RAD10-2006 11Rke 10/2006

Ricevitore SDR 3.5-30MHz

di Valentino BarbiI4BBO

S

Il ricevitore è nato dalla curiosi-tà di provare un software repe-rito su Internet, creato da

I2PHD. In Fig.1 appare la scher-mata del ricevitore SDRadio 99,come si può notare ha la possibi-lità di ricevere segnali in SSB,AM, AM sincrona e FM, filtro pas-sa banda variabile da poche de-cine di Hz senza ringing, ridutto-re di rumore, visualizzazione dellivello del segnale in db con otti-ma precisione, regolazione au-tomatica del guadagno.

Tutto questo ot-tenuto attraversola scheda sonoradel nostro PC, euna minima partedi hardware, quin-di niente filtri co-stosi a quarzo omeccanici, catenedi MF da 100dB diguadagno e ten-denti all’innescose mal schermate,BFO che entranoin MF e che porta-

no l’S-meter a metà scala e lun-ghe tarature. In fig.2 compare loschema di principio di un ricevi-tore SDR.

Provare la bontà del software, èstato molto semplice: tempo faavevo costruito un ricevitore inbanda 40 metri con il metododello sfasamento (Radiokit 3-4-52005), non ho fatto altro che pre-levare i segnali di B.F. sfasati di90 gradi e darli in pasto allascheda sonora.

I risultati sono stati superiori

alle attese, perciò ho deciso dicostruire un ricevitore in bandacontinua da 3,5 a 30 MHz, sem-plice da replicare e con il minornumero di bobine. Grazie allapotenza del software ho ottenutoprestazioni paragonabili ai rice-vitori commerciali.

Per quanto riguarda la parteR.F. e mixer, ho duplicato i cir-cuiti del ricevitore monobanda:doppio circuito accordato in in-gresso sintonizzabile, un casco-de a FET e mixer H mode sempli-ficato e la commutazione di ban-da attraverso due relè miniatura,sistema più funzionali dei com-mutatori rotativi multi via, concontatti striscianti non sempre af-fidabili per la R.F. e ormai difficilida trovare.

Come per ogni altro ricevitore,la parte più impegnativa da co-struire è l’oscillatore locale. Essodeve essere stabile in frequenza,non generare spurie ed essereesente da rumore di fase. Scarta-to a priori un VFO a PLL multiloop, o un DDS troppo costoso, e

Fig. 1 Fig. 2

12 RAD10-2006Rke 10/2006

personalmente incline a mon-taggi in SMD, (ideali in questi tipidi ricevitori perché alcuni mo-delli hanno due uscite sfasate di90 gradi) ho preferito quindi unsistema semplice: oscillatore li-bero agganciato in frequenza(FLL Radiokit n. 2-2004).

Qui sono cominciati i proble-mi: per ottenere due segnali sfa-sati di 90 gradi l’oscillatore develavorare almeno a frequenzadoppia, nel nostro caso 60 MHz.Tenere stabile un oscillatore li-bero a questa frequenza è im-presa difficile, io non ci sono riu-scito. L’FFL non é in grado di fun-zionare corret tamente sel’oscillatore varia continuamentedi 20-30 Hz in un decimo di se-

Elenco componenti VCO

R1 = R2 = 47KR3 = R6 = 150R4 = 18R5 = R19 = 1MR7 = R14= R15= 3,3KR8 = R10 = R12 = R16= R17= 1KR9 = R11= R13= 2,2KR18 = 5,6KR20= 10KR21= 22KR22= 33KPT1 = 10K multigiriRV1 = 5KRV2 = RV3 = 10KC1 = C4 = C5 = C6 = C8 = C9 =C12 = C16 = C17 = C19 = C20 =C21 =C22 =C23 = C24 =100kC2 = 1kC3 = 3-10C7 = C14 = 22C10 =C11 = C13 = C15 =10kC18 =10�FCP1 = CP2 = 3-15CP3 = 3-30DV1 = BB112DV2 = BB221D1-D5 = 1N914D6-D14 = IN 4001FT1-FT2-FT3 = BF245TR1 = BC109U1 - U2 = 74HC00U3 = U4 = 74HC04U5 = 7493U6 = 7490U7 = 7805CM1 = Commutatore 6 posizioni 1 viaRL1 = Relè miniatura 1 scambio 12V.L1 = 3 sp. diam.6 mm con nucleo filo 1mmL2 = 4 sp. diam.6 mm con nucleo filo 1mm

Fig. 3

RAD10-2006 13Rke 10/2006

condo, anche se mediamente èstabile, si riesce a migliorare manon si elimina il problema sosti-tuendo il diodo varicap di sinto-nia con un buon condensatorevariabile.

Visto questo insuccesso, sonopassato a sperimentare un oscil-latore a 30 MHz con sintonia acondensatore variabile, e gene-razione dei due segnali a R.F a90 gradi con un sistema a PLL. Inquesto caso l’oscillatore era sta-bile ma le fasi nel range 3,5-30MHz non sempre erano a 90 gra-di: a volte sganciava.

Trovai la soluzione quando vidiun semplice ricevitore con oscil-latore a quarzo che era in grado

di ricevere +-24 kHz rispetto allafrequenza del quarzo.

In effetti sdradio e in grado diricevere una banda passante da0 a 48 kHz con continuità o 0-96kHz con una scheda sonora a 24bit.

Per un attimo pensate ad unamedia frequenza larga 48 kHzed un BFO variabile centrato a24 kHz con la possibilità di varia-re la frequenza di +- 24 kHz: va-riando la frequenza del BFO sa-remo in grado di demodularetutti i segnali presenti in ingressodella media frequenza.

Sfruttando questo principio orae facile costruire un VCO aggan-ciato in fase con passi da 50 kHz,

e per la sintonia fine sfruttare ildds interno della scheda sonora.

In fig. 3 e rappresentato loschema di questo VCO che noné proprio convenzionale, infattiper semplificare ho cercato di di-gitalizzare il più possibile per ri-durre sia il numero di circuitioscillanti, sia fili percorsi da ra-diofrequenza collegati a com-mutatori. Si fa uso di un commu-tatore digitale a porte logiche edue divisori che saranno abilitatisolo quando necessario per evi-tare spurie. Questo effetto é otte-nuto con due diodi i quali tengo-no inibiti i divisori quando noninteressati.

L’oscillatore funziona su duebande da 60 a 44 e da 44 a 28MHz tramite un relè miniaturacomandato dal commutatore digamma; la bobina L1 viene postain parallelo a L2 per coprire labanda alta e risulta normalmentecortocircuitata per evitare falsiaccoppiamenti.

Inviando queste frequenze allosfasatore che divide per 2, otte-niamo le prime due bande di ri-cezione da 30 MHz a 22 MHz eda 22 MHz a 14 MHz. Se inveceprima di mandare il segnale allosfasatore dividiamo per due tra-mite U3A otteniamo altre duebande 15 MHz a 11 MHz e 11MHz a 7MHz e abilitando ancheU3b le ultime due bande 7,5-5,5e 5,5-3,5 MHz.

Per quanto riguarda il PLL, houtilizzato un vecchio progettopubblicato su radio handbooknegli anni 70 e che avevo già uti-lizzato con successo su un miovecchio ricevitore: é semplice eper niente critico nell’aggancio.

La frequenza di riferimento eottenuta da un quarzo a 4MHzdiviso per 8 da un 7493 e poi di-visa per due e infine per 5 sinoad ottenere un segnale a 50Khzasimmetrico, più adatto all’ag-gancio alle frequenze più alte(per agganciare a 30 MHz vienesfruttata la seicentesima armoni-ca).

Per la taratura di questo stadiouna volta accertato che il VCOfunziona, portare CM1 nellabanda 14-22 MHz, posizionarecp1 cp2 a meta corsa e regolarerv1 sino ad avere 2v ai suoi capi.

Interno

14 RAD10-2006Rke 10/2006

Posizionare PT1 sino a leggere 2v sul cursore, agire ora sul nu-cleo della bobina L2 sino a leg-gere sul frequenzimetro 28 MHz.Ora portare il PT1 dalla parte op-

posta e agire su cp2 sino ad otte-nere 44 MHz, ripetere diversevolte affinché gli estremi comba-cino con le due frequenze men-zionate ed eventualmente agiresu rv1.

Completata questa proceduraportare CM1 nella posizione22-30 e agire su L1 sino ad otte-nere 44 MHz e cp1 per leggere60 MHz. Anche qui ripetere piùvolte questa operazione senzapiù toccare RV1. Ottenuto ciò,anche le altre 4 gamme sarannotarate.

Affinché tutta la parte digitale

funzioni regolarmente, regolareRV2 alla massima frequenza sinoad ottenere la prima divisioneper due (uscita per il frequenzi-metro) stabile e senza incertez-za.

Per tarare il PLL staccare mo-mentaneamente il segnale delVCO, regolare RV3 sino ad averesul collettore di TR1 6 volt, rein-serire il segnale a 30 MHz e veri-ficare che il segnale rimanga ag-ganciato per non oltre 50 kHz, al-trimenti agire sul valore di C3.

In fig. 4 e rappresentato loschema del preselettore, esso

Elenco componenti preselettore

R1 = R2 = 47KR3 = 100KR4 = 220R5 = R6 = 10KR7 = 100R8 = 22KR9 = 330R10 = 33PT1 = 10KRV1 = 5KC1 = 2,2kC2 = C9 = C10 = C11 = 100kC3 = 2,2kC4 = 470C5 = C6 = C7 = 10kC8 = 100pC12 =100�FRLA = relè miniatura doppio scambio12v.RLB = relè miniatura doppio scambio12v.CP1-CP6 = 3-30DV1-DV2 = BB112 (25-500pF-12v)D1-D4 = 1N914FT1-FT2 = BF245TR1 = 2N3866L1-L1A = 50 sp. diam.16mm link 3sp.filo 0.8 mmL2-L2A = 12 sp. diam.16mm link 2 sp.filo 0.8 mmL3-L3A = 5 sp. diam.16mm spaziatelink 2 sp. filo 0.8 mmT1 nucleo a binocolo 8 spire avv.bifila-re

Fig. 4

RAD10-2006 15Rke 10/2006

copre lo spettro da 3.5 a 30 MHzutilizzando 6 circuiti accordatidue per ogni bibanda.

In questi tipi di ricevitori l’usodel preselettore é consigliato an-che se nei moderni ricevitori nonesiste più la necessità di filtrarein modo selettivo, dato che la pri-ma media frequenza di solito e a40 o 70 MHz e quindi é sufficien-te un filtro passa basso a 30 MHzper eliminare la frequenza im-magine. Qui é necessario perdue motivi: il primo per ridurre ilpiù possibile la possibilità di in-termodulazione da parte di se-gnali forti adiacenti, senza ricor-rere a mixer particolari e per evi-tare che armoniche dell’oscillato-re locale generino, con i segnaliprovenienti dall’antenna, segna-li spuri. Questi mixer sono daconsiderassi armonici perché pi-lotati da onde quadre, poiché learmoniche non sono più in rela-zione di fase di 90 gradi tra loro,anche la frequenze immaginenon viene più attenuata e contri-buisce a creare ulteriori spurie.

Come si vede dalle fotografieho utilizzato per le bobine tuboper impianti elettrici e relativisupporti di fissaggio a muro, peri nuclei ho utilizzato barrette diferrixscube per radio OM, cheho tagliato con il flessibile dellalunghezza di 3 cm cadauna. Il ta-glio é netto se si ha l’avvertenzadi girare intorno alla barrettaproducendo una piccola scana-latura: in un attimo si spezzerà.Una volta tagliato il nucleo biso-gna incollarlo con colla a caldosu una vite a testa svasata, con ildiametro uguale nucleo.

Il preselettore risulta molto arti-gianale per i materiali utilizzati,ma i grafici eseguiti all’analizza-tore di spettro (vedi 3 foto a fondopagina) confermano la buonaselettività raggiunta.

Dal momento che i due circuitiaccordati risultano accoppiativolutamente solo attraverso lecapacità residue dei relè, risultanecessario amplificare con uncascode a FET. All’uscita di que-sto stadio il segnale risulta ampli-ficato di soli 5 dB, perciò ho op-tato per un ulteriore stadio a lar-ga banda con un 2N3866 edequalizzato tramite il condensa-tore da 100 pF sull’emettitore percompensare le perdite di guada-gno nella banda 15-30 MHz. Unsuggerimento per chi si accingea costruire questo preselettore:non sempre c’è bisogno di gua-dagnare, perciò sarebbe beneinserire lo stadio amplificatore alarga banda tramite un relè mi-niatura doppio scambio.

Per la taratura del preselettore,portare tutti i trimmer a metà cor-sa, commutare CM1 in banda3,5 MHz, regolare RV1 sino adavere 2 volt, girare PT1 sino adavere sul cursore la tensionemenzionata prima e con un ge-neratore mandare un segnale a3,5 MHz. Agire sul nucleo di L1 eL1A, per il massimo segnale,spostare il generatore a 7.5 MHze agire su cp1 e cp1a sempre

per il massimo. Ripetere varievolte sino ad avere gli estremiche combaciano. Anche in que-sto caso aiutatevi con RV1. Pertutte le altre bande non va piùtoccato. Procedere nello stessomodo per le altre due bandecioè 7-15 e 14-30 MHz.

Siamo ora arrivati all’ultimo sta-dio (fig. 5): il mixer, anzi i due mi-xer. Per ottenere la soppressionedella banda laterale abbiamo bi-sogno di due mixer identici. Èstato utilizzato una versione Hmode semplificato che si e dimo-strato ottimo anche con segnaliforti.

Come anticipato lo sfasatore édiverso dai soliti, infatti é possibi-le sfasare di 90 gradi utilizzandouna frequenza doppia e man-dando il segnale a due divisoricon l’avvertenza di sfasarne unodi 180 gradi rispetto all’altro. Af-finché i due segnali mantenganolo stesso ritardo ho utilizzato un74HC86, una porta configuratacome non invertente e l’altracome invertente. Con questa so-luzione si evita di generare se-gnali a 120 MHz e di utilizzaredivisori veloci di non facile repe-ribilità.

16 RAD10-2006Rke 10/2006

Il circuito formato da U4D ha ilcompito di sincronizzare il se-condo divisore per mantenere lequattro fasi nella giusta sequen-za .

All’uscita del mixer come am-plificatore di BF é stato utilizzatoun transistor per RF, un BF199che é risultato meno rumoroso ri-spetto ad operazionali e dal mo-mento che come scheda sonorautilizzeremo quelle presente sulPC, notoriamente rumorose dioltre 10-15 dB rispetto a schedeprofessionali quali la delta 44(consigliata peraltro anche dalRTX SDR1000), é doveroso en-trare nel PC con il miglior rap-porto S/N per ricevere segnalidell’ordine di 0,5 �V. In fig.6 vie-ne evidenziato la differenza dirumore tra alcune schede sono-re.

Da prove fatte, iniettando unsegnale RF nel mixer con unoperazionale LF256 che é consi-derato discreto, non sono stato ingrado di discriminare un segna-le di 3 �V, invece con il comunis-simo bf199 il segnale di 1 �V eraancora ricevibile.

Unica taratura nel mixer, iltrimmer presente sul segnale I varegolato affinché le due uscitesiano il più possibile uguali traloro. Ci penseranno poi i coman-di software di SDRadio 99 ad otti-mizzare i segnali per la massimaattenuazione della banda latera-le.

Da quando ho cominciato acostruire il ricevitore al momentodella stesura di questo scrittosono comparsi su Internet altriprogrammi per ricevere con lascheda sonora. Ne cito alcuni

Elenco componenti mixer

R1 = R2 = R3 = 2,2kR4 = 220R5 = 1kR6 = 220kR7 = 10kR8 = 5,6kR9 = R10 = 100R11= 10 kRV1 = 22 kC1 = 10�FC2=C5 = C6 = C7 = C8 = C9 = C10= C13 = C14 = C15 = C16 = 100kC3 = C4 = 2,2kC11 = 10�FC12 = 47�FTR1-TR2 = BF199U1-U2 = 74HC4066U3 = 74HC74U4 = 74HC86U5 = 78L05S1 = Interrutore o ponticelloT1-T2 = nucleo a binocolo8 spire avv.trif.filo 0,3mm

Fig. 5

RAD10-2006 17Rke 10/2006

così é possibile fare paragoni escegliere il più adatto alle vostreesigenze: il precursore I2PHD hacreato ora Winradio, program-ma ottimizzato per segnali via“EME”.

Altri due programmi moltosemplici da utilizzare sono quel-lo dell’australiano VE3NEA e diG0NMK che hanno la particola-rità di sopprimere la frequenzaimmagine in modo automaticonella banda 0-50 kHz ed è possi-bile visualizzare su un grafico glierrori di fase e di ampiezza nellospettro menzionato.

Questa caratteristica è impor-tante perché con altri programmiquando si annulla l’immagine aduna determinata frequenza ,ri-compare seppur attenuata spo-standosi di una decina di kHz.

Altro ottimo software quello delRTX SDR1000, powersdr, il qua-le ha implementato anche la pos-sibilità di ricevere con IF variabi-le settando da menu “SOFTROCK40".

In fig.7-8-9-10 compaiono leschermate iniziali dei programmie con questo indirizzo “www.sdradio.org/”avete la possibilitàdi scaricarli. Questi programmihanno menù per settarli: la rego-la generale e posizionare i co-mandi soft al centro, portarsi a 30MHz e regolare RV1 sul mixer eRV2 sul VCO per la massima at-tenuazione della frequenza im-magine e poi agire sui comandipresenti sui programmi. Convie-ne utilizzare un generatore di se-gnali non modulato perché suisegnali ricevuti e più difficile vi-sual izzare l ’annul lamentodell’immagine. Inoltre se la de-modulazione dei segnali SSB einvertita rispetto alla norma, agi-re su S1.

Buon ascolto e alla prossimacon un transceiver sdr QRP allmode.

Fig. 8

Fig. 9

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 10