A volte mi capita che qualcuno mi chieda delucidazioni su come poter aggiungere un panadapter SDR ad una radio. Con un panadapter infatti si può avere lo spettrogramma di una discreta porzione di spettro (almeno 200 kHz in generale) attorno alla frequenza di ricezione e, in più, un completo ricevitore SDR aggiuntivo (con tutti i vantaggi della demodulazione software).
Ma a volte non è chiaro come farlo, perciò in questo video vi spiego tutto ciò che c’è da sapere.
Nel precedente articolo abbiamo fatto una breve analisi delle tendenze tecnologiche in merito alle nostre apparecchiature radio. In pratica, ciò che è chiaro, è che un ricevitore SDR a campionamento diretto non è sempre la soluzione migliore. Questo è chiaro, palese, se si comprende bene il concetto di densità spettrale di potenza. In parole semplice, ogni Hz di banda del nostro ricevitore introduce nella catena di ricezione un po’ di potenza. Quindi un ricevitore a larga banda è per forza più rumoroso di uno a banda stretta, non fosse altro per il solo rumore termico, senza considerare quindi quello in ingresso dall’antenna.
Questa immagine viene da un interessante articolo di Analog Devices che vi invito a leggere (fate click).
Facciamo un esempio. Abbiamo il nostro ricevitore panoramico SDR che copre i 30 MHz delle HF. Siamo a 7.15 MHz in LSB, riceviamo il nostro corrispondente senza problemi e a 7.210 c’è una bella broadcasting in AM che trasmette regolarmente, cioè il suo spettro è regolare, “pulito”, quindi a 7.15 MHz in pratica non ci disturba. Ma cosa avviene nel circuito di ricezione a larga banda? Dove va a finire quella potenza? Perché da qualche parte deve andare. E siccome non c’è una sola broadcasting ma ce ne sono tante (e anche tanti altri servizi…), alla fine è tanta la potenza che entra nel nostro ricevitore. Questa potenza si traduce in una tensione che potremmo anche misurare e che, in qualche maniera, il circuito di controllo del guadagno dovrà gestire. Ad un certo punto questa tensione arriverà al convertitore analogico digitale e finché tutto rimane entro valori tollerabili dalla dinamica del sistema non ci sarà alcun problema. Al contrario lascio a voi investigare su cosa può accadere. In ogni caso, avere tanti campioni del segnale, ovvero sovracampionare come si fa con un ricevitore SDR a conversione diretta, permette poi di applicare il processo di decimazione e quindi aumentare la risoluzione effettiva (e quindi la dinamica) del nostro ricevitore.
Piccola nota: per decimazione non si intende solo prendere un campione ogni M, ma è un processo un po’ più complesso che comprende anche del filtraggio.
Immaginate quindi quanto lavoro deve fare il nostro ricevitore per gestire in modo opportuno tutti questi segnali. Ecco perché un buon ricetrasmettitore SDR puro costa molto (vedi FlexRadio). Quello, in sintesi, che voglio dire è che la coperta è sempre troppo corta. Se da un lato migliorano le prestazioni dall’altro peggiorano i costi, serve componentistica più avanzata. E’ sempre stato così e sempre sarà così (a parità di evoluzione tecnologica).
Dall’altro lato, un’architettura ibrida permette di filtrare via tanto rumore, tanti segnali indesiderati, così da concentrare la potenza di calcolo (perché si tratta di elaborare dati – segnali) sulla porzione di spettro che realmente ci interessa. E a questo punto ci servono processori anche meno potenti, se vogliamo, e quindi meno costosi, così da poter concentrare risorse su altre parti (ex. gli oscillatori). Ecco il perché delle soluzioni ibride di Yaesu e Kenwood, che di certo non sono degli sprovveduti nel settore.
Quindi cosa possiamo fare?
Dato che non c’è una soluzione ottima per tutto e che buttare le nostre amate radio non è contemplabile, mi sono in qualche modo inventato una valida alternativa all’acquisto di un RTX SDR che mi permettesse di avere un panadapter ed un ricevitore completamente software anche per le mie vecchie radio.
In rete avevo visto qualche mezza cosa e qualche amico mi aveva parlato di qualche suo tentativo, ma niente di tutto ciò mi convinceva. Perciò ho dedicato qualche ora del mio tempo alla progettazione di un’interfaccia buffer, che ho chiamato IFace, che mi permettesse di collegare un ricevitore SDR (la classica “chiavetta” USB tipo RTL.SDR) al cuore di una radio, il suo primo mixer.
Perché proprio il primo mixer?
La risposta è semplice: innanzi tutto perché di sicuro c’è (il secondo o il terzo non sempre) e perché lì ancora abbiamo un segnale non troppo limitato in banda. Ciò che volevo era avere una visione di circa 100 kHz sopra e sotto la frequenza sintonizzata. Non mi importa sapere se in 20 m c’è traffico se sto operando in 40 m, ma se 20 kHz sopra a dove mi trovo ci sono stazioni sì.
Quello che ho fatto è mostrato qui sopra. Ho realizzato un piccolo circuito che mi permette di estrarre il segnale della prima frequenza intermedia e di inviarlo ad un ricevitore SDR esterno. I requisiti da rispettare erano pochi ma fondamentali:
alta impedenza di ingresso (circa 1 Mohm) così da non impattare sulla catena di ricezione della radio;
bassa impedenza di uscita (50 Ohm) così da poter pilotare direttamente il ricevitore esterno;
larga banda così da poterlo usare con qualsiasi radio (perché non tutte hanno la stessa frequenza intermedia);
basso consumo energetico così da non richiedere un alimentatore dedicato ma spillare energia in qualche punto interno alla radio;
basso costo.
E’ così che è nata la IFace, cioè la IF buffer Interface.
Avete mai provato a collegare un RTL.SDR direttamente all’antenna HF? Un disastro, vero? E’ normale, non ha filtri di banda, entra di tutto e il software non può fare miracoli. Ma se a questo economico ricevitore diamo “in pasto” un segnale che è passato dai filtri di banda della radio, dall’attenuatore e/o dal preamplificatore e dal mixer, credetemi, il risultato è nettamente diverso. Come mai? Semplice, è stato pre-elaborato dai circuiti della nostra radio.
Le due immagini qui sopra mostrano come si applica la IFace ad uno Yaesu FT-450D, la seconda radio alla quale l’ho installata. Come si vede bene, prima del mixer ci sono i filtri di banda: questi sono fondamentali per ridurre il pericolo di sovraccarico del ricevitore SDR.
Se poi invece di un convertitore A/D ad 8 bit quale quello sopra menzionato usiamo qualcosa di meglio (12 o 14 bit sono già sufficienti) allora il divertimento è assicurato. Ovviamente a completamento di tutto è necessario un apposito software per il nostro computer. Per fortuna ce ne sono tanti e sono tutti grauiti: HDSDR, SDR#, SDR Console, SDRuno etc.
Quindi non vendete le vostre radio solo perché non hanno un display LCD colorato sul quale appaiono i segnali radio. Pensato a migliorarle come vi ho mostrato, vi divertirete a modificarle, apprenderete cose nuove e sperimenterete la differenza della ricezione digitale (e cambiando programma avrete la possibilità di notare la differenza nelle prestazioni).
Per chi ne volesse capire un po’ di più il video qui di seguito spiega come installare un panadapter SDR in qualsiasi radio, la procedura è sempre la stessa.
Mi capita ancora spesso di confrontarmi con amici e non in merito a cosa sia un panadapter SDR e perché usarlo. L’argomento è molto vasto, richiede ben più di qualche pagina in un blog, ma cercherò di essere sintetico quanto più possibile. Parliamo quindi di ricevitori e facciamo una piccola premessa sull’architettura delle radio cosiddette “tradizionali”.
Generico ricevitore supereterodina
Nell’immagine qui sopra ho riportato lo schema a blocchi di un generico semplice minimalista ricevitore supereterodina, cioè un ricevitore dove c’è almeno un oscillatore locale (LO) che tramite un mixer e dei filtri passabanda trasla il segnale in arrivo dall’antenna dalla sua frequenza ad una più adatta alla successiva elaborazione (o demodulazione).
Perché si usa il supereterodina?
Immagino lo sappiate già, ma nel caso contrario se provate a chiederlo a Google forse potreste ricevere un po’ troppe informazioni (oltre 58 mila pagine – vedi immagine seguente) e, molto probabilmente, male organizzate e frammentate.
Quindi, cercando di sintetizzare un po’, posso dirvi che il circuito supereterodina si usa principalmente perché:
il ricevitore deve essere in grado di lavorare su molto frequenze diverse, quindi serve un circuito che porti il segnale di ingresso ad un unico demodulatore – che lavorerà fondamentalmente ad una certa frequenza (la IF);
perché è necessario filtrare, ovvero selezionare, i segnali desiderati da quelli indesiderati e questo è più facile farlo ad un’unica frequenza anziché ad infinite frequenze diverse – servirà un solo filtro alla frequenza IF;
utilizzando più frequenze intermedie – più mixer – si possono migliorare le proprietà di filtraggio sul segnale ricevuto.
Ma ovviamente tutto ciò non è gratis, si paga in termini di complessità e costo del circuito, è ovvio. Negli anni abbiamo visto tantissime tipologie di mixer e di ricevitori e dire quale sia oggettivamente il migliore non è sempre facile: dipende! Dipende da tanti fattori, soprattutto l’uso che si vuole fare di quel ricevitore. Così, per esempio, un ricevitore per HF avrà necessità diverse rispetto ad un ricevitore per microonde (tanto per citarne una, la dinamica).
In ogni caso, ogni volta che si vuole migliorare qualcosa si deve apportare una modifica al circuito, cioè rifare fisicamente il circuito stampato e l’assemblaggio dei componenti elettronici. Questo non è più totalmente vero quando si ha a che fare con le SDR – Software Defined Radio.
Entro certi limiti, infatti, cambiando solo il software si può avere un ricevitore totalmente diverso. Ovviamente ci sono dei limiti, perché se per campionare utilizziamo un convertire A/D ad 8 bit sarà difficile ottenere una dinamica di 90 dB o superiore. Senza intervenire su circuiti di controllo del guadagno, ricordo che ogni bit utilizzato per il campionamento impone un rapporto S/N pari a circa 6 dB, così con 8 bit avremo una dinamica di circa 48 dB. Chi ne volesse sapere di più può leggere questo articolo: Understanding the Dynamic Range Specification of an ADC.
Come avrete visto, oggi, nel 2020, abbiamo in commercio sia ricetrasmettitori amatoriali totalmente Software Defined che ibridi, ciò con una parte di circuiti fatti alla “vecchia” maniera, cioè con il supereterodina, ed una parte digitale, cioè software che un apposito DSP elabora.
Forse i casi più eclatanti degli ultimi tempi sono il FTDX101D della Yaesu e il TS-890s di Kenwood. Perché questi due leader non hanno fatto come Icom con i suoi IC-7300 e IC-7610? Un perché ci sarà…
Ricevitore ibrido del FTDX101D
Parte del ricevitore ibrido del TS-890s
Il motivo di queste scelte è semplice: un ricevitore SDR a larga banda (campionamento diretto della RF) non è la soluzione ottima, almeno non sempre.
Una cosa accomuna tutte queste radio: hanno tutte un bel display LCD sul quale si ha un cosiddetto band-scope, cioè una visualizzazione dello stato della banda attorno alla frequenza che stiamo ricevendo. Questo sicuramente rende queste macchine molto appetibili, al contrario di quelle che non ne sono dotate. Ma lo schermo è piccolo e, per quanto possa essere alta la risoluzione, la visualizzazione non è delle più efficaci. Molto meglio sarebbe avere uno schermo da 50″!
Tutte queste considerazioni sono i motivi che mi hanno spinto a progettare l’interfaccia buffer per la IF delle nostre radio che permette di aggiungere un panadapter SDR, cioè un panorami adapter, cioè il band-scope, ad ogni RTX, vecchio o nuovo che sia.
Ma di questo ve ne parlerò nella seconda parte, seguitemi!
Amateur Radio Station IZ0ABD / AI4YI 
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