Incominciamo subito a relazionare, in parole semplici, cos’è un ricevitore SDR.
Questo innovativo sistema radio, ha la principale caratteristica di "sfruttare" un software specifico che implementa una cosiddetta SDR "Software defined radio", in cui la demodulazione del segnale e il suo successivo trattamento sono realizzati in modo completamente numerico. La tecnica di sviluppo SDR aumenta la versatilità di impiego del ricevitore e garantisce un adeguamento semplice e immediato alle caratteristiche di futuri sviluppi. Nei convenzionali ricevitori supereterodina il ricevitore è composto da un insieme di circuiti come, preamplificatori, mixer, una o più medie frequenze con appositi filtri per determinare la larghezza di banda del canale radio, demodulatori per vari tipi di segnali, quali esempio: CW SSB AM/FM ecc, sistemi di filtro per l’audio e circuiti progettati per la riduzione del rumore ed interferenze varie. Nel ricevitore SDR, tutto questo viene sostituito dal software a cui viene affidato il compito di convertire in forma digitale il segnale ed elaborarlo adeguatamente. Ovviamente è impensabile entrare direttamente con un segnale radio, oltre una determinata frequenza, direttamente nel PC, viene quindi adottata la soluzione di utilizzare un’interfaccia per convertire una determinata porzione di frequenza, in una banda audio che possa essere agevolmente campionata dal nostro PC. Nella maggior parte di questi ricevitori SDR, è ormai classico l’uso di un mixer tipo QSD (Quadrature sample detector). Il vantaggio di questo mixer è di ottenere una bassissima intermodulazione e perdita d’inserzione. Purtroppo il limite di questi mixer è la frequenza, infatti con le tecniche attuali, oltre i 50 –70MHz, le perdite di conversione diventano inaccettabili, senza poi inoltrarsi ulteriormente nei problemi dei squilibri delle fasi dei segnali in uscita che pregiudicano tutto il processo di demodulazione. Quindi per chi intende sperimentare una SDR nelle frequenze oltre i limiti citati, diviene indispensabile l’uso di un convertitore, con caratteristiche apprezzabili, sia nella figura di rumore che nella dinamica (IP3 third-order intercept point).
Ecco quindi lo schema a blocchi di un ricevitore SDR per la gamma 144MHz:
Per quanto riguarda la sezione “frontend” SDR i più versatili, sia per la facilità di costruzione che nella versatilità, sono quelli della serie SOFTROCK, facenti capo anche ad un
noto gruppo di discussione. Una versione di queste, la
V.7.0, permette la ricezione, entro una determinata porzione di frequenza, della gamma dei
28MHz. Questa banda viene spesso usata come media frequenza o IF (intermediate frequency) in diversi tipi di transverter o converter, quindi è adattissima nel progetto che intendiamo realizzare.
Lo schema elettrico del SoftRock V.7.0 è reperibile
qui, descriviamo brevemente il suo funzionamento, il segnale, dopo un opportuno filtro preselettore (L1-L2 C23-24-25) per eliminare il più possibile eventuali frequenze immagini, transita in un trasformatore a larga banda con doppio avvolgimento. Le due uscite pilotano direttamente gli ingressi dell’integrato mixer (Double Balanced I-Q Mixer) progettato da Giancarlo Moda I7SWX e sviluppato da VK6APH, dove viene utilizzato un integrato del tipo “bus switch” a commutazione veloce tipo FST3253. La particolarità di questa versione di QSD è la maggiore frequenza di possibile utilizzo del medesimo. Naturalmente per effettuare correttamente la conversione del segnale, deve essere pilotato da opportuni segnali in quadratura, 0° e 90°.
Foto segnali.
Per ottenere un segnale con queste caratteristiche, il medesimo dovrebbe derivare da una frequenza 4 volte superiore, quindi Fx = 4x 28 = 112 MHz. Vi è una certa difficoltà e costo a dividere frequenze cosi elevate e quindi si è preferito usare la tecnica dello sfasamento tramite una rete RC. La frequenza dell’oscillatore è quindi direttamente uguale al centro della banda che intendiamo convertire. Nel mio caso ho utilizzato un quarzo da
28.215 MHz. La rete RC di sfasamento è ottenuta da R8–C9 e all’ingresso del Mixer QSD FST3253, pin 2 e 14, abbiamo i due segnali sfasati in quadratura. Vi è da dire che la mancanza di simmetria 0° e 90°, degrada rapidamente l’intercept point di terzo ordine (IP3) e la reiezione della frequenza immagine. Per questo motivo è stato inserito in parallelo a C9 un trimmer da 10pF e variato il valore di C9 con un tipo NPO da
3,3pF (vedi
foto), in modo da correggere la fase del segnale applicato al mixer. I due segnali audio convertiti, transitano nei due filtri passa basso R12–C15 e R13-C16 dove vengono eliminate le frequenze superiori a 300KHz e amplificati convenientemente dai due operazionali a basso rumore “rail to rail”. La presenza di questi due segnali denominati I/Q permettono la cancellazione dell’immagine e la demodulazione, tramite il software, di qualsiasi modo di emissione. I segnali I/Q possono entrare nella scheda audio del nostro PC. A questo proposito sarebbe ottimale disporre di una scheda audio del tipo professionale con risoluzione di 24bit e campionatura del segnale a 96KHz. La frequenza di campionamento e la risoluzione determinano la quantità di dati prodotti durante il processo di digitalizzazione e di conseguenza la gamma dinamica, cioè la differenza in dB tra il più forte segnale campionabile e il più tenue sopra il rumore, inoltre considerando che la frequenza di campionamento di un segnale deve sempre essere almeno doppia della massima frequenza contenuta nel segnale da campionare (Teorema del campionamento di Nyquist-Shannon) selezionando una frequenza a 96KHz potremmo controllare ben 48KHz di spettro radio. Personalmente utilizzo una Delta44 a 24 bit/96KHz con caratteristiche di dinamica vicino ai 112dB!! Con una tradizionale sound blaster, 16 bit di risoluzione, al massimo avremmo 80dB di dinamica.. la differenza si nota eccome!
Nella mia realizzazione ho utilizzato un convertitore 144MHz/28Mhz della SSB electronic modello K2001, lo schema è prelevabile qui, il quale possiede buone caratteristiche sia come cifra di rumore che come IP3 Third-order intercept point. Vedi Foto
Qualche cenno sull’assemblaggio del SoftRock.
Il SoftRock V.7.0 non è problematico da costruire, nel montaggio bisogna prestare solo attenzione ad usare un mini saldatore per i componenti
SMD, eventualmente consultate il mio articolo del montaggio del RTX-SDR
FireFly, dove viene evidenziata l’attrezzatura da usarsi per il montaggio di questi componenti, una maggiore attenzione invece va prestata nell’avvolgimento del trasformatore T1.
Il trasformatore T1 è montato orizzontalmente e sollevato sopra lo stampato di un paio di millimetri. L’avvolgimento segnato T1-2, è effettuato con filo smaltato #26 AWG in modo che il primario inizia e termina nello stesso punto del torride T30-6 e avvolto uniformemente intorno al nucleo. Poi tagliare quattro pezzi di filo smaltati #30 AWG e insieme avvolgerli sul alto opposto del torride, dove si era fatto il precedente avvolgimento. Dopo aver tolto la vernice di protezione del rame smaltato, con carta vetrata o una lima sottile, procedere ad una stagnatura di ciascun filo.
Ora bisogna con l’aiuto del tester, determinare le quattro coppie e quindi i quattro avvolgimento secondari.
Chiameremmo (A-B) (C-D)
(E-F) (G-H) i 4 fili avvolti
Filo n°1 (Inizio avvolgimento) A -> B (Fine avvolgimento)
Filo n°2 (Inizio avvolgimento) C -> D (Fine avvolgimento)
Filo n°3 (Inizio avvolgimento) E -> F (Fine avvolgimento)
Filo n°4 (Inizio avvolgimento) G -> H (Fine avvolgimento)
Ora individuato inizio e fine di ciascun filo, colleghiamo nei punti dello stampato segnati 3-4-5 e 6-7-8 come mostrato di seguito:
Nel pin3 il filo A
Nel Pin4 il filo B assieme al filo C
Nel Pin5 il filo D
Nel Pin6 il filo E
Nel Pin7 il filo F assieme al filo G
Nel Pin8 il filo H
Porre attenzione perché invertendo un filo si pregiudica tutto il funzionamento del ricevitore
SDR! Al limite aiutarsi da questa
foto.
Qui invece la tabella di conversione AWG in mm.
Taratura del Softrock40 V7.0
Terminata l’operazione di montaggio, prima di applicare tensione al SoftRock, assicurarsi che non vi siano cortocircuiti tra il polo positivo (ingresso
DC) e circuito di terra. La resistenza tra i 5 VDC e un qualsiasi punto di massa, dovrebbe essere di circa 1.2kohm. Se tutto è ok procedere dando tensione al circuito e controllare che l’assorbimento sia intorno ai 30mA.
Non serve una particolare strumentazione per la taratura. Bisogna procurasi un segnale posto sulla frequenza del quarzo usato, può andare benissimo un RTX posto nelle vicinanze collegato ad un carico fittizio. Per la corretta taratura del trimmer capacitivo posto in parallelo a C9 sarebbe necessario l’ausilio di un oscilloscopio doppia traccia. Poniamo il TX in trasmissione su una frequenza leggermente superiore di qualche KHz alla frequenza del quarzo usato. Esempio se usiamo un Xtal da
28060KHz, trasmettiamo a 28061KHz in modo che il ricevitore SDR produca una frequenza di 1000Hz, controlliamo i due segnali I/Q, precedentemente collegati ai due canali dell’oscilloscopio, ed impostato nella modalità X/Y, in questo modo lo spazzolamento orizzontale è fatto mediante la tensione del canale B, se i due segnali hanno le medesime ampiezze e frequenza e sono sfasati di 90° si ottiene un perfetta circonferenza,
vedi foto, agendo quindi sul trimmer possiamo aggiustarlo affinché il cerchio sia il più possibile perfetto. Fatto questo non serve altro, il ricevitore SDR è perfettamente funzionante!
Adesso possiamo collegarlo all'uscita IF (28MHz) di un converter o
transverter. Ecco ad esempio la foto del complesso convertitore + ricevitore SDR inserito entro un contenitore della
Ganzerli.
Software SDR
Siamo arrivati a metà del nostro lavoro e come più volte accennato, un
apposito software deve essere installato e configurato
correttamente nel nostro PC.
Nel WEB sono disponibili numerosi programmi gratuiti, che implementano una cosiddetta Software Defined Radio funzionanti con i principali sistemi operativi, Windows e
Linux. Un ottimo programma a mio modesto avviso è WINRAD, progettato da Alberto di Bene I2PHD scaricabile dal sito dell’autore:
Winrad è molto semplice da usare. Alberto si è impegnato al massimo nel realizzare un software la cui interfaccia sia semplice e subito intuibile, pochissimo uso della tastiera in quanto talvolta è difficile da ricordarsi certe strane combinazioni di tasti!
Una volta tutto configurato dovremmo avere la banda dei 2 metri ricevibile, intorno alla frequenza del quarzo usato nel ricevitore
SDR. Cosi che, se è stato usato un quarzo da 28.060 come fornito nel kit, si avrà la ricezione in centro banda a 144.060MHz con un range di frequenza supportato dalla nostra scheda audio e configurato in
Winrad.
Per quanto riguarda la ricezione della banda dei 144MHz con il ricevitore SDR devo confermare che è veramente eccezionale. Dove abito, sono circondato dai monti Dolomitici e devo sfruttare al meglio le varie riflessioni sulle pareti, questo fenomeno comporta un pesante degrado della modulazione causato dallo sfasamento del segnale ricevuto, con la SDR la modulazione risulta meno affetta da questo problema! Specialmente nei modi
SSB. Non ne saprei spiegare il motivo, ma questo è stata subito la differenza notata, tra il mio TS-2000 e la
SDR.
Inoltre, le possibilità che Winrad offre sono ragguardevoli, ci si sposta tra un segnale e l’altro con una facilità impressionante, durante i contest si ha sottomano una buona porzione di spettro audio, si notano quindi facilmente la variabilità dei segnali sia come locazione in banda che come ampiezza, grazie all’analizzatore spettrale, il filtro passabanda ci permette di allargare o restringere a piacimento la banda passante, si eliminano quindi parecchio le interferenze adiacenti! I segnali in
CW, con un segnale al limite del rumore, sono incredibilmente udibili, grazie alla possibilità di restringere il filtro CW fino a poche decine di
Hz! Una volta abituati a queste, chiamiamole comodità, è veramente difficile ritornare alla ricezione tradizionale, lo posso testimoniare!
Vedi la cattura
di un segnale in banda 144MHz, oppure clicca sotto sul filmato,
dove viene riportato alcuni esperimenti di ricezione con il complesso SDR
sopradescritto e Winrad.
Non mi rimane quindi che augurarvi buona autocostruzione a tutti e naturalmente buoni DX! Giuliano IN3KLQ