Un riferimento di frequenza per il laboratorio ricavato da una portante in Onde Medie, by Mario IK1SPF

Purtroppo in Ottobre 2022, i TX Onde Medie italiani sono stati disattivati, di conseguenza o si sintonizza un TX ancora ricevibile dall'estero con buon segnale, altrimenti questa pagina può servire come curiosità.

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Un giorno nel laboratorio dove di solito gioco: apparve casualmente sullo schermo di un oscilloscopio il segnale del TX OM locale a 1449 KHz, un 2 KW che si trovava a circa 4 Km, attratto dal movimento della modulazione diedi un'occhiata aiutandomi con una antenna in ferrite sintonizzata, ora il segnale molto forte mi consentì di collegare un misuratore di modulazione collegato a sua volta a un analizzatore di spettro di BF in autostore, notando l'assenza o quasi della modulazione sotto i 100 Hz, incuriosito collegai un analizzatore di spettro RF in autostore, che confermò: sotto i 100 Hz la modulazione era praticamente assente, frequenze queste non trasmesse perché inutili ai fini dell'informazione e costose dal punto di vista energetico.

Visto che avevo voglia di giocare, proseguii montando al volo un preselettore amplificato da due mosfet, sintonizzato però su 900 KHz, il TX di Siziano PV da 50 KW, visualizzando perfettamente il segnale, ancorché debole all'interno del laboratorio, scelsi però questo TX in ricordo del suo predecessore, il primo TX che ascoltai tramite una Galena autocostruita da bambinetto, il segnale di questo TX a Milano dove risiedevo era forte. Prima del riordino della canalizzazione della banda OM, era 899 KHz, passando poi definitivamente a 900 KHz con una potenza assorbita dallo stadio finale di 130 KW.

Faccio una deviazione dall'argomento che potete saltare:

anni addietro, grazie alla gentile disponibilità dell'ing Temporelli del Museo della Scienza e della Tecnologia di Milano, allora responsabile della collezione Telecomunicazioni dove si trova il TX in una grande sala allora in allestimento, ho potuto girare al suo interno raccogliendo una messe di curiosità, una fra tante? Lo stadio finale in contro-fase era accoppiato all'antenna tramite un circuito risonante parallelo dove l'induttore poteva avere un diametro di +/- un metro, per due di lunghezza, avvolto con tubo di rame forse di un paio di pollici ed un condensatore di accordo costituito da dischi imbutiti circa dello stesso diametro per ragioni di stabilità, aventi circa la stessa dimensione dell'induttore, accoppiato esternamente e al centro dell'induttore era posto il secondario munito di prese di adattamento, tra i due avvolgimenti era posto il canonico scaricatore di sicurezza, infine l'energia RF era portata all'antenna da un (coassiale) composto da cinque conduttori del Ø apparente di ¼ di pollice, di questi uno era posto al centro e quattro disposti agli angoli di un quadrato in funzione di schermo e ritorno RF.

L'alimentazione era fornita da una linea trifase a 15 KV munita di filtri antidisturbo, sugli strumenti di controllo della potenza d'ingresso dello stadio finale erano state fatte delle tacche limite, uno indicava la tensione di 17,5 KV, occorre ricordare che una volta la tensione e la frequenza di rete erano instabili ed era necessario tenerle d'occhio, mentre altri due strumenti indicavano la corrente dei catodi delle finali, con tacca a 4,2 A, valori adatti a delle vetuste 898A, dotate intelligentemente di tre filamenti alimentabili in modo trifase, rendendo più uniforme l'emissione, riducendo inoltre il ronzio impresso sulla portante, le finali poi erano incamiciate e raffreddate ad acqua, i tubi di questa tipologia dovevano essere montati con lo zoccolo in alto per avere i filamenti pendenti e liberi di allungarsi mantenendosi centrati rispetto alla griglia, facevano poi bella mostra di sé sei boccioni a vapori di mercurio anche loro muniti di filtro antidisturbo, nonché condensatori di filtro alti quasi due metri ecc..., questo TX era entrato in servizio negli anni 30, forse 1932 e sostituito in seguito forse da un Marconi più moderno.

Fine della deviazione, si rientra in argomento.

Dunque: banda audio visualizzata, continuai misurando la frequenza della portante che ovviamente era 900 KHz, non contento decisi di liberarmi delle bande laterali montando un nullafacente quarzo da 900 KHz in funzione di filtro, regolandone la curva di risposta simmetricamente attorno alla portante, lasciandola +/- pulita per la misura, che risultò essere di un bel 900000,0 +/-1 digit stabile, interessante vero?

Dovevo approfondire, forse poteva essere la soluzione per il laboratorio dove non mi è possibile ricevere il GPS e dove sono costretto ogni tanto a ricorrere ad un amico fortunato possessore di un frequenzimetro con base tempi al Rubidio ciclicamente calibrato per necessità di QRL, con cui ci scambiavo la soluzione di un qualche problema.

Progetti di questo tipo dalle alterne fortune se ne 'erano già visti nel passato, bene: avevo trovato qualcosa da fare, liberai il banco, mi procurai il necessario e in tre orette ispirate misi assieme l'accrocchio funzionante che vedete nella foto a SX qui sotto, dove si nota il RX 900 KHz con il quarzo, lo strumento dell'intensità del segnale ricevuto, al centro su C.S. il divisore programmabile settato per 900 KHz tramite i piedini 1 e 8 del gruppo da 100 KHz, mentre poco sopra si trova un più semplice divisore fisso per 9, a DX si trova l'oscillatore a 10 MHz con la restante parte del sintetizzatore, al momento agganciato come segnalato dal LED forse poco visibile a DX in alto.





Nella foto di DX si vede un frequenzimetro modificato nel comando input front/rear per commutare il clock interno a 10 MHz, con quello esterno proveniente da questo circuito, la frequenza visualizzata si riferisce ad un test condotto in seguito, dove il segnale proveniente da un sintetizzatore quarzato indipendente da 100 MHz agganciato al rubidio dell'amico di cui sopra, l'indicazione però data l'insufficiente disponibilità di cifre, ha un overflow di 10, con la cifra di DX che indica 0,1 Hz +/- 1 digit, giudicandola al momento sufficiente per i miei scopi, si voleva provare con un sintetizzatore da 1 GHz, ma era venuta l'ora del prosecco, così ce ne andammo. Alla faccia della giornata uggiosa!

Il PLL a frequenza fissa pur realizzato, al momento non visibile e il PLL programmabile, danno risultati sovrapponibili, l'unica differenza sta nel tempo di stabilizzazione della frequenza generata dal quarzo da 10 MHz e nella banda di rumore contenuta, consiglio di utilizzare il PLL a frequenza fissa per un aggancio veloce, visto il riferimento a 100 KHz, pur ricevendo un buon segnale a 900 KHz, si avrà maggiore sensibilità alle interferenze, diversamente il PLL programmabile con riferimento di 1 KHz risulta meno sensibile ai disturbi impulsivi, ma raggiunge l'aggancio in un minuto abbondante dall'accensione.

Ora proseguirò con la descrizione del PLL programmabile e dei passaggi fatti per validare la precisione della frequenza generata, ricordando che la scelta dei componenti è dovuta solo alla loro disponibilità, altrimenti con il passare del tempo sarebbero finiti miseramente nel cestino senza aver mai vissuto, mentre a tutt'oggi continuano imperterriti a fare il loro lavoro.
 
Il RX previa taratura del preselettore, copre in step da 1 KHz l'intera gamma delle OM, così da permettere la ricezione anche di altri TX, eseguendo prove in questo senso, controllai anche la frequenza del TX locale a 1449 KHz, misurando però una frequenza inutilizzabile per il mio scopo di 1448,9957.. KHz, deluso, decisi di controllare la precisione del 900 KHz di Siziano, per questo controllo, ma forse, più per gioco il tempo non mi manca, sostituii il RX a 1449 KHz, con un RX per la DCF77 autocostruito, funzionante, ma non ancora perfezionato e non ancora assemblato che probabilmente farà la fine di quasi tutti i miei progetti legati all'hobby, i quali proseguono spediti fino alla verifica di prestazioni e funzionalità, finendo poi in una scatola dove li dimentico.

Questo RX per la DCF77, è stato divertente da progettare per le soluzioni imposte dalla presenza fissa di un segnale più forte di 20/40 dB posto 625 Hz più alto della frequenza di 77,500 KHz, inoltre ha dato filo da torcere la portante modulata di fase a banda stretta per dati e modulata d'ampiezza con riduzione della potenza al 25% per la codifica dell'ora, complicando infine e non poco lo schema, per chiarire quest'ultimo problema, si deve pensare che il RX deve fornire un segnale pulito e stabile di livello nonostante la modulazione on/off anche quando la portante si trova alla minima potenza.

In questo caso non avevo quarzi adatti a filtrare direttamente la portante, farli fare? neanche a parlarne, ne occorrevano almeno due o tre per un filtro minimale, meglio quattro, ma uno solo di questi quarzi ben realizzato costava allora attorno alle 130K lirette, costo non giustificato per i miei scopi, ho quindi realizzato il front end del RX in doppia conversione con unico OL da 1 MHz facendo transitare il segnale attraverso un filtro autocostruito a 1077,5 KHz con 40 Hz di banda, restituendo all'uscita un segnale pulito sempre 77500 Hz, ricordo ai meno informati che questa soluzione impiegata già nel passato è a correzione intrinseca della deriva dell'OL la quale potrebbe anche essere libero, ma per questo impiego, data la ristretta banda passante del filtro, deve per forza essere quarzato e termostatato, 40 Hz sono pochini per stare tranquilli, da quì in avanti giocando con segnali ricavati dalla portante, conversioni e un paio di divisori programmabili, il segnale diviene pronto per la parte digitale, questo RX a causa del gioco delle frequenze impiegate per renderlo affidabile è risultato un po' complesso, può essere che un giorno metta la sua descrizione sul sito, ma questa è un'altra storia.

Dunque si procede: prelevai dal RX per DCF77 e dal RX 900 KHz due segnali da 1 MHz, collegati agli ingressi di un preciso misuratore di fase analogico autocostruito munito di filtri con cui potevo visualizzare anche il rumore a varie bande e un Kronhe-Hite digitale per la misura media della differenza di fase, inoltre un oscilloscopio settato per la figura di Lissajous, mi informava in modo più diretto della instabilità a breve termine, ebbene: questo set-up confermò infine con le indicazioni noiosamente ferme la precisione del segnale a 900 KHz.

In seguito ebbi conferma dei risultati ottenuti, da IZ1ICI Gianfranco Albis, noto ing. direttore tecnico di RK il quale gentilmente dietro mia richiesta reperì informazioni presso suoi amici, secondo le quali sembra che nei TX locali siano montati dei normali oscillatori termostatati, mentre i principali: pochi, adottano o un Rubidio o forse visti i costi un GPSDO.

Venendo alla mia location: nonostante l'elevata potenza del TX, a causa del palazzo soprastante il segnale rimane scarso all'interno del laboratorio, il suo livello è tale che pur cercando il migliore orientamento con una radio munita di antenna interna, il segnale ricevuto rimane affetto da un fastidioso rumore.

Ho quindi preparato un più efficiente loop, che pur orientato per il massimo segnale, erogava ai morsetti dell'antenna un segnale a 900 KHz di circa 3 uV, pochi per una radio normale, ma sufficienti per il mio scopo, a condizione che: PC, PSU a commutazione, monitor ed altri accrocchi digitali, non immettano disturbi nell'ambiente dove si trova l'antenna che nel mio caso è interna, come anche un temporale nelle vicinanze può fare danni che NB analogici o DSP che siano possono risolvere, perciò ho mantenuto montato il quarzo a 900 KHz per il grande beneficio della stabilità del segnale a 10 MHz generato.

Altro problema: questo fisso e irrisolvibile è la variazione dell'altezza della ionosfera che all'imbrunire e immagino anche all'alba, ma io non l'ho mai verificato, genera con il suo movimento un battimento instabile con il segnale diretto attorno a 1 Hz, di intensità tale da impedire il corretto funzionamento del sistema, poi raggiunta un'altezza sufficiente, ci si mette la propagazione con altri battimenti aggiuntivi, detto ciò, basandomi sulle mie condizioni, ritengo il suo funzionamento valido di giorno per quasi tutto il Nord Italia, ma questa è una mia supposizione da validare per cui non contateci più di tanto, si prosegue:

Nella realizzazione del RX, al fine di scongiurare instabilità legate al guadagno elevato, che nel mio caso, supera abbondantemente i 100 dB, consiglio di rispettare il montaggio delle quattro bobine con i piedini collegati come nella pianta dello schema, cioè tenendo il nucleo verso di sé secondo la seguente tabella: Pin A= +, Pin B= Drain, Pin C= Gnd, Pin D= libero, Pin E= Gate1/quarzo/uscita.

Queste bobine si presentano come medie frequenze con base 10x10 mm, hanno il nucleo rosso che le indica come oscillatori locali per OM, sono montate con il loro condensatore di accordo e si trovano nei mercatini.

Collegate come indicato, non ho mai notato instabilità o tendenza ad autooscillazioni per qualsiasi posizione dei loro nuclei, i quali si regoleranno sia per il massimo segnale sia per la migliore stabilità della tensione AGC in rapporto alla modulazione, in altre parole: la taratura deve risultare simmetrica rispetto alla portante stessa, condizione che per il quarzo si ottiene con una regolazione ridondante tra L3 e il compensatore annesso.

Chi può ricevere un segnale intenso, può impiegare una semplice antenna in ferrite, chi viceversa ha disponibile un segnale scarso può impiegare un'antenna a quadro sintonizzata ma dal Q moderato, altrimenti è possibile che la sua banda passante risulti dannosamente stretta o asimmetrica inadatta a contenere le bande laterali della modulazione in modo simmetrico, condizione puntualmente segnalata dallo strumento, il cui ago a taratura corretta avrà solo un leggerissimo tremito, anche un'eventuale instabilità meccanica può infastidire, richiedendo frequenti ritocchi della sintonia dell'antenna, per cui consiglio di farla aperiodica, così che possa essere impiegata in tutta la gamma e con la selettività generale dipendente solo dai circuiti risonanti del RX, fate voi.

La mia antenna interna è costituita da sei spire di cavo coassiale 75 Ohm, su diametro di 60 cm, con lo schermo interrotto al centro dell'avvolgimento, ma collegato alla calza del cavo di discesa di tipo bilanciato lungo un paio di metri, realizzata da due cavetti schermati del tipo fine per impianti TV, ma vanno bene anche del RG58/59.

Qualunque soluzione adottiate, dopo aver trovato con l'orientamento dell'antenna il massimo segnale, prestate attenzione nel posizionare l'apparecchio, perché se non adeguatamente schermato, in ragione dell'alto guadagno totale, trovandosi entro un lobo di ricezione dell'antenna, potrebbe rendere instabile la fase del segnale ricevuto o dar luogo ad autooscillazioni.

Figura 1: schema della parte radio.

La parte radio come si vede è risolta da un RX TRF munito di AGC, impiegante due BF966S, (OK: sprecati, ma disponibili), dove tra le due ultime bobine con beneficio sostanziale della ricezione, è inserito un quarzo in funzione di filtro sulla frequenza ricevuta, infine un CA3089 provvede efficacemente alla funzione di limitatore, dopodiché attraverso un 2N2222 separatore, il segnale giunge in uscita.





Proseguendo verso la parte digitale: il segnale nel mio caso a 900 KHz, fornito tramite un corto cavetto coassiale, è connesso al Pin 14 di un primo PLL HEF4046 con funzione di filtro, il quale reca sul Pin 11 un trimmer da 5 KOhm per la centratura del VCO interno, confermata da una tensione di 5 V presente sul Pin 9 da misurare con Voltmetro ad alta impedenza, il segnale così ottenuto, prelevato dai pin 3 e 4, passa ad un divisore programmabile che avevo già disponibile montato e configurato per passi di 1 KHz composto da quattro HEF4510 e un HEF4002, gli stretti impulsi di uscita con cadenza da 1 mS, arrivano ad un altro HEF4046 in funzione di comparatore di fase che fornirà dal suo pin 13 la tensione di controllo per i varicap, a questo comparatore, arriva anche la frequenza di 10 MHz del quarzo previa divisione per 10000 (1 KHz) operata da due HEF4518, per finire la frequenza generata dal quarzo da 10 MHz, arriva in uscita tramite Q1 e alcune porte di un HEF4011.

Figura 2: schema della parte digitale.

Ricordo al principiante: che i fronti di commutazione dei c.i. digitali possono disperdere nell'ambiente segnali, ciò è indesiderabile dove si fanno misure o s'impiegano ricevitori, per cui è necessario effettuare il montaggio in contenitore schermato, munito di condensatori passanti, BNC e quant'altro possa servire a ridurre le interferenze generate.

Al fine di utilizzare varie soluzioni circuitali, consiglio di realizzare il c.s. diviso in due parti, dove in una sarà montata la parte radio e nell'altra la parte digitale, così da poterla sostituire con altre dalle funzionalità diverse, in seguito se necessario aggiornerò la pagina.
Forse questo articolo vi ha interessato o annoiato, io mi ci sono divertito e per quel che mi riguarda: anche questa è Radio.

Se volete contattarmi per brevi informazioni tramite mail, fatelo presso info@marelelettronica.it



Mario IK1SPF