Bei 0 dBm beträgt der Verbrauch 200 mA und die Leistung 18 dBm (ca. 63 mW). Bei 6 dBm beträgt der Verbrauch 290 mA und die Leistung 23 dBm (ca. 200 mW). Bei 10 dBm beträgt der Verbrauch 360 mA und die Leistung 25 dBm (ca. 300 mW). Bei der maximalen Einstellung von 13 dBm beträgt der Verbrauch ca. 400 mA und die Ausgangsleistung 26 dBm (ca. 400 mW). Der Autor des Tests weist darauf hin, dass die Werte für die „TX-Leistung“ in der GUI (Bereich -18 bis +13 dBm) nicht direkt der tatsächlichen Ausgangsleistung des Moduls entsprechen, und dass das zweite getestete SX1280-Modul eine maximale Leistung von nur 24 dBm (ca. 200 mW) erreichte – es gibt also eine Abweichung zwischen den einzelnen Modulen.

Bei einem Test mit meinem eigenen System am QO-100 (13 m Kabel, 30 dB Verstärker, Helixantenne) reichte die Einstellung der „Sendeleistung“ auf -3 dBm aus, um das Signal zu erhalten. WebSDR Auf S9-Niveau akzeptiert. SP5GNI Außerdem wurde die Stromversorgung und Steuerung des Senders über ein 20 Meter langes USB-RJ45-Verlängerungskabel mit einer externen Antenne ohne Verstärker getestet. Dabei sank die Versorgungsspannung am Modul mit zunehmender Ausgangsleistung (bei einer Einstellung von 13 dBm fiel die Spannung am Raspberry-Eingang auf 3,2 V ab, was außerhalb der zulässigen Grenzen liegt, und es traten Kommunikationsfehler auf), aber selbst bei dieser einfachen Verbindung war das Signal auf dem WebSDR auf dem S6-Pegel hörbar – ausreichend, um eine Verbindung herzustellen.

Der Tester empfiehlt für den Feldeinsatz ein separates Netzteil für das LoRa-Modul (z. B. ein Standardnetzteil mit 13,8 V, das für das Modul und einen zusätzlichen 2–5-W-Verstärker auf 5 V reduziert wird). Dadurch wird der Spannungsabfall bei längeren Kabeln vermieden. Für die Software empfiehlt er Version 1.5.1 von Adam SP9ACQ, der mit seiner eigenen Variante des Repositorys, die die Dateien gui.kopia.3.py, SX1280SDR.uf2 und die Konfigurationsdatei sx1280_profile.json enthält, zur Entwicklung beigetragen hat.

Abschluss

Die Lösung von SP8ESA beweist, dass der Betrieb über QO-100 im SSB-Modus nicht zwangsläufig einen teuren Aufwärtswandler und einen Hochleistungstransceiver erfordert. Ein günstiges LoRa-Modul mit integrierter Endstufe in Kombination mit einem Raspberry Pi Pico 2 genügt, um ein funktionsfähiges Signal mit einer Leistung im Bereich von einigen hundert Milliwatt zu erzeugen. Dies ist für einen Satellitentransponder mit empfindlichem Empfänger völlig ausreichend. Das Design ist Open Source, wird aktiv weiterentwickelt (die aktuelle Version v2.2.0 bietet eine Glättung der Sendeübergänge, um Klickgeräusche beim Umschalten zu vermeiden) und ist zusammen mit Schaltplänen auf GitHub dokumentiert. Wer das Projekt nachbauen möchte, findet detaillierte Anleitungen, Schaltpläne und praktische Hinweise auf der SP8ESA-Website. SP8NTPsowie in der praktischen Prüfung des HF5L-Clubs.