The 82er, a simple QRP RTX di Alessandro Torrini IK1PLD

Esempio di visualizzazione sul display LCD in modalità VFO

"The 82er" è un semplice ed economico ricetrasmettitore QRP sviluppato attorno alla piattaforma Arduino e rivolto ai radioamatori appassionati di collegamenti a minima potenza.

Sono curioso di sapere se qualcuno potrebbe essere interessato in questo progettino che sto completando.

Si tratta di un RTX QRP monobanda multimodo (CW, RTTY, DSB, Opera, non ancora fonia però) costituito da un Arduino, schedina RF a conversione diretta, un DDS, display, encoder. Il tutto potrebbe costare attorno ai 30€. Oltre alle funzioni che si possono trovare in kit simili, questo ha anche integrati: orologio, calendario, voltmetro alimentazione e termometro, keyer iambic, encoder Morse, encoder RTTY, doppio VFO, oltre 50 memorie, configurazione salvabile, controllo completo da PC,band scope, scanner, beacon multimodo e multifrequenza.

Ecco le caratteristiche preliminari:

Gamma di frequenza: 6500 - 7500 kHz
Risoluzione: 0.1 Hz
Knob step: 10 Hz, 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz (smart)
Potenza di uscita: 3W
Alimentazione: 12V 0.4A max
Interface: USB
Trasmissione: SDR diretta
Ricezione: conversione diretta
Controllo numerico quasi totale
Modulazione OOK (es. CW, Opera) e FSK (es. RTTY, SSTV) a sintesi numerica diretta
Connettori: BNC, jack cuffie, jack keyer, mini USB, alimentazione
Display: LCD 16x2 alfanumerico retroilluminato
Encoder con pulsante
Utilizzo semplice, intuitivo ma potente.
Firmware aggiornabile

Funzioni:

Orologio e calendario
Indicatore temperatura da -9 a 99 °C (con futura possibilità di compensare la frequenza del riferimento)
Configurazione completa salvata in memoria flash ed impostabile direttamente
Indicatore tensione di alimentazione 0-16 V con risoluzione 0.1 V
Smeter ad 8 livelli
VFOa, VFOb e VFOx ovvero ricezione su VFOa e trasmissione su VFOb
55 canali di memoria completi salvati in memoria flash ed impostabili direttamente
CW con tasto verticale e con paddle (keyer iambic integrato)
Modi : CW+, CW-, TY+, TY-, DSB, OP+, OP- ovvero i modi standard (+) e reverse (-)
Shift di frequenza per CW programmabile
Correzione numerica della centratura di frequenza
Scanner sulle memorie selezionate
Beacon stand-alone, ad intervallo impostabile avvia la trasmissione sulle memorie selezionate di un testo prememorizzato e modificabile a piacimento; quindi è possibile programmare con  semplicità la trasmissione in sequenza su frequenze diverse e/o in modi diversi.
Protocollo completo di comunicazione con PC per gestione remota via USB (virtual serial com port).
Encode Morse esteso integrato
Encoder Baudot esteso integrato

Potenzialità sviluppo futuro:
Decoder Morse
Decoder CW
Analisi di spettro sulla banda tramite PC (software da completare)
SSB fonia
Modelli per altre bande (137 kHz, 160m, 80m, 60m, 30m, 20m)

 

Analisi spettrale del segnale del DDS.    

     

     

Esempio di schermata LCD per il modo MEMORIE.

Primo assemblaggio del prototipo impiegato per la programmazione del fw.

Test di trasmissione CW Morse a banco, con l'ausilio di un ricevitore professionale.

Sullo sfondo si vede la finestra del terminale, tramite il quale è stato inviato il comando di trasmissione Morse. Il protocollo USB/seriale prevede che la stringa inizi con il carattere # e si concluda con * ed il comando per la trasmissione Morse è STM. Il testo che segue il comando è quello che viene codificato e trasmesso. Oltre alla modalità tramite PC, il ricetrasmettitore può essere usato da solo con tasto Morse verticale o paddle.

Ecco una breve descrizione del protocollo di comunicazione da PC.

Il 82er è dotato di porta di comunicazione USB tramite la quale può essere collegato al PC.

In questo modo è possibile aggiornare il firmware interno e controllare il ricetrasmettitore da computer. La comunicazione avviene nello standard della porta seriale virtuale a 115200 bps, nessuna parità, 8 bit di dato, 1 bit di stop (115200-N-8-1).

Il dispositivo è programmato solo per rispondere ai comandi inviati dal PC, che devono essere stringhe ASCII delimitate dai caratteri # (0x23 cancelletto) e * (0x2A asterisco).

I comandi da PC si suddividono in due categorie: comandi di impostazione (Setting) che cominciano con la lettera S (esse) e comandi di interrogazione, che cominciano per ? (punto intterogativo).

Comandi di Setting:

SFA (Set Frequency for vfo A)
SFB (Set Frequency for vfo B)
SMR (Set MemoRy channel)
SCF (Save ConFiguration)
SSP (Set cw SPeed)
SMX (Set frequencyMin, set frequency maX)
SQL (Set sQueLch threshold)
SPT (Set PTt)
SMS (Set Memory Save)
STI (Set TIme)
SVF (Set VFo/memory) 0=VFOa, 1=VFOb, 2=VFOx, 3=MEM)
SWE (Set WElcome message)
SIQ (set cwshIft, set Quartz frequency) in dHz
SBT (Set Beacon Text)
SBI (Set Beacon Interval) in minutes
SBE (Set BEacon run) (no parameter)
SMO (Set MOde)
STM (Set Transmit Morse)
STR (Set Transmit Rtty)

Comandi di interrogazione:
?DT (? DeTector) restituisce il livello del segnale ricevuto (S-Meter)
?ID (? IDent) restituisce modello e versione del dispositivo
?SN (? Serial Number) restituisce il numero di serie del dispositivo
?BA (? BAttery) restituisce la tensione di alimentazione
?BI (? Beacon Interval) restituisce l'intervallo di ripetizione del beacon in minuti (0 = disabilitato)
?MO (? MOde) restituisce il modo operativo impostato
?TM (? TeMperature) restituisce la temperatura interna in °C
?BT (? Beacon Text) restituisce il testo del beacon

Examples:
#SFA70230000*
Set frequency for VFOa to 70230000 dHz = 7023000.0 Hz

#SSP96*
Set CW dot duration to 96 ms = 12 WPM = 60 CPM

#SPTON*
switches PTT ON, i.e. set the radio to transmission (TX)

#SPTOFF*
set the radio to RX

#SBI0*
disables the beacon

#SMS 0;BEACON11;1; 70110000; 70110000;0; 150;*
set memory channel 0 named BEACON11, scanner flag active, RX frequency 7011000.0 Hz, TX frequency 7011000.0 Hz, Mode CW+, Morse speed 8 WPM = 40 CPM = 150ms base dot duration

#STRCQCQCQ DE IK1PLD IK1PLD IK1PLD KK*
switches PTT to TX, codes the text in baudot/rtty and emits it

#?BA*
reply = "127", which means supply voltage = 12.7 V

#?TM*
reply = "19", which means internal temperature = 19 °C

In questo plot, rilevato con uno span totale di soli 20 Hz per quadretto (200 Hz totali) si può vedere la notevole purezza spettrale vicino alla portante (impostata a 7020000.0 Hz). Ottime anche la precisione di frequenza e la stabilità nel tempo. Attualmente non è ancora implementato nel fw ma è previsto in futuro di introdurre anche una compensazione per le eventuali variazioni di frequenza legate alla temperatura, alla tensione di alimentazione ed all'invecchiamento. Queste funzionalità potrebbero essere particolarmente apprezzate nell'impiego come beacon, nel caso questo fosse sottoposto ad importanti escursioni termiche, come può capitare ad esempio nelle installazioni in montagna.

Si può notare che ci sono circa 80dB liberi da segnali spuri; roba che tanti RTX commerciali anche costosi non riescono a raggiungere! E anche modulando, OOK, FSK e PSK, il segnale rimane pulito, privo di distorsioni ed altri effetti negativi tipici del modulare a livello audio (es. AFSK).

Questa è la risposta del filtro di ingresso passa-banda, nella versione 40m. Il filtro svolge anche la funzione di trasformatore di impedenza e "guadagna" circa 11 dB in tensione.

Questo è il primo tentativo grezzo di inscatolamento del ricetrasmettitore, utilizzando un contenitore plastico di recupero. Le dimensioni sono paragonabili ad un palmare e all'interno c'è stata anche una batteria ricaricabile litio 11.1V 1.9Ah.

Sto valutando di realizzare un unico circuito stampato per ottenere una realizzazione più pratica e ordinata. Potrebbe stare tutto in 65 x 60 mm con una parte di componenti ad inserzione (sulla faccia superiore) ed una parte di componenti SMD (sotto). Il kit potrebbe avere la parte SMD (0603, nulla di microscopico) già preassemblata, per facilitarne la realizzazione.

Schema a blocchi

Cosa sono CW+ e CW-

Facciamo un po' di ripasso di sistemi di radiotecnica: le modulazioni.

Il kit 82er è di base un ricevitore a conversione diretta. Tale tecnica offre il vantaggio della semplicità circuitale e dell'economicità, a scapito di aspetti negativi, primo fra tutti la scarsa selettività, di fatto tutta affidata alla parte ad audio frequenza. Con la conversione diretta si realizza un ricevitore DSB (double side band) che non necessita quindi della portante, come per i segnali AM, per una corretta demodulazione.
Intrinsecamente è capace di convertire anche segnali SSB ma non ha la facoltà di selezionare una sola delle due bande di frequenza speculari centrate sulla frequenza di sintonia, ovvero dell'oscillatore locale.
Per questa ragione, due emissioni molto vicine tra loro verrebbero ad ascoltarsi sovrapposte. Prendiamo un esempio in cui ci sia una emissione CW che chiameremo QSO1 sulla frequenza di 7.023 MHz, ed un'altra, che chiameremo QSO2, su 7.026 MHz. Ipotizziamo che la larghezza di banda del ricevitore sia 3 kHz (è sicuramente di più, ma semplifichiamo).Se sintonizzassimo l'oscillatore locale a 7.023 MHz non ascolteremmo  nulla perché saremmo in isofrequenza con la portante del QSO1 ed avremmo il QSO2 a 3 kHz (7026-7023=3) ovvero al limite della banda passante. Per ricevere in CW è necessario prevedere uno shift di frequenza che sarà pari a quella a cui ascolteremo il tono demodulato in cuffia. Sul 82er è possibile impostare a piacimento tale traslazione di frequenza, che è tra i parametri di configurazione (default 10000 dHz = 1 kHz). In altre parole, quando selezioneremo il modo CW+ e sintonizzeremo 7.023 MHz, l'oscillatore locale (il segnale generato dal DDS) sarà in realtà a 7.022 MHz, e potremo quindi ascoltare il QSO1 demodulato in cuffia a 1000 Hz. Il QSO2 sarà ancor più fuori banda perché a 7026-7022=4 kHz.
Se invece impostassimo il modo CW-, avremmo l'oscillatore locale a 7.024 MHz e ancora ascolteremmo il QSO1 alla frequenza audio di 1 kHz (7024-7023=1) ma contemporaneamente avremmo anche il QSO2 in banda a 7026-7024=2 kHz. Viene da se che più sono vicine le emissioni e più si accavallano in conversione. La trasmissione CW, contrariamente alla ricezione, avviene invece sempre sulla frequenza di sintonia. Per cui, nel caso dell'esempio, la portante sarebbe esattamente a 7.023 MHz sia in modo CW+ che in modo CW-.

La tecnica, implementata nel controller del 82er, di prevedere i modi CW+, CW- e (RTTY) TY+, TY- è rivolta anche ad agevolare l'ascolto, permettendo di traslare in frequenza i segnali indesiderati. Per avere l'oscillatore locale sintonizzato sulla stessa frequenza indicata sul display bisogna selezionare il modo DSB. In questo modo, infatti, non c'è shift e ricezione e trasmissione sono esattamente isofrequenza.

  

OPERATIVITA'

A primo acchito potrebbe sembrare complicato e cervellotico comandare un ricetrasmettitore, così ricco di funzioni, con solo una manopola ed un pulsante. Il 82er dimostra che non è così. Con l'encoder ed il pulsante integrato si riescono ad operare tutte le funzionalità, con un flusso che oserei definire intuitivo e pratico.

 Quick guide

- sono in VFO: ad ogni pressione del pulsante cambio step e VFO, se premo a lungo invece vado nel Modo, se tengo ancora più tempo premuto vado in Memorie, e se tengo oltre 10 secondi salvo la configurazione (service)

- da Modo, se clicco brevemente torno in VFO
- quando sono in Memorie, se clicco ritorno in VFO e se tengo premuto attivo lo scanner
- quando sono in scanner, se clicco ritorno in Memorie
- Se premo il pulsante quando sono in trasmissione, invio il testo del beacon

Spiegazione dettagliata

All'avvio dell'apparecchio, dopo aver mostrato un messaggio di benvenuto dov'è indicata anche la versione, il programma si pone in modo VFO. Il callsign che viene visualizzato è comodamente impostabile in configurazione. Quando ci si trova in VFO, che può essere a, b o x, ruotando l'encoder si varia la frequenza di sintonia, che viene prontamente aggiornata sul display. La gestione del rotore implementa un algoritmo "smart" per velocizzare gli spostamenti, in modo che all'aumentare della velocità di rotazione della manopola, aumenti anche il passo della variazione. Una rapida pressione del pulsante permette di cambiare, a rotazione, lo step ed il VFO. In pratica si parte con lo step di frequenza di 1 kHz e, ad ogni click, si passa prima allo step di 10 kHz,  poi alla lettera del VFO (a,b,x, che si selezionano ruotando l'encoder) e poi ancora al 10 Hz, al 100 Hz, per tornare quindi al 1 kHz.

Il parametro selezionato di volta in volta è evidenziato dal cursore sul display, che si nasconde automaticamente dopo 3 secondi di inattività. Tenendo premuto un po' più a lungo il pulsante, per più di 1 secondo, si va sulla selezione del Modo operativo, che si cambia ruotando la manopola, tra: CW+ (Morse), CW- (Morse reverse), TY+ (RTTY), TY- (RTTY reverse), DSB, OP+ (Opera), OP- (Opera reverse). Per tornare sulla frequenza, basta una breve pressione del pulsante.

Memorie

Mantenendo il pulsante premuto per almeno 3 secondi, si entra nelle memorie, ed il display viene aggiornato di conseguenza. Qui, ruotando la manopola, si scorrono a piacimento tutti i canali. Anche dalle memorie, per tornare al VFO, è sufficiente un breve click del pulsante. Quando si è nelle memorie, una pressione prolungata, di almeno 2 secondi, avvia la funzione Scanner, ovvero la scansione tra i canali di memoria preselezionati.

Scanner

Ad esempio, per fare la scansione continua della porzione di banda del CW, basta programmare 40 canali di memoria sulle frequenze tra 7000 e 7039 kHz, distanziati di 1 kHz, con il flag dello scanner attivo; poi si lancia la scansione.

Configurazione

Una pressione lunghissima del pulsante, almeno 10 secondi, serve a salvare la configurazione, che comprende:
Frequency min = Frequenza minima sintonizzabile (default: 70000000 dHz)
Frequency max = Frequenza massima sintonizzabile (default: 73000000 dHz)
Beacon text = Testo del beacon (default: vuoto)
Second worked = Totale tempo di funzionamento dell'unità in secondi (default: 0 s)
VFOa frequency = Frequenza per il VFOa (default: 70230000 dHz)
VFOb frequency = Frequenza per il VFOb (default: 70230000 dHz)
Mode = Modo operativo (default: CW+)
VFO/Memory = Modalità VFO o Memorie (default: VFOa)
Step = Passo di sintonia (default: 10000 dHz)
Callsign = Nominativo dell'operatore (default: IK1PLD)
Quartz reference frequency = Esatta frequenza dell'oscillatore a bordo del DDS (default: 250000000 dHz)
Shift = Scostamento in frequenza per ascolto CW (default 10000 dHz)
Keyer = Impostazione tasto verticale o Paddle (default: Vertical)
Beacon interval = Intervallo del beacon (default: 0 min) 0 per disabilitare
CW Speed = Durata del singolo bit (default: 96 ms) 96 ms => 12 WPM = 60 CPM Morse; 22 ms => 45 bps RTTY
Memory channel = Canale di memoria selezionato (default: 0)
Clock = Orologio (default: 00:00:00 del 01/02/2018)

Come si fanno ad inserire i parametri della configurazione che non sono di uso comune?

Si tratta di: limiti di frequenza, testo del beacon, nominativo, frequenza del quarzo, shift, tipo di keyer, intervallo del beacon, velocità CW, canale di memoria, orologio. Se all'accensione si tiene premuto il pulsante, si entra dapprima nella funzione di inserimento delle memorie e, mantenendo ancora più a lungo, si giunge nella parte dedicata alla configurazione. Seguendo questa procedura, si osserverà apparire sul display prima MEMORY CHANNELS e poi > CONFIGURATION. In configurazione posso impostare il messaggio di benvenuto, l'orologio, la centratura di frequenza, lo shift per il CW, i limiti minimo e massimo di frequenza sintonizzabile, il tipo di keyer,. La configurazione viene salvata in blocco al termine della modifica dell'ultimo parametro, mentre si può uscire senza salvare tenendo premuto il pulsante per almeno 2 secondi. Per entrare in modifica memorie bisogna tenere premuto, per meno di un secondo, il pulsante all'accensione. In modifica memorie posso variare tutti i dati di ogni canale, e la memoria si salva quando si passa alla successiva. Per uscire basta tenere premuto il pulsante per oltre 2 secondi, oppure non fare nulla per almeno 20 secondi.

Beacon

Il beacon funziona sulle memorie. Ogni volta che trascorre un tempo pari ai minuti impostati nel parametro "Beacon interval" vengono scansionate, in ordine, le memorie su cui è attivo il flag scanner, e viene emesso il beacon nel modo e alla velocità opportuni.

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Alessandro

     IK1PLD   fotografAle@libero.it

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