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BEACON QRSS3 per i 10.140 kHz

BEACON QRSS3

Il QRSS3 è in pratica CW lento, con punti da 3 secondi e linee da 9 secondi. La ridotta velocità permette un vantaggio di 14 dB rispetto alla velocità normale di 12WPM.

Tutto ha avuto inizio da un piccolo ma significativo dono ricevuto da Sandro IK0WGD, amico OM e collega di QRL. Si tratta di una manciata di quarzi ex-CB che egli ha pensato bene di regalarmi vista la miaattività di piccole costruzioni radiotecniche. Tra questi cristalli ne ho trovato uno sul quale era riportata la frequenza di 10.140 kHz. E qui subito mi è tornata in mente qualcosa di familiare, ovvero i beacons!

Già negli anni passati avevo prestato attenzione a quella particolare frequenza sulla quale è possibile visualizzare, tramite uno dei software arcinoti come Argo o Spectran, le varie emissioni di telegrafia lenta QRSS. Allora mi era saltato in mente di mettere in piedi un mio beacon personale ma varie altre costruzioni mi avevano distratto da quella idea. Ora questo cristallo “caduto dal cielo” ha risvegliato in me quella vecchia idea. Tutto sommato, il beacon è un oscillatore o poco più e quando si ha il quarzo si è già a metà dell’opera!


Progettazione
L’oscillatore, cuore del beacon, è ricavato dall’ARRL Handbook del 1989. Oggi si usano spesso oscillatori realizzati con CMOS 74HC240, però ho voluto impiegare un classico. Si tratta di un base-series, adatto ai quarzi overtone ma sempre apprezzato anche per usi in fondamentale come in questo caso. E’ l’oscillatore di tutti i miei transverters. Ho solo aggiunto un compensatore in serie al quarzo per aggiustare la frequenza che era un pochino bassa. L’alimentazione è completamente stabilizzata tramite 7812, 7809 e 78L05. L’oscillatore è seguito da due stadi di amplificazione a larga banda costituiti da un 2N2369A
che pilota un 2N4427. Segue un filtro passa basso a 7 celle Chebychev che scongiura eventuali spurie.
La logica di controllo è realizzata dal solito PIC 16F84 opportunamente programmato. Lo schema della logica è in parte ripresa dal Pic-beacon di IK2BCP. Il QRSS3 è in pratica CW lento, con punti da 3 secondi e linee da 9 secondi. La ridotta velocità permette un vantaggio di 14 dB rispetto alla velocità normale di 12WPM. Esistono sistemi più recenti e più efficaci del QRSS3, esempio il DFCW, ovvero telegrafia bitonale. Però, da telegrafista, io preferisco il buon vecchio CW.

Realizzazione pratica
Trattandosi di un beacon QRSS, la frequenza e la potenza devono essere il più possibile precise e stabili perché nulla sfugge agli accaniti ricevitori sparsi sul pianeta Terra! Pertanto vanno tenute in considerazione le seguenti linee guida. Per prima cosa la stabilità meccanica della parte RF. Va evitato ogni possibile movimento della circuiteria; a questo scopo ho realizzato l’oscillatore in una scatola in lamierino 15x5 cm acquistata dalla RF Microwave (http://www.rfmicrowave.it) nella quale ho inserito una lamina di vetronite ramata opportunamente saldata.
Mediante due viti da 3MA la scatola è fissata alla base del contenitore. L’insieme risulta meccanicamente molto stabile ed elettricamente ben schermato. Un’altra cosa da tenere in considerazione è la coibentazione termica; il box RF, una volta terminato, è stato circondato da fogli di polistirolo spesso 2cm che lo isola termicamente dall’ambiente circostante.

generatore_qrss_BEACON_QRSS3

Questo permette il mantenimento della temperatura interna ad un livello più costante a tutto vantaggio della stabilità di frequenza. Per il montaggio elettronico si parte ovviamente dall’oscillatore. Ho anche impiegato un riscaldatore di precisione per quarzi della Khune Electronics (http://www.kuhne-electronic.de), anch’esso acquistato dalla RF Microwave. Si tratta di un minuscolo circuito elettronico, piccolo come il quarzo, realizzato su un PCB di allumina. Si deve far aderire il circuito stabilizzatore alla custodia del cristallo mediante la guaina termo restringente fornita nel kit stesso. Prima di fare questo, bisogna collegare due reofori ai terminali di alimentazione del circuito che va alimentato a 9V/80mA. Questo piccolo accessorio porta il quarzo ad una temperatura di 40,8°C con una precisione migliore di ± 0.1°C, ovvero molto alta.
In queste applicazioni particolari, mantenere il cristallo ad una temperatura costante è fondamentale e questo riscaldatore opera perfettamente nel range compreso tra -5°C + 40°C.

BEACON_QRSS3

L’utilizzo di questo accessorio è consigliato soprattutto per i beacons destinati ad operare in postazioni di montagna, ma anche il mio che trasmette da una casa in città ne giova moltissimo. Una volta terminata questa operazione, si realizza il circuito dell’oscillatore secondo lo schema. L’unico punto critico è il condensatore da 15 pF che accoppia l’oscillatore al primo stadio di amplificazione. Il suo valore è fondamentale: valori più alti farebbero spostare la frequenza del segnale di uscita e valori inferiori farebbero scendere la potenza di uscita.

telegrafia_lenta_BEACON_QRSS3

Con 15 pF la potenza di uscita è di circa 200 mW; con 3.9 pF la potenza scende a 45 mW.
Nel mio caso, avendo adottato come al solito la costruzione in aria, ho cercato di ottenere una disposizione simmetrica dei componenti che mi ha permesso una adeguata stabilità dell’insieme. Magari chi vuole potrà fare di meglio realizzando un adatto PCB. Ho fatto in modo di realizzare tutte le connessioni da un lato, eccetto l’uscita RF. Questo mi ha permesso di lasciare liberi tutti gli altri lati per l’applicazione della coibentazione in polistirolo aderente al lamierino. Le connessioni verso l’esterno, eccetto l’uscita RF, sono ottenute mediante condensatori passanti da 1nF, pratici ed utili per fugare RF verso massa. La taratura viene effettuata agendo sui compensatori capacitivi mediante giravite in plastica.

La frequenza di oscillazione va regolata con l’ausilio di un ricevitore. Molto importante è la verifica di stabilità; la si può effettuare anche da soli collegando l’uscita bassa frequenza del nostro ricevitore alla sound blaster del PC e impiegando un software come Argo, Spectran o altri. Fondamentale in questo caso conoscere la precisione di lettura del nostro ricevitore; a tal proposito invito tutti a leggere l’interessantissima pagina di I2NDT sul QRSS e la verifica di frequenza: http://digilander.libero.it/i2ndt/QRSS/QRSS.htm

La prova “on air” si può invece fare monitorando la nostra emissione sui Grabbers europei, che altro non sono che colleghi OM che mettono le loro schermate di Argo a disposizione sul web (vedi sempre il sito di I2NDT: http://digilander.libero.it/i2ndt/grabber/grabber-compendium.htm). Grazie al loro contributo è possibile verificare in pochi minuti sia la stabilità che la corretta manipolazione.

Consiglio di iscriversi alla mailing list dei knightsqrss
(http://mail.cnts.be/mailman/listinfo/knightsqrss_cnts.be) dove si può entrare in contatto con tutti gli OM interessati alla ricezione dei beacons QRSS. La potenza di emissione si può misurare tramite la solita sonda RF costituita da un diodo al germanio ed un condensatore ceramico da 10 nF verso massa, ovviamente misurando in parallelo ad un carico di 50 ohm. La tensione così letta dal voltmetro è di picco, per cui vale la relazione:

P(in W) = V²/100

alla quale va aggiunta però la tensione di soglia del diodo di 0,3 V. Per esempio se si leggono 2,7V dovrà essere aggiunta la tensione del diodo di 0,3V, per cui avremo:

(2,7+0,3)²/100 = (3)²/100 = 9/100 = 0,09W = 90mW

La parte alimentatrice è realizzata su basetta millefori e gli stabilizzatori sono dotati di aletta dissipatrice. Ho aggiunto due piccoli leds gialli per indicazione di presenza tensioni 12 e 9V, ma direi che sono superflui. Anche la logica di controllo è stata realizzata su millefori. Il PIC 16F84 è montato su zoccolo insieme ai pochi componenti necessari al suo funzionamento. La programmazione è stata fatta tramite schedina programmer EEPROM24 e software NTPicProg, mentre il file IK0IXI.HEX è stato scritto con ICProg. Il messaggio identificativo a 10 WPM è così composto: IK0IXI/B QRSS BEACON JN- 52VC per tre volte. Il messaggio QRSS3 (un punto = 3 secondi) invia IK0IXI/B per tre volte.

Il file .HEX è a disposizione di chiunque me lo richieda. L’invio dei messaggi è disattivabile tramite interruttore sul frontale; questa possibilità è utile soprattutto in fase di avvio. Infatti prima di attivare il beacon è opportuno riscaldare l’oscillatore per almeno un’ora per evitare sgradite “partenze a freddo” che verrebbero captate dai colleghi in ascolto (o meglio in visione). Vedi fig. 5; questa è una mia “partenza a freddo” captata da ON5EX.

BEACON_QRSS3_graffico

La manipolazione è ottenuta tramite un transistor PNP TIP32 in serie all’alimentazione dello stadio finale. Si potrebbe ottenere la stessa cosa agendo sugli emettitori dei finali mediante un transistor NPN, però in questo caso si avrebbe tensione sempre presente sui finali e non si potrebbe intervenire agevolmente per modifiche “al volo” senza spegnere il beacon. Sul frontale è presente anche un LED verde che evidenzia la manipolazione del beacon; si accende solo in presenza di RF in uscita, garantendo un controllo reale dello stato di “ON AIR”. Presente il solito interruttore ON/OFF e led rosso di accensione generale.


Risultati
Il primo avvio del beacon è avvenuto con un montaggio provvisorio e senza la termo stabilizzazione, per cui vi lascio immaginare cosa si è visto sugli schermi di mezza Europa…. Ma era prevedibile. Lo scopo non era quello di vedere la stabilità ma quello di verificare la corretta oscillazione e la tenuta in potenza. Successivamente, il montaggio definitivo e la termo stabilizzazione del quarzo hanno portato ai risultati sperati, ovvero ottimi.

Il segnale monitorato dai Grabbers è risultato molto pulito e stabile nel tempo. Ho notato che dopo 12-24 ore la temperatura del beacon raggiunge uno status di regime e quindi la massima stabilità di frequenza. Peter, PA-1SDB, ha notato un drift di appena 0,5 Hz in 12 ore…..Si, avete letto bene, mezzo hertz! Nel mondo QRSS esistono anche le frazioni di hertz. Durante le ore diurne il beacon viene “visto” regolarmente dai grabbers europei ma la massima distanza raggiunta è stata la Nuova Zelanda con il report di ZL4OL. La potenza iniziale di 200 mW è stata ridotta a 45 mW a partire dal 5 Novembre 2007, ma ulteriori riduzioni verranno effettuate progressivamente.

Note legali
A differenza di quanto letto in rete, l’articolo 143, comma 2 del Decreto legislativo n°259 (Codice delle comunicazioni elettroniche) contempla, previa comunicazione, l’installazione di Radiofari ad uso amatoriale senza fare distinzione tra beacons installati nella propria abitazione e quelli installati presso strutture diverse. Pertanto ho inoltrato comunicazione di attivazione, completa di scheda tecnica del radiofaro, all’Ispettorato Territoriale competente. Se interessa, posso fornire i files in formato Word.


Conclusioni
Niente male come prima esperienza nel mondo dei beacons; si tratta di un’attività diversa dal DX ma molto vicina al QRP (o QRPP) che mi appassiona da sempre. L’avvio di questo beacon coincide con un inizio ben più grande ed importante: quello del ciclo solare numero 24. Sembra infatti confermato che il nuovo ciclo solare sia iniziato tra la fine del 2007 e l’inizio del 2008 e sotto quale miglior auspicio poteva vedere la luce un beacon QRSS QRPP? Il numero delle macchie solari lentamente si avvia crescendo al suo massimo che avverrà nel 2011-2012, per cui avremo 4 o 5 anni di condizioni sempre migliori sulle nostre gamme HF alte.

Spero che questa realizzazione, che manterrò in funzione 24 ore su 24, potrà essere in futuro un mio piccolo contributo all’osservazione amatoriale della propagazione ionosferica.

radiokit elettronica

 

 

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