Poľský rádioamatér Kacper Kidała, SP8ESA, publikoval na GitHube experimentálny SSB/CW vysielač pre pásmo 2,4 GHz postavený na module SX1280 (LoRa1280F27-TCXO) v kombinácii s mikrokontrolérom Raspberry Pi Pico 2. Projekt je určený predovšetkým pre prácu cez úzkopásmový transpondér geostacionárneho satelitu QO-100 (Es’hail 2), no funguje aj vo všeobecnom pásme 2,4 GHz. Kód a firmware sú voľne dostupné na GitHube pod licenciou CC BY-NC 4.0 (nekomerčné použitie vrátane rádioamatérskeho voľné).
V článku sa dočítate
Riešenie vysielača od Kacpera Kidału SP8ESA
Jadrom riešenia je modul LoRa1280F27-TCXO, pôvodne určený pre technológiu LoRa v pásme 2,4 GHz. Ide o malý (16 × 32 mm) a lacný transceiver čip so vstavaným PA s výstupným výkonom do +27 dBm (asi 500 mW) a teplotne kompenzovaným oscilátorom s presnosťou ±0,5 ppm. Namiesto použitia modulu na jeho pôvodný účel – prenos digitálnych LoRa paketov – ho SP8ESA naprogramoval ako univerzálny SSB/CW (a neskôr aj FM) vysielač.
Foto: SparkFun Electronics /
Wikimedia Commons,
CC BY 2.0.
Riadiacim prvkom je Raspberry Pi Pico 2 s dvojjadrovým procesorom RP2350 (ARM Cortex-M33). Architektúra firmvéru využíva obe jadrá súbežne: Core0 sa stará o príjem zvuku (cez USB alebo z ADC mikrofónu) a spracovanie signálu v reálnom čase (pásmová priepusť, ekvalizér, kompresor), zatiaľ čo Core1 vykonáva Hilbertovu transformáciu, I/Q moduláciu a odosielanie dát do SX1280 cez SPI rýchlosťou 8 kHz. Autor v repozitári uvádza, že pri vývoji kódu využil pomoc jazykových modelov Claude Opus 4 a GPT 5.2.
Riešenie SP8ESA je pozoruhodné práve preto, že využíva lacný komerčný LoRa modul mimo jeho pôvodného určenia – ako univerzálny SSB/CW budič pre pásmo 2,4 GHz.
Potrebné komponenty
| Komponent | Popis |
|---|---|
| Raspberry Pi Pico 2 | Mikrokontrolér RP2350, dvojjadrový Cortex-M33 |
| LoRa1280F27-TCXO | Modul SX1280 s PA (+27 dBm) a TCXO oscilátorom (0,5 ppm) |
| Mikrofónový modul MAX4466 | Elektretový mikrofón so zosilňovačom, napájanie 3,3 V |
| OLED displej SSD1306 128×64 | I2C displej, 0,96″ |
| Rotačný enkodér s tlačidlom | Typ KY-040 alebo podobný (3-pin + SW) |
| Tlačidlo PTT / CW kľúč | Bežné tlačidlo (normally open) |
| Anténa pre 2,4 GHz | Konektor SMA alebo u.FL |
Pri objednávaní modulu LoRa je nevyhnutné vybrať variant s prívlastkom TCXO (teda s presnosťou 0,5 ppm), pretože je dostupný aj lacnejší variant s bežným 10ppm oscilátorom, ktorý pre stabilitu frekvencie na 2,4 GHz nie je vhodný. Zapojenie medzi Raspberry Pi Pico 2 a modulom LoRa je jednoduché – SPI zbernica (MISO, NSS, SCK, MOSI), riadiace signály RESET, BUSY, TCXO_EN a prepínanie RX/TX. Kompletnú schému zapojenia autor publikuje v súbore WIRING.txt v repozitári.
Video: SSB TX test
Vlastnosti
Firmware podporuje audio vstup dvoma spôsobmi – Raspberry Pi Pico 2 sa javí počítaču ako štandardná USB zvuková karta (audio pri 48 kHz, downsamplované na 8 kHz pre DSP reťazec), alebo je možné pripojiť elektretový mikrofónový modul priamo na ADC vstup pre samostatnú prevádzku bez počítača. Prepínanie medzi zdrojmi zvuku je možné cez enkodérové menu alebo cez GUI. Mikrofónová vetva obsahuje hardvérové spracovanie s odstránením DC zložky a AGC s hradlom šumu (noise gate).
DSP reťazec v reálnom čase zahŕňa pásmovú priepusť, ekvalizér a kompresor, ktorých parametre je možné meniť cez sériové CDC príkazy alebo cez GUI. Firmware podporuje aj FM mód s nastaviteľnou deviáciou (200 Hz – 100 kHz) a CTCSS tónmi – tento mód je však autorom výslovne označený ako nevhodný pre transponder QO-100, ktorý akceptuje výhradne SSB a CW; FM vysielanie na tomto transpondéri spôsobuje rušenie a je zakázané. Frekvenčný rozsah zariadenia pokrýva celé pásmo 2300–2450 MHz vrátane rozsahu QO-100 (2400,000–2400,500 MHz).
Zariadenie dosahuje sub-hertzovú presnosť ladenia kombináciou krokov PLL (rozlíšenie približne 198 Hz) a jemného DSP dolaďovania. Displej SSD1306 zobrazuje v reálnom čase frekvenciu, mód, stav vysielania, zdroj zvuku a aktuálny parameter. Ovládanie bez počítača zabezpečuje rotačný enkodér (krok ±100 Hz), krátke stlačenie prepína nosnú TUNE a dlhé stlačenie vstupuje do režimu úpravy parametrov. Zariadenie je možné napájať z powerbanky – ak sa do troch sekúnd nedetekuje USB hostiteľ, automaticky prepne na mikrofónny vstup.
| Parameter | Hodnota |
|---|---|
| Frekvenčný rozsah | 2300,000 – 2450,000 MHz (QO-100: 2400,000 – 2400,500 MHz) |
| Výstupný výkon | do +27 dBm (nastaviteľné -18 až +13 dBm priamo na čipe) |
| Modulácia | SSB (USB), CW, FM (s CTCSS) |
| Audio vstup | USB 48 kHz (PC) alebo ADC 8 kHz (mikrofón MAX4466) |
| SPI hodinový signál | 18 MHz |
| Stabilita TCXO | ±0,5 ppm |
| Frekvenčné rozlíšenie | sub-Hz (kroky PLL + jemný DSP offset) |
Praktické skúsenosti s vysielačom
Praktické overenie projektu publikoval Mirek, SP5GNI, z klubu HF5L. Pri meraní výstupného výkonu cez merač založený na AD8318 s 30 dB útlmovým článkom namerali nasledovné hodnoty: kľudový odber z USB je približne 110 mA. Pri nastavení „TX Power“ -6 dBm je odber okolo 140 mA a skutočný výstupný výkon 12 dBm (asi 16 mW). Pri 0 dBm je odber 200 mA a výkon 18 dBm (asi 63 mW). Pri 6 dBm je odber 290 mA a výkon 23 dBm (asi 200 mW). Pri 10 dBm je odber 360 mA a výkon 25 dBm (asi 300 mW). Pri maximálnom nastavení 13 dBm je odber okolo 400 mA a výstupný výkon 26 dBm (asi 400 mW). Autor testu upozorňuje, že hodnoty „TX Power“ v GUI (rozsah -18 až +13 dBm) nezodpovedajú priamo skutočnému výstupnému výkonu modulu a pri druhom testovanom kuse modulu SX1280 dosiahli maximálny výkon iba 24 dBm (približne 200 mW) – medzi jednotlivými kusmi modulov teda existuje rozptyl.
Pri teste s vlastným systémom na QO-100 (13 m kábla, 30 dB zosilňovač, anténa helix) stačilo nastavenie „TX Power“ na -3 dBm, aby bol signál na WebSDR prijímaný na úrovni S9. SP5GNI tiež otestoval napájanie a riadenie vysielača cez 20-metrový USB-RJ45 extender so vzdialenou anténou bez zosilňovača – v tomto zapojení klesalo napájacie napätie na module so zvyšujúcim sa výstupným výkonom (pri 13 dBm nastavenia kleslo napätie na vstupe Raspberry na 3,2 V, čo je mimo povolených limitov, a dochádzalo k výpadkom komunikácie), no aj v tomto skromnom zapojení bol signál na WebSDR počuteľný na úrovni S6 – dostatočne na uskutočnenie spojenia.
Testujúci odporúča pre poľnú prevádzku oddelené napájanie modulu LoRa (napríklad štandardných 13,8 V so zníženým napätím na 5 V pre modul a napájaním pridaného 2–5 W zosilňovača), čím sa eliminuje problém s poklesom napätia pri dlhších kábloch. Pre softvér odporúča verziu 1.5.1 od Adama SP9ACQ, ktorý prispel k vývoju vlastnou variantou repozitára s pribalenými súbormi gui.kopia.3.py, SX1280SDR.uf2 a konfiguračným sx1280_profile.json.
Záver
Riešenie SP8ESA dokazuje, že vstup do prevádzky cez QO-100 v móde SSB nemusí nutne vyžadovať drahý upkonvertor a transceiver s vysokým výkonom – lacný LoRa modul so vstavaným PA v kombinácii s Raspberry Pi Pico 2 postačí na dosiahnutie funkčného signálu s výkonom rádovo stoviek miliwattov, čo je pri satelitnom transpondéri s citlivým prijímačom plne dostatočné. Konštrukcia je otvorená, aktívne vyvíjaná (aktuálna verzia v2.2.0 pridáva vyhladenie prechodov TX pre eliminovanie kliknutí pri prepínaní) a dokumentovaná na GitHube spolu so schémami zapojenia. Kto sa rozhodne projekt postaviť, nájde podrobný návod, schémy aj poznámky z praxe na stránkach SP8ESA a SP8NTP, ako aj v praktickom teste klubu HF5L.