Prove di riduzione hum noise in LF

Ieri sera ho speso un pochino di tempo per qualche semplice prova di riduzione del rumore elettromagnetico domestico, captato dal mio sistema di ricezione in LF.
Come al solito, si tratta di prove solo qualitative, effettuate con sistemi del tutto non professionali, che nulla pretendono di dimostrare in senso assoluto.
Il mio setup è piuttosto spartano. Con esso mi diletto ogni tanto nella caccia agli NDB, che è il genere di attività di radioascolto che prediligo (come ho già raccontato in un post precedente).
Il sistema consiste di un front-end SDR (il piccolo AFEDRI SDRNet 3.0), alimentato da un normale alimentatore USB "da muro", di quelli che si usano per ricaricare le batterie dei nostri telefoni cellulari. L'antenna è costituita da una loop multispira autocostruita, posta in una stanza diversa da quella in cui si trova il ricevitore, orientata in direzione est-ovest e connessa ad un amplificatore a larga banda Wellbrook ALA100.
L'amplificatore è alimentato tramite alcuni metri di cavo coassiale, lo stesso utilizzato per portare il segnale al ricevitore. L'alimentazione dell'antenna è fornita da un piccolo alimentatore variabile lineare autocostruito.
L'accoppiamento dell'alimentazione sul cavo coassiale è effettuato tramite un bias-tee che è quello della nota antenna attiva MiniWhip di Roelof Bakker, PA0RDT.
Tra l'uscita RF del bias-tee ed il ricevitore SDR è interposto un filtro passa-basso passivo autocostruito, con frequenza di taglio a 540 kHz, il cui scopo è attenuare i forti segnali delle stazioni broadcast in MW.
L'uscita del AFEDRI SDRNet va al mio PC laptop (un modello HP Pavillon dv6) tramite un cavo Ethernet.
Il software che uso di solito per la visualizzazione dello spettro di frequenze ricevuto è HDSDR 2.70.
Il PC è alimentato dal suo alimentatore switching.
Tutti gli alimentatori che ho menzionato sono collegati alla stessa prolunga multi-presa (dotata di interruttore) e quest'ultima è collegata ad una presa della rete domestica di alimentazione a 230 VAC, 50 Hz.
L'immagine qui sotto mostra una panoramica della banda NDB ricevuta ieri sera dal sistema di ricezione che ho sommariamente descritto.

La banda NDB visualizzata sul mio PC

A parte l'estremità sinistra dello spettro visualizzato (che è occupata dalle stazioni broadcast), si notano due aree in cui il rumore di fondo sembra leggermente più intenso; la prima tra circa 320 kHz e circa 400 kHz, la seconda intorno a 480 kHz.

La prima cosa di cui ho voluto sincerarmi, è che questo rumore fosse captato dall'antenna, e non si inserisse nella catena di ricezione attraverso vie diverse. Ho catturato quindi la schermata seguente, dopo aver scollegato l'antenna loop dall'amplificatore ALA100:

La stessa banda con antenna loop scollegata

In questa seconda immagine non si notano "addensamenti" sul waterfall, corrispondenti a zone con rumore di fondo leggermente più alto. Possiamo desumere da questo che tale rumore, quando presente, si introduca nella catena attraverso l'antenna che, come ricordiamo, è sita all'interno dell'appartamento. L'ipotesi è che il rumore emesso dagli apparecchi elettrici, collegati alla rete domestica a 230VAC, si propaghi nelle varie stanze dell'appartamento attraverso la rete elettrica medesima.

La seconda prova è stata verificare l'influenza dell'alimentatore switching del PC sul livello del rumore.

L'immagine seguente mostra il momento in cui l'alimentatore del PC viene collegato dalla rete elettrica (indicato dalla prima freccia gialla) ed il momento - qualche istante dopo - in cui il PC passa dall'alimentazione a batteria a quella da rete (seconda freccia gialla):

Passaggio del PC da batteria a alimentazione di rete

Come si può facilmente notare, l'influenza dell'alimentatore del PC sul rumore nella fascia 320-400 kHz è piuttosto marcata, mentre non è altrettanto evidente un'influenza sulla fascia attorno a 480 kHz, dove anzi pare che il rumore diminuisca leggermente.

Sembrerebbe anche che l'emissione del rumore sia legata non tanto all'accensione dell'alimentatore, quanto al fatto che il PC commuti effettivamente sull'alimentazione da rete. La sorgente di rumore sembrerebbe essere quindi interna al PC, piuttosto che all'alimentatore.

In ogni caso, far funzionare il PC esclusivamente da batteria non sarebbe una soluzione percorribile, data la ridotta autonomia in confronto alla durata (diverse ore) di una normale sessione di ascolto NDB.

Per questo ho pensato di verificare quanto miglioramento potrei ottenere interponendo un filtro EMI tra la presa della rete domestica a 230 VAC e la prolunga che alimenta tutti gli apparati del mio piccolo sistema di ricezione.

Il filtro EMI è quello che ho descritto in un mio post precedente. I risultati del suo inserimento sono documentati nell'immagine seguente:

Sistema alimentato attraverso filtro EMI

Si nota una sensibile riduzione del livello del rumore, anche se non equivalente a quella che si ottiene alimentando il PC da batteria (immagine successiva):

Situazione con PC alimentato da batteria

Questo è tutto per quanto riguarda le mie prove. Spero che quanto sopra descritto possa risultare utile per chi si trovasse a leggere questo post.

My first transatlantic NDB DX

Today I have good news from my latest NDB listening session, which ended just a few hours ago, at about 3 AM UTC. In fact, I finally managed to catch my first transatlantic NDB DX by receiving the caribbean DDP-391 kHz, which is located in Puerto Rico at a distance of about 7560 km from my receiving station here in Livorno, Italy (grid locator square JN53em). My previous distance record was SAL-274 kHz located in Cape Verde Islands at about 4326 km from my home.

Recently I had changed my indoor loop antenna, moving from a Wellbrook ALA1530 to a Wellbrook ALA100 wideband amplifier, connected to an homebrew loop that I like to call "my X-antenna". It is briefly described here, in one of my previous posts. The receiver is still the small AFEDRI SDRNet 3.0, with HDSDR 2.70 as the software processor.

Aiming to receive my firts transatlantic (TA) NDB, I initially had oriented the loop towards Canada and North America, with the result of catching lots of French NDBs.

This night for me was the last night of CLE 187, the most recent Co-ordinated Listening Event organized by the NDB List, a wonderful and very active group of NDB listening enthusiasts on the web. I decided to have another try at my first TA DX but this time I thought it could be better to orientate my loop towards Gibraltar, so that to have as much as possible of sea water between me and the ancient "Pillars of Hercules", the entrance of the Atlantic Ocean. This way, the antenna ideally was pointing towards Caribbean Islands and Central America instead of Canada and US, but at least I could hope to skip part of French and Spanish NDBs.

Well, I would say my idea has worked. I know that DDP-391 kHz is a powerful transmitter (as it was SAL-274 kHz, my previous distance record). However, catching it has showed to me that TA DX is not impossible, even with my modest setup and in a period of solar maximum like the current one.

In next listening session, I will point the antenna in the same southwest direction again and I will concentrate in areas of the frequency spectrum were usually I see very few european NDBs (if any), mainly below 290 kHz and above 500 kHz, even if LW and MW broadcasts are a big problem in both ranges.

Loop per Wellbrook ALA100 indoors

Ho completato la realizzazione dell'antenna loop da interno, che intendo utilizzare con un amplificatore Wellbrook ALA100, già descritta in un post precedente. Spero che mi dia buoni risultati - compatibilmente con le mie limitate ambizioni - specialmente in LF e nella caccia agli NDB. Qui di seguito un paio di immagini dell'antenna, finita e pronta per le prime prove.

Antenna loop ripiegabile da appartamento

Non molto tempo fa sono entrato in possesso di un amplificatore Wellbrook modello ALA100 (qui una review di Alan Gale G4TMV), aquistato usato in ottime condizioni e ad un prezzo onesto.

L'amplificatore che ho acquistato è privo di alimentatore e della cosiddetta antenna interface, ovvero la classica scatola di accoppiamento/disaccoppiamento tra segnale RF e alimentazione in corrente continua, che si vede a destra nella foto qui sopra.
Per il primo rimedierò con un piccolo alimentatore regolabile autocostruito, per la seconda ricorrerò all'equivalente modulo della MiniWhip di PA0RDT. Si verrà così a formare quella che potremmo definire "una strana coppia", che nondimeno spero potrà funzionare senza grosse limitazioni. Nella foto qui sotto, sulla destra è visibile appunto la power unit della MiniWhip di PA0RDT.

A questo punto, quello che manca e' un'antenna a loop wideband da collegare all'amplificatore. L'ALA100 in realtà è pensato per l'impiego outdoors, come amplificatore a larga banda per loop a singola spira di grandi dimensioni. Lo sviluppo raccomandato per il loop sarebbe compreso tra 15 e 25 metri, lunghezza al di sopra della quale non si ottengono più vantaggi significativi.
La mia idea e la mia esigenza, invece, sarebbero di utilizzare l'amplificatore ALA100 in unione ad un'antenna a loop multispira di forma rettangolare, da impiegare all'interno dell'appartamento. La lettura dei resoconti di alcune esperienze, presenti sul web, nonchè un breve scambio di e-mail con Andrew Ikin di Wellbrook, mi hanno convinto della fattibilità della cosa, anche se come già detto non si tratterà della configurazione raccomandata dal costruttore.
Le dimensioni del loop sarebbero all'incirca 1.60 m di altezza per 1.20 m di larghezza. Sono misure imposte dalla lunghezza standard dei tubi PVC per impianti elettrici e dallo spazio disponibile nel mio sweet spot all'interno dell'appartamento. La costruzione dovrebbe essere tale da consentire una rapida installazione e soprattutto una rapida disinstallazione dell'antenna, pena gli strali della consorte. Dovrebbe altresì consentire di sperimentare sia una versione con due spire (per una lunghezza totale del conduttore di circa 11.20 m), sia una versione con tre spire (16.80 metri).
Dopo un pò di ragionamenti, sono giunto ad un progettino di massima che mi sembra potrebbe funzionare, basato su due tubi PVC per impianti elettrici lunghi 2 m, con diametro esterno pari a 20 mm, al cui interno inserirei due tubi di pari lunghezza e diametro 16 mm, per aumentare la rigidità.
Con qualche altro spezzone dello stesso tipo di tubo e un pò di raccordi a 'T' dovrebbe essere possibile far stare in piedi il telaio ripiegabile illustrato (con pessimo risultato grafico) nello schizzo fatto a penna che allego qui sotto:

Una volta effettuati i primi test e deciso il numero di spire (2 o 3) che produrrà i migliori risultati, il filo verrà inserito in modo definitivo, facendolo scorrere attraverso i fori passanti praticati nei corti spezzoni orizzontali di tubo PVC, come chiarito (spero!) nel disegno. Penso che userò del semplice filo elettrico isolato per cablaggi elettronici, sufficientemente flessibile e sottile da non opporre troppa resistenza nel passaggio attraverso i fori.
La spaziatura tra le spire sarebbe di circa 20 cm nella versione con 2 spire, mentre sarebbe di circa 10 cm nella versione con 3 spire. La capacità distribuita risultante potrebbe essere quindi sufficientemente piccola da non compromettere eccessivamente la resa dell'amplificatore, specialmente in LF dove intendo preferibilmente effettuare la mia attività di radioascolto.

Ricevitore SDR AFEDRI SDRNet 3.0

Il ricevitore AFEDRI SDRNet 3.0 è in questo momento lo strumento migliore di cui dispongo per la mia attività di radioascolto preferita, ovvero la caccia agli NDB in LF (oggetto di un mio precedente post, a cui rimando chi abbia voglia di leggerlo).
Si tratta di un front-end per SDR (Software Defined Radio) del tipo a campionamento diretto (DDC ovvero Digital Down Conversion), molto compatto e dall'ottimo rapporto prestazioni/prezzo.
Su questo ricevitore SDR scrissi a suo tempo una breve review in due post pubblicati sul blog AIR-Radiorama:

AFEDRI SDRNet prime impressioni

AFEDRI SDRNet qualche altro dettaglio

Successivamente, ho compiuto sul ricevitore una piccola modifica hardware, consistente nel sostituire il trasformatore RF all'ingresso antenna (tipo Minicircuits T4-1) con un Minicircuits tipo T4-6T che ha la piedinatura perfettamente compatibile, ma offre una banda passante maggiormente spostata verso le VLF.

Prossimamente, con l'arrivo dell'inverno (stagione principe per il radioascolto in LF) avrò modo di verificare il comportamento del ricevitore in unione con un'antenna Wellbrook ALA100. Vi farò sapere con quali risultati.