SDR-radiot ja vastaavat


SDR tulee sanoista Software Designed Radio.  Se tarkoittaa sitä, että normaalin radion ilmaisin ja sen jälkeiset osat on korvattu ohjelmalla, joka suorittaa tietokoneen äänikortilla ne samat toiminnot. Äänikortin signaaliprosessori (DSP) on ohjelmoitu suorittamaan nopeaa laskentaa, jonka avulla kahdesta 90 asteella vaiheistetusta signaalista saadaan ilmaistua halutut lähetelajit. Vastaavasti sama toiminto tapahtuu radion toimiessa lähettimenä, mutta käänteisesti. SDR-radion komponenttimäärä ja koko voidaan pitää erittäin pienenä kun ei tarvita liikkuvia osia eikä normaalisti releitäkään. Tällä tavalla rakennettuja radioita on saatavana edullisesti valmiina tai rakennussarjoina.

Johdanto

SDR-radiot kuuluvat sarjaan Direct Conversion Transceiver. Niiden ydin on mikseri (quadrature sampling detector), jolla muodostetaan sisääntulevasta signaalista neljä pientaajuista signaalia, jotka ovat keskenään 90 asteen vaihesiirrossa (0 - 90 - 180 - 270). Kuva alla. Dan Tayloe on varhaisimpia kokeilijoita. Seuraavassa toimintaa kuvaavia periaatekaavioita.

Q-mix

Mikseri ja filtteri toimivat molempiin suuntiin. Se yksinkertaistaa radion rakennetta.

Mikseriltä tulevat pientaajuiset signaalit voidaan käsitellä kahdella tavalla. Vastakkaisvaiheiset taajuudet yhdistetään operaatiovahvistimilla (0 - 180 ja 90 - 270 astetta), jolloin saadaan kaksi uutta signaalia I ja Q (I = in phase, Q = quadrature). Nämä ovat 90 asteen vaihesiirrossa keskenään. Signaalit sisältävät kaikki tarvittavat tiedot lähetteen ilmaisemiseen. Signaalit voidaan syöttää äänikortille, jossa on stereosisäänmeno. Äänikortin DSP ohjelmoidaan muodostamaan tarvittavat laskutoimitukset. jolloin saadaan lopullinen äänisignaali. Lähetyksessä tapahtuma on vastakkainen. DSP voidaan rakentaa myös radioon sisälle, jolloin erillistä tietokonetta äänikortteineen ei tarvita.

Signaalit voidaan viedä vastus-kondensaattori- matriisille eli vaihesiirtoverkolle (polyphase network), jossa mikserillä syntyneen peilitaajuuden vaihe käännetään päinvastaiseksi. Kun taajuudet summataan, saadaan peilitaajuus vaimennettua ja haluttu äänikaista jäljelle. Tällä tavalla voidaan muodostaa sivunauhalähetteestä (SSB) halutun sivunauhan ääni. Vaihtamalla joko rengaslaskurin kiertosuunta tai yhdistämällä PN:n ulostulo toisella tavalla saadaan valittua joko USB tai LSB. Tällä tavalla toteutettuna ei tarvita äänikorttia.  Jos muodostetaan I- ja Q-signaalit, vaiheistus voidaan suorittaa operaatiovahvistimilla, jonka tuloksena on myös haluttu audiosignaali.

polyphase

Ylläolevassa kaaviossa on esitetty kolme erilaista tapaa käsitellä mikserin jälkeisiä signaaleja. 

Ylinnä I- ja Q-signaaleista saadaan suoraan vaiheistusperiaatteella kumottua toinen sivunauha muodostamalla operaatiovahvistimista vaiheenkääntäjät. Sama tapahtuu alemmassa osassa passiivikomponenteilla vaihesiirtoverkossa. I- ja Q-signaalit voidaan viedä PC:n äänikortin stereosisäänmenoon ja ohjelma tekee loput tietokoneessa. Sama voidaan tehdä myös erillisessä DSP-prosessorissa, jolloin tietokonetta ei tarvita. MUTTA silloin menetetään SDR-ohjelman tekemä panoraamanäyttö.

Lähetettäessä tapahtuman kulkevat käänteisessä järjestyksessä kuten alin kuva osoittaa.

polyphase_tr

Lyhenteet:
SDR = Software defined radio  (joskus myös Software designed radio)
QSD = Quadrature Signal Detektor eli kvadratuurimikseri
DSP = Digital Signal Prosessor
SSB = Single Side Band eli yksisivunauhalähete (vrt AM)
USB = Upper Side Band eli ylempi sivunauha
LSB = Lower Side Band eli alempi sivunauha