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sábado, 14 de junio de 2014

Hagalo usted mismo:  Antena de Loop Magnetico


Una antena economica, facil de armar y descomplicada de operar que con muy pocos elementos caseros dara un excelente desempeño


Toda señal de radio esta compuesta por un componente (campo) electrico y un componente (campo) magnetico, la magnitud del campo electrico de una señal de radio es mayor que la del campo magnetico, sin embargo, la mayor cantidad de ruido que un radio capta es del tipo electrico, lo que significa que una señal debil facilmente es “borrada” por el ruido electrico (quien no ha sufrido cuando encienden un motor, transformadores electricos, bombillos ahorradores, PC, cable-modems, etc.). ejemplos de antenas que captan la componente electrica son: todas las antenas verticales, dipolos, hilos largos, yagi, log.

La atencion se centra entonces en tratar de captar SOLO la componente magnetica de la señal de radio.

La antena Loop Magentico es una antena que capta solo el campo magnetico de una señal de radio, lo que garantiza que muchos de los ruidos de tipo electrico no sean captados, eso significa inmunidad a estos ruidos, por eso su nombre: Magnetico.

Adicionalmente el Loop Magnetico posee un alto grado de directividad, de esta manera es posible cancelar señales indeseadas simplemente girando la antena sobre su propio eje.

El Loop Magnetico no requiere altura, ni ubicación aislada, la que empleo incluso esta sobre la misma mesa en que tengo el radio, dentro de casa.

Como es la antena?   

La antena Loop Magnetica no es otra cosa mas que un circuito tanque o sintonizado, compuesto por una bobina principal (loop ó bucle) y un condensador variable, ambos conectados en paralelo. La señal de radio captada y sintonizada por este duo se transfiere magneticamente sobre una segunda bobina (bobina captora ó captadora) que lleva esta señal al radio, Ver fig.1.

Diagrama de conexiones y ubicacion de elementos de la antena Loop Magnetico
Fig. 1
Construccion:

En la practica, las bobinas (principal y captora) se elaboran haciendo un aro en alambre (cobre) calibre 10 awg.  sin unir ni soldar los dos extremos del aro, ademas no importa si el alambre tiene o no funda de aislamiento plastico. 

La bobina captora se ubica dentro del circulo formado por la bobina principal, todo el conjunto se puede sostener en un soporte no metalico (madera, pvc, etc.) en posicion vertical, ver Fig. 2.




Apariencia fisica de la antena, la bobina captora debe estar en el sitio opuesto (180º) al condensador variable (base)
Fig. 2

La longitud del alambre para hacer la bobina principal, es de 2,50 mts, que al moldear para formar un circulo, se convierte en un aro de 80 cms de diametro. La longitud del alambre para la bobina captora es de 50 cms lo que se convierte en un aro de 16 cms de diametro. Aquí un dato importante: “el diametro de la bobina captora siempre debe ser 1/5 del diametro de la bobina principal”.

La extremos de la bobina principal se soldan al condensador varible (500pF) formando un ciruito en paralelo, ver fig. 3.


Un extremo de la bobina principal se solda a un terminal del condensador, de igual forma el otro extremo al otro terminal del condensador 
Fig. 3

Los extremos de la bobina captora se soldan al cable coaxial (50 Ohms) que va conectado a los terminales de antena del radio, ver Fig. 3.

Importante: “la bobina captora siempre se ubica en el sitio opuesto al sitio donde se conectan la bobina principal y el condensador

Conexion del cable coaxial a la bobina captora que en este caso es un trozo de tubo de cobre para freno de autos,  pese a usar un conector RCA las perdidas resultan despreciables
Fig. 3
  
Operación: 

Solo basta girar el mando del condensador variable hasta observar/obtener la maxima señal en el radio, es posible aumentar aún mas la señal, si se gira la antena sobre su eje, buscando orientar la antena hacia el sitio emisor, eso es todo.

Cada vez que se cambie de frecuencia, cambios mayores a 100 Khz, hay necesidad de reajustar el control del condensador (re-sintonizar) con el fin de obtener la maxima señal recibida.

Observaciones:

La antena presenta una baja impedancia de salida (50 Ohms aprox.) por lo que no hay necesidad de usar acopladores ni balun ninguno, se puede conectar directamente al radio.

La calidad del audio captado es muy superior (mas limpio y silencioso) al que se escucha cuando se capta el campo electrico, sin embargo su magnitud es ligeramente inferior.

La antena con estas dimensiones fisicas es capaz de resonar 100% desde 4Mhz hasta 24Mhz, sin embargo, si se adiciona un condensador de valor fijo (entre 400pF y 600pF) conectandolo en paralelo con el duo bobina principal+condensador variable, la antena sera capaz de sintonizar señales desde 2 Mhz pero, se reducira la frecuencia maxima que puede sintonizar (5Mhz), ver Fig. 4.

Al añadir mas condensadores a la antena el rango de cobertura se desplaza hacia frecuencias mas bajas
Fig. 4

El ajuste (sintonia) de la antena a cualquier frecuencia se debe hacer de manera lenta para poder determinar exactamente el sitio donde mejor se acopla una señal.

Es posible elaborar un sistema motorizado para controlar el giro del control del condensador de manera remota, pensando en montar la antena alejada de nosotros, pero con el fin de hacer simple la operación y no habiendo necesidad imperiosa de montar la antena en el exterior, no se uso.

El presente diseño es optimo SOLO para recepcion, para transmitir hay que emplear condensadores que soporten altos voltajes y reforzar todas las conexiones.

Llevo usando este tipo de antena por mas de 15 años y debo confesar que siempre me sorprende agradablemente a pesar de su apariencia rustica y emplear materiales de reciclaje.




Corto video mostrando como sintonizar a una frecuencia en particular y orientar la antena para mejorar el nivel de la señal.

viernes, 10 de enero de 2014

El Sol y la Propagacion de señales de radio


INFLUENCIA DEL SOL SOBRE LA IONOSFERA



Si se quiere tener una buena estimación del estado de la ionosfera y de la propagación de señales de radio, siempre se debe observar el comportamiento del sol, sus niveles de radiación electromagnética (rayos X, UV, etc.), la emisión de partículas (protones, CME, Viento solar, CH), así como también, el estado del campo magnético terrestre (campo magnético).

Hoy en día existen los medios y agencias que de manera gratuita suministran estas informaciones basándose en sensores satelitales que nos permiten tener en tiempo real las mediciones de estos fenómenos.

Constitución y propiedades de la ionosfera
El sol es una fuente de radiación electromagnética, esta radiación abarca longitudes de onda que van desde las ondas de radio, la luz infra-roja, luz visible, rayos ultravioleta, rayos X y mas allá.


En general la mayor radiación llegara sobre la cara iluminada de la tierra, es decir donde es de día, en particular, la radiación ultravioleta al llegar a las capas superiores de la atmósfera y debido a procesos térmicos (foto-ionización), interactúa con algunos elementos de estas capas, formando una capa ionizada llamada: Ionosfera.

La ionosfera por sus características eléctricas es un medio que permite el paso, absorción, o refracción de señales de radio que llegan a ella, esto quiere decir, que según sea el estado de la ionosfera, se afecta la propagación de señales de radio a través de ella, abarcando señales desde las extremadamente bajas frecuencias (ELF) hasta las extremadamente altas frecuencias (EHF). 

Dependiendo de la hora del día, la ionosfera tendrá diversas capas: durante el día: D, E, F1, y F2, durante la noche únicamente: E y F.


Para frecuencias por debajo de 30Mhz la ionosfera actúa como un potente reflector que devuelve hacia la tierra las señales de radio que a ella llegan, permitiendo radio-comunicaciones entre puntos distantes miles de kilómetros entre sí. 

Por encima de 30Mhz, las señales de radio usualmente penetran la ionosfera y siguen su camino hacia el espacio exterior, por este motivo estas frecuencias son útiles para comunicaciones entre la tierra y satélites o naves espaciales.


A-  La señal de radio atraviesa la ionosfera hacia el espacio exterior.

B-  La señal es absorbida por la ionosfera.

C-  La señal sufre de dispersión por irregularidades en la ionosfera.

D-  La señal es  refractada y enviada hacia la tierra.




Actividad solar

Cierta fenómenos o actividad solar afecta la ionosfera, el grado de afectacion dependera de la magnitud de esta actividad, así como también, si la actividad (radiación, etc.) al salir del sol parte con dirección hacia la tierra.

Actividades solares como: Erupciones o Llamaradas solares, Eyecciones de Masa Coronal (CME), Hueco Coronal  (CH), ó el viento solar, son las que mas afectan la ionosfera.
           

Llamaradas o Erupciones  Solares (Solar Flares)
Una erupción solar es la liberación súbita de energía por el sol, esta liberación se manifiesta como un aumento en la radiación electromagnética, es decir aumento de rayos X, rayos ultravioleta, rayos Gamma, etc. que son lanzados hacia el espacio. Hay mayor ocurrencia de erupciones solares en periodos de máximo solar (alta actividad solar) que durante periodos de mínimo solar. 

Consecuencias de una erupción solar
El aumento en los niveles de rayos X (producidos por la radiación electromagnética) sobre la tierra (llegan 8.3 minutos después de una erupción), provocan una súbita ionización (o aumento en la densidad) de la capa F lo que implica una mayor refracción de señales de radio para las frecuencias de HF incluso VHF (es decir habrá buena propagación), sin embargo, estos rayos X también hacen que la capa D se ionize (se vuelve más densa), bloqueando (absorción) el paso de algunas frecuencias de radio hacia la(s) capa(s) F (mala propagación), a esto se da el nombre de Radio BlackOut.  Los blackout solo se presentan y afectan la cara iluminada de la tierra, es decir, donde es de día.

Los efectos sobre las señales de radio son:  mejoramiento en las comunicaciones en muy bajas frecuencias (VLF) en especial cuando hay erupciones de categoría M y X.

En LF, MF, y HF el efecto es nocivo, se aprecia como una mayor atenuación de las señales, aumento del ruido y del QSB, en particular en las frecuencias bajas de HF (apróx. hasta banda de 40 mts). Este efecto se conoce como desvanecimiento de onda corta (SWF - Short Wave Fadeout).

Los desvanecimientos en su mayoría tienen un inicio rápido (unos pocos minutos luego del evento) y una disminución más lenta, además las frecuencias más altas de HF rara vez se ven afectadas y de serlo (blackout severo) son las primeras en recuperarse.

El bloqueo puede durar desde algunos minutos hasta horas, dependiendo de la magnitud de los rayos X.
Una característica importante de los SWF es que la comunicación en HF se vera afectada sólo si la señal recorre algún punto de refracción ionosferica en el hemisferio iluminado. No hay efecto si todos los puntos de refracción se encuentran en el hemisferio nocturno (la capa D es muy débil en la noche).  

Otro tipo de perturbación originada por el incremento de rayos X, es el súbito disturbio ionosférico (SID), esta perturbacion suele ocurrir luego de llamaradas categoría X,  en las que se ven afectadas principalmente las frecuencias bajas de HF, y pueden ocurrir al atardecer o anochecer; Según la magnitud de la llamarada (X##) y cantidad de las mismas puede afectar frecuencias mas altas en HF. Se efecto se siente como una mayor atenuación de las señales recibidas.

Resumiendo:  altos índices de Rayos X ó de llamaradas solares significan bloqueos en la capa D, por ello  las señales de HF no pueden llegar a la capa F (radio Black-out), la afectacion inicia por las frecuencias bajas de HF y aumentara dependiendo de la magnitud de la perturbación, generalmente solo se presenta en la cara iluminada de la tierra.

Efectos por partículas energéticas (Protones)
Otro tipo de emisión solar hacia el espacio es la eyección de partículas energéticas constituidas por protones de alta energía y electrones. A los protones les toma horas ó incluso días llegar a la tierra luego del evento.
Cuando estos protones de alta energía alcanzan las capas superiores de la atmósfera cerca de los polos magnéticos, ocasiona que las capas D y E sobre las dos regiones polares de la tierra se ionizen fuertemente, es decir aumenten su densidad, ocasionando una severa absorción de señales de radio tanto en HF como en VHF, a esto se le conoce como evento PCA (Polar Cap Absorption), e impiden cualquier propagación de señales de radio.

 Perturbacion originada por aumento en el flujo de protones, categoria Menor, medicion 8.9E+1, los polos acusan una atenuacion superior a 25 dB en frecuencias hasta 10 Mhz !! 

Estas perturbaciones pueden durar días o semanas  dependiendo del tamaño de la erupción y que tanta influencia magnética logren ejercer sobre la tierra.

En HF sus efectos son altamente perjudiciales pues imposibilitan la propagación de señales de radio, a la vez que pueden causar daños en satélites.

Resumiendo: Altos índices de protones significan muy mala propagación de señales en HF en cualquier rango.

Efectos de Tormentas Geomagnéticas
Las eyecciones de masas coronales (CME) son grandes nubes de plasma (gases ionizados) que el sol lanza hacia el espacio. Estas nubes de plasma contienen altas concentraciones de protones, electrones, neutrinos, y suelen tomar 2 o más días en llegar a la tierra.

Las CME viajan por el espacio gracias al viento solar, y si parten con dirección hacia la tierra, pueden provocar una gran perturbación de todo el campo magnético terrestre, a esto suceso se le conoce como una tormenta geomagnética.

Durante una tormenta geomagnética, y dependiendo de su magnitud, la capa F2 puede volverse inestable, fragmentarse ó peor aun, desaparecer.




Para medir el estado del campo geomagnético se emplean los índices A y K. Cuando el valor del índice A es igual o mayor a 29 se dice que hay una tormenta geomagnética.


 
El índice Kp: es un índice planetario tomado cada 3 horas que indica la actividad geomagnética expresada en unidades logarítmicas en una escala que va desde 0 (calmado) hasta 9 (perturbacion severa).

El índice Ap: es un índice planetario diario tomado a partir de 8 mediciones del índice Kp, se expresa en unidades lineales que van desde 0 hasta 400.

Resumiendo:  Altos valores de los índices A y K significan mala propagación.

Otro tipo de actividad solar es el hueco coronal (CH Coronal Hole), el CH produce un frente de viento solar de alta velocidad con alto contenido de protones, este fenómeno también puede afectar el campo magnético terrestre dando origen a tormentas geomagnéticas y perturbaciones ionosfericas, especialmente en latitudes polares. .

El Indice de Flujo Solar (SFI - Solar Flux index) - Numero de Manchas Solares (SSN)
Ya se ha dicho que la principal fuente de electrones en la ionosfera se debe a la radiación ultravioleta (UV) proveniente del sol. Desafortunadamente en la actualidad la información en tiempo real del flujo de radiación UV no está disponible, para solventar ésto, existen dos parámetros que se usan para estimar el nivel de ionización: el índice del flujo solar (SFI) y el número de manchas solares (SSN).

El índice del flujo solar (SFI) mide la intensidad en las emisiones de radio desde el sol (ruido) en la longitud de onda de 10.7cm (2800 Mhz).

El numero de manchas solares (SSN) indica la cantidad de manchas solares diarias y en grupo, que se cuentan a parir de observaciones visuales.

Ambos parámetros guardan cierta relación con el nivel de ionización en las capas D y F, sin embargo hay que recordar siempre que la ionización depende primeramente de los niveles de rayos X y protones, además las variaciones diarias de SSN y de SFI no siempre están asociadas con cambios en la ionosfera.

La real utilidad del SFI y el SSN radica en que sirven para indicar la tendencia, de esta manera, si los índices SFI  y SSN  permanecen altos algunos días, se pueden esperar altos valores de MUF, pero también una mayor absorción.

El SFI tiene relación directa con el numero promedio de manchas solares (SSN Smoothed Sunspot Number) ya que a mayor incidencia mejora la posibilidad de propagación, existe una relación matemática entre as dos:


     
Durante los máximos solares (alta actividad solar) se obtienen altos valores de SFI.

Resumiendo:  Cuanto mayor sean los índices SFI y SSN mejores las posibilidades de buena propagación.

Finalmente, como la ionosfera (así mismo la propagación), es alterada por fenómenos naturales cuya suceso no sigue u obedece ningún patrón predefinido, es imposible preveer o anticipar el comportamiento real de ella, lo mejor y mas practico es analizar las mediciones en tiempo real que arrojan los sensores, y así conocer como se esta comportando la ionosfera para sacar mejor provecho de ella.



sábado, 9 de noviembre de 2013

Hagalo usted mismo: SDR - Icom 706mkIIg - Panadapter

Una manera muy barata de construir su propio SDR de altas prestaciones usando el 706mkIIg y el dongle RTL-SDR.


Si usted tiene un radio receptor o transceptor de onda corta, en este caso se utilizo un Icom 706mkIIg, conozca esta manera facil y de bajo costo para armar su propio receptor SDR de desempeño igual o superior a los SDR comerciales sin hacer ninguna modificacion al radio, solo soldando un simple cable en su interior.

Dentro de las caracteristicas que tendra, estan la capacidad para captar señales desde 30Khz hasta 2Ghz, habilidad para observar  en una sola panoramica toda actividad radial hasta 3Mhz de ancho de banda  (si, leyo bien 3Mhz !! esta es la funcion de un adaptador panoramico o panadapter), este ancho de banda se puede variar a voluntad, ademas de todas las funciones que un receptor SDR permite.


Fig. 1 Panoramica de 3Mhz, en la imagen se ve toda actividad desde 4.8Mhz hasta 7.8 Mhz (bandas de 60, 49 y 40/41 mts) captadas al mismo tiempo, cada pico es una emisora, es posibe variar el ancho de banda para una observacion mas en detalle, todo el conjunto puede ser grabado para posterior escucha o analisis

Adicionalmente al radio, se emplea el popular dongle para DVB-T (recepcion de television digital terrestre) conocido como RTL-SDR, su aspecto fisico es similar a una memoria usb (el dongle se puede comprar por internet USD$10 via e-bay, el mio fue un obsequio, gracias Jose San Nicolas), como es de suponer todo el conjunto se opera desde un PC que contiene un software, utilice el HDSDR para la operacion SDR propiamente (es gratuito, gracias Mario Taeubel). 

Una posibilidad que trae ventajas adicionales es la inclusion de la interface para sintonia remota del radio (CT-17) uno mismo la puede armar y sale mas barata (aqui el diagrama). Como el HDSDR permite el control del radio a traves de esta interface, se puede tener una operacion totalmente centralizada en un solo software, sin necesidad de ejecutar mas programas o quitar los ojos de la pantalla.


Teoria


Fig. 2 Diagrama en bloques del proyecto

Siguiendo el diagrama de arriba, basicamente se trata de tomar la señal de la 1era. Frecuencia Intermedia (I.F.) del radio (69.0115 Mhz) y enviarla mediante un cable a la entrada de antena del dongle RTL-SDR cuya frecuencia minima de recepcion es de 62 Mhz (esta cifra varia segun el modelo, en general cuanto menor la cifra mejor), de esta manera la señal de IF del radio sera perfectamente reconocida y procesada por el dongle.

En el dongle se efectua el procesamiento de la señal (conversion en frecuencia y A/D) y entrega la informacion al pc via puerto usb. En el PC mediante el software HDSDR efectuamos las ajustes segun lo que se quiera escuchar y/o recibir.  

El intercambio de informacion (lectura y cambios de frecuencia, modos, etc.) entre el HDSDR y el radio se hacen mediante la interface CT-17. 

Finalmente, la salida de audio puede ser enviada a cualquier software de decodificacion para su respectiva interpretacion o analisis ( voz, imagen, FSK, PSK, MFSK, etc.).

 
Toma de señal

Lo unico que debemos hacer en el radio es soldar un simple cable, buscar en el diagrama del radio el sitio donde se encuentra el 1er. filtro de frecuencia intermedia (1IF), este filtro suele tener un cristal de cuarzo (xtal), el cable se debe soldar ANTES del xtal. Ver Fig. 3, 4, y 5. 



Fig. 3 Diagrama del plano MAIN2 del radio con la ubicacion del sitio donde soldar el cable (linea roja)


Fig. 4 El circulo rojo indica el sitio donde se solda el cable, abrir la tapa superior del radio para esta labor


Fig. 5 Detalle del sitio donde se solda el cable, es en la union del condensador C512 y la bobina L511, emplear cable coaxial delgado, la malla se solda al chasis (tierra) para mayor blindaje

El cable es sacado por la parte inferior de radio hacia el dongle SDR-RTL. 


Fig. 6 Se inserta un filtro de linea (balun) al cable para evitar interferencias

El otro extremo del cable se solda a un conector que va a la entrada de antena del dongle SDR-RTL. El dongle se puede meter en una pequeña caja plastica para mayor proteccion fisica y mejorar la apariencia estetica del conjunto.


Fig. 7 Se agrego un conector BNC por donde ingresa la IF del radio, lo mismo un interruptor para apagado del dongle

Aspecto fisico final, solo restan los ajustes de software antes de entrar en operacion.


Fig. 8 A la izq. el dongle SDR-RTL en su caja, a la der. el ic-706mkIIg 


Instalacion y ajustes software

Aunque al comienzo se comento, el software HSDR se descarga aqui, asi mismo para que el dongle trabaje adecuadamente es necesario instalarlo, explicado aqui.

Una vez soldado el cable e instalado el software, es momento de definir como debe operar el HDSDR, es decir, el dongle SDR-RTL va a recibir unas señales en 69 Mhz (la IF que viene del radio) las va a procesar y las envia por el puerto usb, este ajuste se hace pulsando F7 y luego tomar la opcion "RF Front-End.." y escoger la opcion 2 ("SDR on IF output...") (ver Fig. 9).


Fig. 9 Se escoge la 2da. opcion donde se define que la señal viene de una IF y en que frecuencia

De igual manera, para conocer las frecuencias reales que el radio capta se deben leer directamente desde radio mediante la interface CT-17, este ajuste se hace pulsando F7 (Options). ver Fig. 10. Por esta razon las frecuencias que muestra el HDSDR son las reales y no la IF.
Fig. 10 Se define que hay una conexion serial con el radio para el intercambio de informacion con el HDSDR


Operacion

El manejo del sistema es muy amigable y se efectua en su totalidad desde el software HDSDR, luego de iniciar el programa basta dar F2 ("Start") para empezar a ver las señales en la cascada (waterfall), asi como tambien escucharlas.

Si se desea aumentar o disminuir el ancho de banda que se va a cubrir (hasta 3 Mhz) dar click izquierdo sobre el boton "ExtIO", aparecera una ventana para ajuste del SDR-RTL, el campo "Sample Rate" permite establecer el ancho de banda. Ver Fig. 11  



Fig. 11 Detalle de las opciones de ancho de banda que mostrara la cascada (waterfall), ademas se puede ajustar tambien la ganancia RF y tamaño de memoria del dongle

Lo demas es la  normal operacion del HDSDR, para quien sea nuevo en esto no le tomara mas de 1 hora familiarizarse con todo su funcionamiento.


Operacion sin el CT-17 

Nuestro proyecto funciona perfectamente como un panadapter (hasta 3 Mhz) en la situacion de no utilizar la interface para operacion remota (CT-17), en este caso solo basta ajustar el HDSDR escogiendo la 1er. opcion como lo indica la Fig. 12, ademas se sintoniza el HDSDR en la frecuencia de la 1er. IF del receptor (69 Mhz o segun el radio), la frecuencia real que se escucha se debe consultar en el dial del radio, asi mismo cambios de frecuencia mayores a 3 Mhz se hacen directamente desde el dial del radio.



Fig. 12 Sin la interface para control remoto (CAT) el HDSDR no muestra la frecuencia real, se debe sintonizar la frecuencia de la IF que viene del radio (69 Mhz) alli aparecen todas las señales que el radio capta.


Otros modelos, otras marcas

El proyecto tambien se puede aplicar a otras marcas de radio y modelos, lo importante es tomar la señal ANTES del 1er. IF, y que la frecuencia minima de recepcion del dongle sea inferior a la del 1er. IF. Busque esta informacion por internet segun la marca y modelo que se tenga.


Consideraciones

- Este proyecto es UNICAMENTE para RECEPCION (RX), NO para TRANSMITIR (TX) !

- El proyecto tambien funciona satisfactoriamente bajo el software SDR# ( o sdrsharp, igualmente gratuito) pero con limitaciones debidas propiamente al software (no lectura de frecuencia real desde el radio, filtros, etc.) .

- Es muy importante antes de adquirir el dongle, verificar que use el circuito integrado Realtek RTL-2832U, el dongle con este c.i. es muy popular y se le encuentra facilmente.

- Antes de efectuar la soldadura, identifique bien el sitio donde se debe realizar. 

- Como estamos "robando" señal al radio, los restantes circuitos del radio pueden notar una señal mas atenuada a la que realmente se recibe, este fenomeno desaparece totalmente si desoldamos el cable. 

- El autor no se hace responsable por daños, interferencias, o lesiones que se originen por desconocimiento, impericia, o daños al efectuar la soldadura y operacion del presente proyecto.


Se puede observar señales muy bajas incluso al nivel del ruido, en la imagen una señal Mil-Std 188-203 Link 11 (militar OTAN)


Conclusion

No quiero pasar de poco modesto pero el sistema se desempeña muy bien y me a dado grandes y agradables sorpresas, incluso aprendi observando la cascada (waterfall) a corregir si la antena esta ajustada a la frecuencia que escucho !!.

El concepto del sistema no es mio, su implementacion si, quizas se pueda mejorar, lo que me interesa es que sirva como motivacion a todos aquellos que desean hacer cosas por si mismos, ahorrando dinero en ello, y asi obtener la satisfaccion de sus propios logros.

sábado, 28 de enero de 2012

Hagalo usted mismo: Receptor SDR multibanda muy economico - Parte 1

La idea de armar su propio receptor SDR (Radio Definido por Software) para HF le parecera atractiva si todo lo que necesita es un pequeño receptor barato tipo portatil, que incluya algunas bandas de Onda Corta, un trozo de cable (20 cms.), un PC con tarjeta de sonido o audio, y el software para SDR (gratuito). Como resultado final obtendremos un receptor que nos permite captar simultaneamente diferentes tipos de modulacion y/o señales de radio presentes dentro de un ancho de banda (espectro de radio) que podremos escoger y variar a voluntad.  


Imagen real obtenida captando una señal desconocida entre dos emisoras en onda corta (HF)
El pequeño receptor sera del tipo portatil, aquel cuya marca resulta realmente desconocida, por lo general de origen chino y cuya mayor cualidad, aparte del bajo precio, es que se les puede encontrar hasta en droguerias de barrio y almacenes populares. (El mio costo col$15.000).

Pese a ser economico, el radio incluye un frecuencimetro digital y 8 bandas en Onda Corta
 De este receptor barato vamos a utilizar los circuitos que se encargan de sintonizar, amplificar, y mezclar las señales de radio (RF). En realidad todo esto lo hace un solo circuito integrado, interconectando pines de el mismo, sin embargo esto ya viene hecho de fabrica.

Todas los circuitos del radio residen en el pequeño rectangulo negro
Ahora bien, debemos encontrar el pin por el cual salen finalmente estas señales, el sitio justo es antes del transformador de frecuencia intermedia (IF) y/o del filtro de 455 Khz. Para ello deberemos primero observar la referencia del integrado y buscar su hoja de especificaciones (internet), donde nos diran cual es el pin por donde salen la señales de AM/FM FE o AM/FM IF OUT (el nombre varia segun el fabricante). En mi caso el integrado resulto ser un SONY ref. CXA1691BM y este su diagrama, la flecha en rojo indica donde se debe tomar la señal (pin 14).


Diagrama de un receptor tipico que emplea el CXA1691BM
Es aqui donde soldamos nuestro trozo de cable, abajo imagen del sitio fisico luego de efectuada la soldadura.

Es muy facil hallar el pin buscado y mas aun soldar el cable de color verde (dentro del circulo rojo)
El cable en su otro extremo se solda a un conector para audifonos (plug), de igual manera se soldara otro cable desde tierra (negativo) del radio a masa del mismo plug. El plug se conecta a la entrada de linea (Line IN) de la  tarjeta de sonido del PC. Tambien se puede emplear la entrada de microfono (MIC) pero en este caso hay que intercalar un condensador de bajo valor entre el cable que lleva nuestra señal y el plug o conector para que filtre posibles voltajes DC que pueda haber.

Cable rojo: antena, cable verde: señal hacia el PC, cable amarillo: masa o tierra hacia el PC, cable negro: alimentacion
Finalmente se ejecuta cualquier software gratuito para SDR (HDSDR, Winrad, SDR-Radio, kgksdr, SDRadio, SoDiRa, etc.) con todos los anteriores lo he probado y funciona perfectamente, me inclino por el HDSDR (http://www.hdsdr.de/) y el SDR-Radio (http://sdr-radio.com/Download/tabid/178/language/en-GB/Default.aspx del mismo que hizo el HRD) quizas mas por facilidades de operacion y agradable aspecto.

Operacion

 Señales de RTTY en 40 mts, el corrimiento se debe a variaciones de voltaje por mala calidad del adaptador de voltaje  
Es muy sencillo de operar: basta saber que la sintonia "gruesa", es decir el movernos entre frecuencias (mas alla de 48 Khz apartir de la frecuencia actual) y bandas se hara desde el mando de sintonia del receptor portatil, mientras que sintonia fina o seleccion de emisoras (dentro de los 48 Khz proximos), tipo de modulacion, ajuste de ancho de banda, volumen, filtros de audio, etc., se efectua desde el software.

Ahora usando el SDR-Radio, observe los filtros de audio en AM sincrona (Izq.)
Es obvio que un receptor SDR comercial cuyo modelo mas economico cuesta mas de US$500 ofrece mas refinamientos,  sin embargo nuestro pequeño no se queda atras en recepcion y nos permitira ademas de un contacto mas directo e inmediato con esta tecnologia, la satisfaccion y orgullo de haber sido construido por nosotros mismos. Recomiendo emplear una antena externa.


Aclaraciones y actualizaciones I

Para los mas tecnicos, el receptor se aproxima a un receptor de conversion directa donde la frecuencia resultante entre lo captado y el oscilador local (L.O.) es de 455 Khz. 

La marca y modelo del receptor portatil empleado fue solo por disponibilidad, pero cualquier otra marca y modelo en ese rango de precio dara identicos resultados (hice pruebas tambien con un sonivox ???, col$10.000, identico resultado). En pocas palabras servira un receptor sencillo y simple (barato) que brille por carencia de circuiteria elaborada y fina, la razon: esta austeridad hace muy facil obtener la señal a enviar al pc.


Si se va a usar la entrada al PC por MIC (microfono) hay necesidad de intercalar  un condensador (1nF a 10nF estara bien) entre el cable que viene del radio y la entrada de MIC del PC (en serie), de no hacerse solo veremos ruido y ninguna señal.

Hice pruebas con receptores de varias etapas de IF (frecuencia intermedia) y se logran buenos resultados, sin embargo es necesario efectuar ajustes al interior del radio, con el inconveniente de quedar modificado, lo que va en contravia a nuestra premisa: simplicidad, recordar que en un receptor cuantas mas etapas IF tenga, mas elaborado es, osea mas costoso.

Empleando el software SDR-Radio he logrado la decodificacion de algunos modos como psk-31, rtty, cw en forma directa, mediante grabacion y posterior reproduccion y con otro software: fax. 


Una interesante experiencia fue la captacion de señales DRM (Digital Radio Mondiale), pues el ancho de banda ajustable permite su recepcion sin ninguna modificacion adicional, sin embargo lograr su correcta decodificacion sera labor del interesado a esta modalidad, podra emplear para ello el software DREAM o el SoDiRa.



En la cascada (waterfall) se ven señal DRM (11 khz) y a su der. señal analoga de AM 
Hago enfasis en el empleo de una antena exterior (lo recomiendo), es la manera mas facil de aumentar la intensidad de las señales captadas, no recomiendo amplificadores, saturan al receptor. 

Para observar el desempeño de nuestro SDR aqui un par de videos,



La frecuencia en Khz que se esta sintonizando es igual al que indica el dial del receptor +455+el desplazamiento en el espectro.




Actualizaciones II

Luego de pruebas (tanteo y error) y escuchas, decidi convertir el radio barato en una especie de conejillo de indias, llegando finalmente a algunas resultados:

1.- Se puede mejorar el nivel de señal que se envia a la tarjeta de sondio si para ello  tomamos en exclusiva lo que sale del pin "AM/FM IF OUT" es decir evitamos "compartir" la señal con el resto de circuitos de FI (frecuencia intermedia) del radio.

2.- Como este tipo de radio no trae posibilidad de conexion de antena externa, y el uso de una resulta en una mejor capacidad de recepcion, para resolver esto se puede hacer una pequeña bobina con el cable que viene de la antena enrollandola bien alrededor del radio o de la antena telescopica, unas 5 a 10 vueltas alrededor de alguno de estos bastara.

Sin embargo existe otra posibilidad, y fue la que emplee, se solda el cable que viene de la antena al circuito de sintonia (tanque) via un condensador de 1 nF.

Nota: La continuacion de este articulo, esta vez para receptores de onda corta de mejor desempeño, puede ser leido en este sitio.  73'.