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....

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.

Receptor Regenerativo Multibanda

Siempre quise hacer un receptor regenerativo para experimentar su funcionamiento muy particular y cuando me puse a ordenar mi taller hace unos meses atras encontre unas cajas de metal que alguna vez hice plegar para meter los experimentos que iba haciendo, en particular las hice para alojar unos transversores de 27MHz a 7MHz, lo cual nos permitiria usar los equipos de CB en 40m cuando apenas sacamos la licencia de radioaficionado alla por 1994.

Finalmente hicimos dos de esos equipos y me quedaron como 5 cajas de metal que con el paso del tiempo se apilaron en algun lugar de mi taller.

Luego comence a pensar que podria hacer ya que tenia unos dias a la tarde libres y con ganas de hacer algo de radio me dedique a leer el handbook de ARRL y recorde mi materia pendiente de hacer un receptor regenerativo para HF.

Me gustan los receptores de mucha cobertura y empece descartando los circuitos que tienen bobinas de realimentacion positiva (tickler coil) porque no me permitiria hacerlo facilmente multibanda, ya que para eso tendria que intercambiar bobinas completas.
La solucion fue cuando encontre un circuito que su realimentacion positiva es a traves del source de uno de los FETs y no por otro metodo. Al lograr el efecto de regeneracion de esta manera es mas posible intercambiar bobinas con una llave rotativa simple.
Un circuito muy parecido se uso en el diseño de TenTec 1253, el cual tiene 9 bandas para intercambiar con un contador y diodos rapidos. El selector de bandas en el TenTec es digital.

TenTec 1253 Un kit de regenerativo multibanda

Circuito del TenTec1253

Yo queria darle un estilo "vintage" a la carcaza un poco en honor a los primeros regenerativos que usaban los aficionados de hace varias decadas atras. Lo que hice fue usar dos tapas de las cajas metalicas que tenia, una para el chasis y la otra para el frente. La caja finalmente seria de madera lustrada.


El circuito que use fue el que se propone en el sitio de Ray Charles (circuit salad)
http://circuitsalad.com/2012/09/30/a-high-performance-regenerative-radio/

Circuit Salad Regen Receiver

En mi caso yo use FETs 2n3819 y me costo un poco hacerlo andar porque tuve que modificar los valores de C8=0.1uF, R13=220 y R8=33K. El metodo que use es del tipo manhattan y estas son las imagenes:

Para el dial use un capacitor de 465pF y una reduccion en un principio de 8:1, pero luego de usar el radio le saque completamente la polea mas pequeña y le hice un torneado al eje de la perilla directamente.

A la derecha arriba se observa el dial principal y abajo el ajuste de un diodo 1N4007 haciendo de varicap para una sintonia mas fina. A la izquierda arriba se ve el control de bandas hecho con una llave rotativa de ventilador de 3 posiciones y que luego reemplace por una de 9 posiciones que tenia entre la basura electronica que junto "por si acaso".

Continuando con el estilo vintage, le hice un dial iluminado con leds de alta intensidad de color amarillo. Para que la luz no se vea muy puntual lo que hice fue limarle a los 4 leds de 3mm la parte superior dejandola plana y rugosa, de esa manera la luz sale mas difuminada y se parece mas a un foco comun (aunque tal vez demasiado amarilla).

Fue muy rapido hacer el circuito, me tarde mucho mas en todo lo demas, pero creo que logra darle el espiritu vintage que queria. El audio obtenido es realmente muy bueno, con mucha fidelidad, la parte mas complicada es sintonizar CW pero con el 1N4007 fue mucho mas sencillo ya que se controla desde un potenciometro y si la idea es usarlo solo para eso, recomendaria usar un potenciometro multivueltas para la sintonia fina. Como amplificador de audio utilice un circuito destripado de un set de parlantes para PC que funciona con 12v

Transceptor multibanda de HF, conversion directa con phasing y SDR (En desarrollo)

Comienza un nuevo desafio; hacer un equipo de radioaficionado para HF multibanda. Por suerte la tecnologia al alcance hoy en dia hace que no tengamos que enfrentarnos a resolver todos los subsistemas de un equipo de radio de manera analogica. Al pasarnos al plano del tratamiento de señales digitalmente no se requieren tampoco tener el mejor instrumental como si se quisiera hacer un equipo completamente analogico.  

Radio definida por software (SDR) 

Un SDR (Software defined radio) es un equipo que resuelve de manera digital, por software, varias etapas que se pueden observar en un receptor o transmisor de radiofreciencia. En mi caso en particular no voy a usar un conversor analogo digital por hardware sino que voy a hacer un receptor y un transmisor de conversion directa y utilizar el metodo de doble fase para obtener las señales par un tratamiendo con la computadora y un software para SDR y viceversa para la transmision.
Pero tambien me gustaria poder usar mi equipo sin depender de la computadora; obviamente suplir de manera analogica todo lo que hace el software es un poco complicado, la ventaja de que esto se hace en la parte de baja frecuencia (audio) y si bien nunca hice algo asi creo que es menos complicado que hacerlo con mixers y filtros de cristales apareados y en frecuencias mas altas los cuales son algo dificiles de conseguir por donde vivo; espero que el tiempo me de la razon.

Me gusto la explicacion del amigo Croata YU1LM y despues de leer algunas hs sus articulos me decidi por el DR2D que utiliza una entrada con DDS basado en AD9850 el cual consegui comprar por 7usd en ebay. Les recomiendo visitar su sitio porque es realmente muy instructivo y tiene una muy buena explicacion sobre el funcionamiento de un SDR con salida I+Q (In Phase and Quadrature). http://yu1lm.qrpradio.com/

Link a mi version de DR2D

Filtros Pasabanda

Algo muy importante en los receptores de conversion directa (DC) son los filtros pasabanda en la entrada y los atenuadores ya que el rango dinamico suele ser pobre al no tener control automatico de ganancia. Para los filtros pasabanda encontre el articulo de Lew Gordon publicado originalmente en una revista QST de la ARRL el cual presenta un Butterworth de 3 polos, bastante facil de hacer.
http://www.arrl.org/files/file/Technology/tis/info/pdf/8809017.pdf 

Luego tambien encontre estas calculadoras online para armar los filtros a la medida que nosotros queramos para cada banda; en el caso de un radioescucha es probable que quiera armar los filtros ajustandolos a sus bandas preferidas.
http://www.wetnet.net/rf_design/3pole.main.cgi

Aqui podemos tener toda la info sobre los toroides de ferrite
http://toroids.info/

Siempre es util tener a mano esta calculadora!
http://www.1728.org/resfreq.htm

Hice el diseño de una plaquita para el filtro en Eagle con el siguiente circuito:

Aqui hay algunas fotos de las placas hechas con el metodo de la transferencia del toner de una impresion laser.

Placa de las tres primeras bandas (80,40 y 20m) casi terminada.

DDS VFO con Arduino! 

Para el VFO con DDS lo que hice fue comprar un Arduino UNO ademas del AD9850 y modifique el programa original de AD7C y le hice muchas mejoras! Le agregue un boton para guardar memorias, un boton para RIT, otro para escaneo de memorias, otro para cambiar de modos y otro para el step de frecuencia. Hice ademas un controlador serial de solo dos cables para el display de 16x2 con un shift register y como dial use un motor paso a paso con 50 posiciones y no un encoder digital de 20 y que ademas son algo dificiles de conseguir a menos que lo saquemos del boton de scroll de un mouse en desuso.

Display con solo dos cables

Una vez hecho funcionar el display con solo 2 cables! Llego el turno de hacer funcionar el modulo del AD9850. Para esto me hice un shield a partir de una placa de pruebas.

Materiales necesarios; ademas de la placa experimental, necesitamos los pines hebras y machos

Se sueldan del lado del cobre!

Se arma el zocalo a la medida del modulo AD9850

El modulo puesto en su lugar

Del lado de alimentacion y entradas analogas no es problema coincidir los pines

De este lado, el espaciado esta desfasado de la placa de pruebas!!

Se soldaron los pines hembra para utilizar el resto de los pines IO de Arduino

Luego de calar el lugar para los pines se cablearon con cobre

Luego se sello con epoxi los pines para que queden firme en su lugar definitivo

Codigo para controlar modulo DDS con Arduino

El codigo como se explico antes, me base en el codigo de AD7C, el cual me sirvio para reutilizar algunas de sus cosas pero tambien para plantear y mejorar muchas otras!. Sin mucho preambulo aqui esta el link para su descarga.
DDS VFO LU1MAW Code

Caja del transceiver

El diseño de la caja es propio, consegui dos tapas de aluminio de una vieja caja de un drive USB externo y le hice con planchuela el bastidor central para que luego se pueda trabajar sin problemas por arriba o por debajo del equipo sin problema. Tambien le puse un instrumento para medir dB porque al principio pense que le haria un receptor standalone superheterodino simple con un LM610 o similar, pero probablemente lo utilice en algun AGC en la etapa de audio del receptor DC, funcionara?.

No usar botones cuadrados o tendras que limar un buen rato

Etapa de potencia de RF y botones colocados!

El bastidor de metal es le da mucha rigidez

Con la base lista para agregarle las placas

Atenuador de entrada de recepcion

Para hacer el atenuador debi tomar la desicion entre tres opciones, ya que quiero el control de ganancia en el frente del equipo y no queria llevar señal de RF hasta el frente para evitar que se llene de ruido producido por la parte digital. Las opciones que manejaba eran tres:

1. Hacer un tanque LC resonando en una frecuencia por encima de 20MHz produciendo atenuacion en las bandas bajas, mientras mas baja mas atenuacion. Para este tanque usaria un diodo varicap tipo BB212 o similar para poder controlar los dB desde el panel frontal
2. Otra opcion seria poner un potenciometro para atenuar resistivamente como si se tratase de audio. La gran desventaja de este metodo es la desadaptacion de impedancia que se produce hacia la antena y a la etapa siguiente. 
3. La opcion correcta para atenuar manteniendo la impedancia en 50 Ohms seria hacer una serie paralelo de resistencias y controlar su activacion desde una llave en el panel y un rele doble inversor. Al poner uno de estos solo tenemos una atenuacion fija, supongamos 10dB, lo ideal seria poner 2 o 3 de estos y controlarlo con 3 llaves y combinarlos entre si para lograr valores intermedios, si se hace uno de -10dB otro de -20dB y el tercero de -30dB podemos lograr un maximo de -60dB al activar los tres al mismo tiempo. La desventaja es que es mas caro que los otros dos. Aqui hay un link para ajustar los valores segun los dB que se quieran obtener.

Para hacer las primeras pruebas me decidi por la segunda opcion, poniendo un alargue del eje para poder poner el potenciometro en la parte trasera.

Control analogico de atenuacion de antena.

Primeras pruebas

Necesitaba saber si el VFO funciona bien asi que luego de hacer el shield para el AD9850 para el Arduino utilizando la menor cantidad de pines para luego usarlos en otras funciones hice un receptor muy simple de conversion directa con el NE602 y LM386. El circuito es el siguiente: http://www.waveguide.se/?article=ne612-receiver-experiment A diferencia del mio, que yo no le hice el circuito del AGC para evitar complicaciones... aunque es una idea que encuentro muy interesante!



Un video de las funcionalidades de mi VFO funcionando. Notese que le falta el shield para el AD9850.

Finalmente un video del equipo funcionando con un receptor de conversion directa muy simple sin filtros ni nada mas.

Filtro de CW

Aqui se puede ver el articulo donde se describe el filtro

Circuito de control y DDS transceptor

Aqui esta el circuito de control con Arduino y todos los perifericos desarrollados hasta ahora. Los puertos analogos seran usados como entradas y los pines digitales de I/O seguramente seran la salida para un registro de desplazamiento con dos 74HC595 para activar las los filtros pasabandas y algo mas.

Click para agrandar

Continuara....
73s de LU1MAW