MONTREAL dopplerpeiler naar een idee van VE2EMM Een van de bekende evenementen bij de NVRA is de vossenjacht op 2-meter. Veel jagende teams maken gebruik van een doppler peilinstallatie. Het ontwerp uit 1993 van ons lid Folkert Schrader PA3FME, dat door velen gebruikt wordt, voldoet goed. Al vergt de bouw van deze doppler de nodige moeite en een berg componenten. De ontwikkeling in moderne elektronica gaat erg snel. Zou dit ontwerp voor verbetering in aanmerking kunnen komen? Ik kwam tijdens mijn speurtocht op Internet een doppler ontwerp tegen die gebruikt maakt van een PIC16C72 controller. Met relatief weinig en goed verkrijgbare componenten is de ontwerper Jacques Brodeur VE2EMM er in geslaagd een dopplerpeiler samen te stellen. In tegenstelling tot het ontwerp van Folkert Schrader, dat een uitlezing met 16 leds heeft, bezit deze doppler van VE2EMM een uitlezing met 32 leds.
Figuur 1
Bijzonderheden -
Aan te sluiten op iedere smalbandige FM ontvanger Slechts de antenne-ingang en luidspreker- of hoofdtelefoon uitgang van de ontvanger worden gebruikt Aanwijzing geschiedt doormiddel van een cirkelvormig array met 32 leds De basiseenheid en antenne switch zijn met elkaar verbonden door een coaxkabel en een 6-aderige kabel Alles, met uitzondering van de 4 antennes en de antenneswitch, is onder te brengen in een behuizing Bruikbaar tot boven 1000 MHz, afhankelijk van de toegepaste antennes Benodigde voedingsspanning is 12 Volt
RDF (Radio Direction Finding), de geschiedenis en theorie Radio Direction Finding systemen kunnen hoofdzakelijk in twee categorieën worden onderscheiden, afhankelijk of ze wel of niet van het Doppler-faseverschuivingsprincipe gebruik maken. De meeste niet Doppler RDF’s maken gebruik van gerichte antennes, welke synchronisatiepulsen toevoegen aan de amplitude van het ontvangen signaal onderwijl als zij worden rondgedraaid. Dopplersystemen daarentegen produceren en detecteren fasemodulatie welke verkregen wordt door als het ware een ontvangstantenne circulair rond te laten draaien in een horizontaal vlak. Als gevolg van het zogenaamde ‘capture effect’ van de FM-ontvanger welke fasemodulatie detecteert, zijn Doppler systemen over het algemeen minder gevoelig voor neven effecten dan AM systemen. De eerst bekende RDF welke gebaseerd was op het Doppler principe werd gepatenteerd door een zekere H.T. Budenbom en maakte gebruik van meerdere antennes welke mechanisch middels een motor werden geschakeld. Hedendaagse Doppler systemen maken geen gebruik meer van een mechanische schakelmethode, maar van geleidelijk elektronisch geschakelde antennes. Hierbij simuleren meerdere elektronisch geschakelde antennes als het ware alsof een enkele antenne continue op cirkelvormige wijze wordt rondgedraaid. Een groot nadeel van de mechanische systemen was het enorme verlies aan gevoeligheid in de ontvangst. Een tweede niet minder ergerlijk probleem was de verschijning van mysterieuze vals peilingen door signalen afkomstig van naburige kanalen, welke als het ware mengden met het ontvangstsignaal, waarschijnlijk als gevolg van dit mechanische schakelen. Beide hier boven genoemde problemen zouden naar alle waarschijnlijkheid verdwijnen als het mechanische proces zou kunnen worden vervangen door een elektrische equivalent. De eigenlijke ontvangstsignalen zouden nagenoeg hun sterkte weer terug krijgen en draaggolven afkomstig van naburige frequenties zouden dan verdwijnen. In eerste instantie werden antenne-array’s met wel 16 antennes toegepast. Een in 1980 gepubliceerd ontwerp in het radioblad Funkschau bestond nog uit acht antennes. Antenne-array’s van een dergelijke omvang waren echter niet erg praktisch voor mobiel gebruik. De uiteindelijke oplossing was een array bestaande uit slechts vier antennes welke opgesteld staan in een vierkant. De zijden van dit vierkant hebben een lengte van een kwart golflengte. Het geï nduceerde ontvangstsignaal in al de vier antennes wordt doorlopend gemixt in een soort optelcircuit en wel op een zodanige wijze dat de resultante van het verkregen rf-voltage erg dicht de waarde benadert van een enkele antenne welke met een vaste snelheid een cirkel beschrijft waarvan de snijpunten gevormd worden door de vier antennes. De antennes worden elektronisch geschakeld door middel van Schottky-diodes of PIN diodes. Het te beschrijven systeem kan werken met ieder FM-ontvanger. Aan de ontvanger hoeven geen modificaties te worden aangebracht. Het geheel is breedbandig en kan afhankelijk van de gebruikte antennes gebruikt worden tot hoger dan 1000 MHz. Een eenvoudige weergave in de vorm van een blokschema is weergegeven in figuur 1. De toegepaste FM-ontvanger levert op zijn beurt het benodigde audio signaal dat via de externe luidsprekeruitgang wordt toegevoerd aan de audio-ingang van de main-unit. Door een synchrone filterwijze wordt de spraakinhoud verwijderd waarna een sinus overblijft welke dezelfde frequentie heeft als welke wordt gebruikt om de antennes te sturen. In dit geval 500 Hz. Deze sinus bevat een fasehoek welke overeenkomt met de peilhoek. Voor een meer gedetailleerde beschrijving verwijs ik graag naar het artikel van PA3FME in het NVRA verenigingsblad uit 1993 (of kijk op; http://ww.nvra.net/PDF/!/doppler.pdf )
Het schema De Doppler main unit 1
F1
DIO1
7805 U1
1N4001
500mA 12V
GND
IN
5V OUT
R1
560
SW1
C1
C2
C3
100n
C4
470µF
100n
LD1
470µF F2
500mA 0
GND SW2
5V
8XLED
PUSH CAL
GND
D3
RADIO1
1
RADIO2 SW3
P2
10k
10k
2 3
SIGLVL
GND
4
TO 500HZ A BANDPASS FIL
10k R3
5
B
6
C
7
PHASE
22p
C6
22p
20MHz
9
X1
C5
8
10 11
RA1 x
12
RA2 x
13
RA3 x
14
RA4 x RA... X OPT. RES. FOR ANT. SWITCHER
MCLR
RB7
AN0
RB6
AN1
RB5
RA2
RB4
RA3
RB3
RA4
RB2
RA5 IC1
RB1
VSS
RB0
OSC1
VDD
OSC2
VSS
RC0
RC7
RC1
RC6
RC2
RC5
RC3
RC4
28
IC1
D8
27
D7
26
D6
25
90GR
D2 D3
22.5GR
112.5GR
D4 IC1 D5
D4 D5
LED9
D1
0GR
D2 R2
10k
P1
8XLED
LED1
D1
45GR
D6
D6
D7
67.5GR
D7
D8
LED8
135GR 157.5GR
D8
LED16
D5
24
L1
D4
23
8XLED
D3
22
D1
D2
21 20
D3 IC1
C7
19
100n
18
68
17
68
16
68
15
D5
315GR
D6 D7
247.5GR LED24
D8
292.5GR
D4
337.5GR LED32
D8
L2
R5
68
D7
L3
R6
D3 IC1
225GR
D6
L4 GND
R7
D5
270GR
D2
202.5GR
D4
LED25
D1
180GR
D2
5V
D1
L2
8XLED
LED17
SIGLVL
L3
L1
R4
L4
PIC16C72A-20I/SP C8
IC2 = MAX294CPA
470n
IC3 = MAX494CPD
D01
1N4148
R8
2M7
PHASE
5V
IC4 = 74HC4051
GND
C28
C11
C27
1M
100n
100n
1M
SW4
R18
R9
SLOW / FAST
IC3.A +
1
13
R19
8
-
68k
R24
33k
R23 +
VOLTAGE FOLLOWER
10
IC3.B +
7
9
2
3
4
R16 C16
33k
68k
47k
C17
470n
9 C C20
IC4 4 2
I/O 7 3 4
5 5
100n INH VEE V6 8 7
C23
C19
100n
10n
C22
R15
1M
100n
R11
10
16 15 14 13 12 11 10 0 1 3 A B V+ 2
100n
1k5 *
R14
P3
5
C24
R20
10n
C
6 1
47k
10n
B
6
-
R21
OUT -
GND
-
IC3.C
680k C15
IC2
14
+
LOWPASS FILTER
12
A
C25
100n
5
0
R10
1
V+
IN C9
6
V-
CLK
AUDIO
7
IC3.D
2
8
PHASE DETECT
3
100n
10n 33k
R12
2k2
C18 500HZ PASS FILTER
C26
10k
GND
10n
100n
R17
C21
100n R22
SP1
GND
R13
CX2
2k2
1k
CX1
C13
C14
47µF
100n
CX1+CX2 TOTAL 680PF MICA OR POLY ADJ FOR 500HZ PIN5 REV: A
DATE:
PROJECT:
MONTREAL DOPPLER
COMPANY: ADDRESS: CITY COUNTRY:
NVRA HTTP://WWW.NVRA.NET KANARIESTRAAT 50 HAARLEM NL
INITIAL
05-04-2002
PE1BVJ
ENG: VE2EMM
PAGE:
1
OF:
2
1
1
De antenne switch
L2
1,5µH C3
680
1,5µH
C1
C2
1n
BNC ANT1
C4
L1
R1
220
680
-
1n
BNC RECEIVER
D1 L4
1,5µH C7
680
1,5µH
C5
C6
1n
BNC ANT2
C8
L3
R2
220
680
-
1n
5V 0
D2
SW1
L6
1,5µH
SW2 SW3
220
680
R3
C11
680
1,5µH
C9
SW4
C10
1n
BNC ANT3
C12
L5
-
1n
D3 L8
1,5µH
220
680
R4
C15
C13 BNC ANT4
1n
C16
L7
680
1,5µH C14
-
1n
D4
1
Circuit beschrijving De main unit Het uit de ontvanger op de main unit aangeboden signaal gaat door een hoogdoorlaatfilter gevormd door C9 en R10. Potmeter P3 kan eventueel vervangen worden door een vaste weerstand van 10 Ohm en een extra luidspreker via een schakelaar hieraan parallel geschakeld worden. Het signaal wordt dan 20 maal versterkt door versterker van IC2, een MAX294. De output van deze versterker staat op pin 3 van de MAX294 en gaat naar versterker “A” van de ‘rail-to-rail’ versterker IC3, een MAX494 die als een 500 Hz banddoorlaatfilter geconfigureerd is. Weerstand R15 kan aangepast worden om de bandpass frequentie aan te passen. De waarde van 1500 Ohm is een richtwaarde. De output van versterker “A” van de MAX494 op pin 1, gaat naar de ingang van het laagdoorlaat filter in IC2. De output van IC2 op pin 5 gaat via de demping weerstand R17,
1M Ohm, naar de filterschakelaar IC4, een 74HC4051. Parallel aan R17 kan een tweede weerstand van 1M Ohm, R18, geschakeld worden voor een snellere ‘reactietijd’. Versterker “B” van de IC4 is een buffer met een hoge ingangsweerstand. Hierna volgt versterker “C” die als laagdoorlaatfilter dienst doet. Dit om een sinusvormig uitgangssignaal te verkrijgen. Versterker “D” genereert uit deze sinus een blokgolf. Het analoge geheel werkt met een referentiespanning van 2,5 Volt. Deze wordt verkregen uit de spanningdeler R12 en R13 met de condensatoren C13 en C14. Uit versterker “B” van IC3 wordt ook een DC spanning gehaald die rechtevenredig is met de piekspanning van het gefilterde signaal. De DC spanning wordt verkregen uit DO1 met daaraan parallel het R/C filter R8 en C8. Deze spanning is maximaal als er geen modulatie op het signaal staat. De PIC16C72 controller kent 2 analoge inputs. Een DC-offset spanning aan pin 2 en de signal-level input op pin 3. Tevens genereert IC1 de schakelsignalen aan de pinnen 4, 5 en 6 voor IC4, de antenne schakelsignalen op de pinnen 11, 12, 13 en 14, de kathodespanningen voor de led’s op het display op de pinnen 15, 16, 17 en 18 en de anodespanningen voor de led’s aan de pinnen 21 t/m 28. De PIC16C72 is geprogrammeerd verkrijgbaar bij de NVRA.
Software beschrijving. Als eerste checkt de software de CAL spanning op pin 2 voor het aangeven van de juiste richting, vervolgens meet het de amplitude van het audio-ingangssignaal voor laten zien van de overload- en squelch waarden middels de 180 graden led op het display. De prescaler en de counter genereren een interruptfrequentie van 16 kHz. Oftewel 500 omwentelingen maal 32 led’s = 16000Hz. De interruptfrequentie schakelt de signalen naar het 500 Hz digitale filter, genereert de schakelspanning voor de antennes, detecteert de fase van het ingangssignaal, vergelijkt met de waarde van twee omwentelingen, stelt de kalibratie in, activeert het display en bedient de 32 leds.
Bediening Draai langzaam het volume hoger tijdens de ontvangst van een ongemoduleerd signaal totdat de 180 graden led knippert, dan langzaam het volume terugdraaien totdat de 180 graden led uit is. Het volume staan nu correct ingesteld. Als de ontvanger in de squelch gaat knippert de led die als laatste een goede richting aangaf. Kalibreer de richting middels een bekend signaal waarvan de richting bekend is door P1 in te stellen. Druk hiervoor tijdens het instellen van P1 steeds even op de Push Cal toets (SW2) om de nieuwe waarde in IC1 te laden.
De bouw, tips en suggesties De main unit Om ruis/storing vanuit de microprocessor te verkleinen dient de main-unit in een metalen behuizing gebouwd te worden. De print met de PIC-controller en de displayprint dienen boven elkaar gemonteerd te worden. Soldeer eerst alle componenten op de printen en controleer het geheel op fouten. Verbindt op de PIC-controllerprint de punten en D1 t/m D8 met de punten D1 t/m D8 met een stukje 8-aderig lintkabel. Monteer de displayprint bovenop de PIC-controllerprint met afstandbussen van 10mm met inwendig draad M3. Verbindt de punten L1 t/m L4 op PIC-controllerprint met de punten L1 t/m L4 op de displayprint met stukjes blank draad. De punten L1 t/m L4 liggen direct tegenover elkaar
De print lay-out main-unit en display De main unit
De componenten opstelling main-unit en display
De print-layout en componentenopstelling antenneswitch
Antenne array U kunt gebruik maken van de eerder gepubliceerde antenne-array of van vier magneetvoet antennes. Enig experimenteren met de lengte van de magneetvoet antennes leerde dat het beste resultaat behaald werd met een lengte van +/- 48cm. De onderlinge afstand bleek zeer belangrijk. Hiervoor geld een afstand van ongeveer 0,22 golflengte (+/- 44 cm).
Onderdelenlijst Montreal Doppler MAIN unit Weerstanden ¼ Watt R1 R2, R3, R9 R4, R5, R6, R7 R8 R10, R21 R11, R17, R18 R12, R13 R14, R19 R15 R16 R20, R23, R24 R22
560 Ohm 10k Ohm 68 Ohm 2,7 M Ohm 47 K Ohm 1 M Ohm 2,2 K Ohm 68 K Ohm 1,5 K Ohm 680 k Ohm 33 K Ohm 1 K Ohm
Aantal 1 3 4 1 2 3 2 2 1 1 3 1
Keramische condensatoren C2, C4, C7, C9, C11, C14 C20, C21, C22, C23, C24, 100 nF C25, C26, C27, C28 C5, C6 22 pF C8, C17 470 nF C15, C16, C18, C19 10 nF
Spanningregelaar U1
7805
1
Zekeringen F1, F2
500mA
Aantal 15 2 2 4
Styroflex condensator CX1+CX2 (=1 capaciteit)
680 pF styroflex
1
Elco’s Radiaal C1, C3 C13
470 uF/16v 47uF/16V
2 1
Diodes DI01 D01
1N4007 o.i.d 1N4148
1 1
2
IC’s
Schakelaars
IC1
PIC16C72-20 I/SP of PIC16C72/JW
1
SW1, SW3,SW4
1xom miniatuur
3
IC2
MAX294CPA
1
SW2
Mini push button (maak)
1
IC3 IC4
MAX494CPD 74HC4051
1 1
20 MHz
1
Kristal X1
Display Diversen LED’s High brightness Led 1 naar keuze
LD1 Led2 t/m Led 8, Led10 t/m Led16, Led18 t/m Led24, Led26 t/m Led 32 Led1, Led 9, Led 17, Led 25
High brightness Rood diffused
28
High brightness Groen, diffused
4
Antenne switch R1, R2, R3, R4 C1, C2, C5, C6, C9, C10, C13, C14 C3, C4, C7, C8, C11, C12, C15, C16 L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8 BNC chassis SUB-D connector 9 -polig D1, D2, D3, D4
220 Ohm
4
1nF
8
680 pF
8
1,5 µH
8 5 1
HP5028/2800, 1N5711 o.i.d
4
Bandkabel 8 aderig
+/- 10cm
Afstandbus 10mm inwendig draad M3 Afstandbus plastic 10mm Bouten M3 lengte 5mm Bouten M3 lengte 15mm Printpennen 1mm
4 4 4 4 16
