La counterpoise de antenas portátiles

Está claro que, afirmaciones de indole mágica al margen, todas las antenas contruidas como monopolo, normalmente antenas verticales y llamadas antenas tipo Tesla o Marconi, requieren una "counterpoise" para funcionar. Se puede afirmar sin margen a la duda que cualquier afirmación en contrario hecha por cualquier fabricante o experimentador no es cierta. Puede ocurrir que se nos presente evidencia sobre que la "antena funciona" sin necesitar counterpoise basada en medidas de ROE buenas o incluso buenos resultados; pero al fondo del día es solo cuestion de poner un poco de empeño en encontrar donde está el truco. Y el truco suele estar en la forma de una bajada que en realidad es radiante (y que la antena funciona en realidad, a veces con pérdidas horribles, como antena de Hertz o dipolo) o un transmatch que armoniza cosas bastante dispares o, lisa y llanamente, que la antena en realidad no funciona tal y cual lo describe su autor. El site HFPack es una fuente inagotable de evidencia demoledora respecto al real funcionamiento de distintas antenas proclamadas como "maravillosas" o "mágicas" o simplemente como "efectivas" que fallan miserablemente al momento de igualar una simple antena vertical de 1/4λ o un dipolo de 1/2λ. Las antenas cortas del tipo que son utilizadas en operación portatil requieren entonces un "counterpoise" para funcionar. La cuestión es... ¿como se dimensiona?. Hé experimentado recientemente tres antenas portátiles reducidas, una Yaesu, una MFJ1810 y la MFJ1899 (todas ellas reportadas en entradas anteriores), todas mejoraron su funcionamiento de inusable a decente al agregarle un "counterpoise" de aprox. 1/4λ. El manual de la antena MFJ1810/MFJ1899 dice que tiene que tener un counterpoise de 195.58 cm para operar en 10 mts. El manual no elabora como se llega a esa sugerencia, simplemente indica largos de counterpoise para distintas frecuencias sin agregar demasiados criterios de uso, ambiente de trabajo o dimensionamiento. Si vamos a los libros teóricos rápidamente nos encontramos con monopolos ubicados en planos infinitos de tierra (claramente dificiles de transportar para una operación portatil :-) ). Recurriendo a libros sobre base mas empíricas encontramos que para representar un plano de tierra razonable el counterpoise tiene que tener bajas pérdidas y una longitud entre 1/4 y 1/8λ. Sobre bases aún más empíricas uno se tropieza con la necesidad de considerar cuando el counterpoise estará tirado en el piso (cosa que es lo que ocurre en operación portatil usualmente) que hay que tener en cuenta el efecto de la tierra y reducir su dimensión entre 10 y 25%. Compruebo esas reglas con las medidas de la MFJ, en la banda de 10 mts la λ=10.5 mts y lo propuesto por MFJ es entonces 1/5λ que se correpondería con 1/4λ reducido un 25%, voila!. KQ6XA sugiere para una counterpoise apoyada en el suelo una longitud un poco más grande de 7.4 ft o sea 2.25 Mts, es decir aprox. un 10% más corta que 1/4λ. Pero en realidad hay que combinar la teoria con la práctica para entender como funciona el counterpoise. El counterpoise se trata de una capacidad en realidad, su valor puede aproximarse como dos placas enfrentadas (el vivo del cable y la tierra) separados por el aislador que la juega de dieléctrico, la longitud deberá ser tal que a la frecuencia de trabajo presente una capacidad "considerable". DC4FS sugiere, en el contexto del análisis de su antena Microvert (que el autor la presenta como algo mágica por su parte) la fórmula l(mts)=58/f(MHz) que presenta buena correspondencia con los casos empíricos anteriores. Es todo cuestión de revolver un poco la bibliografía y se termina encontrando casi cualquier cosa que uno necesite. Daria la impresión que los valores teóricos solo sirven de punto de partida, en definitiva los factores a considerar son tantos y las interacciones tan complejas que es necesario hacer los ajustes finales a un dado ambiente en forma más bien empírica. La configuración movil más conveniente parece ser hacer un tramo correspondiente a la banda de 10 Mts y luego tramos "agregados" para llegar a las longitudes respectivamente de 20,40 y 80 mts con algun mecanismo de conexión, por ejemplo una pinza "cocodrilo" para ir agregando o sacando en función de la frecuencia en la que se quiera operar.

El Arin de LU7HZ (Reloaded)

Al llegar de viaje me encontré con los impresos que fabricó Washington Rojas (LU3EI) del diseño Arin (ver entradas anteriores en el blog aqui). El impreso es muy pequeño, 1.5" X 1", lo que requiere un armado cuidadoso. La idea general sigue siendo organizar una "clínica" de construcción en el ámbito del Radio Club; pero aún falta mucho para que sea viable. Traté de armar un video con el proceso de construcción para subir luego a YouTube pero no salio gran cosa de claro. El armado lo hago utilizando una cajita de pastillas de menta "Tic-Tac", que a diferencia de las Altoids usualmente empleadas en QRPp se encuentran facilmente en Argentina y son bien económicas. El montaje final tiene 3 conectores; antena, audio y manipulador. El conector de +9 Vcc se utiliza con una bateria y evita un interruptor adicional (basta poner y sacar la batería para prender y apagar el aparato). Todavía hay que hacerle ajustes adicionales para hacer el bautismo de aire al aparato.

El Menos es Mas de AA1TJ

En la linea de minimalistas minimos ciertamente el diseño Menos es Mas (así en español en el original) de AA1TJ. El consurso MAS (Minimal Art Session) es un interesante concurso orientado a QRPp donde no solo los contactos otorgan puntos sino la cantidad de los componentes que tienen los transmisores lo hacen). Con el objetivo de minimizar la cantidad de componentes utilizados este diseño es original, por decir algo, en su extremo minimalista. Por un lado... no tiene etapa de audio!! A pesar de reclamar recibir señales tan bajas como 10 μV el audio se toma directamente del mezclador con auriculares de 600Ώ (hubiera pensado que sería mejor de mas impedancia...). Otros aspectos interesantes del diseño son la posibilidad de variar la potencia al determinar que porción de la resistencia de emisor es eliminada al manipular (sin haber construido el diseño sospecho que tratar de extraer excesiva potencia puede facilmente llevar a defectos de manipulación, inestabilidades e incluso que no transmita). Otro aspecto interesante es que, a pesar que el diseño es para 80 Mts el oscilador se soporta mayormente en las capacidades parásitas para obtener su realimentación, esa es una forma de obtener quizás una mayor proporción de la potencia posible. Finalmente la configuración del filtro pasabanda (presente en casi todos los diseños de este autor) ciertamente agrega mayor robustez a la capacidad de manejo de señal de este diseño. Se reporta haberlo utilizado en el contexto de la competencia MAS y habiendo realizado contactos entre 200 y 800 Km de distancia (nada mal!!). Como el circuito de audio es inexistente no se puede silenciar (!!) por lo que el autor reporta que es un poco molesto escuchar los ruidos de manipulación y que para ello deberían ponerse un par de diodos de germanio a modo de circuito de mute (el autor no lo hizo porque las reglas de la competencia MAS penalizan cada componente adicional y simplemente sacaba el auricular durante la transmisión). Hay que sacarle la gorra a Michael, como siempre.

Semana de Mayo en Argentina, LR7HZ en el aire

Hace 200 años atrás ocurria en mi patria la Revolución de Mayo. Una transacción entre distintos grupos de interes que pugnaban algunos por mantenerse como subditos de la corona de España y otros por independizarse. Este debate, que se extendió por toda la llamada semana de Mayo, terminó encontrando el punto de equilibrio el 25 de Mayo de 1810 en la forma de continuar leales al verdadero rey de España (entonces Fernando VII) y desconocer al usurpador Bonaparte. El 25 de Mayo de 1810 se constituyó la Primera Junta de gobierno, la que comenzó una serie de distintas alternativas que concluyeron 6 años despues con la independencia formal de Argentina ocurrida el 9 de Julio de 1916. Se cumple entonces el bicentenario de nuestra patria y para festejarlo la Comisión Nacional de Comunicaciones (CNC) de Argentina autorizó la utilización de licencias especiales entre el dia 22 y 25 de Mayo; la licencia cambia el prefijo por lo que podré operar como LR7HZ durante esos dias. Pienso que es una buena oportunidad para festejar y, radio mediante, invitar a colegas de todo el mundo a hacerlo. Primariamente operaré en 10 mts (28490 KHz SSB y 28020 KHz CW) aunque no descarto operar si las condiciones lo permiten en otras bandas también. Viva la Patria!

El tranceptor mínimo de GJ7RWT

Siguen apareciendo variantes los diseños ultralivianos en la linea de los discutidos anteriormente como el XBM-80, Currumim y otros. El diseño publicado en el blog de Roger (G3XBM) originado en Andy Cutland (GJ7RWT) sigue en la linea de diseño general de un transceiver para la banda de 10 MHz. Este tipo de diseño há sido abordado también en una serie anterior con el diseño Arin. El diseño aqui presentado sigue siendo minimalista. La principal ventaja es, por cierto, la simplicidad del diseño y construcción. Sigo pensando que debería existir un énfasis en tratar de "aumentar" este tipo de diseños (en el extremo mínimo de ser minimalista) con plataformas SDR como por ejemplo M0KGK que le otorguen posibilidades de procesamiento de señal y filtrado vastamente superiores a lo que el diseño mismo puede proveer. Sin embargo este diseño intenta producir algún filtrado en la señal y por lo tanto yendo en dirección contraria a este criterio.

La antena portatil MFJ1899

En oportunidad de la extensa temporada de viajes de negocios por zonas W6 y EA3 que estoy realizando estoy llevando, como ya va siendo costumbre, mi Yaesu FT817ND conmigo.

La la antena portatil Yaesu que hé utilizado recientemente (reportado en una entrada de blog anterior) tiene rendimientos razonables y su "footprint" es bajo, pero aun asi consiste en varios segmentos tubulares de entre 40 y 60 cms de longitud, mas una bobina por banda, mas la base (que es relativamente voluminosa), mas las abrazaderas para sostenerla, mas el segmento de coaxial para conectar al transceiver y mas (finalmente) el cable necesario para hacer una "contratierra" decente. Se puede transportar, no hay duda, pero ocupa algún lugar significativo si se trata de viajar lo más ligero posible. La primer solución fue adquirir una antena whip MFJ1810T para 10 mts (en la foto la antena más pequeña). Su rendimiento luego de bastantes pruebas a esta altura es marginal aun considerando el uso de una contratierra. Como es de esperar una antena de este tipo sin contratierra no funciona. Desafortunadamente operar solo sobre la base de las aperturas de 10 mts en un viaje de negocio termina no siendo práctico, las aperturas ocurren cuando uno está trabajando y no cuando quiere hacer un rato de radio para distraerse; no es distracción adecuada escuchar el ruido de fondo de una banda cerrada (!!). Me decidí entonces a realizar la inversión de adquirir la antena más completa la MFJ1899 (en la foto la antena más grande). Esta antena está pensada para proveer cobertura en todo el rango de HF, 6 metros y 2 metros. El planteo del diseño consiste en un whip telescópico de 1.50 Mts de longitud cuando totalmente extendido con una bobina de carga en el extremo. La bobina de carga tiene varias derivaciones y es posible cortocircuitar parcialmente a la misma para ir operando en las distintas bandas. Con un ajuste especial es posible operar en 2 mts como antena 5/8. Al igual que la MFJ1810T la terminación es con un conector BNC hembra que puede conectarse directamente al panel del frente del FT817 o conector mediante (preferiblemente en L para operar vertical la antena) en el conector trasero. Si bien la antena MFJ1899 con el whip plegado es aproximadamente el doble de largo que la MFJ1810 en las mismas condiciones es posible separar en el primero el whip telescópico de la bobina dejando dos segmentos aproximadamente iguales, por lo que la transportabilidad de ambas es similar. A riesgo de ser reiterativo las antenas verticales no funcionan sin contratierra y esta antena tampoco es una excepción. Compré en RadioShack un kit de tres carreteles de alambre de cobre forrado de 0.5 mm con 15 Ft cada uno, que extendido en diferentes direcciones provee la contratierra necesaria. Sin la contratierra aditamento la ROE es muy alta, en la práctica infinita pues activa la protección del aparato e impide la transmisión. Con ella la ROE en distintas bandas entre 1:1.1 y 1:1.5 una vez que se ajusta la longitud del whip para mejor adaptación. El rendimiento en si no es demasiado deslumbrante. En las bandas de HF no he podido escuchar nada significativo en 10 o 15 mts; es posible escuchar actividad en 20,40 y 80 mts tanto en CW como en SSB. En 6 mts no hay actividad (la banda estaba obviamente cerrada mas allá de la antena en los momentos que probé) y en 2 mts el rendimiendo de la MFJ1899 es comparable a los efectos prácticos al whip que viene de fábrica con el Yaesu FT817. Intentos de escuchar balizas u otro tipo de actividad en 10 mts (en particular balizas localizadas en Argentina como la de Victor LU3HFA) no fueron exitosos. Varios llamados generales tanto en CW como en SSB no fueron en general exitosos en HF. Al comparar lo recibido en 40 mts con lo que podia escucharse en el receptor WebSDR de la Universidad de Twente las diferencias eran abismales a favor de éste último. Las caracteristicas de propagación en una escala regional pueden explicar parte de la diferencia, pero el grueso es sin duda debido a usar una antena en el fondo marginal, localizada en el interior, a no mucha altura y en una zona no muy favorecida. En definitiva no me queda otra que recurrir al criterio de tener "un perro que canta tangos" que hé descripto en entradas anteriores para moderar mis expectativas y que estas sean mas realistas. La falta de respuesta puede ser puntual de las condiciones de los dias que intente, en fines de semana y con concursos en desarrollo, sumadas a que en el fondo estoy operando con unos muy poquitos watts de potencia y sin un schedule determinado con otra estación.

No he probado estas antenas en condiciones exteriores, desde una buena ubicación movil por ejemplo, ni hé experimentado con una configuración un poco más óptima de la contratierra un poco mejor que solamente unos pocos cables y con alguna clase de medición para tratar de investigar si hay longitudes o configuraciones de despliegues mejores que otras. Quizás la distracción consista solamente en pensar en todas estas cuestiones como escape a la presión de las largas jornadas de trabajo y es inmaterial si la antena al final del dia funciona como la gente o no.

El PICHZ de LU7HZ (parte 2)

Hacer un circuito como el adjunto es, por otra parte, simple aún con técnicas constructivas tipo Manhattan o ugly; pero estas técnicas son a veces algo engorrosas cuando se trata de circuitos integrados y no componentes discretos por lo que tener una placa de impreso agilizaría notablemente la construcción del proyecto para poderse concentrar en el software que es en definitiva el que determina su comportamiento.
El PIC utilizado (12F675) provee la forma de programar sus seis salidas en forma discrecional como de entrada o salida (algunas de ellas además como digital o analógica); pero en general todos los proyectos requieren activar algun dispositivo y para ello es conveniente tener un par de transistores a modo de actuadores para no exponer el PIC innecesariamente a cargas. Por su parte si es necesario manejar más que unos pocos mA de corriente bien se puede manejar reemplazar R2 o R4 o ambas por circuitos de conmutación de potencia (un relay de cc por ejemplo). La placa de circuito impreso se diseña con el software Sprint-Layout , ya referenciado en una entrada anterior y que resulta costoso para un uso casual pero muy poderoso cuando se requieren hacer layout de impresos con cierta frecuencia. Con su auxilio se obtiene una placa de dimensiones muy reducidas (25mm x 30mm) cuya disposición se adjunta (fuertemente aumentada en escala). El circuito prototipo se arma en unos pocos minutos una vez que se tiene un impreso; el PIC siempre debe ser utilizado con zócalo para permitir su grabación (lo que en desarrollo ocurrirá, por cierto, muchas veces). Las distintas entradas y salidas se implementan de acuerdo al proyecto en cuestión. No hay ninguna necesidad de implementar todas las entradas o salidas, solo las necesarias pues el resto pueden ser anuladas por software. La placa ya incluye espacio para un regulador de voltaje de forma de liberar la fuente externa que se utiliza (cualquier valor entre 9 y 12V seguramente será adecuado, incluso algo menor o mayor también funcionará); un regulador miniatura tipo 78L05 probablemente sea adecuado en la mayor parte de los proyectos pero si se alimenta con 12V o superior puede tener que disipar demasiada potencia y por eso es conveniente preveer espacio para un 7805 que es mucho más robusto. Habiendo "volado" mas de un regulador por conectar la fuente al revés hé aprendido a proteger los diseños con un humilde diodo que se paga a si mismo rápidamente evitandonos errores. La placa tiene por propósito ser la plataforma de múltiples experimentos por lo que no adjunto ningún fuente de software en particular, cada proyecto diferirá (justamente) en el software que usa; en este momento estoy implementando un manipulador electrónico pero estoy seguro que es solo el primero de muchos otros proyectos interesantes. La placa de prototipo la elaboré con técnicas caseras de grabación de impreso, pero para una tirada profesional a bajo costo recurro como siempre a los servicios de Washington Rojas (LU3EI) En caso de querer un esqueleto de programa para tomar como base la baliza para LU1DMA previamente mencionada es un buen punto de partida. El PIC puede además de Assembler programarse en C y en Pascal, aunque yo prefiero el primero; el sitio Web de MicroChip (fabricante del PIC 12F675) contiene un IDE muy completo que incluye Assembler y C; otros paquetes comerciales y libres proveen alternativas con otros lenguajes de programación.

El PICHZ de LU7HZ (parte 1)

En un número considerable de proyectos termino apelando al versatil microcrontrolador PIC 12F675. Este microcontrolador alberga toda la funcionalidad de un PIC de baja gama, incluye puertos paralelo, entradas analógicas, manejo de interrupciones versátiles y no requiere componentes externos ni cristales (aunque tiene la opción de tenerlos si fuera necesario). El circuito es bien sencillo, básicamente consiste en alimentarlo con +5Vcc y luego trabajar en la que sea la circuitería externa que el experimento en cuestión requiera. En algunas estradas anteriores compartí un beacon "inteligente" que diseñé para Luis (LU1DMA) basado en este PIC. El curso de CW que estoy haciendo me há permitido alcanzar ya cierta destreza en el uso de un manipulador lateral, lo que crea el problema de no ser facil volver al vertical cuando opero el Pixie o alguno de los otros equipos que no tienen manipulador automático; esto lleva directamente a querer hacer un manipulador automático, el que por supuesto tiene como base un 12F675. Y asi sucesivamente, diferentes proyectos esbozados en la rueda de VHF local tales como identificador múltiple, controlador de repetidora, robot de CW, baliza de globo, beacon de QRSS e incluso otros proyectos no relacionados con la radio como algunas ideas que mi hijo Marcelo tiene respecto a al aeromodelismo (su hobby). Todos los proyectos comparten caracteristicas similares. Se trata de alguna forma de sistema embebido simple, con alguna función de complejidad baja o media, con poca o ninguna necesidad de interfaz para operarlo. En general son proyectos que no requieren algoritmos matemáticos complejos (por ej. no sería adecuado para procesamiento digital de la señal) ni gran potencia de procesamiento. Normalmente es necesario sensar una o más señales on/off (binarias) y ocasionalmente alguna señal analógica (en ambos casos cualquiera sea el origen de esas señales deben estar conformadas para operar en el rango +0V a +5V que puede manejar este procesador).

Pruebas de campo de Whip portatil

Finalmente llevé a un viaje "real" la antena telescópica que estuve evaluando y que comenté en una entrada anterior. El transporte efectivamente fué práctico, el whip base, el whip telescópico y las bobinas de carga para 80,40,20 y 10 mts ocupan muy poco lugar; básicamente una bolsita de lona de 60 cms x 5 cms facilmente acomodable en una valija pequeña. Adicionalmente y por separado llevé la base de la antena, varios mecanismos de morsa para estar preparado para sujetarla en distintas posiciones, unos 3 metros de cable coaxial RG58 y dos rollitos de 5 mts cada uno de cable de instalación eléctrica para operar como counterpoise; todo esto viajando en una bolsita de lona separada pero también ubicable en un rincón de la valija. Instalada en la habitación del hotel (sujeta a una mesa "ratona") y cerca de una ventana permitió escuchar estaciones de entre 500 y 2000 Kms en 80 mts, y estaciones regionales (desde zona W8 y W6) tanto de Canadá como USA en 40 mts. En 10 mts no pude escuchar nada pero calculo que se trataría de problemas de falta de propagación (podía hacer las pruebas alrededor de las 11pm hora local). La ROE se puede ajustar en todos los casos a 1:1 variando la longitud del whip; el uso de counterpoise es clave en el funcionamiento de esta antena. En transmisión hice varios llamados tanto en CW como SSB sin respuesta, intenté también ingresar en ruedas existentes pero no era de esperar que con solo 2W en SSB y una antena que en el fondo es precaria tuviera mucho éxito. Hay que seguirla experimentando pero ciertamente la conclusión es satisfactoria.

Antena whip corta para 10 mts de MFJ

Junto con el manipulador que mencioné en una entrada anterior compré en MFJ Enterprises la antena whip telescópica modelo MFG1810. Sus dimensiones plegadas son pequeñas (unos 25 cms) mientras que totalmente expandida puede tomar hasta 1.35 Mts, lo que la hace muy conveniente para su transporte para operación portatil. Su rendimiento sin counterpoise es marginal en las pocas pruebas que hice al momento, no he logrado recibir a ninguna estación (aunque eso seguramente se debe a condiciones). Sin embargo la ROE en transmisión sin compensar por ningún ATU es extremadamente alta. No hice aún pruebas extensivas pero no parece ser facil obtener ningún punto de sintonía en las partes mas comunes de la banda operando sobre el largo de los segmentos telescópicos. Habrá que seguir haciendo pruebas, el costo es razonable pero el rendimiento aun no me convence.

Manipulador lateral miniatura de MFJ

Aprovechando un viaje corto de negocios a la zona W6 he comprado este manipulador lateral miniatura en MFJ Enterprises; en envio de correo costa a costa fue un poco accidentado pero con un poco de buena voluntad de todos los involucrados termine juntandome con el dispositivo. Mi actividad en CW ha sido siempre la necesaria para poder probar los equipos que construyo, pero mi operacion es mas bien deficiente. Recientemente me he sumado a la clase que el Rafa Pannoni (LU3HAZ) dicta en el RCC para mejorar mis habilidades y lograr poder operar a velocidades razonables, es claro que en el rango de velocidad que quiero pararme (20 a 25 ppm) es dificil batir un manipulador lateral en conjunto con un manipulador electronico (dise#o basado en un PIC que ya estare compartiendo en entradas futuras).

El uso fundamental de un manipulador tan peque#o es poder operar el equipo FT817ND en forma portatil, debido a su tama#o la ergonomia del manipulador no es buena, al poco tiempo de usarlo casualmente se siente un poco de fatiga, ayudaria no tener que sostenerlo con la mano para poder operar (pero si fuera mas grande y pesado tampoco cumpliria su funcion). Si bien la construccion parece robusta no creo que sostenga un uso intensivo tampoco. Lo estrene operando desde la habitacion del hotel en Mountain View donde estaba parando, pero solo pude poner la antena portatil de 10 Mts y la banda estaba completamente cerrada cuando hice la prueba (alrededor de las 11pm US WST, GMT-8) y no pude hacer ningun contacto (pero que diferente que es manipular de esta forma!!!). Otra vez sera. 72! y perdon por la ortografia, este teclado no tiene ni enies ni acentos.

WPX de SSB

Durante la reciente edición del CQ Magazine WPX contest, en la que no participé, me divertí muchisimo (aunque no estando las 48 horas del concurso) siguiendo las alternativas de las tres estaciones del "aguante" local que si participaron. Victor Olmos (LU3HS) con la LQ5H, Alejandro Tapia (LW7HT) con la LW7H y Victor Pereyra (LU3HFA) con la LU3HFA, compitiendo respectivamente en alta potencia, baja potencia y QRP. En este video disponible en YouTube se puede ver a LQ5H apilando contactos como si fuera facil. Observen los logs de Victor, quien siendo su primera participación en un concurso internacional y con más de 108 contactos en la categoría QRP seguramente vá a dar alguna sorpresa grata.

El Arin de LU7HZ (Parte 8)

Nada supera a la técnica de construcción Manhattan para construir prototipos y "despulgarlos" de problemas; de hecho en las pruebas con el Arin fui modificando algunos aspectos del diseño en función de las pruebas que iba realizando. Una placa de circuito impreso simplemente no puede tolerar el grado de flexibilidad para agregar nuevos componentes y cambios (sobre los cambios, de los cambios, en los cambios) que en cualquier diseño que se precie de tal ocurren. Pero una vez que se tiene un circuito que funciona satisfactoriamente, y en particular si se lo quiere reproducir, la técnica Manhattan empieza a perder su atractivo frente a disponer de una placa de circuito impreso. La idea original de este diseño fue usarlo como material para una "clínica de construcción" en el radio club Córdoba; el proyecto en sí todavia tiene que asentarse para ser viable y no tiene fecha concreta de realización aún, pero ciertamente tener una plataforma para construir el circuito en un tiempo razonable (¿una tarde? ¿unas pocas horas?) impide utilizar otra cosa que no sea una placa de impreso, el tiempo constructivo puede bajar del orden de una hora con Manhattan a unos pocos minutos con impreso en manos experimentadas; varias veces esos tiempos en manos que están, justamente, aprendiendo. El margen de cometer errores con el circuito o en la construcción bajan también muchisimo. El diseño de impreso tiene algo de arte pero los programas de CAD disponibles ayudan mucho (¿donde estaban esos programas hace 40 años atrás cuando había que hacer los impresos pegoteando cintitas...?). Para cuestiones muy rápidas utilizo el programa ExpressPCB (Schematic y PCB) el que además de ser gratuito es muy adecuado para dibujar circuitos e impresos sencillos; el software está pensado para ser utilizado en producción comercial de impresos como plataforma para diseños y producciones realizados por la empresa que los patrocina via Web en pequeñas tiradas; si bien es adecuado para diseños simples su principal desventaja es la poca interoperatibilidad que tiene con otros programas fuera de la suite. Para trabajos de mas envergadura encuentro dificil de batir las prestaciones del programa Sprint-Layout para diseñar un impreso; con un costo de casi 40 Euros el programa no es adecuado para uso casual, pero su precio performance es dificil de batir para aplicaciones de alguna entidad. Para pequeñas tiradas bastará una impresión en formato gráfico (.jpg o .pdf) a escala del impreso (simple faz en este caso) mientras que para tiradas mas grandes se dispone de la descripción en formato Gerber. El circuito lo termino implementando sobre una placa de 40mm x 30mm, esta dimensión es un buen compromiso entre tamaño reducido y no aumentar exageradamente la dificultad constructiva. Hice algunas pruebas y se puede implementar en dimensiones de 1" X 1" (o incluso menores), pero el resultado es un agolpamiento de componentes y complejidad de armado que desvirtuaría su uso didáctico. El tamaño final sigue entrando en una cajita de pastillas miniatura "Tic-Tac". Como en otras oportunidades hé recurrido a los servicios de creación de impresos de Washington Rojas (LU3EI) quien hace muy buenos trabajos a costos razonables.

El Arin de LU7HZ (Parte 7)

Siguiendo la tendencia comentada en entradas anteriores es posible potenciar un diseño tan simple mediante el uso de un programa para SDR tal como el M0KGK. Probando en el aire la copia de señales moderadas (superiores a S6/7) es adecuada en condiciones normales de la banda; el uso de filtros, noise blanker y control de ganancia (AGC) resultan adecuados y agregan prestaciones que exceden largamente la simplicidad del receptor. El receptor sintoniza señales +/- 25 KHz de la frecuencia del oscilador (7030 KHz) aunque el efecto de (falta de rechazo de) frecuencia imagen hace dificil saber si la señal proviene de uno u otro lado del oscilador local. En transmisión es necesario desplazar ligeramente la frecuencia, lo que se logra mediante el mecanismo de RIT; de no hacerlo emitiriamos sobre la frecuencia donde el proceso de demodulación basado en SDR presenta un máximo de ruido (debido a no manejar componente de continua de la señal). Un desplazamiento de 500 a 800 Hz es más que adecuado para evitar este problema.
En transmisión se obtienen reportes de RST 55/56 en un ámbito de algunos kilómetros a la redonda utilizando buenas antenas en ambos extremos dando una señal legible aún en condiciones de mucho ruido de banda. Comparando a igualdad de receptor y antena emisora la señal con la producida por un diseño Pixie el nivel de diferencia está en el orden de una unidad S (lo que concuerda bien con lo que es esperable dado que este equipo tiene una potencia de aprox. 500 mW).
Si bien en transmisión la banda utilizable está en los alrededores de lo que permita el oscilador a cristal (puede experimentarse con un diseño basado en VXO para tener una flexibilidad de algunos KHz) en recepción se cubre con este diseño un segmento importante de la banda (7005 a 7055 KHz). Notese que en la frecuencia del oscilador local (zero beat) la respuesta tiene un máximo pronunciado de ruido, este es producido por la imposibilidad de la placa de sonido de manejar bajas frecuencias. Se monitorean en buena forma emisiones en CW, PSK31, RTTY y SSB. Un segmento de audio mostrando la copia de la señal de CW mostrada en la figura puede obtenerse aqui (atención!! el archivo es de varios MBytes....). Puede observarse la gran claridad de la señal y la ausencia de interferencias de las señales adyacentes, clara diferencia de utilizar un transceptor SDR y su peculiar potencia de procesamiento de las señales.

El Arin de LU7HZ (Parte 6)

Para la construcción se pueden utilizar varias técnicas, las que incluyen el realizar un trazado de circuito impreso apropiado. Sin embargo para pequeños proyectos es dificil batir la técnica denominada Manhattan.
Sobre una placa pequeña de impreso virgen, del lado del cobre, se pegan pequeñas “islitas”. Estas se pueden producir de muchas formas pero la que prefiero fue sugerida por Ricardo (LU9DA) y consiste en tomar una placa de impreso y pasarla muy brevemente por una llama (solo lo suficiente para entibiarla). Este efecto la ablanda lo suficiente como para luego con una perforadora de papel poder realizar tantas “islitas” como querramos (mientras la placa no se enfríe). Para el circuito integrado tomo un impreso universal y con una sierra fina separo lo necesario para un integrado de 8 patas.
Los distintos componentes se van soldando entre las islas en pasos intermedios para verificar.
Los voltajes y consumos obtenidos son facilmente verificables y se corresponden con los estimados anteriormente. Alimentado desde una batería de 9V nominales (entregando en el estado de carga a la medición 8.33V) la corriente de colector del oscilador/mezclador en recepción es de 0.8mA mientras que el consumo del amplificador es de 4mA; este consumo permite operar el equipo en recepción por aprox. 30 Hrs. desde una batería de NiCad recargable y más de 100 Hrs. desde una alcalina. Esta cuenta es en realidad mentirosa hasta cierto punto pues el amplificador de audio está en reposo durante la medición, con una señal tal que el amplificador opere a media potencia (o ruido intenso) la batería operará adecuadamente por un par de horas en su versión recargable y media docena de horas en su versión alcalina. Esto no es necesariamente malo, si este equipo será utilizado junto con una laptop (SDR) esa será aproximadamente la autonomía que tendrán las baterias de ésta. En transmisión el consumo de colector es de 40 mA mientras que el amplificador de audio continúa consumiendo aprox 4 mA; aún asi con ciclos normales de recepción/transmisión el transceptor puede operar varias horas tanto desde una batería recargable como de una alcalina. La potencia de salida medida en transmisión es de aprox. 70 mW. Observando las señales en el colector del transistor y en la conexión de antena se puede ver que mientras la primera está visiblemente distorsionada la segunda es razonablemente sinusoidal y limpia, el tono al manipular no tiene clicks ni otras espureas perceptibles.

El Arin de LU7HZ (Parte 5)

En un diseño de receptor de conversión directa la mayor parte de la amplificación del receptor se produce sobre la señal de audio, esto presenta el desafío de lograr al mismo tiempo un diseño de mucha ganancia y estable.
En general en los diseños QRPp se tiende a diseñar la cadena de audio de tal forma que tengan una respuesta de frecuencias reducida, esto definirá por su parte en gran medida la selectividad del receptor aunque contribuye prácticamente nada a las caracteristicas de respuesta a la intermodulación en caso de señales fuertes.
En este caso optaré por un diseño basado en el integrado LM386 el cual permite seleccionar con mayor libertad las condiciones de ganancia y respuesta en frecuencia. Los capacitores de desacople se toman de 10 μF.
Iré, además, en dirección contraria al resto de los diseños pues trataré que el ancho de banda sea tan grande como sea posible; mi intención es aumentar la performance de recepción mediante técnicas de SDR con lo que logro dos objetivos. Por un lado agregar funciones vastamente mas potentes en términos de filtrado, noise blanker y ganancia automática que los que podría implementar en forma sencilla en el circuito, al mismo tiempo que aprovechando la ganancia adicional de la placa de sonido para reducir los requerimientos de ganancia de la etapa de audio. La supuesta desventaja en que el receptor sea "ancho" en realidad se transforma en ventaja toda vez que podré sintonizar un segmento de banda de apróx 25 KHz a cada lado de la frecuencia del oscilador local con la selectividad propia del filtrado dado por el receptor SDR; las ventajas de esto son limitadas pues el transmisor seguirá estando en la frecuencia del oscilador local con algún pequeño desvio logrado por el RIT "tironeando" el cristal.
De la hoja de especificación del integrado seleccionado surje que para aumentar la ganancia hay que colocar un bypass para la señal entre los pines 1 y 8, lo que se logra con un condensador electrolítico de 10μF entre esos terminales. Esto, siempre desde la misma fuente, permite tener un ancho de banda de casi 30 KHz lo que es exactamente lo que me propongo. En esta filosofía de diseño de asumir el uso de un programa SDR (y la placa de sonido de una PC) es inutil tener más ancho de banda pues el filtro "antialiasing" a la entrada de la placa de sonido eliminará todas los componentes de frecuencia por encima de 25 KHz.
Al mismo tiempo el método usual de silenciar el amplificador en transmisión consiste en conectar a masa un diodo en el pin 6 llevando la alimentación a ~0.7V y por lo tanto debajo del umbral de funcionamiento del integrado (4V), el que entonces se “silencia”. Pero esto es fuente de problemas, para que al hacerlo el consumo sobre la resistencia de ~1KΏ drena innecesariamente energía. Una mejor solución es colocar el mismo diodo pero en el pin 7 el cual cuando es puesto a masa silencia en forma igualmente efectiva el amplificador.

No es necesario agregar un control de volumen puesto que bajo la hipotesis de utilizar un programa SDR podré controlar alli el nivel de la señal.
En estas condiciones de operación el amplificador con señal reducida de entrada consumirá ~4mA y la potencia de entrada de acuerdo a la hoja de especificaciones será ~X3 la de señal. O sea que para 300 mW de salida consumirá aprox. 100 mA a máxima señal.

El Arin de LU7HZ (Parte 4)

Un pequeño truco que los diseños ultralivianos utilizan usualmente en el intento de “reducir” la cantidad de componentes (factor de “mérito” en este tipo de diseños) es asumir que para tener un rendimiento razonable es necesario utilizar alguna forma de ATU (Automatic Tuner Unit), al hacerlo cuentan con cierto efecto de filtrado por lo que entregan la señal sin filtrar contando con que las espureas serán filtradas en el ATU. El circuito de adaptación atenuará también la señal en cierta medida reduciendo la potencia emitida. Como “picardía” para mantener la cuenta de partes baja esta muy bien, pero en la práctica de que sirve tener un diseño minimalista si estará luego “condenado” a utilizar un ATU para funcionar bien? Por eso agrego a este diseño un circuito en π que actue como filtro pasabajos filtrando la mayoria de las espureas a niveles razonables.
Utilizando el programa zmat08.exe (que es distribuido como parte del libro EMRFD) es posible diseñar distintas redes de acoplamiento; estas pueden ser utilizadas tanto para adaptar impedancias como por sus propiedades de transferencia; en este caso el diseño prevee que R1=R2=50Ώ con frecuencia de corte en la correspondiente a la operación del transceptor en 7 MHz. Esta red atenuará todos los productos de mezcla indeseados por encima la frecuencia de corte. Adoptando un Q=2 el resultado es L=0.9μH y C1=C2=905pF, los valores más cercanos serán C1=C2=820pF y L=1.1μH.
Es interesante utilizar el programa LTSpice (Versión Lite) para evaluar cual será la caracteristica de este circuito, planteando para los valores a implementar el resultado permite ver la función de transferencia en toda la gama de HF.

Tomando como resistencia de la fuente 10Ώ la pérdida de inserción está entre -1 y -2dB (es valido tomar la variación de tensión como relación de potencia dado que las impedancias de entrada y salida se toman como iguales). La atenuación en 2f (14MHz) se pronostica com -12dB, en 3f (21 MHz) de -20dB y -25dB en 4f (28 MHz) lo que es suficiente.

Con una pérdida de inserción del orden de 3dB y teniendo en cuenta que parte de la potencia (aprox 1/3) se utiliza en mantener la oscilación la potencia efectivamente disponible en antena de no mediar otras pérdidas estará en el entorno de 80 mW; se podrá criticar distintos aspectos del diseño pero no se puede negar que es bien QRPp(!).

El Arin de LU7HZ (Parte 3)

Tanto el diseño Curumim de PY2OHH como el diseño del oscilador de XBM80-2 de G3XBM, son de tipo Colpitts, entre ambos el segundo me resulta más atractivo en general pero considero que hay que hacerle algunas pequeñas modificaciones. Los capacitores de desacople y paso los tomo como 100nF y la inductancia de 10uH lo que representa impedancias suficientemente bajas y altas respectivamente a la frecuencia de trabajo (7 MHz). La red de realimentación (C1/C2) responsable de la oscilación pero que no intervienen en la polarización de continua; de sus valores depende tanto el arranque seguro del oscilador bajo todas las condiciones como cual es la potencia total que se consume en mantener la oscilación (que en este diseño se resta de la salida total).

Por lo demás la red de polarización será R1=10KΏ, R2=10KΏ (recepción) y R3=100Ώ (transmisión).
La primera modificación respecto a otros diseños será utilizar 9V como tensión de alimentación; esa tensión puede ser proporcionada tanto por una batería alcalina (550 mAh) como por una recargable de Ni-MH (150 mAh) y reduce considerablemente consideraciones de filtrado tales como las que sería necesario de utilzar una fuente de 12V (o la restricción de asumir que se utilizará una bateria de 12V de automovil).
Los capacitores de desacople se toman como 100nF lo que presenta una impedancia sufiencientemente baja en toda la gama de HF.
Utilizando el programa biasnpn.exe (provista con el libro EMRFD) las condiciones de polarización son en recepción (con Re≈R2=10KΏ) Ic~0.8mA,Vc~9V, Pd~600μW y Vce=0.8V; la potencia potencialmente radiada sobre una antena de 50Ώ sería en el entorno de 600μW.En transmisión (Re≈R3=100Ώ) las condiciones de polarización son Ic~42mA,Vc~9V, Pd~200mW, Vce~4.9V y la potencia de salida sería 230mW sobre 50Ώ. En las mismas condiciones pero con una tensión de alimentación de 12V Ic~57mA,Vc=~12V, Pd=355mW, Vce~6V y la potencia de salida sería ~400mW sobre 50Ώ. La diferencia en recepción entre operar con una alimentación de 12V y 9V no es realmente significativa. Es decir que el diseño es compatible para ser utilizado con ambas tensiones, obteniendose como es lógico algo más de potencia al ser alimentado con 12V. La relación de potencia entregada a la antena en transmisión y recepción es de 10Log(600μW/230mW)~-26dB es decir que si consideramos la “fuga” del oscilador como una espurea esta estaría muy por debajo de la señal de transmisión en un grado que considero aceptable, en realidad y debido a otras consideraciones la potencia radiada es menor tanto en transmisión como recepción con lo que este efecto tiene menos consecuencias aún.

Adopto la sugerencia de Alan Yates (VK2ZAY) de incrementar la capacidad de realimentación mediante el agregado de C11, esta capacidad adicional deteriora la performance de recepción pero solo actúa al activar el manipulador, su agregado permite aumentar la potencia de salida en algunos pocos mW (pero en estos niveles todo cuenta!!!).

El Arin de LU7HZ (Parte 2)

El principio de funcionamiento del Arin es igual al de los diseños similares en los que se inspira (Curumim, XBM80-2, etc) el que a su vez se parecen a incontables diseños que fueron derivados por su parte del μ80 del gran Oleg Borodin (RV3GM).
Un transistor operado en baja señal actúa como una llave electrónica controlado por una señal de oscilador local en la frecuencia de trabajo que se haya elegido; la señal de entrada proveniente de la antena resulta entonces mezclada con el oscilador local y como resultado se obtienen principalmente la señal suma, la señal resta (audio), la señal original del oscilador local y un número de espureas dependiendo de distintos factores de diseño del circuito.
Los diseños tan simples tienen limitaciones de funcionamiento y es un ejercicio que requiere no pocos recursos técnicos el lograr sortearlos (¿consistirá en eso, al menos en parte, el atractivo?).
Como todo receptor de conversión directa tiene el problema de frecuencia imagen, lo que en el peor de los casos lleva a interferencias (si hay señales simultaneamente en la frecuencia y su imagen) y en el mejor a la incertidumbre sobre donde está realmente la señal recibida y el ruido de dos canales en lugar de uno.
La innovación del Curumim y el XBM80-2 consiste en que la señal del oscilador local es provista por la misma etapa en una configuración “autooscilante”, en realidad la etapa tiene una tercera función aparte de mezclador y oscilador pues en transmisión es también amplificador de potencia (¡!). Roger (G3XBM) considera que un receptor basado en el principio de conversión directa donde el detector además es el oscilador es en realidad un detector operando bajo el principio superregenerativo. La discusión es conceptual pero en mi opinión un detector opera bajo el principio superegenerativo solo mientras se encuentra por debajo del punto de oscilación continua, cuando el detector comienza a oscilar en forma continua creo que el principio de funcionamiento pasa a ser el de un receptor de conversión directa.
La sencillez viene con “daño lateral” sin embargo, pues en este diseño sencillo la señal del oscilador local también está presente en la antena, la que si es medianamente eficiente la radiará. Es decir que el receptor transmitirá continuamente, esto es un problema de todos los diseños ultralivianos de este tipo (¡!). Esto se puede (y debe) compensar diseñando con cuidado los niveles de señal con que opera el oscilador en recepción y transmisión.

100 primeras entradas en el blog

La entrada número 100 ya está editada y la finalizaré en unos pocos dias. Aparte de un breve festejo por la singularidad decimal creo que es un buen momento para reflexionar sobre esta aventura de llevar un blog y los aprendizajes que hé realizado haciendolo.

Durante este tiempo hé aprendido que el blog lo lee más gente que lo que hubiera pensado, y crecientemente recibo muestras en la forma de comentarios y consultas sobre lo que en el escribo, en general son buenos comentarios y eso me dá mucho gusto. Aun asi hé aprendido también que es un ámbito profundamente personal, un espacio donde puedo reflexionar "en voz alta" sobre los temas que me interesan siguiendo el orden que creo más apropiado, y ojalá que otros puedan sacar provecho de ello. Encuentro esta experiencia mucho más provechosa, aún en un sentido de contribución más allá de lo personal, que dedicar el mismo tiempo a la participación en foros. Hé logrado por otra parte ordenar mis ideas y apuntes de una forma tal que me permite aprovechar el escaso tiempo que le puedo dedicar a este hobby. La siguiente singularidad decimal es la entrada número 1000, ojalá que algún día me encuentre escribiendola. 72!