1        Premessa

Il progetto di questo ricetrasmettitore, come si deduce dalla sigla, risale all'anno 2001 e da allora ne sono funzionanti oltre una decina di esemplari mentre altri sono in fase di ultimazione.
 

La buona riuscita è stata possibile grazie a tutta una serie di esperienze precedenti, tra le quali quella del ricetrasmettitore "HF1" nato nei primi anni novanta, tutt'ora utilizzato dagli autori con notevole soddisfazione; l'intento adesso era quello di realizzare un apparato che potesse rispondere ad una serie di prerogative quali:

1.      grande semplicità costruttiva (contenimento dei componenti utilizzati);
2.     facilità di allineamento (riduzione al minimo delle operazioni di taratura da eseguire);
3.     semplicità nell'uso (numero ridotto di comandi);
4.     basso consumo per l'utilizzo in portatile (ottimizzazione di tutti i circuiti);
5.     buone caratteristiche elettriche.
 

Gli obiettivi, allora prefissati, sono stati così raggiunti:

·       costruendo un ricetrasmettitore a doppia conversione con la prima FI ad una frequenza superiore alla banda HF (45 MHz),
·       utilizzando una seconda FI a 48 KHz (dove era possibile reperire degli eccellenti filtri meccanici di produzione Telettra, utilizzati nei vecchi modem telefonici FDM);
·       rendendo il più possibile reversibili gli stadi impiegati (per l'RX ed il TX);
·       eseguendo tutte le interconnessioni a 50 Ω (per rendere facilmente misurabile ogni singolo stadio e ridurre al minimo le interferenze fra i di loro).
 

Infine le caratteristiche risultanti sono state le seguenti:

·       sensibilità in tutta la gamma HF migliore di 0,25 μV per 10 dB SINAD;

·       intercept- point migliore di + 20 dBm a ± 15 KHz;

·       livello di intervento AGC per un segnale di ingresso ≤ 1 μV;

·       corrente assorbita in ricezione a 13 Vdc  ≤ 220 mA;

·       potenza di uscita ≥ 20 W su tutta la gamma HF con una ondulazione ≤1 dB.

·       utilizzo di soli 3 pulsanti, 1 commutatore per i modi ed il potenziometro del volume audio.

2        Descrizione dello schema a blocchi

L'intero ricetrasmettitore è costituito da 12 blocchi, corrispondenti ad altrettanti circuiti stampati, che racchiudono tutte le funzioni necessarie; qui di seguito la descrizione sintetica.

Al numero del paragrafo corrisponde il relativo blocco

2.1      Circuiti di ingresso "FrontEND"

Il circuito di ingresso è completamente passivo ed è costituito dal filtro Passa-Basso 30 MHz, dal mixer passivo a medio livello (+ 17 dBm) e dal filtro 45 MHz.

L'attenuazione tipica totale è 9,5 dB e comunque non è in genere superiore a 10 dB.

E' presente inoltre l'amplificatore finale dell'eterodina che fornisce il livello di + 17 dBm al Mixer.

Il blocco è perfettamente reversibile e quindi per il funzionamento in ricezione ed in trasmissione non necessita di alcuna commutazione.

2.2      Amplificatore prima FI a 45 MHz

L'amplificatore è costituito da un singolo stadio realizzato con un singolo Mosfet, ha un guadagno tipico di 26 dB ed una Figura di Rumore generalmente minore di 1 dB.
Lo stesso amplificatore è utilizzato in trasmissione attraverso lo scambio di 2 relè; in questo caso viene aggiunto un attenuatore di 12 db per contenerne il guadagno complessivo.

2.3      Mixer 45 MHz ÷ 48 KHz

La conversione dai 45 MHz della prima FI ai 48 KHz della seconda FI è concentrata in un solo blocco ed è costituita da un semplice Mixer a + 7 dBm e dall'oscillatore locale controllato a quarzo; lo scambio fra la banda laterale superiore e quella inferiore avviene commutando i relativi quarzi con diodi Pin.
Anche questo blocco è perfettamente reversibile e quindi non ha bisogno di alcuna commutazione fra ricezione e trasmissione.

2.4      Filtro di seconda FI a 48 KHz

In ricezione il blocco è costituito soltanto dal filtro meccanico USB a 48 KHz adattato a 50 Ω e lavora in modo reversibile nella connessione con il Mixer di seconda conversione.
La connessione verso l'amplificatore di seconda FI a 48 KHz per la ricezione avviene direttamente, mentre il segnale DSB proveniente dal modulatore bilanciato viene amplificato di
circa 10 dB.
Stessa funzione viene svolta in modalità CW dove è utilizzato sempre un filtro meccanico a 48 KHz con 300 Hz di banda passante.

 

2.5      Amplificatore di seconda FI a 48 KHz con AGC

Questo amplificatore ha il compito di portare il segnale di uscita ad un livello costante di 0 dBm per essere inviato al demodulatore, il suo guadagno complessivo è circa 100 dB e l'escursione complessiva del controllo automatico di guadagno è dell'ordine di 85 dB.
L'amplificatore è interamente a larga banda, avendo il solo circuito risuonante di ingresso e lavora su una impedenza di 50 Ω.
Il controllo automatico di guadagno avviene controllando il G2 del Mosfet di ingresso e due coppie di diodi PIN negli stadi successivi.

2.6      Demodulatore, modulatore ed amplificatori audio

Questo blocco racchiude le funzioni svolte dal ricetrasmettitore alla frequenza audio.
La sezione ricevente comprende il rivelatore a prodotto realizzato con un Mixer passivo anche questo a + 7 dBm, il filtro a 2,2 KHz per contenere la banda ricevuta essendo la banda del filtro meccanico estesa fino a 3.400 Hz e l'amplificatore audio.
La sezione trasmittente comprende due stadi per l'amplificazione microfonica, di cui il secondo ha anche funzione di "clipper" ed il modulatore bilanciato.
E' presente inoltre l'amplificatore eterodina che lavora con un segnale di ingresso di soli – 20 dBm per contenere, il più possibile, eventuali irradiazioni del segnale a 48 KHz che potrebbero "entrare" nell'amplificatore di seconda FI limitandone così il guadagno e quindi la funzionalità..
La commutazione delle funzioni RX ÷ TX è realizzata con diodi PIN.

2.7      Oscillatore controllato in tensione VCO

L'oscillatore dell'eterodina variabile è suddiviso in due gamme, 45 ÷ 60 MHz e 60 ÷ 75 MHz per renderlo meno critico e migliorare il rumore di fase complessivo.
Il livello di uscita è dell'ordine di 0 dBm.

2.8      Comparatore di fase

Il blocco comprende il divisore per 40 della frequenza eterodina, i circuiti squadratori, il comparatore di fase ed il filtro di "loop.

2.9      Generatori DDS

Questo blocco comprende i due generatori a sintesi diretta: il primo è quello che invia al comparatore di fase la frequenza dell'eterodina variabile divisa per quaranta alla quale si aggancia il VCO; il secondo genera i 48 KHz per il demodulatore in SSB e 47,2 KHz per il CW.

2.10  Microprocessore, display, encoder e comandi

Questo blocco racchiude tutte le funzioni di comando, controllo e visualizzazione dell'intero ricetrasmettitore.

E' costituito da un microprocessore al quale sono connessi:

·       il display per la visualizzazione delle frequenze RX e TX, la modalità, il passo di sintonia e l'S-Meter;

·       l'encoder per la sintonia;

·       il commutatore dei modi;

·       il segnale del convertitore Analogico- Digitale dell'AGC per l'S-Meter.

2.11  Amplificatore pilota

Questo amplificatore è costituito da 3 stadi di cui due in controfase per contenerne il consumo e migliorarne la linearità e porta il livello da – 3 dBm (0,5 mW) a + 30 dBm (1 W); è stato progettato per avere una ondulazione nella banda 1,5 ÷ 30 MHz che non superasse 0,6 dB.

2.12  Amplificatore di potenza 20 Watt

L'amplificatore finale porta la potenza di uscita a 20 Watt su 50 Ω.

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3        Brevi considerazioni analitiche del progetto

3.1      Sezione ricevente

I punti di partenza nella definizione del progetto sono stati:

1.     Il valore di "intercept point" non inferiore a + 20 dBm da cui l'utilizzo del Mixer passivo di medio livello;

2.     L'utilizzo di Mixer passivi per la seconda conversione e la demodulazione per avere la massima reversibilità fra RX e TX limitando al massimo le commutazioni.

Usando un Mixer passivo come demodulatore con un livello di ingresso di 0 dBm e volendo far intervenire il controllo automatico di guadagno per un livello di 1 μV pari a – 107 dBm, automaticamente si è definito il guadagno complessivo che doveva essere appunto di 107 dB.

Le attenuazioni in gioco erano:

1.     Il filtro passa basso di ingresso: ben calcolato non supera 0,2 dB;

2.     Il Mixer a medio livello: attenuazione tipica ≤ 7 dB;

3.     Il filtro di prima FI a 45 MHz realizzato con 2 filtri monolitici: attenuazione ≤ 3 dB;

4.     Il Mixer di seconda conversione: attenuazione tipica ≤ 7 dB;

5.     Il filtro meccanico della seconda FI: attenuazione massima 0,3 dB.

La somma di tutte le attenuazioni in gioco, nel caso più sfavorevole, è pari a 17,5 dB.

Volendo far intervenire quindi l'AGC a – 107 dBm, il valore complessivo dell'amplificazione in ricezione doveva essere 124,5 dB; questo guadagno è stato ripartito nelle 2 FI rispettivamente:

·       26 dB tipici sull'amplificatore a 45 MHz;

·       100 dB tipici sull'amplificatore con AGC a 48 KHz.

L'amplificazione complessiva, pari a 126 dB, tiene conto delle possibili tolleranze.

In sintesi il segnale ricevente, viene attenuato di circa 10 dB dal front-end, amplificato di 26 dB dall'amplificatore a 45 MHz, attenuato di 7 dB dal Mixer di seconda conversione ed amplificato di 100 dB dall'amplificatore a 48 KHz per ottenere ul livello fissato a 0 dBm.

Per quanto riguarda il controllo automatico di guadagno, sarebbe stato possibile aumentarne il range controllando anche il guadagno del Mosfet amplificatore a 45 MHz, ma si è ritenuto alla fine non necessario; infatti il livello massimo di controllo è – 22 dBm cioè 1 dB maggiore di S9 + 50 dB (equivalente a – 23 dBm) e quindi più che sufficiente.

La ripartizione dei guadagni così definita è servita anche a fissare il valore di figura di rumore complessiva, determinante ai fini della sensibilità.

Il valore della figura di rumore complessiva dell'apparato inferiore ad 11 dB è risultante dal valore di figura di rumore dell'amplificatore a 45 MHz- (≤ 1 dB) aumentato della perdita del Front-end    (≤ 10 dB).

3.2      Sezione trasmittente

Il segnale proveniente da un microfono dinamico (circa 5 mV/600 Ω) viene amplificato e "tosato" dall'amplificatore microfonico ed inviato con un  livello di circa 0 dBm al modulatore bilanciato.

Il livello di uscita di – 7 dBm viene amplificato circa 10 dB ed attraverso il filtro meccanico a 48 KHz , la cui perdita di inserzione è pressoché trascurabile, viene inviato al Mixer di seconda conversione e quindi all'amplificatore a 45 MHz dopo essere stato attenuato 12 dB.

Il segnale, attenuato dalla perdita del Front-end (10 dB) esce quindi alla frequenza finale.

In sintesi, il segnale di – 7 dBm DSB in uscita dal modulatore bilanciato, viene portato a + 3 dBm dall'amplificatore presente prima del filtro a 48 KHz, esce dal Mixer di seconda conversione a – 4 dBm e viene attenuato di altri 12 dB e scende quindi a – 16 dBm prima di arrivare all'amplificatore della seconda FI a 45 MHz; questo amplificatore lo porta a + 10 dBm, viene attenuato 3 dB dal filtro a 45 MHz ed entra nel Mixer a + 7 dBm per uscirne a circa 0 dBm alla frequenza finale di trasmissione.

Il livello ottenibile, superiore di 3 dB a quello necessario all'amplificatore pilota per ottenere 1 Watt di uscita, tiene volutamente conto delle tolleranze possibili negli stadi impiegati sia passivi che attivi.

D'altra parte tutto è stato fatto per non sovraccaricare e quindi generare intermodulazione né gli stadi amplificatori né i Mixer; una eventuale messa a punto finale sul livello specie quello in uscita a 48 KHz si potrebbe rendere necessaria agendo sulla resistenza di controreazione dello stadio amplificatore del segnale DSB.