Supervastaanotin AFSK-dataliikenteeseen

Abstract

Tämän insinöörityön tavoitteena oli suunnitella ja rakentaa supervastaanotin, jolla otetaan vastaan Audio Frequency Shift Keying (AFSK)-moduloitua dataliikennettä 433,92 MHz taajuudelta. Tavoitteeksi asetettiin toimivan vastaanottimen suunnittelu ja rakentaminen 10 cm x 16 cm piirilevylle, käyttäen pääasiassa diskreettejä komponentteja.

Supervastaanotin on nykyään yleisin käytössä oleva radiovastaanotintyyppi. Superissa pääperiaatteena on taajuuden laskeminen kantoaaltotaajuudelta alemmalle taajuudelle. Tämä tapahtuu sekoittimen avulla, joka kertoo keskenään kantoaallon ja paikallisoskillaattorin tuottaman taajuuden. Näin toimimalla saadaan alemmalla taajuudella oleva kantoaalto. Tämän ansiosta on pienten taajuusvaihteluiden erottelu signaalissa huomattavan paljon helpompaa.

AFSK-modulaatiossa käytetään nimensä mukaisesti äänitaajuista signaalia kantoaallon modulointiin. Modulaatiomenetelmää käytetään hitaaseen dataliikenteeseen, jota käyttävät nykyään pääasiassa radioamatöörit. AFSK-lähete sisältää kaksi eri tilaa, jotka ovet nimeltään Mark ja Space. Mark vastaa bittiä 1 ja Space vastaa bittiä 0. Taajuudet, jotka vastaavat Markia ja Spacea, eivät ole vakinaistettuja, vaan on olemassa useita eri taajuuksia kummallekin. Yleensä taajuudet ovat kuitenkin 1–2 kHz läheisyydessä.

Työn suunnittelussa käytettiin hyväksi runsaasti Micro-cap-piirisimulaatio-ohjelmaa. Kyseisellä ohjelmalla pystyttiin testaamaan suunnitellun kytkennän toimintaa. Koska taajuudet, joita laitteella otetaan vastaan, ovat yli 400 MHz, ei kaikkea pystytty testaamaan suunnitteluvaiheessa perusteellisesti, sillä tuolloin ajallisesti järkevän pituisten simulaatioiden vaatima aika olisi ollut todennäköisesti useita päiviä. Täten tyydyttiinkin testaamaan toimintaa vain sekunnin murto-osan mittaisilla simulaatioilla. Myös laitteen toiminnan testaus koekytkentäalustalla jäi vähäiseksi korkeiden taajuuksien vuoksi.

Työ havaittiin varsin haastavaksi, johtuen olemattomasta kokemuksesta MHz taajuudella toimivien laitteiden suunnittelussa ja täten laitetta ei saatu toimimaan aivan halutulla tavalla.

The objective of this Bachelor's thesis was to design and build a superheterodyne receiver, which receives Audio Frequency Shift Keyed (AFSK) data transmission from the frequency of 433,92 MHz.The set objective was designing and building a working receiver on a 10 cm x 16 cm PCB by using mostly discrete components.

A superheterodyne receiver is the most used type in radio today. The main principle in a superheterodyne receiver is dropping frequency from the carrier wave frequency to a lower frequency. This is done by using a mixer which multiplies the frequencies of the carrier wave and local oscillator. The result of doing this is a lower carrier wave. This makes detecting small frequency changes much easier.

In AFSK modulation, audio frequencies are used to modulate the carrier wave. This modulation is nowadays mainly used by radio amateurs for low speed data communication. AFSK implies two different states, which are called Mark and Space. Mark corrseponds to bit 1 and Space corresponds to 0. The frequencies which correspond to Mark and Space are not specified and there are many different frequencies for both of them. Usually though the frequencies around 1 kHz – 2 kHz are used.

While engineering the device, Micro-cap circuit simulation software was used. With that software, the designed circuit could be tested, but because of the frequencies over 400 MHz, everything could not be thoroughly tested. It would have taken days to complete a reasonably long simulation. Thus only fractions of a second long simulations were done. The testing of the device on a breadboard was also minimal because of the high frequencies.

This thesis was found to be challenging because of the lack of knowledge on designing devices that use MHz frequencies and there by the device didn't work as intended. Language of