Equipo casero de CW a partir de un Cahuane FR-300

Del Cahuané al transceptor CW

Equipo prácticamente terminado

Hacer un equipo casero de CW que sea portátil con posibilidad de salir QRP pero también de poder transmitir con mayor potencia (Hasta 100W), usando la carcasa y etapa de salida de un Cahuane FR-300.

La idea de usar la carcasa de un Cahuane es porque el FR-300 es un equipo pequeño y portátil, ideal para llevarlo en días de campo y poder transmitir CW QRP con una batería pequeña o bien usar los 100W o mas que de la etapa de salida con una batería o fuente de mayor capacidad.

También me propuse como objetivo poder tener las bandas de 40, 20 y 15 metros con un display 2x16 caracteres controlado por Arduino, un encoder rotativo para el VFO y un módulo DDS AD9850.

En un principio quise utilizar el circuito del cahuane, el cual tiene una entrada para desbalancear el modulador y asi emite CW, pero me encontré con el inconveniente de que el cahuane que yo conseguí solo tenía 2 de los 3 canales posibles y que ademas no suelen tener canales cerca de los 21MHz, es decir que tendria que modificarlo bastante para llegar a los 15m.

Placa de los canales, mezclador y preamplificadores de RF del FR-300 Original

Modulador balanceado, filtro a cristal de 2MHz, audio PA Cahuane FR-300

Decidi entonces encarar el equipo completamente desde cero y como receptor un conversion directa para aprovechar lo mas posible el poco espacio disponible.

Diagrama en bloques del transceptor

Funcionamiento

El funcionamiento lo podemos dividir en 4 partes principales, la parte de control, la parte de radiofrecuencia la cual a su vez se subdivide en recepcion y transmision, la parte de alimentacion y la parte de audio.

El receptor es en conversión directa simple, no es DC de alta perfomance, es decir que no elimina una banda de audio lateral, sino que se obtienen las dos al mezclar directamente la RF del DDS con la de la antena.
Usé este metodo por el poco espacio disponible y ademas porque para CW un receptor de estos funciona muy bien.

El transmisor consiste simplemente en amplificar la radiofrecuencia del DDS hasta lograr el valor de RF a la salida de antena, para poder controlar la salida utilice un circuito con un LM317 que varia su tension de acuerdo a la señal PWM que entrega el Arduino por uno de sus pines; logrando tener el control de una de las primeras etapas de RF mediante tension de alimentacion. El resto de las etapas queda alimentado por 12V en Tx y la etapa de potencia se alimenta permanentemente como es en el Cahuane original ya que este circuito fue levemente modificado y reutilizado.

La parte de control la hice con un Arduino Nano el cual recibe datos por el encoder rotativo y su boton axial el cual cumple la funcion de ser VFO, selector de potencia, selector de tono lateral (sidetone) en la recepcion y tambien para cambiar el "step" o paso del VFO desde 10Hz hasta 10KHz.
También tiene como entrada un botón llamado RIT (Receiver Incremental Tuning) o "clarificador" como lo llama Yaesu. El cual ademas de esta función también sirve para revertir el VFO de recepción a 2xSidetone para pararse del otro lado del tono de batido y tal vez con suerte así sacarse de encima algún QRM. Esta parte luego será explicada con mayor detalle.


Como el desarrollo del mismo es demasiado grande para ponerlo en un solo artículo aquí se pueden ver la ampliación de cada etapa de la construcción por separado.  Hacerle click para ver cada uno.

1. Modificación de la carcasa
2. Alimentación en TX y RX.
3. Etapa de control y DDS VFO
4. Transmisor
5. Receptor
6. Filtros de audio
7. Filtros de RF
8. S-Meter

Receptor de Conversion Directa para CW

Esta publicación es para ampliar la publicación anterior sobre el desarrollo de un quipo de CW a partir de un Cahuane.

Consideraciones para diseñar un receptor de conversión directa

El receptor de conversión directa es muy fácil de lograr y funciona muy bien si se tienen en cuenta que hay que resolver algunos problemas previos:

1) Como es un receptor que obtiene audio directamente de la RF, se debe amplificar en audio varias veces y es muy facil amplificar una señal espúrea de los 50Hz de linea 220v o alguno de sus armónicos en 100Hz o 250Hz. Por eso es muy importante tenes un filtro de audio.
Tambien el blindaje puede ayudar para evitar este ruido.

Distribución de la ganancia en un superheterodino y en uno de conv. directa.

2) Microfonismo, este problema es porque los osciladores y todos los componentes sensibles en su posicion pueden variar la frecuencia con las vibraciones, esto produce como efecto que las vibraciones salgan amplificadas en la etapa de audio como si se tratase de un microfono.
La solucion es hacer el circuito lo mas rigido posible sin, componentes sueltos o con partes sueltas como los nucleos de las bobinas.

3) Radiacion del VFO, este problema no le afecta al receptor, pero si a los receptores cercanos ya que un conversion directa emite parte de su energia en uW por la antena ya que pasan por el mixer hacia la antena. La solucion es tener un filtro pasabanda con un preamplificador de audio para separar las etapas, un mezclador de FET doble compuerta o de celda Hillbert tambien evita que ocurra esto.

Teniendo en cuenta estos consejos, que son mejor explicados aqui, El diseño de mi receptor es con un NE612 y un TL081 como primer etapa, luego vendran los filtros y el amplificador de audio final.

V1 es la salida del NE612 (Detector de producto), al tomar una salida balanceada es muy facil eliminar los ruidos por nodo comun como el del punto 1, luego la ganancia no es muy grande para evitar los problemas de microfonismo y con un preamplificador de RF a la entrada del NE612. Vcc es de 9v, y la resistencia de 20Mg es para simular la impedancia de entrada de la etapa siguiente, la cual es el filtro de AF antes de amplificarlo en la etapa final.

Probando el receptor

En el siguiente video se ve como funciona el receptor sin filtros y la recepcion es bastante limpia.

Prueba con filtro de CW

Filtros de Audio en el receptor de conversión directa

Esta publicación es para ampliar la publicación anterior sobre el desarrollo de un quipo de CW a partir de un Cahuane.

Todo es audio en un conversión directa

Como sabemos el receptor de conversión directa obtiene audio luego de mezclar la señal de RF proveniente de la antena con la del VFO entregando a la salida AF, este audio tiene la particularidad de tener un ancho de banda muy amplio, tal es asi que podemos abarcar varios KHz.

Esto que en otra época podría haberse considerado algo negativo, hoy es aprovechado en los receptores definidos por software o SDR.

En mi caso, yo no quiero operar por SDR este receptor, por eso considero necesario ponerle limites al audio del mismo ya que no me interesan las frecuencias por debajo de los 600Hz ni superiores a 1200Hz y particularmente me siento cómodo con un tono de entre 700-750Hz. Pero como también operativamente es bueno no operar permanentemente con el filtro de pocos Hz por si hay corrimientos de frecuencia o por si solo queremos monitorear la banda en SSB también quisiera tener disponible mas ancho de banda de audio.

Es necesario tener en cuenta que uno de los problemas comunes al recibir el batido de audio a ambos lados de la frecuencia de VFO un filtro de audio de corte recto puede ayudar mucho a la inteligilibilidad de la señal. El problema y la solución fue tratado en esta entrada de este mismo blog.

En un primer lugar pensé en tener dos filtros, uno de 300-3000Hz para SSB y otro para CW usando el Hi-per-Mite de 4 State Group, el cual ya antes lo había usado y anda muy bien, con 750Hz de Fo y 200Hz de Bw.

También hice una búsqueda por internet de cuales son los filtros de CW mas usados y las respuestas mas comunes son de que para 80m o 40m y tal vez 30m, es mas típico usar un filtro de 200 o 300Hz mientras que para 20m en adelante donde el ruido disminuye, se puede usar de 500Hz o 600Hz sin problemas.

Como en mi receptor no tengo tanto lugar disponible me decidi a hacer un filtro activo con un LM324, un pasabanda de varios polos con Fo en 750Hz y como las bandas de este Rx es 40,20 y 15m, el filtro sera de 500Hz de Bw. Y si quisiera sacarlo necesitaría un filtro diferente o también un filtro de BW variable

Filtro Activo para CW con BW variable

Click para ampliar

Este filtro funciona de manera variable agregando o quitando polos a gusto nuestro. El diseño es de PY2MG y se puede ver publicado aqui.

Para agregar o sacar polos se puede usar una llave rotativa que pone en conducción los diodos al cable de salida o bien como hizo el amigo PY2OHH con un contador por décadas CD4017 que con un botón podemos rotar lograrlo mas elegantemente.

Un software de desarrollo de filtros

 Otra de las opciones que tuve en cuenta es el software que distribuye gratuitamente la gente de Iowa Hills. El cual se ve muy completo y vale la pena experimentar porque ademas simula la respuesta del filtro y considera también los resultados con valores estandard de R y C.
100% recomendable!

El software se puede descargar gratuitamente desde aqui.

Mi filtro:

Estas son las imágenes de mi filtro implementado en el receptor, finalmente elimine la posibilidad de hacerlo variable, también elimine la posibilidad de tener dos filtros ya que con un relé doble inversor y una perilla en el frente voy a ponerlo y sacarlo cuando quiera. Si bien aun no esta terminado porque le falta el relé este es el resultado de tenerlo.

Usando capacitores de poliester, solo cerámicos para desacople

Luego estoy tambien analizando la posibilidad de ademas darle un poco de ganancia porque se nota en el caudal de audio a la salida.
Continuará....

Control de DDS y funciones del tranceptor de CW

Esta publicación es para ampliar la publicación anterior sobre el desarrollo de un quipo de CW a partir de un Cahuane.

Para el control del equipo utilicé un Arduino Nano, el cual tiene estas características.

• Control del DDS AD9850
• Lectura de la posición de la llave selectora de banda
• Lectura del encoder rotativo de cuadratura
• Lectura del botón del encoder (axial)
• Lectura del botón de RIT
• Lectura de la tensión de batería para mostrarla en display
• Lectura de tensión reflejada para proteger el equipo (ALC)
• Salida en PWM para control de potencia a través de LM317
• Salida en PWM para producir un tono al transmitir (sidetone)
• Menu para ajustar tono de recepcion (shift de RX)
• Menu para ajustar la potencia de salida desde 1W a 100W
• Menu para seleccionar el step o paso en cada click del encoder rotativo
• Intercambio de frecuencia de batido.

 La última version del programa para el Arduino se puede descargar gratuitamente desde mi espacio en github.

Ante cualquier duda, recomiendo utilizar la plataforma de github para enviarme la consulta y una posible solución. Tus dudas me ayudan a mi también porque es muy probable que mi programa tenga bugs o que algunas cosas se puedan mejorar.

Preparando el Arduino Nano para soldarlo con los pines doblados

El módulo del DDS AD9850 con un recordatorio de cada uno de los pines

Modificando el lateral de la carcasa para podes conectar el cable USB al Arduino

Arduino y DDS en su disposición definitiva

Con los controles del frente cableados y listos para iniciar las pruebas

Problema y solución del receptor DC

Como el receptor DC recibe el tono de audio producto de desplazar la frecuencia del receptor por encima o por debajo de la señal de la portadora interrumpida se puede producir que nos encontremos con que en una determinada frecuencia nos entre en el canal de audio dos señales simultaneas lo cual provocaría que se interfieran entre si.

Consideremos la siguiente situación:

Click para agrandar

En la imagen de mas arriba suponemos que queremos establecer contacto con la estación de Tx3 mientras que además tenemos cercanamente a Tx2 y Tx1. En este ejemplo, como queremos comunicar con Tx3 nuestra frecuencia de transmisión sera la misma de Tx3, pero nuestro VFO en recepción se encuentra desplazado 750Hz de la frecuencia de Tx hacia abajo o bien, "restando" al valor del VFO mostrado en el display de nuestro equipo.
Este shift es el que produce el tono en nuestro equipo de radio ya que como sabemos CW no emite un tono sino que este se produce en el receptor.

Una posible solución es cambiar la frecuencia del receptor por encima de Tx3, la cual produce un tono de 750Hz pero sin la interferencia de Tx2. Como se puede observar en el siguiente diagrama.

Click para agrandar

Ahora en nuestro canal de audio tenemos una sola señal, la de Tx3 solamente. Mientras que nuestra transmision sigue siendo en la misma frecuencia que Tx3. Tengamos en cuenta que el canal de audio debe contar con un filtro que no deje pasar los tonos altos de Tx1 y Tx2 (mientras mas lejos de nuestro VFO(rx) mas agudos serán, sin importar si estan para arriba o abajo en la frecuencia absoluta)

Que pasaría si aparece una estación Tx4 que emita en VFO+750Hz?
Lo que se puede hacer es modificar la frecuencia de shift o de corrimiento, es decir cambiar los 750Hz por otra frecuencia, supongamos 600Hz o 900Hz a cualquiera que nos resulte cómodas de escuchar; de esa manera podemos "separarlas" mentalmente ya que al cambiar la frecuencia se comenzara a escuchar una mas grave y la otra mas aguda.
También podemos intercalar un filtro de audio para que elimine alguna de estas.

El programa del Arduino contempla tres posibles soluciones, una es al apretar durante 3 segundos el botón de RIT, esto cambia la dirección de suma o resta al VFO de recepción, la otra es propiamente el RIT, el cual solo desplaza el receptor una x cantidad de Hz, y la otra es la posibilidad de cambiar el shift de recepción entrando al menú cuando mantenemos apretado el botón del encoder por mas de 3 segundos.

Un libro inspiracional y para aprender electronica de radio

Hace algunos años encontre la publicacion de Frank Harris, K0IYE quien escribio el libro "Crystal Sets to Sideband". Es una publicacion muy facil de leer y muy práctica donde Frank relata desde sus conocimientos y experiencia el mundo de la radioaficion desde los ojos de un radio-experimentador.

Frank hace incapie en lo importante de la experimentacion para disfrutar la radio; habla de lo satisfactorio de hacer un QSO construyendo uno mismo su propio laboratorio y equipo de radio.

El libro original puede verse online o descargarse desde aqui (http://www.qsl.net/k0iye/)
Tambien hay una traduccion hecha por un grupo de gente de habla hispana en este link
(http://www.ea2ry.com/libroradio/)

Realmente vale la pena leerlo y recorrerlo... no importa cuantos circuitos hayas hecho, siempre algo nuevo vas a aprender de este libro.

Receptor SDR DR2D1 de YU1LM

Este receptor es uno de conversion directa o DC pero tiene la particularidad que usa un detector Tayloe con un CD4053, que muestrea la señal de entrada para obtener dos salidas 4 salidas desfazadas 90 grados.

Este tipo de receptor nos permite luego hacer una combinacion de estas salidas y obtener asi una version en fase y una en cuadratura, es decir a 90 grados desfasada de la anterior o bien IQ, I&Q o I+Q como prefieran llamarlo. Lo interesante es que este tipo de señal se puede usar directamente como SDR, de hecho asi funcionan algunos SDRs comerciales, los del tipo I+Q, como SoftRock por ejemplo.

Con las señales IQ podemos tratarlas con un DSP ya sea por software o por hardware, siendo este ultimo algo mas caro que el anterior; pero tambien podemos darle un tratamiento analogico logrando eliminar una de las dos bandas laterales, algo que cualquier DC comun no puede hacer! Recordemos que estamos hablando de procesar audio frecuencia, es decir que una vez saliendo del detector ya obetenemos audio para procesar, haciendo que el diseño de las pistas no sea critico y tampoco haya que trabajar con apantallamientos o demas.

Este tipo de DC se llama con rechazo de imagen, aunque este termino se utiliza para los receptores heterodinos donde siempre obtenemos la suma y la resta a la salida del mezclador y por mas que filtremos FI, se lleva consigo parte de esa informacion, lograndose un mejor rechazo a la imagen luego de una segunda y hasta tercer conversion de la señal.
Uno de los metodos para lograr el rechazo de la imagen es usando un metodo llamado Weaver, que consiste en nuevamente ingresar una señal de oscilador de 1.6KHz con desfazage a 90 grados; con esto se espera una atenuacion de no menos 35 o 40dB.

Para leer mas sobre este tema recomiendo visitar este articulo de YU1LM
Tambien hay una buena explicacion de  Matjaz Vidmar, S53MV

DR2D1

El circuito que yo hice fue este de YU1LM, el cual fue diseñado con el metodo de "sample and hold" y tiene la posibilidad de inyectarse una señal de oscilador local de 4x o bien de 2x segun se ponga o no un jumper en el divisor de frecuencia. Esto nos permite a los que usamos un DDS como el AD9850 que solo llega a 30MHz, poder trabajar hasta 15MHz con una degradacion en la atenuacion de la imagen ya que la señal de oscilador no llegaria 100% a 90 grados de diferencia.

Aqui hay un link directo al articulo de YU1LM

Proyecto

Una vez finalizado el armado con los componentes de mejor calidad que encontre en mi zona el SDR esta listo para ser probado como SDR; luego le hare el circuito para usarlo sin la PC, y asi tener la posibilidad de usarlo de las dos maneras.

 

El oscilador seleccionado es externo para inyectarle la salida del AD9850

Ya puesto en el equipo receptor con el DDS

Al ponerlo con el DDS pude verificar que funciono sin problemas hasta que la frecuencia del oscilador estaba cercana a los 5200KHz y esto era asi para el divisor por 2x o por 4x; supongo que podria deberse a que la amplitud de la señal del DDS es muy baja como para mover el 4053, por lo tanto voy a practicar ponerle un amplificador buffer con dos 2N2222.

Con el buffer logre cubrir hasta alrededor de  10MHz de frecuencia del oscilador, la cual luego es dividida por 2 o por 4 (preferentemente), pero no mas alla. Luego de revisar encontre el problema, el 74HC74 y 74HC86, deberian ser de la familia AC y no HC, por lo tanto debere cambiarlos para poder usar el SDR a mayor frecuencia, por ahora solo puede cubrir la banda de 80m.


Continuara....