Un preselettore per LF ed MF

La maggior parte dei radio-ricevitori economici di recente costruzione (ed anche molti ricevitori SDR) non montano al loro interno dei buoni filtri di preselezione (anzi spesso non ne hanno alcuno, se non un semplice filtro passa-basso). I filtri di preselezione sono filtri di banda (BPF, Band-Pass Filter), collocati nella catena di ricezione subito dopo l'ingresso antenna, il cui scopo è quello di far arrivare agli stadi successivi - siano essi amplificatori RF o direttamente il primo stadio di conversione del ricevitore - solo i segnali contenuti all'interno della banda che si intende ricevere, attenuando il più possibile tutti gli altri.
L'opportunità di tale filtraggio deriva in genere dalla necessità di salvaguardare gli stadi successivi dal rischio di saturazione dovuta ad eventuali segnali (al di fuori della banda desiderata) che potrebbero giungere in ingresso con un livello di potenza tale - si pensi ad esempio ad un trasmettitore FM o in onde medie situato a poca distanza - da far uscire gli stadi di ingresso del ricevitore dalla loro zona di linearità.
Il funzionamento degli stadi di ingresso in zona non-lineare (anche detta zona di compressione) darebbe fatalmente luogo ai famigerati (per chi si occupa di radio-ricezione) prodotti di intermodulazione tra le varie componenti del segnale stesso, ovvero tra i singoli segnali presenti all'interno della banda ricevuta. I prodotti di intermodulazione sono segnali spuri (originati dal battimento tra i segnali presenti nella banda di frequenza ricevuta in ingresso dal ricevitore), che possono ricadere all'interno della banda dei filtri degli stadi successivi (in un classico ricevitore supereterodina, si tratterà gli amplificatori a frequenza intermedia o IF), confondendosi e sovrapponendosi quindi con i segnali di cui sarebbe desiderata la ricezione.
Il rischio di IMD (intermodulation distortion) è tanto maggiore quanto minore risulta essere il cosiddetto dynamic range degli stadi di ingresso del ricevitore sotto esame. Nei ricevitori di elevata qualità, siano essi analogici o SDR, il dynamic range è in genere sufficientemente elevato da non richiedere - salvo in casi eccezionali - l'aggiunta di filtri di preselezione esterni.
Senza entrare qui in una trattazione troppo complessa per i limiti di questo spazio, rimando alle numerose risorse disponibili sul web per tutti gli approfondimenti necessari sul concetto di dynamic range dei ricevitori radio, sui parametri che lo descrivono numericamente e sulle tecniche di misurazione di tali parametri. Suggerisco ad esempio i documenti seguenti, che ampliano il discorso e lo inseriscono in un quadro più ampio e senza dubbio tecnicamente più corretto:

I ricevitori moderni (di IK5CON)

Measurement of all products intermodulation (di I2VGO)

Receiver noise figure, sensitivity and dynamic range

Da quanto sopra sommariamente esposto (spero senza cadere in errori troppo grossi) risulta evidente quale possa essere il ruolo di un preselettore esterno per quei ricevitori che non sono dotati di adeguati filtri di preselezione interni. Il preselettore attenuerà il più possibile tutti i segnali che si trovano al di fuori della banda che si desidera ricevere, con ciò riducendo il rischio che gli stadi di ingresso del ricevitore possano finire in condizione di saturazione.

Quando invece si vogliano sopprimere i segnali indesiderati che si trovano al di sopra di una certa frequenza, oppure al di sotto, oppure tra due frequenze note, si potrà ricorrere a filtri passa.basso, passa-alto o notch. Tipico è il caso del filtro notch impiegato per sopprimere i forti segnali delle emittenti commerciali FM compresi tra 88 e 108 MHz.

Naturalmente la condizione di saturazione potrà anche essere causata da segnali che si trovano all'interno della banda desiderata. Un attenuatore variabile in questo caso potrà essere di qualche aiuto, con l'avvertenza che potrebbe attenuare i segnali di piccola intensità, presenti nella banda desiderata, tanto da farli sparire al di sotto della soglia di rumore del ricevitore.

Concludo questo post presentando è la realizzazione di un semplice preselettore per MF ed LF, con regolazione della frequenza centrale del filtro, che ha suo tempo ho descritto sulle pagine del blog AIR-Radiorama.

Semplice preselettore per LF ed MF - Prima parte

Semplice preselettore per LF ed MF - Seconda parte

Un messaggio dell'imperatore

Il celebre racconto di Franz Kafka (che lessi per la prima volta all'interno di una raccolta di novelle brevi, tra cui La metamorfosi) illustra magistralmente uno dei temi centrali dell'opera dello scrittore austro-ungarico, quello della solitudine del comune cittadino, ancorchè pefettamente ligio nell'osservanza di tutte leggi e convenzioni sociali, rispetto ad un potere che appare lontano, imperscrutabile, monolitico, ottuso.
Argomento che costituisce la struttura portante anche de Il processo. Nel famoso romanzo, l'impiegato Josef K. (sorta di tragico antesignano - su ben altri livelli letterari, si intende - dell'Ugo Fantozzi del nostro Paolo Villaggio) rimane vittima della sua stessa incapacità di ribellarsi all'assurda farsa di un processo che terminerà con l'esecuzione sbrigativa - mi viene da dire burocratica - di una condanna a morte altrettanto assurda.
Di tale processo sfugge ogni motivazione; ma anzichè opporsi, Josef K. non riuscirà a liberarsi dalla convinzione - e dalla speranza - che una qualche motivazione in realtà ci sia; e fino all'ultimo continuerà a sperare di ottenere una risposta, da un tribunale tanto sgangherato quanto privo di ogni umanità.
Come ne La metamorfosi, il senso di colpa prevale sulla libertà personale, la schiaccia completamente e la ottunde: "Come un cane!", disse, e fu come se la vergogna dovesse sopravvivergli. Sono queste le ultime parole e l'ultimo pensiero di Josef K., mentre la vita lo sta lasciando.
Nel Un messaggio dell'imperatore invece prevale il senso dell'attesa; l'attesa di una ragione per vivere, di un significato con cui riempire un'esistenza; esistenza che Franz Kafka terminerà tristemente, il 3 giugno del 1924, all'età di soli 41 anni.

L’imperatore – così si racconta – ha inviato a te, a un singolo, a un misero suddito, minima ombra sperduta nella più lontana delle lontananze dal sole imperiale, proprio a te l’imperatore ha inviato un messaggio dal suo letto di morte. Ha fatto inginocchiare il messaggero al letto, sussurrandogli il messaggio all’orecchio; e gli premeva tanto che se l’è fatto ripetere all’orecchio. Con un cenno del capo ha confermato l’esattezza di quel che gli veniva detto. E dinanzi a tutti coloro che assistevano alla sua morte (tutte le pareti che lo impediscono vengono abbattute e sugli scaloni che si levano alti ed ampi son disposti in cerchio i grandi del regno) dinanzi a tutti loro ha congedato il messaggero. Questi s’è messo subito in moto; è un uomo robusto, instancabile; manovrando or con l’uno or con l’altro braccio si fa strada nella folla; se lo si ostacola, accenna al petto su cui è segnato il sole, e procede così più facilmente di chiunque altro. Ma la folla è così enorme; e le sue dimore non hanno fine. Se avesse via libera, all’aperto, come volerebbe! e presto ascolteresti i magnifici colpi della sua mano alla tua porta. Ma invece come si stanca inutilmente! ancora cerca di farsi strada nelle stanze del palazzo più interno; non riuscirà mai a superarle; e anche se gli riuscisse non si sarebbe a nulla; dovrebbe aprirsi un varco scendendo tutte le scale; e anche se gli riuscisse, non si sarebbe a nulla: c’è ancora da attraversare tutti i cortili; e dietro a loro il secondo palazzo e così via per millenni; e anche se riuscisse a precipitarsi fuori dell’ultima porta – ma questo mai e poi mai potrà avvenire – c’è tutta la città imperiale davanti a lui, il centro del mondo, ripieno di tutti i suoi rifiuti. Nessuno riesce a passare di lì e tanto meno col messaggio di un morto. Ma tu stai alla finestra e ne sogni, quando giunge la sera.

Franz Kafka, Un messaggio dell'imperatore (da La metamorfosi e altri racconti, Mondadori)

Immagine dal film La città proibita, di Zhang Yimou

Antenna loop da tavolo in ferrite per LF

Ho già raccontato in un precedente post della mia passione per la caccia agli NDB, specialmente se effettuata con mezzi il più possibile minimali. In molte occasioni, il setup che utilizzavo era composto da un semplice ricevitore portatile, sintonizzato sulle onde lunghe in modalità SSB con BFO, da comode cuffie e da carta e penna per le annotazioni.
Il tavolo di cucina, quando la casa diventava silenziosa nelle notti invernali, diventava il mio banco di lavoro ed era comodo appoggiarvi l'antenna loop su ferrite oggetto di questo post.
Era sufficiente avvicinarvi la radio, con la sua ferrite interna, per ottenere un accoppiamento induttivo che migliorava grandemente sia la sensibilità che la selettività dell'insieme, grazie all'ottimo fattore Q della ferrite esterna.
I dettagli di questa realizzazione sono stati pubblicati sul blog AIR-Radiorama, al link riportato qui sotto:

Antenna in ferrite per LF

Come nel caso di una filare random, anche un'antenna loop come quella descritta è elettricamente molto piccola rispetto alle lunghezze d'onda in gioco in MF ed LF. Rispetto alla filare ha il vantaggio - se costruita bene e con materiali di qualità - di essere assai selettiva, il che riduce in modo significativo sia la potenza di rumore in ingresso, sia il rischio di overloading degli stadi di ingresso del ricevitore da parte di segnali fuori banda. Inoltre è direttiva, il che aiuta nel cercare di attenuare i disturbi da sorgenti vicine, isolare segnali adiacenti, ecc.. Se usata insieme ad un comune ricevitore portatile, non necessita di collegamento elettrico alla radio, essendo sufficiente avvicinarla all'antenna in ferrite interna del ricevitore. Ha lo svantaggio di dover essere sintonizzata spesso, quando si spazzolano le frequenze con il ricevitore. Da qui la necessità di tenerla vicino alla radio, a meno di non studiare qualche meccanismo (meccanico o a varicap) di sintonia remota.

Un choke balun 1:1 per QRP

L'abbreviazione QRP (mutuata dal codice Q utilizzato nell'ambito delle telecomunicazioni) assume solitamente il significato, in ambito radioamatoriale, di trasmettitore con potenza d'uscita limitata a 5W (in caso di emissione CW) o 10W (in caso di emissione SSB), anche se questi limiti non sono definiti formalmente in alcun documento di validità universale.
Per le limitate potenze in gioco, la realizzazione di un choke balun 1:1 per trasmettitori QRP costituisce un piccolo progetto di autocostruzione alla portata di tutti. Quello che si otterrà alla fine sarà un dispositivo semplice, ma molto utile, per contenere gli effetti di alcuni problemi tipici dei sistemi di antenna sbilanciati (ovvero, nei casi reali, di quasi tutti i nostri sistemi di antenna).
La descrizione della mia realizzazione di questo dispositivo è stata pubblicata sul blog AIR-Radiorama al link seguente:

Choke balun 1:1 QRP

Fabrizio De Andrè

Stamani mi è venuta in mente per caso una vecchia canzone di Fabrizio De Andrè. Le parole mi sono sembrate adatte a questo mio blog, sospeso un pò a metà tra razionalità ed esoterismo. Le voglio quindi ricordare qui e con esse ricordare il nostro Faber, che ci manca tanto.

Da chimico un giorno
avevo il potere
di sposar gli elementi
e farli reagire,
ma gli uomini mai
mi riuscì di capire
perchè si combinassero
attraverso l'amore
affidando ad un gioco
la gioia e il dolore.

[Fabrizio De Andrè, Un chimico, da Non al denaro, non all'amore, nè al cielo, 1971]

Il mio PM-SDR "a scatola chiusa"

Il PM-SDR, progettato e prodotto da Martin Pernter IW3AUT, è stato il secondo front-end SDR della mia carriera di radio-appassionato, dopo il minuscolo Softrock RX Lite II monobanda (per la banda dei 40 metri) che tanto mi aveva sorpreso per le sue prestazioni, svelandomi il magico mondo della radio basata sull'elaborazione software dei segnali convertiti in digitale (appunto SDR, Software Defined Radio).
Come il Softrock, anche il PM-SDR adotta un'architettura basata sul cosiddetto Quadrature Sampling Detector (QSD), spesso indicato anche come mixer di Tayloe (da Dan Tayloe che ne è l'inventore).
I front-end SDR di questo tipo solitamente non producono direttamente segnali convertiti in digitale. Sono piuttosto equivalenti a ricevitori a conversione diretta, anche detta "zero IF conversion" in quanto produce un segnale, con larghezza di banda determinata dalle caratteristiche del mixer, il cui spettro di frequenza è una copia della porzione di spettro RF ricevuto in ingresso (centrata sulla frequenza dell'oscillatore locale del mixer), ma traslato a frequenza zero dall'operazione di conversione (principio della supereterodina).
Rispetto ad un normale ricevitore a conversione diretta, un mixer QSD produce in realtà due segnali a valle della conversione di frequenza, tra loro identici ma sfasati di 90 gradi nel dominio del tempo (ovvero, "in quadratura"). Questi due segnali sono indicati solitamente come I e Q e sono questi segnali che - dopo un opportuno condizionamento, ovvero amplificazione e filtraggio - devono essere convertiti in digitale per poter poi essere elaborati (demodulati, filtrati, visualizzati, registrati, ecc.) dalla parte software del sistema SDR.
La tecnologia dei personal computer ci viene qui in aiuto, in quanto per convertire in digitale una coppia di segnali, con spettro di frequenza centrato sullo zero, abbiamo a disposizione le funzioni offerte dalle schede audio stereo dei nostri PC, disponibili sia per bus PCI che con connessione USB, tra cui diversi modelli che offrono funzioni di ADC (analog-to-digital conversion) a 24 bit/campione e con frequenza di campionamento di 192 kHz, che vuol dire poter processare mediante il software quasi 192 kHz di banda ricevuta (centrata attorno alla frequenza dell'oscillatore locale del mixer QSD), con un range dinamico di tutto rispetto.
Dopo questa lunga premessa, sicuramente piena di imprecisioni e di lacune (che spero potrete colmare accedendo alla ormai vastissima letteratura accessibile via Internet), riprendo il filo principale del mio discorso. Dunque, dopo aver soppesato i pro e contro e i costi delle diverse opzioni a mia disposizione, decisi di acquistare il PM-SDR di Martin Pernter (e non me ne sono ancora pentito). Più in là l'ho anche completato con la sua scheda preselettore a sintonia automatica, che ne ha migliorato ulteriormente le prestazioni.
Nel corso degli anni, il PM-SDR rimase poi stabilmente il mio ricevitore d'elezione. Le cose cambiarono quando - per liberare spazio sulla scrivania - decisi di sostituire il mio PC mini-tower con un più piccolo ed agile PC portatile, la cui scheda audio integrata ahimè non era all'altezza del ricevitore.
La scelta per una scheda esterna USB di adeguate prestazioni cadde sul noto modello E-MU 0202 di Creative Labs. Ottima scheda, ma un tantinello esosa in termini di corrente prelevata dalla presa USB del povero PC. Ecco quindi fare la sua comparsa un piccolo hub USB alimentato esternamente da un alimentatore lineare da 5V (gli alimentatori switching "da muro" sono terribilmente rumorosi, specialmente in LF).
Siccome l'appetito vien mangiando, perchè non aggiungere un filtro che isolasse galvanicamente il PM-SDR dal PC per quanto riguarda le linee di segnale e di alimentazione provenienti dalla porta USB? Un piccolo kit basato sul dispositivo ADum4160 della Analog Devices permise in effetti una riduzione del rumore captato dal ricevitore, ma a sua volta richiese l'aggiunta di un altro piccolo alimentatore lineare da 5V per fornire al PM-SDR - via USB - un'alimentazione che fosse indipendente dal PC.
Per farla breve (si fa per dire), ormai l'insieme PM-SDR, E-MU 0202, alimentatori, accessori, cavi e cavetti era diventato sì efficiente, ma difficile da gestire e brutto da vedere sulla mia scrivania.
Fu a questo punto che mi venne l'idea di racchiudere il tutto in un'unica scatola metallica, che permettesse le connessioni strettamente necessarie, ovvero una presa USB verso il PC, una presa BNC per l'antenna e una presa 220V per l'alimentazione. Tutte le altre connessioni e cablaggi tra i diversi componenti del sistema sarebbero rimaste nascoste (e protette) all'interno della scatola.
La realizzazione di quell'idea è appunto quanto ho descritto in questi due post, pubblicati qualche tempo fa sul blog AIR-Radiorama:

PM-SDR a scatola chiusa - Prima parte

PM-SDR a scatola chiusa - Conclusione

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.