martes, 10 de noviembre de 2020

Radio y Montañismo

Siendo un radioaficionado de la provincia de Mendoza, que desde hace poco comencé a caminar por la montaña he notado que hablar de montañismo sin un medio de comunicación es algo absurdo hoy en día ya que se puede decir que es algo fundamental en el caso de una emergencia; pero debemos conocer algunos aspectos que son necesarios para poder realmente usar un equipo de radio cuando lo necesitemos.

A continuación trataré de establecer algunos conceptos  relacionados con este tema.

Por que una radio? Hay muchos senderos y cumbres alejados de la civilización y la cobertura de la telefonía móvil está concentrada hacia las zonas urbanas; por el tipo de onda que se utiliza en este sistema puede ser muy común quedarnos sin señal; por lo tanto no es un sistema confiable en un caso de emergencia.

Mejorando las comunicaciones en zona montañosa

Un equipo de radio no es una garantía absoluta de comunicación, aunque si hace una diferencia cuando aprendemos a usarlos. Esto implica algo de entrenamiento y dedicación ya que si todos los que salen a la montaña mantienen sus equipos prendidos en las frecuencias asignadas para las actividades al aire libre. Asi podemos ponernos en contacto con alguien más para avisar por donde estaremos o que ruta haríamos, no es necesario que solo hablemos con nuestro grupo de amigos, idealmente podremos de a poco armar una red social de contacto por las frecuencias de uso primario y secundario ya que para eso eso están).

De esta forma (y leyendo el manual) aprenderemos a familiarizarnos con las partes de nuestro equipo y sabremos como operar las diferentes perillas del mismo... como el montañismo es algo que requiere entrenamiento.

En este momento seguramente hay preguntas como estas que quisiéramos resolver:

  • Cuál equipo de radio comprar?
  • Cómo aprovechar al máximo los equipos?
  • Cómo mejorar la zona de cobertura?
  • Cuáles frecuencias puedo usar? 
  • Cómo y donde llamar en caso de emergencia?

 El equipo de radio que usaremos es de los llamados de VHF; sin caer en tecnicismos diré que es un rango de frecuencias que nos permitirá poder operar con equipos pequeños (livianos), alimentados a batería y con antenas pequeñas.

También en VHF el ente nacional que controla las comunicaciones ENACOM, estableció en la resolución 5/2015 tres frecuencias de uso libre y que son las que se deben usar en esta actividad; dicha resolución fue publicada en el Boletín Oficial 33054/39 como Frecuencias MTTT; aunque en un principio tales frecuencias fueron pedidas para uso de Móvil Terrestre Todo Terreno (MTTT) se amplía su uso para actividades al aire libre donde el montañismo es una de ellas.

Se establece en esta resolución de ENACOM que las frecuencias son:

  • 139.970 MHz - Uso primario y normal
  • 138.510 MHz - Uso Secundario
  • 140.970 MHz - Exclusivo emergencias

Deberemos leer el manual de nuestro equipo de radio para poder guardarlas en memoria como canales y darles el uso que corresponde. Y aquí es donde quisiera dar mi punto de vista como radioaficionado.

Si nosotros en cada salida llevamos el equipo apagado todo el tiempo, y sólo lo prendemos cuando necesitamos desgraciadamente llamar ante una emergencia dificilmente tengamos éxito. Primero por la falta de costumbre de usar el equipo; saber operar el handy, saber como subirle el volume o de donde se abre el SQUELCH es importantísimo para poder eliminar el silenciador y asi escuchar a alguien que llega bajo por ejemplo.

Y por otro lado... si los demas tienen nuestra costumbre de llevar el equipo apagado obviamente nadie nos va a escuchar!

En una parte de la resolución dice: "En corto tiempo, las Instituciones Publicas estarán atentas en 140.970 mHz para asistir a los necesitados"

Y por lo menos hasta ahora jamás escuché a una institución publica que esté al tanto de esto; por eso hago incapié en que seamos nosotros mismos los que estemos atentos y podamos ayudarnos entre nosotros.

Mi otra recomendación es que ademas de llevar el equipo prendido para escuchar algun llamado, que nosotros llamemos en la frecuencia de uso primario para ver si alguien nos escucha. Por ejemplo; "aquí Alejandro desde zona de Paramillos, alguien me toma?". Si tenemos la suerte de que alguien nos responda, podremos reportar cuantos somos en el grupo, que ruta o cumbre pensamos hacer y desde ya se agradece siempre por estar "a la escucha" por si surge alguna necesidad. Tambien podemos llegar a escuchar el reporte de alguien mas y responder, "bien escuchado Sebastian por Uspallata, quedo a la escucha". 

Si de a poco armamos esta "red social" y de esta manera ganamos tranquilidad de que en el caso de que sea necesario alguien nos escuchará; sobre todo si entre la gente hay alguien con señal de telefonía móvil o algun radioaficionado con acceso a repetidoras y a otras bandas de alcance nacional. 

Siempre debemos ser respetuosos y recordar que esta buena práctica nos entrena en el uso del handy para ayudar o ser ayudados en caso de necesidad.

Mejorando la cobertura

Notaremos a través del uso de la radio que en las cumbres tenemos mejor cobertura que en las quebradas y eso tiene que ver con las características de propagación de las ondas en VHF. 

Entre las características de las ondas en esta frecuencia voy a comentar 3 principales que tienen que ver con la comunicación: La primera es que mientras mas elevados y con visual estemos mejor; visual es con respecto a la comunicación con linea de vista o directa; las ondas que salen de nuestro transmisor llegan directamente al receptor; las señales en este caso son siempre buenas a excelentes. Cuando hagamos nuestra próxima cumbre podemos anunciar que lo logramos y que comenzamos a descender; probablemente alguien se interese por la climatología que estamos experimentando en ese momento o la ruta de ascenso que usamos... red social!

Otro tipo de efecto que vale la pena nombrar es que podemos comunicar con alguien que no esté en linea visual, pero se logre por rebote, es decir, la señal rebota en una ladera por ejemplo y es recibida a continuación por alguien mas. Si este es el caso, notaremos que inclinando el handy 90° mejoramos las señales, las cuales normalmente son atenuadas con cada rebote (puede haber mas de uno); si la señal es demasiado baja como para no superar el umbral del silenciador (SQUELCH) escucharemos que se "entrecorta", en ese caso podemos apretar un boton llamado normalmente monitor o M. Nuevamente hay que leer el manual... practicar y usar el equipo de radio para familiarizarnos.


 

Lo último que voy a nombrar es el efecto de difracción de la señal cuando la misma encuentra un borde como por ejemplo el filo de un cordón, la señal se difracta y podremos establecer contacto con alguien que se encuentre por detrás del cordón. En este caso las señales son también muy atenuadas por este efecto y puede ocurrir una doble difraccion o una combinación de rebote y difracción. Normalmente las señales pueden ser bajas a pesar de que no estemos separados muchos km.

Hablando de km, cuanto es la distancia que podríamos cubrir?
Sabemos que el mejor de los casos es cuando estamos mas altos, en mi caso pude establecer contacto desde el San Bartolo en Paramillos (Mza) a 3300m con alguien que estaba en un vehículo en la provincia de San Luis. Con visual al llano podemos esperar la mejor cobertura; mínimamente entre 15 y 20km con 5W del handy.

Como operar/hablar correctamente


No es necesario hablar como en las películas, o intentar usar demasiado los códigos, sobre todo porque no sabemos si nuestro interlocutor los conoce!. Aquí el consejo es hablar lo más natural y claro posible, pausado. Hablar rápido o gritando no ayuda porque nos van a pedir que repitamos permanentemente!

Como dije anteriormente, hay que ser respetuoso, esto incluye no hablar de mas; en el caso de encontrarnos por radio con un amigo, podemos cambiar al canal de uso secundario para no saturar el canal primario con nuestra charla.

Para los que quieran aprender un poco mas sobre códigos les diré que solamente usen lo mínimo y necesario para acortar el tiempo de transmisión o mejorar la legilibilidad; si por usar códigos logramos el efecto contrario... NO USARLOS!



Emergencia o no emergencia?

No soy un experto en este tema, y aqui es donde usaremos nuestro mejor criterio; analizando la situación intentando mantener la cabeza fría. Si vemos que la situación tiende a empeorar podemos declararnos en emergencia. 

También ayuda establecer contacto para reportar una situación que si bien no es emergencia puede llegar a serlo; por ejemplo alguien con un esguince y bajando lento, puede no ser emergencia a menos que se haga de noche y no tenga buen equipo para soportar el frio.

En este caso se suele establecer un protocolo de comunicación con una base de tiempo, por ejemplo... decir, me reporto en 1h nuevamente o cuando llegue al campamento tanto nos hablamos de nuevo. La persona que escuche esto no debería disparar una alerta de emergencia en tanto se mantengan las comunicaciones como se pactaron.

Es algo difícil para mi intentar establecer un mejor camino porque no soy experto y cada situación debe analizarse en particular. Lo importante es que debemos comunicar siempre la situación en la que estemos antes de que sea realmente emergencia. De esta forma tal vez podemos recibir consejos por radio, de alguien que tenga mas experiencia o bien que todos se preparen para actuar mas rápido si es que hace falta.

Que handy compro? Cual es mejor?

No hace falta comprar el mas caro, aunque sea el mejor desde varios aspectos. con un handy chino de marca Baofeng tenemos suficiente para la mayoría de los casos. No son los mas robustos como los de marcas reconocidas como Yaesu, Icom o Motorola; dejando de lado los Motorola Talk-About o esos que se venden de a "packs" ya que estos vienen de fabrica con llamada selectiva y solo se pueden comunicar entre ellos.

 


Los handys económicos tienen la ventaja de que no son caros de reemplazar, soportan algunas caídas (lo se por experiencia); y tienen una duración de la batería muy aceptable!. Sin embargo, si pensamos en usarlos en expediciones de varios días, recomiendo llevar un panel solar de 15W para recargarlo, puede ser útil un power bank con panel incorporado; ambas opciones ademas nos permitirán cargar teléfonos, GPS o algún otro dispositivo electrónico.

El frío y las baterías no se llevan bien, pero no es una buena practica dormir con el handy porque la electrónica y la humedad se llevan peor!. En ese caso, podemos sacarle la batería al equipo y mantenerla caliente en la bolsa de dormir o mejor aun es aislar con la ropa. Los equipos mas caros suelen tener mejores baterías pero también sufren el frio haciendo que la batería dure mucho menos de lo normal o se descargue sola.

Los equipos mas caros, muchos son a prueba de agua y tienen mejores prestaciones electrónicas que los mas económicos, deberían tenerse en cuenta cuando necesitemos llevarlos hasta algún extremo de estas características.

Finalizando diré que sé que algunos montañistas muchas veces son reacios a llevar equipos de radio; pero todos sabemos la importancia de la seguridad en esta actividad, y la importancia de las comunicaciones en una emergencia deja claro que puede hacer la diferencia entre la vida y la muerte. Entrenemos usando nuestro equipo de radio!

Agradecimientos a LU1MWG, LU9MZO y LU7MTZ con quienes dimos un pequeño taller sobre este tema.

73 de LU1MAW (Alejandro Weber)


martes, 18 de agosto de 2020

USB CAT para Yaesu FT-890

Este adaptador USB/Serial que se usa para CAT es del tipo FTDI, tiene ademas de las lineas de RX y TX Seriales las lineas de control que nos permitirán usar una de ellas para transmitir en CW desde la PC.

En Linux, con el comando lsusb podremos ver como detecta al módulo conectado en el puerto USB, y con dmesg veremos como lo identifica el kernel en el sistema; en mi caso (y creo que en la mayoría) genera un archivo que apunta al dispositivo en /dev/ttyS0; o bien /dev/ttyS1 en el caso de que la direccion 0 esté ocupada.

Yo uso como software de log del dia a dia cqrlog, el cual tiene muy buenas caracteristicas!, incluso se puede usar para concursos aunque en este aspecto entiendo que es mejor el soft N1MM. Para los que prefieran usar Windows, encontré este doc de Matías LU9CBL muy bien explicad.

En el caso de un concurso resulta práctico tener una interfaz para que llame un CQ automáticamente o pase un reporte de señal + un numero incremental con teclas "macro" por ejemplo, es por eso que ademas de tener el sistema CAT me interesa ampliar las capacidades de la interface para que sirva de CW-Keyer.

En algunos equipos el protocolo CAT permite que se les envie caracteres para ser transmitidos directamente, no sería necesario ampliar el circuito hasta la entrada de "key" del transmisor; pero como el FT-890 no lo tiene incorporado la solucion es usar la linea de DTR para que haga el keying desde la PC corriendo CQRLOG bajo Linux

Aclaro que esto funciona bajo Linux porque lo que vamos a hacer no se puede hacer en Windows, usar el mismo puerto serial con dos programas diferentes en tiempo real. Esto se puede hacer porque no abrimos el puerto de manera exclusiva y porque con uno de los programas usamos pines del puerto que el otro programa no controla.

Control CAT en Linux

Para el control CAT usamos hamlib y entre su set de herramientas viene rigctl, el cual será invocado como demonio (rigctld) desde cqrlog cuando este inicie.

Previamente a configurarlo en cqrlog lo necesitamos saber cual es el numero que corresponde a nuestro equipo; para ellos ejecutamos rigctl -l desde la consola. Podemos encontrar mucha mas informacion util en las paginas man del comando.

Como podemos ver el FT-890 esta entre los que tienen un soporte estable, es decir que está completamente implementado el CAT con todas las funcionalidades que este modelo de transceptor permite.

El comando que podemos usar para verificar el funcionamiento es:

  rigctl -m 115 -r /dev/ttyS0 -s 4800 -vvvv

 Con eso seteamos el modelo, el dispositivo con el cual se establece la comunicación serial, la velocidad y con un nivel elevado de debugging por la salida estandard.

También podemos usar la aplicación grig para obtener una ventana grafica de control mediante CAT de nuestro equipo. Ideal para controlar una estacion remota.

Habiendo comprobado que funciona bien podemos configurar en cqrlog con los mismos parámetros.

En mi caso saqué las señales de control DTR y RTS de default para dejarlas en OFF asi no me ponian el equipo en transmision al momento de levantar el demonio de rigctl.

 CW-Keyer en Linux

Para poder transmitir CW desde la PC, usaremos el software llamado cwdaemon, el cual podemos apuntarle que use el puerto serial ttyUSB0 (no usar el full path!) en mi caso lo lanzo manualmente luego de enchufar el dispositivo USB porque si este software es iniciado antes de que exista fisicamente el archivo, dará un error de acceso.

El comando que uso: 

cwdaemon -n -d ttyUSB0 -x n -iiii

En mi caso, la linea DTR está invertida por eso use un transistor PNP para que conmute inversamente a la señal que le llega desde el chip FTDI.

En la configuracion del cqrlog usé cwdaemon:

Una vez funcionando podemos configurar nuestras teclas macros desde F1 a F10; en mi caso las tengo configuradas para un QSO común, ya que aun no lo usé para un concurso.

Algo interesante es que si compramos un cable ya armado de USB CAT, no tengamos la posibilidad de usar cwdaemon con la linea DTR (como le pasó a mi amigo LU4MEI). No es problema, podemos hacerlo andar usando la placa de sonido ya que si invocamos al software cwdaemon con el argumento -x s obtenemos el audio de la transmision en CW por la placa de sonido del sistema y desde ahí usarlo para que haga la transmision.

Para eso necesitaremos este circuito:



domingo, 28 de junio de 2020

DX-Commander vertical multibanda

Una de las antenas que quisiera experimentar, probablemente cuando se levanten las restricciones por la pandemia lo pueda hacer. Sin embargo hice una simulación de la misma para MMana-Gal, ver link al final del artículo.

DX-Commander es una antena vertical diseñada por Callum McCormick, M0MCX; el cual es un gran experimentador y youtuber. La antena es simple; se trata del mismo concepto del dipolo llamado "bigote de gato" o "Fan Dipole" en inglés, donde tenemos una sola alimentación central y diferentes medidas de cable que forman los dipolos resonantes en diferentes bandas
Dipolo multibanda.
Hay cierta interacción entre los elementos que lo conforman, sobre todo si estos resuenan en frecuencias parecidas, por ejemplo para la banda de 15m y 17m.
La idea de Callum es usar este concepto para una vertical donde hay varios elementos verticales conectados en el mismo punto y todos de 1/4 de onda para la frecuencia de resonancia (con un plus que veremos mas adelante)

Punto de alimentación de la vertical DX-Commander
Click aquí para ver la pagina del producto
Click aqui para bajar el PDF original de la DX-Commander


DX-Commander

En las siguientes imágenes se puede ver como está la antena ensamblada; cada elemento de 1/4 de onda, termina con su cable en un lazo cerrado y se engancha con un elástico que viene del plato superior y de esta forma lo mantiene estirado, incluso durante días de viento. Como los elásticos + las riendas del poste telescópico producen una fuerza que tiende a colapsar los tramos del poste, Callun provee unas abrazaderas con un forro de plástico (manguera de pecera) para evitar que colapse.

El poste de 10m de fibra es uno de los elementos importantes en la DX-Commander

Planos de tierra no sintonizados

Plato (15cm) guía y para sujección de las riendas, nótese la abrazadera.

La antena resuena en todas esas bandas!

Una vista de todos los elementos.
Uno de los aspectos interesantes es que el cable de 40m resuena en 40m y en 15m por ser tercer armónico, pero para que se pueda usar dentro de la banda, se alarga el irradiante de 40m y se vuelve sobre si mismo en la punta, esto baja la curva de roe en 40m pero lo hace mas sobre 15m; si no fuera por esta pequeña carga lineal, no se podría usar sin sintonizador en 15m.

Planos de tierra controversiales

Hay mucha bibliografía al respecto y aún se sigue debatiendo sobre este tema, al parecer no hay nada muy definitivo!. Callum se basa en un estudio de Rudy N6LF
donde realizó la prueba práctica de usar un monopolo (radial en la malla del coaxial), donde obtiene el punto de partida de las demás pruebas.
Luego agregó 4 radiales de 1/4 de onda y obtuvo 1dB
Luego con 8 radiales de 1/4 de onda obtuvo 1.6dB
Con 16 radiales del mismo largo obtuvo 2.2dB
Con 32 radiales del mismo largo obtuvo 2.5dB
y con 64 radiales del mismo largo consiguió 2.6dB
Y ahi vemos que la curva de radiales y ganancia ya se comienza a aplanar, por lo tanto agregar mas radiales no van a mejorar significativamente la ganancia. Ahora bien... Rudy también notó que si cortaba a la mitad estos radiales de 1/4 de onda obtenía algo muy similar a la ganancia de los radiales estirados de 1/4 onda; prácticamente es la misma ganancia con 16 radiales de 1/4 onda o 32 radiales de 1/8 de onda.


Link al PDF de Callum
Link al PDF de Rudy 

Video donde Callum explica lo de los radiales:


 Por este motivo la antena DX-Commander son 6 manojos de 5 cables cada uno para obtener 30 radiales de 3.5m cada uno. Pero tambien pueden ser 20radiales.



 También Callum comenta que muchos radiales pequeños funcionan mejor que menos cantidad pero mas largos; y la cantidad de cobre de cada uno de estos, debería ser 1.5 ondas de largo para la banda mas baja por lo menos. Con 20 radiales de 3.5m tenemos 1.75 ondas para la banda de 40m, y 3.5 ondas de longitud de cobre en radiales para la banda de 20m y etc...

Por ahora suena una antena genial, pero claro... es el inventor y fabricante de un producto comercial!, por que creerle al vendedor!? Bueno, cuando vi este video me gustaron muchos los resultados y esta es una prueba realmente confiable


La antena fue comparada en tiempo real midiendo spots en WSPR conmutando entre la vertical de DX-Commander y una Hustler 6BTV. Los resultados para las bandas en general fueron mejores para la DX-Commander sobre todo en las bandas bajas:
En azul la DX-Commander


Ventajas

  • Puede ser usada en estación base o portable con buenos resultados
  • Puede ser usada con mucha potencia
  • No requiere acoplador de antena
  • Buen ancho de banda
  • Bajo ángulo de despegue, buena para DX.

 Desventajas

  • Poste de 10m de fibra de vidro no es fácil de conseguir o económico (*)
  • No es práctica para armar en una cima SOTA o cuando se requiere velocidad de armado (*).
  • Necesita por lo menos características de suelo similares a las de un parque, no se recomienda para lugares secos o deserticos donde el suelo tenga poca conductividad
(*) Callum ha hecho nuevas versiones, mas portables y livianas con postes de menos longitud, para las bandas altas.


Simulación en Mmana-gal (version tribanda) 

Aquí dejo los puntos mas importantes del análisis para esta version tribanda. Este análisis lo hice simulando una versión de solamente las 3 bandas que yo uso, se le pueden agregar mas bandas como tiene la original.
Para realizar la simulación me basé en la teoría del diseño, en algunas medidas que da Callum y en la optimización que provee Mmana-gal.

Impedancia y ROE para las tres bandas

Diagrama de campo lejano para 15m

Campo lejano para 20m

Campo lejano para 40m

Curva de ROE para 15m

Curva de ROE para 20m

Curva de ROE para 40m

Este es el archivo que hice simulándola y optimizándola en Mmana-gal, aquí se pueden ver las medidas de cada uno de los cables.

Construcción:

Continuará....

domingo, 21 de junio de 2020

Dipolo rígido para 40m con cargas lineales

Este proyecto comenzó cuando vi que era más económico comprar dos antenas BC2 de marca Eiffel (usadas) que comprar el aluminio para hacer un dipolo de estas características.

Dibujo esquema con las medidas del dipolo acortado.

Los objetivos que establecí fue lograr una antena monobanda y que no tenga complicaciones constructivas, es por eso que después de algunas pruebas descarté el uso de bobinas como elemento de carga y acortamiento ya que para tener un rendimiento aceptable debemos ponerlas al 50% (aprox) de cada rama del dipolo, por otro lado para acortar con un sombrero capacitivo debía necesitar más aluminio, por eso me decidí a acortar usando cargas lineales.

Diseño


Para las cargas lineales se emplearía cable eléctrico de 1.5mm que además de cumplir la función de acortar la antena evita que el dipolo se curve en los extremos por su propio peso, es decir que cumple también una función mecánica. Si UD vive en zona ventosa no dude en usar cable más grueso o mejor aún se puede usar el cable llamado "Copper" que telefónica deja tirado en rollos durante las instalaciones telefónicas, ese alambre soporta muy bien la tracción por el tipo de aleación que lo conforma.
La carga lineal es una línea abierta de 10cm que cumple en este caso la función de acortar la longitud total del dipolo y al mismo tiempo le acomoda la impedancia en el punto de alimentación a casi 50 Ohms. El acortamiento logrado es de aldededor del 37%.


Rendimiento

El rendimiento como todo dipolo acortado es menor que un dipolo de media onda, según lo que se puede observar en la siguiente imagen, la diferencia con un dipolo rígido a la misma altura pero de media onda completa es de menos de 1dB, algo que es imperceptible si tenemos en cuenta que entre cada señal S del S-Meter tenemos 6dB, además tenemos la ventaja de poder orientarlo.

Comparación del plano vertical de dipolos a la misma altura y condiciones de suelo real


La altura y el tipo de suelo cumplen un rol importante en el diseño por eso debemos intentar hacer el último ajuste estando la antena en la posición final, se recomienda a no menos de 15m.
Para el ajuste podemos usar un puente en el extremo de la carga donde va el aislador para la unión con el soporte mecánico, preferentemente nylon de pesca o algun otro similar que tenga resistencia y tratamiento UV.
Además de ese punto podemos jugar con el largo de la misma y esto implica aumentar la impedancia parte resistiva y parte reactiva inductiva. Por eso debemos jugar con ambos valores hasta obtener 1:1 de ROE, el cálculo arroja 300Khz de ancho de banda, cubriría toda la banda de 40m.

Curva de ROE, 7070 como frecuencia central para poder operar en CW y SSB
 
El largo de las dos antenas BC2 es de 6.15m y vamos a necesitar alargarla un poco (50cm por cada rama) y para esto podemos optar por alguno de dos caminos. Uno es alargar con cable desde el punto de alimentación, esto implica alargar el soporte del dipolo para sujetar el aluminio correctamente. La otra opción es consiguiendo aluminio del diámetro correcto para sumarle lo que falta y esto nos permite tener un soporte central de 1.5m solamente.

Click aquí para descargar el archivo de diseño de Mmana-gal.

BALUN

Como se trata de una antena dipolo debemos usar un BALUN, como la impedancia en el punto de alimentación es prácticamente 50 Ohms éste debería ser 1:1 y nos va a servir para evitar las corrientes de modo común (corriente por malla).
El estudio de G3TXQ sobre los choke BALUN es excelente, por lo tanto tenemos en cuenta esta tabla para analizar las opciones en 7MHz.
Impedancia con diferentes choke BALUN
La opción cara: bobinar 17 espiras de RG-58 en un toroide de ferrite de 2.4" Mix 43.
La opción económica: bobinar 25 espiras de RG-58 con un diámetro de 10.7cm, una opción puede ser un tubo de PVC 110mm o una botella de gaseosa (vacía XD).
Será por esto que también se llaman "Ugly BALUN"? Foto de M0JCQ

Construcción

Continuará... :-)

miércoles, 3 de junio de 2020

Analizador escalar de redes RF


Este proyecto lo tuve en mente desde hace no menos de 4 años!, finalmente empecé a concretarlo; y ya está funcionando ok!.

Es un analizador escalar de redes de RF, o SNA (scalar network analyzer), hoy se conoce más el hermano mayor, VNA (Vector Network Analyzer), el que ademas de medir magnitud, mide fase de RF, es decir... podremos calcular la parte reactiva de la señal de RF.

La idea vino a mi mente cuando se me ocurrió medir un filtro de FI que estaba haciendo para uno de mis equipos caseros; el primer superheterodino, una version multibanda del Bitx40, optimizado por Andy G6LBQ.

Mi diseño original fue algo asi:


El circuito funciona; pero no se obtienen los resultados ideales porque en la punta de RF tenemos un detector de RF con un diodo; al momento de querer graficar la respuesta del filtro realicé muchas mediciones en diferentes frecuencias y luego ingresando en una tabla la frecuencia y el resultado leído desde el voltímetro pude graficar la respuesta del filtro.
Al transmitir con el equipo de radio,  con poca potencia, en realidad la minima como para poder leer la respuesta con el tester, calculo que fue entre 100mW y 500mW; para que el equipo vea siempre una impedancia favorable es que usé la carga fantasma como resistencia de terminación, y un trafo de adaptación de impedancia para el filtro que tiene entre 150 y 200OHms de impedancia de entrada y salida.
Luego con el multimetro en posición de tensión de contínua (VDC) podemos ver cuantos mV tenemos despues de pasar por el filtro. Por ejemplo, transmitimos en 10MHz, anotamos la lectura en mV, cambiamos a 10.1MHz, medimos; luego transmitimos en 10.2MHz y asi vamos tomando lecturas cada 50 o 100KHz.


Es algo engorroso tomar todas las mediciones que realmente harían falta para poder tener una buena idea de la respuesta; es por eso que se me ocurrió usar el mismo DDS con el que estaba haciendo el VFO de mi equipo... y así nació la idea del SNA casero.

Ahora podría configurar desde un Arduino la frecuencia y así no tener que usar mi equipo!. La primer mejora ya estaba en camino; la otra gran mejora fue cuando me enteré que no era el primero con esta idea; asi que encontré dos proyectos muy interesantes en internet:
Ambos proyectos usan microcontroladores para manejar un DDS y usan algo mejor que un diodo detector de germanio; usando un medidor de potencia de RF logarítmico AD8307. Finalmente el proyecto tiene mucha mejor forma, incluso mejor que algunos SNA comerciales de los años 80.

Ahora con este esquema, el Arduino podría no tener el Display, ya que se puede controlar completamente como hace el proyecto de PHSNA, de hecho abandoné mi desarrollo para modificar el de ellos, creo que fue mucho mas productivo!.

El detector de RF es el módulo AD8307; que le compré a SV1AFN; su web tiene muchos productos interesantes!
Esté circuito integrado funciona con una serie del amplificadores logarítmicos para poder entregar una respuesta lineal en voltaje DC proporcional (lineal); sin un buffer, puede entregar 25mV por dB.; si la señal leída es de 150mV, entonces sabremos que la señal es de 6dB.


DUT es el dispositivo a probar (Device Under Test); normalmente puede ser un cristal, un filtro LC, un tanque sintonizado, etc! y acá se pone interesante si usamos un RLB (Return Loss Bridge) para medir la potencia reflejada a su salida; podemos calcular la parte reactiva pero sin signo; aunque usando un AD8302 se podría... me enteré tarde.
Poniendo un RLB tenemos un analizador de antenas, que por supuesto podemos usarlo para medir la impedancia de entrada de algún otro dispositivo.


Para usarlo con el analizador de antenas, además del display le sumé un encoder rotativo, como cualquier VFO con un DDS. Otro elemento interesante de tener en el panel del equipo es un instrumento analógico que nos permita leer directamente la salida del detector logarítmico de RF. Podemos medir los dB directamente con el instrumento y visualizar de la misma manera que cuando usaba un multímetro al principio.

Diseño final
Sumamos un buffer para cambiar la rampa de mV/dB y una llave para poder cambiar entre las funciones de SNA y Analizador de Antenas.

 En el esquema se pueden ver los tres conectores BNC que se usaron, dos para usar con el SNA a la entrada y salida del DUT y la de la antena.
Cambiando el módulo detector, podremos mejorarlo midiendo la fase, para poder tener una lectura de magnitud y parte reactiva con su signo.

Construcción:
 Arduino Nano y módulo DDS con salida senoidal AD9850, el modulo se conecta serialmente usando 4 salidas del Arduino; tambien se ve en la imagen el encoder rotativo de 24 puntos y botón pulsador incorporado; el mismo que se usa en muchos proyectos Arduino, por ejemplo el raduino de uBitx. La salida del módulo DDS es senoidal y tiene una frecuencia máxima de 30MHz.

Preparando el filtro pasabajos para la salida del módulo DDS, asi evitaremos falsas lecturas por parte del detector de RF que tiene capacidad hasta 500MHz

Los valores de capacidad para todo filtro deben ser lo más exactos posibles para asegurar la respuesta del mismo.
A la salida del DDS le agregué una transformador para acomodar los 200Ohms de impedancia de salida del DDS a los 50 OHms del filtro; tambien le agregué un -3dB Pad (atenuador resistivo de 3dB) que sirve para evitar distorsión en el acoplamiento. En la imagen se ve tambien que le dejé un compartimiento para un amplificador que luego no usaría. El módulo detector con el AD8307 debe quedar bien blindado.
El SNA terminado y con la parte de RF blindada con lata de leche, la salida de RF y la entrada los los cables coaxiales de la derecha. El display 2x16 LCD lo conecté usando el protocolo I2C para ahorrar pines en el Arduino Nano.

Primeras pruebas y calibración. Para calibrar se conecta la salida a la entrada con un cable y la respuesta tendrá una respuesta con una curva que tiende a caer a medida que sube la frecuencia, para ello debemos encontrar los factores haciendo una regresion polinómica; para eso me ayudó mucho Andrés LU3HO, con esta web se pueden encontrar facilmente!

Armando la cajita en aluminio de aislaciones térmicas, material que se consigue en las chacaritas industriales. Un poco de virulana y gracias a la plegadora que hizo LU5MDT. El tamaño final es similar a los viejos analizadores de antena MFJ.
Puerto USB Mini del Arduino Nano y alimentación.
Para el display diseñé una platina para imprimir 3D y asi mantener la separación exacta de 3mm en toda la superficie de apoyo; se puede descargar desde mi espacio en thingiverse. En la imagen tambien se puede ver los 3 conectores BNC, el encoder rotativo y el instrumento analógico.
Primeras pruebas con el software de PHSNA levemente modificado; aún la interface para las mediciones es por comunicacion serial a traves de la salida USB.
El RLB es uno comprado por eBay, asegura tener respuesta hasta 3GHz, la salida Ref, nos permite usar diferentes resistencias de referencia y así medir potencia reflejada en comparacion con dicha resistencia; interesante para medir diferentes impedancias. Por ahora quedará fija en 50 Ohms.
Aprovechando un día calido de otoño en Mendoza, hice las pruebas de medir la respuesta de una trampa de una antena multibanda JVP34. Hay mas info de las mediciones en esta publicación del blog.
Respuesta en frecuencia de la trampa de un barrido desde 7MHz hasta 30MHz (2300 mediciones). Se puede observar un mínimo alrededor de 26.5MHz donde la impedancia del circuito sintonizado resuena obteniendo una impedancia máxima en ese punto y luego un segundo punto de alta impedancia a partir de los 26MHz aproximadamente. Medición realizada en circuito serie.
Respuesta del barrido de un cristal de 3650KHz encapsulado HC6/U (grande). Puede observarse la frecuencia de resonancia fundamental y dos frecuencias cercanas tambien llamadas parásitas. Medicion realizada en circuito serie.

Una mejora impresa 3D que tambien se puede descargar desde mi espacio en thingiverse.

Circuitos y software

El circuito usado es una mezcla de dos versiones diferentes del circuito de PHSNA, y con los agregados que le hice por mi cuenta, sobre todo para usarlo con el Return Loss Bridge como analizador de antena.
Este circuito usa una version anterior del módulo DDS el cual no tiene salida balanceada como el que yo usé; por lo tanto tiene 6dB menos (4 veces menos potencia) y por eso es necesario un amplificador antes de la salida.
Circuito del detector de RF, diseño de SV1AFN

Click aqui para descargar el software para el arduino nano de PHSNA.

Agilizando las mediciones

Luego de realizar varias mediciones, con las trampas y circuitos LC, me di cuenta que era un poco lento, configurar el barrido y copiar y pegar en un archivo csv para luego abrirlo en libreoffice y luego configurar el gráfico; por suerte mi amigo Andy LU3HO escribió un script en python usando matplotlib que lee directamente el csv. Para tomar la captura estoy usando CuteCom; como mi entorno de usuario es Linux este tipo de programas permite mucha flexibilidad.


Click aqui para descargar el archivo escrito en python para graficar la salida
Acceso a CuteCom

Conclusión

Es un proyecto muy divertido de hacer y muy útil para cualquiera que le gusta experimentar para RF, nos da un poco mas de luz dando los gráficos de respuesta en frecuencia y es como tener un ojo mas!.
Hoy se consiguen versiones chinas y muy económicas de SNA y VNA con pantallas táctiles y todo! Tuve la suerte de no comprar uno de esos y tener el tiempo de hacerlo yo mismo.
Agradecimientos a mi familia por aguantarme! y a Andres LU3HO, a Marcelo LU1AET y a José LU5MDT, siempre atentos a luchar contra los desafíos que los radioaficionados nos proponemos.

73 de LU1MAW