SSB ultrasencillo basado en SDR (Txiki) -Parte 1-

Uno de los proyectos que ha capturado mi atenciòn desde hace ya algùn tiempo es un transceptor SSB QRPp ultrasencillo. Una de las primeras entradas de este blog justamente compartìa esta inquietud. Desafortunadamente la multitud de proyectos de distinto tipo que estuve realizando ultimamente y el muy escaso tiempo disponible impidiò que pudiera dedicarle el tiempo que me hubiera gustado y que requiere un proyecto de esta indole, que sin ser complejo, implica ir estudiando distintas alternativas para cada etapa y seguramente ir adaptando el sistema en forma iterativa. Hacer un diseño sencillo es una tarea ya hecha, basta referirse al diseño de Willo (LW3DYL) denominado "Gaucho Pobre", es muy dificil lograr un diseño mas minimalista que ese y que sea al mismo tiempo autonomo para un transceptor monobanda de SSB. La rueda ya està inventada y Willo es experto en lograr este tipo de circuitos.
Mi enfoque sin embargo asume trasladar una parte significativa de las funciones y la circuiteria a ser implementada por software mediante tècnicas SDR. Utilizando un transceiver en software como el M0KGK se dispone de una generaciòn multimodo de señal que resulta en señales I/Q (replicas defasadas en 90 grados) con una banda base de 50 KHz. Es decir, aun siendo mezclada con una frecuencia fija es posible generar señales 25 KHz a cada lado de esta frecuencia simplemente desplazando el espectro modulado en forma acorde. Porque 50 KHz y no 100 KHz, o la banda entera por caso. Bueno, el limite està dado por la velocidad de muestreo de la placa de sonido. Para una placa de 16 bits (las mas comunes que casi todas las PC tienen) la frecuencia de muestreo es 48 KHz, dado que se utilizan dos canales el muestreo es el doble de veloz. Por su parte el "teorema del muestreo" nos dice que la màxima señal que se podrà procesar es algo menor a la mitad de la frecuencia de muestreo (es decir algo menos de 25 KHz a cada lado).
Si se utilizaran placas de mayor capacidad (por ejemplo de 24 bits, que ya son especiales) nada impedirìa que con el mismo diseño y retoques menores pudieran cubrirse 100 KHz de la banda objetivo.
Para obtener una señal usable en banda de aficionado es necesario mezclarla con dos señales de frecuencia fija defasadas en 90 grados, el resultante estarà en USB o LSB segùn sea el orden de la mezcla.
Al final la señal tiene que ser amplificada a un nivel razonable. ¿Cuanto es razonable? Para mi es en el entorno de 50 a 100 mW, es decir suficiente para sostener contactos a nivel local. El agregado de un amplificador lineal de 15 o 20 dB seguramente podrà levantar la señal a niveles QRP para una actividad mas amplia. El receptor funciona en forma simètrica en la direcciòn opuesta, la señal de RF es mezclada en forma separada por sendas señales de oscilador local defasadas en 90 grados, el resultado es ingresado a la PC donde el programa transceiver aplica los algoritmos para finalizar la demodulaciòn.
Este enfoque no es tan minimalista como parece en primera vista, despues de todo necesita una PC para funcionar. Pero si la PC ya està entonces lo que hay que implementar deberìa ser (una vez despulgado) relativamente sencillo como para poder ser abordado por un principiante.
Para minimizar el nùmero de componentes tanto los amplificadores de audio como el de RF debe ser diseñados para actuar como "bilaterales", es decir que mediante su polarizaciòn operen con la señal en un sentido u otro.
El nùmero de componentes debe ser muy bajo, en el orden de 3 integrados y otros tantos transistores; el resultado no necesitarà ajustes crìticos puesto que basicamente es necesario asegurar el arranque confiable del oscilador y que el amplificador de RF estè apropiadamente sintonizado.
El defasador se puede encarar de varias formas, los que se basan en un circuito RC tienen la ventaja que pueden operar en la misma frecuencia de entrada y salida; su principal desventaja es la complejidad (y hasta cierto punto criticidad) de ajuste. En los generadores de SSB por metodo de rotaciòn de fase (que en definitiva es lo que se implementa aqui) el problema critico es el defasaje de la señal de audio, pero aqui eso està resuelto por los algoritmos que corren en la PC, la señal monofrecuencia del oscilador local no varia y por lo tanto el ajuste no tiene porque cambiar con la frecuencia de trabajo. Otro enfoque, que utilicè con èxito en diseños previos, es recurrir a un defasador digital mediante un doble flip-flop. Este diseño tiene la desventaja que opera como divisor de frecuencia por cuatro (por lo tanto hay que entrar con una frecuencia de oscilador local de 4 veces la final) pero tiene como ventaja su enorme simplicidad y falta de ajuste, si las conexiones estàn bien hechas sale andando; si estàn mal hechas hay que hacerlas bien y listo. Para la banda de 80 Mts (3.5 MHz) se necesita un oscilador en 14 MHz (20 mts), para 40 mts el oscilador tiene que estar en 10 mts (28 MHz), probablemente para bandas mas altas habrìa que hacer algo mas elaborado u otro tipo de defasador.
Como mezcladores se puede usar cualquier circuito que interrumpa el paso de la señal al ritmo del oscilador local; he probado en un diseño anterior (Xarma) con èxito un mezclador basado en compuertas de un integrado 4066, este integrado provee compuertas inherentemente bidireccionales (lo que resuelve la necesidad del transceiver) y tiene una muy buena aislaciòn entre las compuertas por lo que la señal del oscilador pràcticamente no està presente a la salida (lo que simplifica enormemente el circuito).
El oscilador puede realizarse con un integrado TTL (una compuerta NAND o inversora), aunque habiendo al menos dos compuertas libres en el 4066 es muy tentador usarlas como osciladoras (PY2OHH tiene un diseño de este estilo).
Los amplificadores bidireccionales son una materia interesante para experimentar; un enfoque es hacerlos como en el diseño BitX20 donde dos transistores dependiendo de la polarizaciòn conducen en un sentido u otro en la misma etapa; pero hay diseños mas novedosos que aparecieron en la revista SPRAT (N79 2004, p34-35) que con un solo transistor y una cuidadosa elecciòn de las polarizaciones permite que el transistor opere en un sentido u otro. Otros circuitos similares aparecen en la revista CQ-QRP de Rusia (desafortunadamente en ruso, aunque nada que no pueda solucionar Google Translate). Ese mismo esquema puede ser utilizado en la etapa de RF. Aparte de requerir un solo componente para ambas direcciones en una etapa tiene la ventaja que reduce al minimo indispensable las circuiterìa de conmutaciòn.