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

Construir tu propia radio en la era de Internet

En un comienzo

Antes que nada, quiero aclarar que si bien es un tema técnico la radio afición no necesariamente exige conocimientos electrónicos y técnicos para disfrutarla; como era en los principios, donde era muy normal que cada uno se construyera y experimentara con circuitos publicados en revistas o libros técnicos. Hoy en día no es necesario porque este hobby se puede disfrutar desde diferentes actividades, la construcción de equipos transmisores y receptores propios es una de las actividades mas abandonadas pero curiosamente hoy por hoy es mucho mas fácil que hace algunas décadas atrás gracias a internet.

Algún radio aficionado y sus amigos? hi

Cuando comencé en el tema de radio, año 1992, lo hice con un equipo construido por otro aficionado y desde luego no paso mucho tiempo para que comenzara a realizarle ajustes e infructuosos intentos de mejoras, luego con algo de tiempo comencé a entender cuales eran los problemas de selectividad y sensibilidad, como algún problema en la transmisión de AM, con un "zumbido a fuente". Luego mi padre me regalo un equipo de radio y le puse energía a las antenas y fuentes de alimentación alejándome de la construcción de equipos que con 14 años encontraba demasiado complejo. Al día de hoy si bien he construido algunos receptores y transmisores no me considero un experto en absoluto, sin embargo tengo internet a mano y eso pone a mi alcance el conocimiento y la experiencia de mucha gente que disfruta la electrónica de radio.

Receptor regenerativo de LU1MAW

Por suerte para los que nos gustan los circuitos electrónicos y experimentar, nos toca vivir una época maravillosa donde, a diferencia de los comienzos, tenemos acceso a toda la información con Internet. Podemos participar de foros, grupos de whatsapp, grupos de redes sociales, grupos de yahoo, encontrar videos de youtube de experimentadores de cualquier parte del mundo. A esto podemos sumarle que hoy se puede comprar un circuito integrado que nos resuelve sin problemas una gran parte de nuestro desarrollo, se pueden comprar los chips DDS como AD9850, Si570, Si5351o bien los módulos con estos chips ya listos para conectar con un microcontrolador; pantallas táctiles, Arduino, minicomputadoras como raspberrys, etc

Hay gente que dice que Internet destruyó la radioaficion?... no lo creo.

Por donde empezar?

Mi recomendación es que empezar por algo fácil, algo que sea sencillo que nos sirva para mas adelante.... leer y aprender.
Leer sobre como funcionan los circuitos en los handbooks de radio es una muy buena opcion. Que son los handbooks de radio? Es un libro impreso (o digital) que contiene o intenta contener toda la información que se necesita para montar/entender/operar/construir y también diseñar una estación de radio aficionado. Generalmente cada capítulo culmina con colecciones de circuitos interesantes para aprender desde el principio básico hasta algo complejo y desafiante. No importa la edición que consigas, no cambia mucho lo que hay para aprender, a menos que quieras hacer equipos con tubos de vacío en vez de transistores, recomiendo alguno de las ediciones de los últimos 10 o 15 años.

Handbook de la ARRL

Aprender inglés es algo que a la larga es necesario ya que la mayoría de los mejores textos (incluyendo los handbooks) los vamos a encontrar escritos en este idioma (por suerte es uno solo!) No importa si el autor es alemán, francés, o brasileño, generalmente si el proyecto es interesante, no esta en su idioma nativo porque al compartirlo en ingles se lo están compartiendo al mundo entero. Por eso aprender ingles es importante para nosotros los radio aficionados.

Luego de leer y aprender, podemos implementar lo que aprendimos con algún proyecto simple, que tal un amplificador de micrófono? que tal un sintonizador de antena? Me imagino que si estas leyendo un articulo sobre como hacer tu propio equipo de radio eso ya lo hiciste. Que tal alguna herramienta para mejorar nuestro laboratorio? Un dip-meter, un frecuencímetro, un inductímetro-capacímetro, un generador de RF, etc etc.
Un receptor de conversión directa con un NE602 es una satisfacción garantizada, y si en vez de usar un chip, hacemos nuestro propio mixer balanceado con un toroide? Y si usamos un fet doble puerta?
Cualquier experiencia es buena mientras evacuemos las dudas leyendo, participando, compartiendo y experimentando, si es por internet esta bien, pero si es por radio con amigos mucho mejor aún!

Experimentando la "radio botella"

Internet

Uno de los textos que mejor se aplica a la construcción de un equipo de radio es el que escribió Frank W. Harris (K0IYE) "Crystal Sets to Sideband". Es un libro que en lo personal lo encuentro muy motivador e inspirador, y lo he leído varias veces... si, varias veces porque cada vez que lo leo encuentro mucha motivación para lo que es para mi lo mas divertido del mundo de la radioaficion, experimentar con circuitos de radio.
Aquí podemos encontrar una versión en español del libro.Y en el mismo sitio de K0IYE esta la versión en ingles, que aun recibe actualizaciones.

Leer y participar de algún proyecto online, los grupos de yahoo o google son fuente inagotable de intercambio de experiencias. Uno de mis grupos preferidos es Técnica LU de Rick (LU9DA): https://ar.groups.yahoo.com/neo/groups/tecnica-lu/info

También encontré otros grupos muy interesantes como el del creador del BITX20  Ashhar Farhan: https://groups.yahoo.com/neo/groups/BITX20/info
O el grupo de discusion de la version multibanda que hizo Andy (G6LBQ): https://uk.groups.yahoo.com/neo/groups/G6LBQ/info
Uno muy interesante es el grupo del Analizador de redes de RF para el Aficionado pobre o bien en sus siglas PHSNA "Poor Ham Scalar Network Analyzer": https://groups.yahoo.com/neo/groups/PHSNA/info

Proyecto en curso de Rick LU9DA, Minima HF multibanda y con modificaciones 

(Tecnica-LU)

Sitios de proyectos

No todos son grupos de yahoo, también hay sitios enteros donde la información vale oro.
http://www.lw3ewz.com.ar
http://www.qsl.net/lw1ecp/
http://www.lu9da.org
https://circuitsalad.com/
http://yu1lm.qrpradio.com/
http://n6qw.blogspot.com.ar/
http://kv4qb.blogspot.com
http://www.norcalqrp.org
 http://home.alphalink.com.au/~parkerp
 http://www.qsl.net/va3iul/Homebrew_RF_Circuit_Design_Ideas/
 http://www.jessystems.com/
y muchos mas que se pueden encontrar googleando por algún tema especifico. Hay que aprender a buscar, como decía anteriormente, lo mas probable es que la información sea en ingles, si buscamos "Transceptor casero de CW simple" no van a aparecer la misma cantidad de resultados que si buscamos "homemade simple CW transceiver"

Youtube

Canal de  XQ2CG, Sergio muy analitico con las antenas y usando herramientas de ultima generacion: https://www.youtube.com/channel/UCG6l_HOK9PO7MBuymV99_Ww
Canal de LU9EQF,  Milton Gerstner un radio experimentador excelente: https://www.youtube.com/user/lu9eqf/featured
Canal de Ray Ring de Circuit Salad, experimentos de radio muy interesantes:
https://www.youtube.com/channel/UC9Fq18_Ub_DUoNwLwFkCYOg
Canal de VK3YE Peter Parker (Si, igual que spiderman) Pero con experimentos de radio
https://www.youtube.com/channel/UCPhfct0hwCpv_q6_BVSFsRA

Equipo SDR de LY3IO (Click al Video)

Otras fuentes

Una de las búsquedas que mejor resultado me da es buscar en google por imágenes, supongamos que queremos aprender sobre filtros a cristal, buscando en las imágenes de google "Crystal Ladder Filter" vamos a encontrar circuitos y fotos de equipos, si se ve "casero", luego desde alli podemos visitar el sitio para seguir leyendo.

Sirve comprar un kit?

En mi caso nunca compre un kit, pero creo que seria una manera muy interesante de armar nuestro propio equipo. Por supuesto que sirve, mientras sepamos exactamente lo que estamos haciendo y que nuestra experiencia no se base solamente en soldar y seguir instrucciones del fabricante, tenemos que entender perfectamente lo que estamos haciendo para luego realizar ajustes y posibles adaptaciones o mejoras. Aunque luego nos quedaría pendiente hacer nuestro propio equipo "from scratch" o desde cero, juntando y probando circuitos con los componentes que conseguimos por nuestra zona.
Muchas veces podemos hacer nuestro propio kit buscando información sobre el kit que nos gustaría tener, conseguir el circuito, el PCB listo para imprimir y los componentes puede resultar mas simple y mas rápido que mandar a pedirlo a USA.

Pixie, un proyecto que se vende como kit en ebay

Laboratorio

Aquí es donde hay que hacer las inversiones para lograr que los proyectos mas exigentes lleguen a buen puerto, no es necesario empezar comprando un osciloscopio y un analizador de espectro para hacer un equipo de radio, seguramente lo podemos hacer sin comprar nada tan caro como esto.
Las herramientas básicas son el multímetro (tester), soldador, estaño (de buena calidad), un lugar para trabajar que puede ser el mismo shack de radio ya que tenemos que tener acceso a las antenas y demás equipos.

Hay muchas herramientas que las podemos hacer nosotros mismos y que también son buenos proyectos para aprender y fundamentales para equipar el laboratorio, como un medidor de ROE, un inductímetro y capacímetro, un PHSNA, un dip-meter (ondámetro de absorción), una punta de RF para el tester (medir mV DC desde RF) etc!

Algunas herramientas necesarias

Proyectos

Como siempre se empieza estudiando el proyecto, leyendo sobre las experiencias de otras personas haciendo este circuito, posibles mejoras y el consejo aquí es que antes de empezar un proyecto, hay que asegurarse que en la zona se pueden comprar todos los componentes, me pasó de tener el proyecto del SDR parado durante casi un año esperando obtener unas compuertas de alta velocidad.

Hay quienes piensan equivocadamente que no se puede llegar a la calidad de los equipos comerciales, y si ven el proyecto de PICASTAR o cualquier SDR Standalone con pantalla táctil donde solo hace falta conectar un teclado, como dice Marcelo LU1IBL, es cosa de usar un Raspberry, una pantalla táctil y un teclado.

Picastar: un proyecto de grandes requerimientos

También hay proyectos muy simples y de prestaciones simples; que no dejaran de sorprendernos por lo bien que funcionan, generalmente QRP  aunque podremos en cualquier momento hacerle un amplificador.

Donde conseguir componentes

Además de cualquier comercio de componentes electrónicos cercano, tenemos este listado online de casas de electrónica. Gracias Dani LW1ECP

"Manhattan"; electronica rapida y facil

Muchas veces nos encontramos en la red con algun circuito que no tiene publicado un PCB y si bien podemos desarrollarlo en Eagle o Kicad o cualquier otro software, esto requiere algo de tiempo. Ni hablar si luego queremos hacerle mejoras o modificaciones, puede ser algo complicado.

Hace muchos años se desarrollo un estilo de desarrollo de placas llamado "ugly-style" o estilo feo, creo que dentro de este metodo se encuentra el famoso "dead bug" o estilo de insecto muerto, este nombre se debe a como se ve un circuito integrado patas arriba con la inscripcion hacia la placa.

Ugly Style Build

Dead bug Style Build

El metodo del ugly style es realmente feo, pero tiene dos grandes ventajas, la primera de ellas es que es muy rapido para desarrollar , no hay PCB, solo una placa de cobre para soldar los pines que van a tierra y que a la vez ayudan a sostener el resto de los componentes. En el handbook de la ARRL se explica esta tecnica y se aclara que tambien se pueden usar resistencias de varos mega ohms para ayudar a sostener alguna zona, siendo practicamente cero la corriente que se drena al plano de tierra, pero conveniente el apoyo mecanico.
La otra ventaja que tiene este metodo es que permite lograr trabajar hasta VHF sin problemas, y hasta varios Ghz cuando los componentes son SMD. El plano a tierra no solo es conveniente para soldar los componentes sino tambien brinda estabilidad. Ante un problema de acoples o similar tipicos de un desarrollo PCB, solo basta con desoldar algunos componentes y rehubicarlos o apantallarlos convenientemente para lograr estabilidad.

Se puede desarrollar como prototipo y luego hacer un desarrollo final o bien se puede hacer un desarrollo final.
Los expertos aconsejan comenzar con una placa grande y una vez finalizado el proyecto solo recortar lo que es necesario para guardarlo en la caja. Por ejemplo para un preamplificador de audio y un amplificador podemos hacerlo en una placa de 10x10 tranquilamente.

Llaves y pulsadores en ugly-style

Otro metodo "ugly" es construir sin el plano a tierra y directamente todo en el aire, sin placa de cobre, normalmente se usa para circuitos pequeños y medianos, donde un conector o componente grande hace de base para el resto de los componentes. Tambien se usa mucho con SMD como se pueden ver en estas fotos.

Metodo Manhattan

Este metodo se llama asi por la forma de ciudad que toma la placa con los componentes montados en ella. La gran diferencia con los otros metodos es que se usan "islas" pegadas encima de la placa de cobre. Estas islas son de construccion rapida, ya sea cortando cuadraditos o circulitos de un tamaño conveniente, normalmente miden entre 3 y 5mm, Solo lo suficiente para soldar componentes.
El método promocionado por K7QO esta descripto aqui:
http://www.qrpme.com/docs/K7QO%20Manhattan.pdf

Una variante del metodo manhattan, es usar una broca de taladro que produzca una isla tallada en la placa de cobre directamente. Este metodo exige algo de preparacion previa, para lo cual lo que hice fue dibujar el circuito en un programa vectorial, tratando a cada componente, islas, etc como objetos y asi poder encontrar la mejor disposicion posible. Luego imprimi solo las islas y eso lo pase a la realidad muy rapidamente marcando los puntos en el lugar correcto.

Esta explicado aqui:

A partir de aqui son las fotos de mi proyecto:

Uno de los circuitos desarrollados en inkscape

Haciendo las bases para soldar los zocalos de los CI

20mm de ancho por la cantidad de pines es todo lo que hace falta.

Con un punzon se agujerea el papel para poder marcar luego la placa

Simplemente se hace un punto con fibra en el lugar central

Los componentes se sueldan en un orden conveniente

Son islas estilo PCB pero caladas rapidamente

Cada subcircuito tendra su placa, luego seran interconectados.

Las placas son de 75mm x 50mm

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.

Filtro de CW de 200Hz de ancho de banda

Este circuito lo hice para mejorar la recepcion de señales en CW en mi transversor. En un receptor DC es fundamental contar con un buen circuito para recibir bien CW ya que normalmente tienen un ancho de banda algo amplio y como sabemos en 1KHz pueden entrar varias señales simultaneamente. Con este filtro de tan solo 200Hz con el centro en 750Hz podemos librarnos facilmente de todas las señales vecinas; tengamos en cuenta que el filtro trabaja en la zona de audiofrecuencia por lo tanto ademas es muy facil de hacer andar, muy economico y no es critico su montaje como si se tratase de RF.

Se puede hacer como en mi caso que lo puse dentro del equipo, o bien como un filtro externo en un equipo comercial.

Circuito

Estuve buscando algun circuito de filtros activos ya que lograr hacer un Butterworth de audio con bobinas y capacitores puede ser algo complicado y de tamaño mas grande. Luego de investigar un poco me decidi por hacer el "Hi-Per Mite" Del grupo QRP 4 State por los comentarios de quienes lo hicieron y lo usaron; al parecer realmente es de alta perfomance sin introducir ringing en el audio filtrado.

http://www.4sqrp.com/HiPerMite.php

Como se observa en la imagen, la gente de 4SQRP uso componentes variados, capacitores de buena calidad pero las resistencias son de 5%. Segun su articulo no es necesario prestar mucha atencion a este tema.

Implementacion

En mi caso no encontre en la casa de electronica las R de 36K, asi que lo hice con una de 33K y una de 3.3K, el valor produce un pequeño corrimiento en la señal central que no seria de 750Hz sino de un poco mas baja frecuencia.
Tambien reemplace R12 y R11 por un potenciometro de 200K. Tengamos en cuenta que en todo caso siempre debe usarse el capacitor de 220uF para el desacople.

En todo caso hay que prestarle atencion a este cuadro que hicieron los diseñadores del circuito.

Le puse un rele para activarlo y desactivarlo desde el Arduino

En el video se pueden ver las primeras pruebas del filtro, aun no esta cableado hasta Arduino, por eso uso un cable directamente a 5v para activarlo y desactivarlo. Se puede escuchar como se reduce el ruido de banda.