Liviu Soflete YO2BCT

Pentru benzile de SHF peste 2300MHz se utilizează de regulă transvertere cu frecvenţa de bază pe una din benzile uzuale de UUS; eu utilizez frecvenţa de 144 MHz ca frecvenţă de bază, dar se poate utiliza şi 432 sau 1296. Alegerea frecvenţei este ca deobicei o problemă de compromis între cerinţe contradictorii. Eu am ales banda de 2 m deoarece dispuneam de un transceiver all mode, modelul IC 251E, cu partea de front-end modificată printr-un kit Dressler (schema în fig.1) – preamplificator cu tranzistorul GaAs dual gate 3SK97 (asemănător cu CF300), mixer de nivel mare (LO=17dBm) SRA1H, diplexer post mixer şi amplificator cu 2xJ310 cu poarta la masă şi o ieşire cu repetor J310 pentru semnalul FI pe 10,7 MHz.

Fig.1 Front – end performant pentru un receptor pe 144 MHz. Ieşirea FI de bandă largă Scope se conectează la un amplificator pe 10,7 MHz, după care urmează, receptorul SDR.

La intrările în mixer, la porturile de LO şi semnal sunt prevăzute atenuatoare (de 3 respectiv 6dB) pentru a asigura o impedanţă de 50Ω ; deasemenea ieşirea mixerului atacă un circuit diplexor care asigură 50Ω pe toate frecvenţele. Toate aceste măsuri constructive concură la realizarea unui nivel de intercepţie de ordinul trei la intrare de circa + 5dBm, deci o comportare foarte bună în condiţiile unor semnale puternice în bandă. IC 251, deşi este o realizare mai veche, are avantajul că e de construcţie clasică, fără componente SMD, uşor de depanat, cu spaţiu interior suficient pentru a face modificări şi cu mufe suplimentare de rezervă pe panoul din spate şi conţine şi o sursă de alimentare în comutaţie, astfel că alimentarea se poate realiza fie de la o baterie auto de 12V, fie de la grupul electrogen pe care îl utilizez deobicei în portabil. Receptorul SDR a fost montat pe panoul din spate, în exterior (fig. 2), pentru a diminua infuenţa reciprocă intre oscilatoare şi părţile sensibile ale montajului.

Fig.2 Receptorul SDR este montat pe panoul din spate, sub tabla U de aluminiu.

Semnalul de audiofrecvenţă I şi Q se aplică prin cablul alb la intrarea stereo Line IN a plăcii de sunet

Semnalul de FI de 10,7MHz de bandă largă , de la repetorul cu J310 este aplicat la un amplificator cu un dual gate MOSFET tip BF966. Amplificarea realizată este de circa 30 dB, la o bandă de circa 100 kHz. Amplificatorul (fig.3) este realizat pe circuit dublu placat, faţa superioară fiind utilizată ca plan de masă; pentru reducerea dimensiunilor s-au utilizat transformatoare recuperate de mici dimensiuni (7,5x7,5mm) şi condensatori de decuplare SMD. Amplificatorul este montat în interiorul carcasei IC251, conectat prin cabluri coaxiale miniatură; ieşirea este scoasă la mufa RCA de pe panoul spate al IC251, la care se conectează intrarea receptorului SDR.

Fig.3 Amplificator pe 10,7 MHz. Dacă se folosesc alte miezuri pentru bobine poate rezulta alt număr de spire şi/sau altă valoare pentru capacităţile de acord. Se va păstra un raport de transformare 1/6...1/5. Curentul prin MOSFET e de circa 8...10 mA. Din divizorul 8,2/15 k se poate schimba tensiunea pe G2 (circa 4V) şi amplificarea, eventual se poate aplica o tensiune de AGC pe G2. Banda de trecere e peste 100kHz la -1dB.

Pentru realizarea adaptorului panoramic am recurs la un kit de receptor SDR simplu şi ieftin (kitul de 21 $ “SoftRock Lite II Combined Receiver”, realizat de KB9YIG – toate detaliile pe http://fivedash.com/), alegând frecvenţa cuarţului din oscilator astfel ca să pot afişa o bandă în jurul frecvenţei de 10,7MHz. La receptoarele SDR, în mijlocul benzii recepţionate există o perturbaţie importantă dată de zgomotul 1/f al amplificatoarelor de AF (inclusiv cele din placa de sunet ) şi de zgomotul de fază al oscilatorului local. De aceea am sacrificat din lărgimea benzii afişate, decalând centrul benzii afişate şi utilizând numai jumătatea inferioară a benzii posibil de afişat. Dacă eşantionarea se face cu o frecvenţă de 48 kHz este posibil de afişat o bandă de 48 kHz; în cazul meu am redus banda afişată la +/- 10 kHz în jurul frecvenţei de 10,7MHz, suficientă pentru scopul urmărit, scoţând în afara ecranului zona de circa 500Hz cu zgomot foarte mare din jurul frecvenţei LO (10,6875MHz). In principiu, banda afişată e limitată de frecvenţa de eşantionare a cartelei de sunet şi de banda de trecere a amplificatoarelor audio. Cuarţul disponibil are frecvenţa de Fq = 14,250 MHz şi oscilează în acest montaj pe armonica a treia, adică 42,75 MHz. La mixerul din SDR se aplică frecvenţa divizată cu 4 (10,6875 MHz, deci cu 12,5 kHz mai jos decât 10,7) pentru detecţia în cuadratură, aşa cum e necesar pentru obţinerea semnalelor I şi Q. Se pot utiliza şi cuarţuri cu alte frecvenţe, dacă Fq x ¾ diferă de 10,7 cu +/- 5...15 kHz. Adaptorul panoramic este utilizat în această aplicaţie numai pentru vizualizarea corespondentului, pentru recepţia propriu –zisă se utilizează receptorul din IC251 după acordul acestuia pe corespondentul reperat în spectru. Schema receptorului este prezentată în fig. 4 iar aspectul montajului complet în fig.5 .

Fig.4 Schema montajului şi valorile componentelor pentru diferite frecvenţe de funcţionare. Se vor utiliza valorile pentru banda de 30m. X1 are în realizarea mea 14,250 MHz şi oscilează pe armonica 3.

Fig. 5 Aspectul modulului SDR. In dreapta este alimentarea cu 12V (firul galben+negru) şi intrarea FI 10,7 MHz de la amplificatorul cu BF966, în stânga ieşirile audio I şi Q. Circuitele integrate SMD sunt pe partea opusă a plăcii. Peste montaj se aplică o tablă de Al în formă de U pentru ecranare şi protecţie mecanică.

In setările programului SDR am tatonat întârzierea optimă (care asigură cea mai bună reducere a semnalului imagine, fără intervenţia reglajului automat). La mine, cel mai bun rezultat a fost cu o întârziere de 1 pas pe unul din canale – probabil că placa de sunet utilizează un singur convertor A/N, cu aplicarea la intrare pe rând a semnalelor stânga/dreapta, fără eşantionare-memorare, astfel că există sistematic un decalaj în timp al eşantioanelor digitizate pe cele două canale (R şi L). Ajustarea valorii întârzierii nu e foarte importantă, sistemul de compensare automată a imaginii lucrează foarte bine chiar cu un decalaj iniţial zero.

Am dorit să pot utiliza adaptorul în regim portabil, utilizând un lap-top. Din păcate nu se mai fabrică demult lap-topuri cu intrare audio stereo, astfel ca am fost obligat să utilizez o placă de sunet exterioară, cuplată la USB. Cartela de sunet utilizată, cu convertorul A/N de 16 biţi, întroduce un zgomot de cuantizare relativ mare, ceea ce face ca performanţele de recepţie ale părţii SDR să fie inferioare celor ale IC251, mai ales la semnalele slabe din benzile de SHF.

Am utilizat placa UCA 202 produsă de Behringer, cu convertorul de 16 biţi şi eşantionare la 48 kHz, performanţe satisfăcătoare, la limita de jos. In special zgomotul propriu 1/f al plăcii este mare – încă un motiv pentru a utiliza o frecvenţă de oscilator local decalată faţă de 10,7 MHz. Frecvenţa maximă audio e limitată, atât de receptorul SDR cât şi de placa de sunet, la circa 20 kHz. Pentru o utilizare staţionară se poate utiliza intrarea stereo de linie a oricărui PC desktop. Ca software am utilizat programul Rocky V 3.7 (http://www.dxatlas.com/rocky/), cu sistemul de operare Windows 7, dar e nevoie ca la fiecare pornire să introducem placa de sunet UCA 202 în setările programului Rocky (probabil că se poate declara ca default placa UCA 202, dar nu am încercat). Acest program simplu are o afişare waterfall de mari dimensiuni (foarte utilă la afişarea pe un lap-top cu ecran mic) şi permite o afişare simultană şi cu viteză mică, care e mai sensibilă şi constituie o „memorie” a evenimentelor recente. Rocky îşi ajustează automat anularea benzii laterale nedorite, corectând abaterile de amplitudine şi fază. In spectrogramă se observă linia de 10,7 MHz a oscilatorului de BFO, care intră în SDR prin cuplaje parazite; dacă ne deranjează, o putem elimina prin comutarea IC 251 pe modul FM, în care BFO este oprit, apoi, după găsirea corespondentului, putem trece în modul USB sau CW în care vom face legătura radio. Cu reperul triunghi roşu din partea dreaptă a scalei verticale vom marca frecvenţa care dă un ton audibil la recepţia CW, pentru uşurarea acordului IC251 pe frecvenţa corespondentului. Sensibilitatea receptorului IC251 este foarte bună, un semnal de 20 nV este perfect copiabil în CW, iar un semnal de 13 nV este încă copiabil cu oarecare dificultate. Pe spectru, semnalul de 13 nV este observabil comod, iar la nivel de 10 nV este vizibil (după mai multe secunde ) pe afişajul cu viteză mică. Alegând corespondenţa I/Q cu canalele Right/Left şi modul USB sau LSB se poate coordona deplasarea spectrului pe ecran cu rotirea butonului VFO de la IC251. Eu mi-am fixat, pentru o memorare comodă a manevrelor, deplasarea în sus la creşterea frecvenţei de acord. IC 251 are tuning step de 100Hz (reglajul fin se face continuu din RIT +/- 2kHz) astfel că pe spectrogramă manevrarea VFO apare ca o succesiune de trepte, respectiv puncte în spectrul de viteză mică. Extensia de bandă se poate regla între 1 – toată banda asigurată de frecvenţa de eşantionare (48 kHz) şi circa 4,3 – valoarea preferată de mine care scoate din ecran partea zgomotoasă din centru. Eu am utilizat practic numai reprezentara Waterfall, reprezentarea Spectru fiind mai puţin utilă pentru aplicaţia discutată. Scala verticală de frecvenţe, gradată în kHz ne poate ajuta la acordul rapid receptorului pe un semnal observat, indicîndu-ne sensul şi valoarea deplasării necesare la VFO pentru aducerea semnalului la nivelul triunghiului roşu. De exemplu, pentru recepţia staţiei care transmite 73 SK în fig. trebuie să creştem frecvenţa la VFO cu circa 3,3 kHz.

Dacă se utilizează o placă de sunet performantă (ex. M Audio Delta 44) se poate face recepţia pe semnalul prelucrat digital în SDR (cu Rocky sau un program mai performant, cum este PowerSDR) beneficiind de filtrele de bandă digitale, NB, NR, auto notch, etc.).

Fig. 6 Un concurs EME CW în banda de 13cm. Toată partea din stânga a afişajului corespunde cu circa 1cm din dreapta

In fig. 6 se prezintă aspectul spectrului în timpul unui concurs EME CW în banda de 2320 MHz. Inregistrarea este realizată în 2014 cu versiunea de program 3.6. Se pot observa semnalele copiabile, cine sunt corespondenţii, dacă e vorba de semnal de test (ecou) sau este un QSO în curs, se vede dacă intensitatea semnalului este suficientă pentru o tentativă de QSO în telegrafie. Semnalul CW lent se poate copia şi optic, urmărind liniile şi punctele de pe ecran; decodarea optică pare mai puţin afectată de QSB-ul specific propagării EME. Fuga de frecvenţă, vizibilă mai ales pe reprezentarea cu viteză mică, provine din instabilitatea oscilatorului din transverterul meu, care nu e stabilizat cu PLL. In partea dreaptă, cu viteză mică, rămâne „memoria” evenimentelor anterioare - se pot reprezenta câteva minute, dacă se repartizează un spaţiu mai mare prin redimensionarea ferestrei din dreapta.

Semnalele JT65 se recunosc uşor, datorită aspectului caracteristic; semnalele SSB sunt mult mai greu vizibile din cauza dispersiei energiei în banda ocupată. Se poate vedea şi ecoul propriu şi se poate aprecia buna funcţionare a instalaţiei (înclusiv orientarea corectă spre Lună şi compensarea deviaţiei Doppler). Ca o concluzie după circa un an de utilizare, montajul poate fi un ajutor preţios pentru creşterea operativităţii în activitatea de microunde, mai ales pentru concursurile EME în care nu sunt permise alte metode de contactare a corespondentului (Internet, telefon, e-mail etc...).

YO2BCT, februarie 2015

Liviu Soflete YO2BCT

Articol aparut la 15-2-2015

6958