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Pruebas SDR – Radio Definida por Software

16 Abril, 2014

De unos años aquí, se ha puesto muy de moda la Radio SDR o en su traducción al español Radio Definida por software .

Hay cientos de miles de entradas en Internet hablando de este tema, solo hay que poner Radio SDR en un buscador y listo.

En esta entrada no voy a explicar a fondo que es la Radio SDR, lo cual nos llevaría unas cuantas paginas y hay una gran cantidad de información disponible pondré algunos enlaces al final de la entrada.

De manera muy simplificada en SDR se hace uso de la potencia de un sistema microprocesado para demodular las señales de radio.

La SDR en su forma más pura podría consistir en conectar un convertidor analógico digital a una antena todo el filtrado y demodulación de la señal estaría en el ámbito digital.

Se puede utilizar incluso la tarjeta de sonido del ordenador, si previamente mediante la utilización de un conversor adecuado, llevamos las señal de radio a la banda de frecuencias  que puede manejar la tarjeta de sonido.

Bueno no todo es tan sencillo….

Y aunque hay algunos sistemas con buenos resultados que se han simplificado al máximo, el incluir algunos elementos adicionales hace que todo funcione mucho mejor.

Una manera sencilla y económica de comenzar con el SDR es usar un receptor USB como los que se usan habitualmente en los ordenadores para escuchar la radio y ver la televisión.

Están dotados de unos conversores A/D con una velocidad tal que es posible digitalizar señales de unos 3,2Mhz.mezclador balanceado en anillo.

Es necesario que como digitalizador tengan un chip rtl2832u ya que los driver de los programas que usaremos para la decodificación están adaptados a el.

http://sourceforge.net/apps/mediawiki/drm/nfs/project/d/dr/drm/2/23/SDR2-Flow.jpg

Esquema simplificado de un receptor de radio y TV USB

Lo primero que se hace es utilizar un convertidor de frecuencia usando un mezclador para acercar la frecuencia a recibir al rango del convertidor A/D y se utiliza un mezclador en cuadratura obteniendo dos señales desfasada 90º lo que se llaman señales I/Q.

Las dos señales son iguales pero desfasadas 90º.

Una señal I/Q digitalizada a la que se le aplique el método matemático adecuado puede ser demodulada sea cual sea el método de modulación.

Regresemos a nuestro receptor USB.

Podemos recibir señales desde unos 50Mhz hasta unos 1200Mhz en algunos modelos.

En nuestro caso queremos recibir señales en la banda de radio aficionados de 40metros que cubre las frecuencias de 7Mhz a 7,2Mhz.

Utilizaremos algunos elementos de los que disponemos para realizar nuestras pruebas.

Lo primero que necesitamos es una antena que funcione bien en esta banda de frecuencias, como no disponemos de mucho espacio utilizaremos una antena que nos funciona muy bien y es de pequeñas dimensiones con respecto a la longitud de onda 40 metros.

Se trata de un lazo magnético sintonizado, lo hemos construido muy deprisa por eso no es demasiado circular pero funciona muy bien incluso en el interior del laboratorio.

La impedancia del lazo en resonancia es de unos 2Ωy tenemos que adaptarlo al resto de nuestros equipos cuya impedancia es de 50Ω.

Lo hacemos mediante un trasformador montado en un toroide de ferrita que esta insertado en el lazo magnético sintonizado.

Lo hemos medido y la mejor relación para nuestro lazo la conseguimos con unas 19 espiras, hicimos el bobinado con tomas cada  espira y medimos el nivel de salida de la antena con un voltímetro selectivo al aplicar una señal constante radiada en la habitación.

Como las señales que recibiremos serán del orden de µV necesitaremos  amplificar la un poco.

Para ello usamos un amplificador de banda ancha, con control automático de ganancia que construimos para nuestro receptor de sintonía directa de onda media.

Para limitar el rango de amplificación ponemos un filtro pasa banda entre nuestra antena y nuestro amplificador (al estar el lazo magnético sintonizado y ser su factor de calidad Q alto este paso no es absolutamente necesario)

Imagen de un sencillo filtro pasa banda, de dos polos.

Ahora ya tendríamos señales en la banda de 40 metros con el nivel necesario para ser recibidas por nuestro SDR.

Pero nuestro receptor funciona en el rango de 50Mhz a unos 1200Mhz con lo cual no podemos recibir las señales de 7Mhz.

Necesitamos un conversor que eleve la señal de 7Mhz por encima de los 50Mhz que recibe nuestro receptor USB.

Para ello utilizaremos nuestro mezclador en anillo doblemente equilibrado.

mezclador balanceado en anillo.

Solo disponemos de un oscilador a cristal de 60Mhz un poco al borde de la banda de nuestro receptor USB, recibiremos las señales de la banda de 40metros en el rango de frecuencia de 67Mhz a 67,2Mhz.

Este es el esquema de bloque del sistema que hemos montado.

El software que hemos utilizado es HDSDR es un programa freeware para windows tal vez no sea el mejor, pero a nosotros nos ha funcionado muy bien.

En la banda de 40 metros se puede ver  toda la banda en la pantalla y pinchar sobre la señal que te interese escuchar y por supuesto gracias a los filtros digitales se puede limpiar la señal de audio,filtrarla y eliminar señales molestas.

Esas son para mi una de las grandes ventajas del SDR

RESULTADOS

Los resultados para un montaje realizado a toda prisa y con los elementos que disponíamos en el laboratorio han sido muy satisfactorios.

Por la tarde / noche cuando la propagación de la banda de 40 metros esta mejor entran una gran cantidad de estaciones de radioaficionado de toda España y algunas de Italia,Francia y Alemania.

Ya os iremos informando de futuras pruebas y de algunas mejoras en el sistema de recepción.

ENLACES

SDR : EQUIPOS DE RADIO DEFINIDOS POR SOFTWARE

(una buena explicación de SDR en español)

http://www.ea1uro.com/sdr1/sdr.htm

ARRL asociacion de radioaficionados americana

Radio Definida por Software

http://www.arrl.org/software-defined-radio

CHRISTOPHE F4DAN SDR: Software Defined Radio

(una gran cantidad de proyectos SDR en la pagina del radio aficionado F4DAN)

http://f4dan.free.fr/sdr_eng.html

Grabador de datos I/Q Digital de Rohde & Schwarz

(Un equipo comercial de una gran marca en equipos de medida de telecomunicacion que usas señales I/D)

http://www.tmbroadcast.es/index.php/grabador-de-datos-iq-digital-de-rohde-schwarz/

<Imágenes en el laboratorio, Electronica Pascual >

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Probando el Mezclador

2 Octubre, 2013

MadFab Radio

Probando el Mezclador en anillo.

La primera prueba que queremos realzar, es usar nuestro recién construido modulador en anillo para subir la frecuencia de una señal de radio frecuencia modulada en amplitud.

Para ello utilizaremos una señal de radiofrecuencia de 585Khz proveniente de un receptor de sintonía directa, la señal es de una poderosa emisora local en este caso la señal de RNE1 ( Radio Nacional de España en la capital Madrid )

La mezclaremos con la señal de un generador sintetizado que esta generando una señal de 5.585Khz y un nivel de salida de +5dB.

Utilizaremos la señal resta=

5.585Khz(generador)-858Khz(señal modulada) =5Mhz

Para recibir la señal resta usaremos un receptor de onda corta sintonizado en 5Mhz o lo que es lo mismo 5.000Khz.

Podemos ver las señales Suma – Oscilador local – Resta en el analizador de espectro.

Ajustando el analizador, podemos ver las señales suma y resta moduladas en amplitud por la señal de radio.

Probamos otras frecuencias de mezcla hasta los 20Mhz con buenos rendimientos.

Como resultado una muy buena recepción que podéis escuchar a continuación.

Clip de audio: Es necesario tener Adobe Flash Player (versión 9 o superior) para reproducir este clip de audio. Descargue la versión más reciente aquí. También necesita tener activado Javascript en su navegador.

Conversión directa:

Nuestra siguiente prueba es utilizar nuestro modulador en anillo para hacer un receptor de conversión directa.

Los receptores de conversión directa son muy sencillos.

En algunos casos la señal entra directamente en el conversor.

A la señal de radiofrecuencia  se le resta una señal del oscilador local de tal manera que trasladamos la señal de entrada a la banda de audio.

La señal de salida del mezclador es filtrada en la banda de audio (algo que es fundamental ) con un filtro pasa bajos  y amplificada.

Un problema que tienen este tipos de receptores es el de la frecuencia imagen.

Otro problema es que no esta indicado para la recepción de señales de FM y de AM.

En el caso de AM tendremos que estar exactamente en la frecuencia de la señal de radio que queremos recibir.

Cualquier variación,  la tendremos en la señal de salida produciendo inter modulación.

El oscilador local para la recepción de AM tendría que ser también muy estable.

Nosotros hemos utilizado un oscilador sintetizado, aun así no tenemos la resolución necesaria para el correcto ajuste a la frecuencia portadora y aunque esta muy próximo, se produce un efecto de desvanecimiento en la señal de audio.

Hemos realizado una grabación de la señal obtenida con la conversión directa.

En los momentos iniciales hemos desajustado el generador sintetizado para que podáis escuchar las señales de batido.

Una vez el generador esta enclavado, el resultado de la recepción mejora pero se puede apreciar el efecto del desvanecimiento en la señal.

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Sintonía Directa

Por ultimo no queríamos dejar pasar la ocasión de mostraros como se escucha nuestro receptor mas elaborado con sintonía directa.

Es un receptor que no utiliza conversiones.

La señal captada y filtrada por un circuito resonante con una bobina de alto Q.

Se procede después a amplificarla  con un amplificador de 3 etapas a Fet que dispone de un sistema de control automático de ganancia.

La salida se demodula en amplitud con un diodo de germanio.

Este receptor  dispone de un multiplicador del Q del circuito resonante de entrada controlado por el control automático de ganancia CAG. (generalmente no se utiliza )

Haremos una entrada mas detallada de este receptor, de momento os dejamos con la grabación de audio obtenida con el.

Funciona francamente bien y tiene un audio estupendo.

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<Imágenes Electrónica Pascual>

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Mezclador en anillo doblemente equilibrado

29 Septiembre, 2013

MadFab Radio

Mezclador en anillo doblemente equilibrado.

Después de realizar varios diseños con receptores de sintonía directa con muy buenos resultados, queremos probar con otras técnicas de recepción.

Seguiremos hablando de sintonía directa pero ahora queremos adentrarnos en otros campos entre ellos:

- Conversión de frecuencia, aplicada a receptores heterodinos.

- Receptores de conversión directa, con mezclador en anillo o con conmutadores electrónicos como el 74hc4046.

- Conversión de frecuencia transversores.

- Receptores SDR Software Defined Radio o Radio definida por software con demodulación con señales I+Q

Como comienzo de esta nueva andadura el el territorio de los receptores, empezaremos con la conversión de frecuencia.

Para lo cual necesitamos un mezclador de señales de radiofrecuencia.

Simplificando mucho. Cuando dos señales de radio frecuencia se mezclan con un circuito adecuado, a su salida tendremos una señal de frecuencia suma y una señal de frecuencia resta.

Si mezclamos una señal de 1Mhz con una señal de 400Khz a la salida tendremos dos señales una de 1,4Mhz y otra de 600Khz.

Entre los distintos tipos de mezcladores de radio frecuencia hemos elegido el mezclador doble balanceado.

Lo hemos elegido por su simplicidad de construcción y su ancho de banda.

Hace uso de cuatro diodos en una configuración en anillo o estrella en anillo o estrella.

Ventajas:

– Aislamiento inherente en todas las puertas.

– Rechazo del ruido y espurios LO.

Principio de funcionamiento:

– La señal de OL activa alternativamente los diodos de la izquierda y la derecha.

– Los puntos a y c son tierras virtuales para la señal de RF.

- Una señal de RF en fase y otra en contrafase alternativamente se cambian al puerto de IF bajo el control de OL (oscilador local)

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CONSTRUCCIÓN

Los elementos necesarios para su construcción son:

- 4 diodos, hemos usado los 4N4148

- Dos núcleos de ferrita para los transformadores, hemos usado unos que teníamos en el laboratorio aunque hay núcleos especificos para HF

- Cable de cobre esmaltado para los bobinados.

Para la construcción se ha de emplear el siguiente esquema:

El cable para los bobinados ha de ser trifilar.

Se construye con tres secciones de unos 30cm cada una trenzadas entre si ( con treinta centímetros tendemos para los dos transformadores)

Para hacer mas fácil el conexionado se puede utilizar cable esmaltado de distintos colores o marcar el cable con unas fundas con ayuda de un ohmetro una vez bobinado.

El numero de espiras es de 9 en cada transformador otros autores utilizan 15.

Para un mejor funcionamiento del mezclador los diodos han de ser lo mas similares posibles ( electricamente ) aunque no es critico.

Para poderlo determinar podemos utilizar el siguiente montaje midiendo las tensiones con un voltímetro (escala de 2V o 3V) que nos de una resolución de 3 decimales.

Hay que tratar de encontrar los cuatro diodos con valores mas cercanos.

En la imagen podemos ver el circuito montado para las pruebas iniciales.

Como oscilador local hemos utilizado un generador sintetizado por su estabilidad de frecuencia, aunque puede ser utilizado un VCO mas sencillo.

La señal del oscilador local ha de estar dentro de los 0dB a +10 dB.

Se han realizado pruebas muy satisfactorias hasta 21Mhz aunque podría funcionar a frecuencias mas elevadas.

Para no hacer demasiado larga esta entrada hablaremos de las pruebas más detalladamente en una próxima entrada.

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Solar Radio

1 Septiembre, 2013

http://madfab.es/wp-content/uploads/2012/12/MADfab-Radio.jpg Radio Solar

Aprovechando los soleados días veraniegos, hemos añadido a uno de nuestros diseños un pequeño panel solar.

La radio auto construida y de sintonía directa esta formada por:

Un circuito resonante: LC con bobina sobre ferrita fabricada con hilo de lizt y condensador variable con dieléctrico de aire.

Como detector : Nuestro circuito detector de impedancia infinita con JFET.

Un amplificador de audio: Nos permite escuchar la radio con cascos o con un pequeño altavoz.

Como el receptor es muy simple y no dispone de control automático de ganancia CAG se ha puesto un control de volumen al amplificador de audio.

De esta forma podemos adaptar el nivel de escucha a nuestro gusto y compensar las variaciones de sonido que se producen al escuchar las emisoras que llegan con distintos niveles de señal de radio frecuencia.

Escuchando la radio en el jardín.

Resultados:

Las emisoras de radio se escuchan perfectamente con un buen nivel de audio, incluso sin antena.

El panel solar nos entrega energía suficiente, aun estando a la sombra (durante un día soleado)

Mejorar el sistema solar:

Podría incluirse un sencillo sistema de carga de baterías para poder escuchar la radio por la noche.

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