jueves, 14 de octubre de 2021

Propagación en 28 MHz

Los cultores de las bandas altas disfrutamos mucho los picos del ciclo solar donde la banda de 28 MHz está abierta con alcance global prácticamente las 24 horas del día y con circuitos de bajas pérdidas por lo que la operación QRP da buenos resultados. Lamentablemente estamos lejos aún del pico del ciclo solar  el que se estima ocurrirá entre 2025 y 2026, de hecho apenas estamos saliendo del mínimo que en éste ciclo fue bien mínimo, en ocasiones sin ninguna actividad solar por semanas.

Sin embargo están observandose muestras de actividad solar, estamos al momento de escritura de ésta entrada esperando un evento de viento solar producido por una eyección de corona (CME en inglés) que seguramente producirá perturbaciones notables en la magnetósfera (para deleite de los que observan las luces árticas y antárticas).

Hace pocos dias Rick (LU9DA) puso una animación GIF representando los contactos reportados en su cluster en la banda de 28 MHz a lo largo del día, y realmente la actividad lucía intensa.

Viniéndose encima el CQ WW CW 2021 (Nov 27 y 28) es útil empezar con los estudios de propagación para ir definiendo cual será la mejor estrategia de participación, en años anteriores probé  bandas medias como 14 MHz y bajas como 7 MHz con resultados variados, claramente mis mejores resultados siempre fueron en 28 MHz. Hace algunos años por otra parte que tengo preferencias por categorías Single Band pues implican un esfuerzo manejable en términos de horas de operación para lograr algún resultado aceptable.

No es casualidad, en bandas bajas solo se puede aspirar a tener un buen puntaje a nivel regional, quizás a nivel continental, es muy difícil poder neutralizar la enorme cantidad de contactos disponibles que tienen las estaciones europeas, americanas y japonesas dentro de primer salto; hay aperturas de propagación ciertamente. pero rinden decenas de contactos y no centenares además de durar relativamente poco.

En 28 MHz, en cambio, la cancha se nivela puesto que las estaciones de Norteamérica, Europa y Japón tienen condiciones mucho mas restringidas a nivel local y regional, mientras que desde la distancia tenemos buenas condiciones.

Siguiendo el análisis de Rick hice un primer análisis de condiciones, usando mi actividad en FT8 durante un día completo en la banda de 28 MHz, y de alguna manera confirmé que hay buenas condiciones.

El gráfico adjunto resume el análisis. El método de cálculo fue explicado muchas veces en entradas anteriores, pero a modo de resumen se cuentan la cantidad de veces que mi estación fue escuchada o que yo escuché a otras estaciones tal como es reportado por WSJT-X al sitio PSKReporter.info

La cuenta en cada hora comparada con el total del día permite pronosticar la intensidad relativa respecto al día (mejor hora) y la segregación en cada hora por continente permite pronosticar con que continente es posible que se observen buenas condiciones en una dada hora (mejor continente para la hora).

El resultado muestra una actividad de 12 horas de las cuales el 98% se concentra en 10 horas; hay aperturas de distinta intensidad con todos los continentes, aunque como es de esperar NA y SA son los que mayor expectativa de sostener un run parecería van a tener. Pero el CQ WW es tanto run como s&p asi que hay que buscar puntitos donde los haya.

Las aperturas son pronosticadas a partir de las 9 de la mañana hora Argentina con SA, habiendo apertura breve y de baja intensidad con EU hacia las 11am, luego a partir del mediodía se muestra apertura con NA para cerrar pasadas las 20 con AS (mayormente JA). AF y OC es posible que tengan aperturas breves que habrá que encontrar y aprovechar.

Una idea de la solidez de las condiciones puede obtenerse evaluando el SNR promedio de las señales de/hacia mi estación, los límites del sistema prácticos son aproximadamente -20 dB medidos sobre un canal de voz (SSB), dado que las mediciones se hacen con potencias entre 1 y 10W (valores típicos con los que se opera en FT8, 1W en mi caso) equivale a varios cientos de Watt en SSB y varias decenas de Watt en CW. Esta medición tiene muchos sesgos, no todas las estaciones tienen la misma potencia, no todas las estaciones del continente están a la misma distancia y no todos los circuitos de propagación permanecen igual durante la hora en la que se hace discreta la medición; pero creo que para dar una idea general puede ser un buen indicador.

Como siempre que hago éste tipo de análisis repito la misma advertencia cuanto que se trata de una mirada estadística a fenómenos absolutamente caóticos que involucran energías de escala cósmica, eventos en el Sol o en la estructura atmosférica de la Tierra de naturaleza variante e impredecible pueden cambiar para mejor o peor éste análisis. Además las condiciones del Sol, que muestra cierta actividad en éstos días, puede enfatizarse, mantenerse o disminuirse hasta el momento del concurso, cambiando los pronósticos en forma consiguiente.

Finalmente, existe siempre un sesgo al analizar la propagación basado en la actividad de estaciones en cuanto puede no haber estaciones en geografías para las que hay propagación y por lo tanto no reflejarse esa condición. El CQ WW como evento genera la activación de un número de países muy superior al habitual por lo que si hay propagación es probable que esos países puedan ser trabajados.

Para ir calentando motores, aceitando manipuladores y durmiendo un poco mas a cuenta de las 48 horas intensas que representa el concurso.

miércoles, 13 de octubre de 2021

QDX de QRP Labs

Bastó que completara una serie de entradas, luego de bastante tiempo sin hacerlo, reflejando la actividad técnica de varios meses alrededor de modificaciones al diseño QCX y su evolución para SSB el μSDX para que Hans Summers (G0UPL) anunciara su nuevo producto el QDX (Digital Transceiver).

En varios sentidos se trata de un aparato revolucionario desde su concepción técnica, al mismo tiempo es notablemente simple.

La recapitulación de la evolución de las distintas placas involucradas en el transceptor QCX y sus derivados (QCX+, QCX-Mini), el firmware revolucionario de Guido (PE1NNZ) que lo habilita para trabajar en SSB (QCX-SSB) y la optimización realizada por Manuel (DL2MAN) entre otros con el uSDX sandwich puede verse en detalle en entradas anteriores de éste blog y siguiendo los respectivos links de referencia.

Por supuesto que el firmware QCX-SSB, como transceptor SSB que es, permite la operación de modos digitales en general y de modos digitales de baja señal en particular. En especial FT8, el que es el modo que ha revolucionado la radio.

Hans tuvo un razonamiento novedoso preguntándose porque es necesario contar con un transmisor de SSB para generar una señal digital como FT8, esa es la manera convencional de hacerlo por cierto, se empieza por el programa WSJT-X, se extrae la señal de audio modulada y se introduce en un transmisor de SSB. Del receptor a la placa de sonido para la decodificación por el programa WSJT-X completando el camino inverso. 

La señal FT8 modulada no tiene información de amplitud, es una modulación de fase (el nombre FT8 deriva de Franken-Taylor PSK 8), por lo que es perfectamente posible emitirla por una cadena que no sea lineal. En el proyecto PixiePi comentado en éste portal utilizo de hecho un transceiver Pixie de CW para emitir en FT8. Sin embargo, el problema es la modulación, como empiezo con una señal de audio y modulo si no es una cadena lineal, como la de un transceiver SSB. Pero implementar un transceiver SSB es costoso, relativamente importante como proyecto y tiene sus propias limitaciones técnicas en cuanto a distorsión, supresión de portadora y supresión de banda lateral no deseada.

La generación de una señal FT8, pero por sobre todo su demodulación, requiere cierto músculo de procesamiento; en definitiva en éste mundo de procesamiento estocástico de señales la capacidad de procesar mas señales en la breve ventana de pocos segundos disponibles termina determinando la sensibilidad del sistema y la capacidad de recuperar señales que están muy profundamente por debajo del ruido en un ancho de banda de fonia. Volvemos al audio inyectado en una PC para el tratamiento.

Hay soluciones relativamente sencillas, el kit D4D de CRKits (reportado en éste blog aqui) aborda el problema manteniendo la PC para generar y demodular las señales pero utilizando un receptor de conversión directa simple para recibir y un transmisor de DSB para emitir. El enfoque es muy simple, pero tiene sus propios problemas (aunque la simplicidad, portabilidad y practicidad del kit ayudan a disimularlos). Uno es el uso de DSB, modo ineficiente y que además es cuestionable puesto que genera una banda lateral que puede interferir fuera de la sub-banda FT8. El receptor de conversión directa es siempre una alternativa interesante de experimentar pero tiene también problemas de mayor ruido, sensibilidad de ruido de modo común y por sobre todo interferencia de la frecuencia imagen. He realizado muchos contactos con éste kit y operarlo en condiciones de portátil tiene sus encantos.

Pero Hans toma un enfoque totalmente diferente, descarta el uso de un transceptor SSB convencional, al menos para transmitir. Para recibir utiliza una arquitectura similar a la del QCX. Para transmitir recibe la señal de audio, producida por cualquier programa de generación de modos digitales por caso el WSJT-X, y mide la frecuencia de la señal. Habiendo detectado la misma altera la frecuencia del DDS Si5351 para que la salida sea a la frecuencia del piloto de banda base (virtual) mas la frecuencia de audio, exactamente lo que haría un proceso de modulación por SSB. 

Si se mide la frecuencia con la suficiente velocidad y se actualiza el DDS en forma acorde la señal de salida es, efectivamente, modulada por la banda base de audio. Pero no hay proceso de creación de SSB involucrado, no hay mezclador balanceado, no hay señal portadora que suprimir ni banda lateral indeseable que retirar.

El truco para hacerlo en forma eficiente no es utilizar, como podría suponerse una transformada rápida de Fourier (FFT), sino mucho mas simple. Básicamente medir el tiempo entre cruces por cero de la señal de entrada. Esa es una forma de medir el período, y la frecuencia es su inversa. Dependiendo de la frecuencia de la señal y la de muestreo ese cruce puede caer entre dos muestras sucesivas, pero si el muestreo es suficientemente rápido de forma que existan muchas muestras (25-30) por cada ciclo se puede aproximar con una cuenta simple la señal senoidal al valor de la señal misma (sin(x)=x), y por lo tanto usar una regla de tres simple para ubicar el cruce exacto. Repitiendo esa cuenta muchas veces y promediando es posible extraer un cálculo de la frecuencia muy preciso y detectar variaciones muy rápidamente, las que comunicadas al DDS producen la modulación deseada. La imagen, tomada del manual del kit (link) muestra esquemáticamente el proceso.

Una vez que el DDS emite una señal de la frecuencia deseada solo es necesario amplificar la misma en forma eficiente (con un amplificador clase D) y filtrarla de armónicos para tener la señal que emitir.  Eso es exactamente lo que hace el transceptor QDX.

Una placa Arduino (o el procesador ATMega328p) puede procesar con cierta holgura unas 9600 muestras por segundo, con algunos trucos de programación y no haciendo otra cosa puede llegarse a 56000 muestras por segundo, claramente es insuficiente. Para poder procesar con holgura las 48000 muestras por segundo que requiere éste enfoque se utiliza un procesador de arquitectura ARM STM32F401RBT6 el que además de más músculo de procesamiento y memoria aporta la capacidad de tener una placa de sonido y un bus USB integrado, eso permite un diseño relativamente sencillo para el resto de la placa. 

Originalmente pensada para 80,40,30 y 20 metros la placa provee también los filtros pasabanda respectivos para suprimir la generación de armónicos en cada banda y la capacidad de conectar electrónicamente el filtro apropiado.

El formato de comercialización, como casi todos los productos de QRP Labs es en kit, aunque la evaluación preliminar es que se trata de uno de complejidad media-baja puesto que la mayor parte de los componentes SMT ya vienen soldados y hay que soldar capacitores, hacer algunas bobinas, los transistores de salida y los conectores grandes.

De acuerdo al manual no son necesarios ajustes especiales. Una explicación mas detallada puede verse en el video YouTube que Hans preparó (en inglés link).

El aparato se maneja tanto por una interfaz CAT (a través del puerto USB, el que aparece en la PC como un puerto serie) usando el protocolo Kenwood TS-440/480, como por una terminal serie usando el mism puerto la que permite configurar los principales parámetros internos.

En principio el procesador de audio no asume nada sobre la señal que recibe, solo que es en una banda base de fonía y que puede cambiar de frecuencia para lo que debe trasladarse; debido a ello puede usarse para cualquier modo digital aparte de FT8 (PSK31, RTTY, ¿SSTV?).

Sospecho que con FLDigi podrá usarse como receptor de propósito general y aunque a riesgo de generar alguna espuria o clicks indeseados (que habrá que medir) es probable que se pueda usar en CW mediante la salida CW/Soundcard de FLDigi o MixW entre otros.

El transmisor entrega 5W de RF con una alimentación de 9V y si bien esa cifra sube a 8W con una alimentación de 12V el manual de construcción previene enérgicamente no hacer eso, en cambio propone una modificación en el transformador de excitación para que entregue alrededor de 5W con 12V también.

La expectativa que generó el kit está dado por el record absoluto de su venta inaugural, los primeros 500 kits disponibles se vendieron dentro de los 15 minutos del lanzamiento. Ahora hay que esperar una temporada a que repongan, estoy en la cola.....

lunes, 11 de octubre de 2021

μSDX Das Radio (Parte 2)

En la entrada anterior comentaba el proyecto desde sus origenes basado en el kit QCX y como fue evolucionando. Hans, autor del QCX, actuó mayormente como facilitador de la evolución del concepto QCX-SSB pero no ha mostrado interés en su desarrollo comercial como kit aunque provee instrucciones para adaptar el kit QCX-Mini para utilizar éste firmware. Por su parte Guido (PE1NNZ), el brillante autor del firmware que lo hace posible,  prefiere concentrarse en la experimentación y la prueba de concepto. En su versión experimental el proyecto es replicable, pero requiere cierta experiencia. Para llevarlo al siguiente nivel es necesario desarrollarlo, y eso es lo que hizo Manuel (DL2MAN) con su proyecto "sandwich" o, como se da en llamar ahora, uSDX. La idea básica es desarrollar el hardware necesario para el circuito QCX remanente, es decir aprovechar la enorme cantidad de componentes menos que son necesarios para hacer una placa mas pequeña, y al mismo tiempo desarrollar una naturaleza multibanda mediante múltiples filtros conmutables. Para que el factor de forma fuera suficientemente reducido apeló a un diseño de placas apiladas de las que deriva el nombre "sandwich". A nivel de proyecto se lo conoce desde entonces como uSDX en lugar de QCX-SSB, aunque el firmware sigue siendo el mismo originalmente creado por Guido aunque con el tiempo fueron apareciendo varias variantes con modificaciones menores. Manuel no comercializa el diseño, solo provee toda la documentación necesaria para replicarlo y participa activamente dando soporte a quienes se aventuran con su construcción y hay disponibles ofertas para algunos de sus principales componentes (link). Le he preguntado muchas veces a Manuel distintas cuestiones cuando armaba el QCX-SSB como modificación del QCX y si bien su interés principal en éste momento no es ese siempre fue muy amable en ayudarme diligentemente con cualquier consulta.
La idea básica es utilizar el diseño para hacer fabricar la placa en alguno de los productores en China, comprar los componentes localmente (o en portales chinos) para luego armarlo con las instrucciones provistas. El grupo de soporte para todo el complejo de proyectos alrededor del uSDX (y QCX-SSB) o derivados está en groups.io (ucx).
Desde la idea básica emergen diferentes iniciativas e ideas, algunas muy a nivel prueba de concepto o prototipo como por ejemplo implementar el diseño pero en la placa Raspberry Pico (uSDR-pico) la que sin ser una Raspberry Pi es muchísimo mas potente que una placa Arduino o un chip ATMega328p. También aparecen diseños muy interesantes como el propuesto por Pablo (EA2EHC) el cual reformula la placa propuesta por Manuel, pero nuevamente en formato monobanda y utilizando una placa "hija" (daughterboard) Arduino Nano lo que simplifica muchísimo tanto la construcción como la grabación del firmware. Manuel también provee instrucciones (en español en éste caso) para ordenar la placa en PCBWay, quien además la puebla parcialmente con algunos componentes SMT lo que facilita mucho la construcción para quienes tienen alguna dificultad para ese tipo de construcción, la placa con todos los componentes SMT ya poblados puede verse en la foto adjunta.
La placa utiliza una versión mas reducida del firmware QCX-SSB original, que incluso está adaptado con mensajes en español aunque, como Pablo aclara, el firmware original QCX-SSB anda bien en la misma.
Como no podía ser de otra forma con un ecosistema tan vibrante y atractivo no podía faltar el proveedor de China que ofrezca el kit e incluso el diseño armado, varios de hecho lo hacen. El costo, como todo lo que ofrecen en portales chinos es muy atractivo y la calidad de construcción es razonablemente robusta para el costo. En definitiva se trata de un transceptor de HF multibanda (y multimodo) que se puede conseguir a valores muy económicos mas el costo de flete, no recuerdo un equipo comercialmente ofrecido con prestaciones similares a costo similar, es mas económico que el ya económico Xiegu G1M aunque tiene algunas prestaciones menos.  Sin embargo, y a diferencia del Xiegu G1M, el transceiver uSDR (asi se llama la versión comercial) no hay que tomarla tanto como un transceiver, que lo es, como una plataforma de experimentación. Es posible experimentar con el firmware tanto para agregarle funciones, como para agregarle modos (por ejemplo AM o FM), como para optimizar algún aspecto de su funcionamiento. Es una plataforma de experimentación prácticamente ilimitada. Los portales chinos, para variar, no se preocupan mucho por la documentación, pero es posible encontrar el manual de usuario del aparato que venden, siempre hay algún gaucho noble, en éste caso gentileza del grupo Tortugas, que se encarga de esas cosas (link). 
La principal ventaja del diseño, sea cual sea el proyecto con el cual se lo construya, es que se trata de una plataforma abierta, accesible, tecnológicamente avanzada y flexible para experimentar en radio. Permite crear una herramienta creíble para alejarse de la radio como caja con la que es difícil (o inaccesible) experimentar, de los modos "obsoletos", del alejamiento de las nuevas tecnologías, del carecer de atractivo para una generación muy fluida en el uso de herramientas basadas en Internet y por sobre todo, una plataforma para aprender en forma ilimitada. Todavía sigo escuchando gente que dice que el "Internet mató a la radio....", .. . Cuando lo escucho pienso para mi que no entienden nada.


domingo, 10 de octubre de 2021

μSDX Das Radio (Parte 1)

 

La historia empieza con un proyecto simple pero revolucionario, el transceptor QCX de QRP-Labs, cuyo propietario Hans Summers (G0UPL) es bien conocido por su talento para desarrollar buenos productos para el mercado de radioaficionados global, mercado dificil si los hay. El transceptor de marras es un kit  para que cada uno se lo arme, su circuito está bien documentado pero tiene aspectos propietarios. En su forma original se trata de un transceptor de CW, aunque nada impide usarlo como receptor de SSB también, que opera en una banda en la gama de HF a elección al momento de comprarlo. En realidad su electrónica es tal que lo que diferencia el funcionamiento de una banda u otra son los filtros. Su potencia de salida está en el entorno de los 3 a 5W dependiendo de varios factores, utiliza una etapa de salida basada en MOSFET baratos operando en clase E lo que aumenta mucho la eficiencia y reduce el tamaño del disipador necesario. Un aspecto fantástico del kit es que el microcódigo contiene la implementación de todos los "instrumentos" necesarios para calibrar la placa ya en funcionamiento. El transceptor usa técnicas SDR (Software Defined Radio) para su funcionamiento, en particular para la cadena receptora. El firmware que controla el funcionamiento de la placa es implementado en un ATMega328P y el firmware que contiene es el encargado de todas las funciones de procesamiento de datos, las de gestión de las distintas funciones de la placa, la interfaz de usuario mediante la cual controlar sus parámetros de funcionamiento y la operación misma del transceiver  y, finalmente, implementar los instrumentación de prueba. La memoria del procesador  ATMega328p viene ya grabada con el microcódigo provisto por QRP-Labs, del que no se dispone source ni es facilmente modificable. El chip suena conocido y lo es, se trata del mismo que contienen las placas Arduino, solo que en vez de operar con un clock de 16 MHz lo hace con uno de 20 MHz. Es por cierto posible explorar un poco ese código con un kit de debugging y un  "disassembler" para recuperar una suerte de "source" que con bastante esfuerzo se puede entender y eventualmente modificar, pero realmente no vale la pena tanto esfuerzo como veremos pues el QCX como transceptor tiene un funcionamiento soberbio y es muy completo. Una función muy interesante en el código original es poder operar como una baliza WSPR autónoma, la que salvo una cierta complejidad para sincronizar el reloj tal como lo requiere ese modo es bastante funcional y útil. Para la operación portatil la utilidad de operar WSPR se desdobla, por un lado se puede evaluar el funcionamiento de la antena y por el otro las condiciones de propagación, ambas monitoreando la red WSPRNet.
El proyecto es muy divertido de ser abordado para la construcción, la placa es densa y compleja, pero el kit está muy bien diseñado y siguiendo estrictamente las indicaciones sale prácticamente en el primer intento.
En el aire se comporta muy bien. Obviamente que quien no se sienta cómodo operando en CW le resultará de uso limitado, aunque para funcionamiento QRP la operación en CW es casi la norma, incluso a velocidades muy modestas. En mi caso disfruto operar en CW y la única limitación seria, si se puede llamar tal es la operación monobanda. 
Con el tiempo he construido dos versiones del kit, el QCX+ para 40 metros y el QCX-Mini para 20 metros, ambos funcionan igualmente bien, aunque el último es un poco mas dificil de construir debido a su tamaño reducido, ambos han sido cubiertos previamente en éste blog.
Entonces aparece Guido (PE1NNZ) con una vieja idea (link) implementada casi una década atrás en las entonces incipientes Raspberry Pi (modelo 1, por entonces) y posteriormente sobre un chip ATTiny45. La idea proviene de un evidente dominio de las técnicas DSP para modular señales, y de algo que casi todos usamos pero muy pocos conocen y es como funciona la "compresión" de voz en SSB.
Sin intentar repetir la teoría, que puede leerse en el ARRL handbook, la modulación humana puede dividirse en dos componentes. Una señal modulada en frecuencia que transporta la gama alta de frecuencias del espectro vocal y que contiene la mayor parte de la información la que es modulada en amplitud por una señal de baja frecuencia que da la entonación. La compresión en SSB consiste justamente en quedarse mayormente con la señal modulada en frecuencia con una amplitud casi constante (no del todo para no generar espurias excesivas), con lo que la potencia media de la señal sube. El resultado es una modulación distorsionada, nasal y sibilante, pero inteligible y con mas "pegada" en condiciones ruidosas pues tiene mas "potencia" (mas potencia media). Mas viejo que la injusticia también, pero efectivo desde siempre como bien lo saben quienes usan el recurso en las condiciones muy exigentes de operación de DX y concursos.
Con técnicas de procesamiento digital de señales se puede entonces capturar el contenido de frecuencia de las señales de audio y modular en fase una señal portadora manteniendo la amplitud casi constante o con poca variación.
La Raspberry Pi permite en sus puertos GPIO manejar hasta 7 niveles de amplitud, por lo cual se puede tener una señal vocal bastante inteligible a pesar de lo discreto de los niveles de modulación. En experimentos reportados en el blog he utilizado ésto en el proyecto Orange Thunder y en particular en el denominado PixiePi. En particular en éste último utilicé un kit de transceptor económico de telegrafía (Pixie) el cual opera su etapa final en clase C, claramente no indicada para señales que requieran amplificación lineal como el SSB. Sin embargo, casi mas útil para la operación QRP que salir en CW lo es salir en los modos digitales de baja señal, en particular FT8, y éstos modos requieren SSB pero la modulación es de amplitud constante. Las pruebas con el hardware PixiePi y el programa Pi4D resultaron una revelación puesto que en definitiva se trataba de un receptor rudimentario de conversión directa, un transmisor de algo menos de 1W y una antena simple random wire alimentada al extremo en 40 metros con el que obtuve alcance regional.
Cuando luego de muchos años de silencio encontré una nueva entrada en el blog de Guido, esta vez refiriendo a su proyecto QCX-SSB no pude menos que estudiarlo con mucha atención. En el mismo cuenta como aplicó el viejo concepto que en su momento exploró a nivel prototipo con una placa Raspberry Pi pero ahora con una placa QCX modificada dotando a la misma la capacidad de operar en ... SSB (!). Desde el punto de vista hardware las modificaciones a la placa no son muchas, despues de todo el QCX es un buen receptor, y como transmisor se elimina el circuito de manipulación y se lo modifica para que permita modular la amplitud usando PWM, con un truco genera una señal modulada en fase para completar la generación. Y vaya truco. Una cosa es realizar el procesamiento de señales necesario en una placa Raspberry Pi, que aún en su versión mas vieja era órdenes de magnitud mas potente en clock de CPU y memoria que el Arduino con reloj "sobrecargado" que es en realidad una placa QCX, en el proyecto PixiePi aprendí que el procesamiento digital necesario tenía lo suyo y también era una placa Raspberry (Zero en éste caso). Como buen mago que es Guido hace sus trucos a la vista de todos, el microcódigo QCX-SSB es abierto y está disponible en GitHub para quien quiera usarlo (y modificarlo). Cuando se lo revisa con cuidado es posible observar que el código tiene tres grandes segmentos, el receptor, la gestión de la placa y el transmisor. Los dos primeros operan mas o menos como lo haría el QCX, ignoro en que medida Hans compartió o liberó parte del microcódigo para que Guido lo usara como base o si éste directamente lo desarrolló desde cero, no hay referencias en el código al copyright respectivo y Hans, que suele ser muy enfático cuando del uso de su material propietario se refiere, participa en el foro de soporte del proyecto y no se ha quejado. Lo cierto es que desde el punto de vista programación de parámetros y operación el QCX-SSB es muy similar al QCX, con menos funciones quizás. Desde el punto de vista de recepción no tiene diferencias significativas.
Desde el punto de vista transmisión en cambio Guido ha realizado una obra de arte de programación para poder procesar las señales de audio con las técnicas SDR adecuadas para obtener la información de fase y amplitud tras lo cual realiza otra obra de arte para programar la frecuencia (fase en realidad) del chip DDS Si5351. No consiste en cambiarle la frecuencia en forma convencional, el chip no reacciona con la suficiente velocidad si se lo hace de esa manera, consiste en manipular muy intrincadamente los registros del chip para lograr que opere con técnicas de acceso DMA de baja latencia, una maravilla para estudiar con detenimiento en una tarde de lluvia, casi como una buena lectura de un gran autor. El sitio GitHub contiene toda la información para modificar el hardware del kit QCX para hacerlo compatible con éste firmware, las modificaciones son simples realmente, sobre todo si se arma el kit desde cero con éste uso en mente puesto que en ese caso se trata de poblar mas o menos la mitad de los componentes y luego realizar media docena de "jumpers" en la placa; las instrucciones de armado hechas por Manuel (DL2MAN) no están tan logradas como sus equivalentes del kit original, pero teniendo cierta experiencia en armado de kits y siendo cuidadoso se llega a buen puerto, los pasos de la construcción fueron en su oportunidad documentados en éste blog (link). La grabación del firmware en el chip ATMega328p requiere de un grabador Arduino ISP (usando otra placa Arduino), el proceso no es terriblemente complejo pero hay que ser prolijo con los pasos pues está lejos del método "plug & play" para grabar una placa Arduino convencional. A diferencia del QCX original el firmware no contiene los instrumentos necesarios para su calibración por lo que hay que recurrir a instrumentos de laboratorio mas convencionales para ajustar un emisor SSB. El comportamiento en el aire es sorprendente, tanto en el uso mas convencional de CW propio del transceptor QCX subyacente como en SSB (!), tanto en operación de voz como en modos digitales (FT8). Los reportes en fonía fueron excelentes, en FT8 la cantidad y calidad de contactos fue totalmente compatible con otros transceivers de 5W o menos en la estación a igual antena. 
Un desafortunado accidente mientras experimentaba derivó en la placa con el Si5351 quemado. Para explorar el firmware con mas detenimiento sin utilizar otro kit QCX construi un prototipo basado en una placa Arduino Uno, un módulo DDS Si5351, un rotary encoder/push y un kit de transceiver Pixie. Tuve que hacer algunas adaptaciones al microcódigo por un lado porque la asignación de puertos no podía ser la misma que en la placa QCX original (especialmente para el display LCD 16x2 y el rotary encoder) y por el otro porque el clock de una placa Arduino es, como comenté antes, de 16 MHz en vez de los 20 MHz que tiene la placa QCX, es por decirlo de alguna forma mas "lento", lo que requiere ajustar un poco el firmware para que le de la talla de hacer el procesamiento que tiene que hacer. Como prueba de concepto funcionó mas que bien, mostrando el potencial del proyecto para continuar desarrollandolo y eventualmente concluir con un transceptor ultra simple como el Pixie para operar modos como FT8 que podrían requerir un transceptor de SSB.
Mientras tanto el proyecto QCX-SSB no se quedó quieto, Manuel (DL2MAN) siguió trabajando sobre el único aspecto criticable del proyecto, la limitación original del QCX de ser monobanda.
Nada en el firmware QCX-SSB lo hace ser monobanda, de hecho es posible configurarlo para cualquier banda, pero para que el nivel de interferencias esté dentro de márgenes tolerables Manuel propuso originalmente un mecanismo para tener filtros "enchufables" para las distintas bandas (si, ¡como en los viejos equipos de AM cuando empezamos!). Pero una vez que el concepto mostró ser viable era necesario llevar el proyecto al siguiente nivel, y ¡Manuel se lo puso al hombro! (Continuará...)

viernes, 16 de julio de 2021

Adios LU7DID, bienvenido LU7DZ


Gracias a la invalorable gestión de Daniel (LU9DPD) ante la ENACOM me han cambiado la señal distintiva primaria de LU7DID a LU7DZ.

La señal distintiva estaba disponible desde el fallecimiento de su titular Eduardo Von Ooteghem en el año 2010.

Eduardo fue un muy distinguido miembro de nuestra comunidad, con múltiples contribuciones a la radio tanto en cuestiones técnicas como operativas durante su extensa trayectoria.

Considero un honor ser el portador corriente de semejante distintiva y espero que mis contribuciones y actuación en radio hagan honor de su trayectoria anterior.

Por distintos motivos no puedo cambiar el blog en éste momento, ni la página Web que he tenido, por lo que seguiré usando por algún tiempo los correspondientes a LU7DID.

sábado, 12 de junio de 2021

Sintonizador automático ATU-100

 

En general en una estación fija la utilización de un sintonizador de antenas se percibe como una fuente de pérdidas, casi como una mala práctica. Y esa era la visión con la que muy en mis comienzos mis mentores se encargaron de formarme. Uno tiene que tomarse el trabajo de ajustar antenas y acoplamientos de la estación fija para que las antenas carguen sin necesidad de sintonizadores. Después de todo la mayor parte de los equipos tienen salida de 50 Ohms y las antenas mas usuales adaptan a 50 Ohms, cualquier diferencia es algo que se debe poder trabajar. El criterio general es cierto, y siempre hay que invertir esfuerzo en depurar los sistemas irradiantes y de acoplamiento para evitar pérdidas, todo lo posible.

El tema es que no siempre es posible. Por un lado por las consideraciones prácticas de espacio. Es muy difícil tener una antena para cada banda, y es natural que una antena multibanda ajuste mejor en alguna banda que en otras. Mi principal antena de HF (una Walmar 3340) ajusta casi perfecta en 40, 20 y 10 metros, pero es una peste en 15 metros. Algo similar ocurre con el dipolo rígido de la misma marca. Entonces hace mucho que tengo sintonizador, porque si bien es cierto que introduce algunas pérdidas, mas degradación produce la diferencia de adaptación de impedancias que ocurría sin el. Con el tiempo he utilizado dos excelentes sintonizadores manuales, el MFJ-941C y mas recientemente el MFJ-945E. El principal equipo de la estación, un Yaesu FT-2000, tiene sintonizador automático incorporado, y el Xiegu X5105 para portátil también. Pero el Yaesu FT-817 y el mcHF no tienen sintonizador y me es útil disponer de uno para sintonizar las antenas de hilo o el dipolo rígido con ellos. 

Sin embargo el sintonizador automático es muy cómodo, y en particular con antenas portátiles es necesario porque o no presentan una impedancia de carga de 50 Ohms (como en el caso de las antenas random o EFHW) o la impedancia de carga es tan dependiente de lo que rodea a la antena que es imposible asegurar su valor real. 

Toda ésta larga introducción viene a cuento del proyecto de sintonizador automático portatil ATU-100 cuyo kit adquirí y armé recientemente como compañero del transceiver QCX+, el que con la antena dipolo rígido parece necesitarlo (no así con la antena yagui).

El circuito se basa en el diseño de David (N7DDC),  la descripción técnica muestra (link) un diseño relativamente sencillo. Básicamente es la combinación de tres subsistemas, un banco L-C de distintos valores fijos que se puede combinar con una matriz de relays, un sensor de ROE y un microprocesador que es capaz de sensando uno ajustar el otro. El microprocesador es un relativamente vetusto PIC 16F1938, realmente no se necesita mas pues no se hace un procesamiento de señales sofisticados. Se miden señales que son prácticamente niveles de continua y se comanda a muy baja velocidad la conmutación entre componentes. 

El sintonizador está disponible en portales chinos en varios formatos. Como componentes sueltos, como placa armada y como unidad completamente ensamblada.

En mi caso opté por la versión kit, cuyo armado termina resultando simple pero tedioso, muchos componentes y bobinas, pero de densidad baja y gran facilidad de armado. La programación del PIC no es complicada.

Durante el armado conecté las tensiones del display OLED al revés (no todos van en el mismo orden, los conecté sin revisar y, bueno) por lo que tuve que reemplazarlo.

Una vez armada la placa y probado con una carga fantasma armé una caja con la impresora 3D, para lo cual siempre The Thingiverse siempre aporta alguna cosa útil (link), la unidad armada puede verse en las fotos.

Una vez en funcionamiento anda en forma muy simple, al transmitir una portadora continua simplemente ajusta a mínimo SWR, y reproduce el ajuste cada vez que detecta una variación. Es muy práctico y muy util. La potencia máxima de 100W es mas que adecuada para su propósito principal, operar los equipos móviles con antenas de distinto tipo.

Ahora solo falta que pase la pandemia y podamos nuevamente volver a disfrutar de la oportunidad de poder usar la estación portátil.

viernes, 11 de junio de 2021

Malachite SDR


El nombre malaquita (malachite o malahit) refiere a varias cosas, es un personaje de historieta, es un tipo de piedra semipreciosa que es bonita visualmente pero que también tiene propiedades curativas y de sanación energética (cosa en la que no creo demasiado, pero uno nunca sabe) y es un diseño muy novedoso de receptor basado en técnicas SDR.

No es una apuesta muy difícil suponer que me voy a referir a lo último, simplemente observando que en los últimos años no he dedicado mucho espacio en el blog para geología ni temas esotéricos.

El diseño es una placa, basada en el procesador ARM STM32H743VIT6 el cual tiene capacidad DSP basado en la arquitectura  ARM Cortex-M7 con un  MCU con 2M de memoria flash Flash, 1M RAM, y un CPU de 400 MHz CPU. El diseño completo fue desarrollado por Georgy (RX9CIM) junto a otros. 

Ellos comercializan la placa y el firmware que se requiere para que la misma funcione. Como receptor promete tener cobertura entre 500 KHz y 1 GHz en pasos de 160 KHz, soporta los modos WFM, NFM, LSB, USB y AM. Su consumo es de solo 300 mA por lo que puede operar con un banco de recarga celular de 10A/h casi 30 horas (!!). El formato es una placa de circuito impreso, con mayormente montaje superficial sobre el que se le superpone un visor color de 5" aproximadamente, la suma de ambos dá la altura total que es de perfil bajo. Tiene dos controles, ambos con encoders paso a paso, uno para sintonía y otro multipropósito. 

No se trata de un kit, la placa viene armada y es completamente funcional, se le conecta una fuente de 5V mediante un conector USB-C y una antena mediante un conector SMA y se está en carrera para usarlo. De acuerdo a que versión se compre y donde viene con mas accesorios o menos. En el que yo compré no traía incorporada una batería LiPo, pero la placa tiene el circuito de carga por lo que agregándosela es posible cargarla desde la conexión USB. Si traía una antena telescópica plegable. Me gustaría detenerme en una serie de cuestiones a ésta altura que no son aparentes ni cuentan con información suficientemente clara como para evitar cometer errores, como los que varios que cometí.

Mi primer contacto con la placa fue a travez del vlog de Paul (OM0ET) quien le dedicó un par de entradas a comentar la placa, sus bondades y su configuración; la primera impresión es deslumbrante. 

Encontré rápidamente que hay al menos dos formas de comprarla, una es directamente desde Georgy (al correo cuyo link está antes) y otra es a traves de los portales chinos usuales. La diferencia de precio es muy notoria, a favor de los chinos. En el caso de los chinos es por su parte posible adquirirlas a varios costos, pero la diferencia termina siendo sobre si viene con su gabinete o solo la placa, o si viene con batería o no. En general no es fácil remitir cosas de China con batería por regulaciones de transporte. 

En mi caso terminé comprando la placa solamente, la que llegó sin novedades en tiempos razonablemente cortos.

Con la ansiedad propia de probarlo rápidamente lo conecté inmediatamente y fui encontrando algunas características extrañas a las que al principio no presté mucha atención pero con el tiempo se fueron acumulando. Contrario a lo que se menciona en varios lados no hay un proceso alambicado de inicialización donde hay que hacer intervenir a Georgy para que arranque; teóricamente en el primer encendido la placa solo muestra una "clave" la que hay que mandar a Georgy y a vuelta de correo remitirá otra "clave" que una vez ingresada activa el firmware. Nada de eso, conecté, encendió y anduvo sin ese proceso. ¡Que suerte! ... me dije....

Como primer paso, casi inmediatamente luego de encenderla y ver que en general andaba, mas allá de particularidades que investigaría después, le hice una caja con la printer 3D (ver fotos). Hay varios diseños en The Thingiverse (link) por lo que no llevó mucho tiempo. La caja que elegí tiene espacio de sobra para el parlante y una batería en el futuro, aunque por ahora lo utilizo con un parlante externo.


Ya con la caja y pudiendo manipularla con mas comodidad que una placa cuyo peso era menor que el conector de antena que tenía conectado (y por lo tanto muy inestable) por lo que era muy posible que cualquier movimiento quebrara el conector de antena,  empecé a probar su funcionamiento.

Fui, progresivamente, detectando varias cosas "raras" o al menos inesperadas. El receptor como tal funciona razonablemente bien en frecuencias de HF, en AM y en FM comercial, recibe razonablemente bandas de aficionados. Las funciones principales SDR funcionan sin problemas y el espectrograma que es parte integral de la interfaz de interacción anda muy bien. 



Sin embargo es difícil sintonizar, es difícil seleccionar el paso correcto y si bien se termina haciendo requiere un esfuerzo poco natural para lograrlo. Primer chubasco, el panel no es capacitivo, es resistivo (mucho mas barato y menos sensible).

Al tratar de configurar las funciones encuentro que las opciones de configuración son muchas menos que las que veo en los foros o en las demos, una tercera parte aproximadamente. Y ni noticias del resto.

Muchas de las principales funciones SDR sencillamente no están disponibles en mi placa.

El CAT funciona, o debería decir "en la versión correcta funciona", muy similar al transceiver mcHF, si uno alimenta el receptor desde la PC (para lo cual el puerto USB alcanza y sobra para alimentar) el receptor es reconocido al mismo tiempo como un puerto serie y como una placa de sonido. El puerto serie debería recibir los comandos de un Kenwood TS840 y la placa de sonido puede usarse para integrar el receptor con programas de modos digitales o de trabajo SDR (como SDRSharp por ejemplo) pues provee tanto una interfaz de audio como una de trama I/Q. Si bien los puertos son reconocidos en la PC los mismos no responden, nada de eso funciona.


Al mismo tiempo la cobertura de frecuencia está muy limitada, la frecuencia máxima es 200 MHz en lugar de mas de 1 GHz.

Ahi comencé realmente a bucear en distintos foros, hay uno muy completo en Facebook con muchos usuarios y donde ocasionalmente contesta el autor del firmware Georgy (link), se consiguen manuales (la placa viene sin ninguna documentación), pero éstos confirman que lo que la placa ofrece no se corresponde con lo que debería.

Al poco tiempo de investigar con cierto detalle empieza a emerger el patrón de la situación real. La placa china es realizada con componentes de menor calidad que la original de origen ruso, hay múltiples reportes al respecto. Esa menor calidad se traduce en temas como el display resistivo vs. capacitivo y en algunos efectos técnicos que capaz que hasta son sutiles excepto para usos mas especializados. Los reportes son mezclados y varían desde gente que dice que no le encuentran diferencia hasta gente que dice que le encuentra mucha, no tengo una placa rusa para comparar pero cuando logro sintonizar una estación la escucho bien en comparación tanto a los receptores usuales de la estación como a la placa Si4732 sobre la que comenté recientemente.

Pero el principal problema, por lejos, es el firmware. Las versiones que se compran en China tienen una versión que algunos califican con elegancia como "demo" (otros dicen que son "truchas" directamente) pero que en todo caso tienen una fracción de la funcionalidad original. Esas placas, en apariencia encuentro buceando en distintos hilos de comentarios, se clonaron sin mucho respeto por los derechos de autor de Georgy y sus camaradas, por lo que tampoco es que se puede recurrir a ellos de ninguna forma para obtener ayuda. Los portales chinos, por supuesto, ignoran cualquier pregunta o reclamo como hacen habitualmente cuando hay problemas.

Afortunadamente hay solución para todo esto, Georgy  acepta proveer el firmware original, el que supone habilitar el potencial completo de la placa pero, obviamente, espera obtener dinero por la licencia. USD 55.- para ser precisos. Ese costo hace que comprar la placa en el portal chino, mas la menor calidad que se obtiene, mas las molestias del ida y vuelta sea mal negocio realmente.

La actualización es similar a como se indica para la versión original, se le carga el nuevo firmware, al encender ofrece una clave, se le envía a Georgy (previo pago) y éste remite la palabra mágica que abre las puertas del cielo, bueno, al menos hace que todas las funciones aparezcan.

En un intercambio de correo con Georgy me contestó rápido y fue muy amable, asi que se nota que el costo de la licencia lo compensan por el hecho que no le hayamos comprado la placa a el. No "hard feelings" e bolshoi paka-paka tovarich Pedro..

Los reportes dicen que una vez que se hace la actualización del firmware por el "original" todas las funciones aparecen y que no hay problemas en hacer eso en la placa "no original" de China. Advierten, eso si, que una vez que se empieza con el proceso no se puede volver para atrás. "Living la vida loca" diría Ricky Martin, y aún lo hice como para compartir como me fue.

Mientras tanto, y ya aterrizado cual es el problema y como se arregla, volví con otra perspectiva a la placa que tengo para usarla. Y realmente anda bien, a pesar de sus limitaciones. Los videos que adjunto muestran breves ejemplos de recepción en distintos modos. La performance general no es mala, pero deja un sabor extraño cuando se va desde una expectativa alta a una mas baja. Quizás si no hubiera desarrollado las expectativas estaría mas conforme, de hecho el receptor es mucho mas potente y versátil que el referido basado en el Si4732.

A todo esto si bien ambos son "receptores de tecnología SDR" de propósito general para el rango de HF-VHF difieren en casi tantos puntos como tienen similitudes. El diseño de Si4732 está basado en un chip receptor de propósito general (el Si4732 justamente) al cual el procesador de la placa se usa para comandar sus distintas funciones, mas allá de alguna función que se le pueda agregar mediante "parches" de firmware (como la recepción de SSB por ejemplo) lo que hace el receptor es lo que hace el chip, y el firmware solo se usa para comandarlo. Es por eso que se puede manejar con un controlador Arduino Nano relativamente pequeño. El chip llega a VHF porque soporta la banda de broadcasting de FM comercial, y es plausible que se lo pueda usar en banda de aviación también, pero no es realmente útil para la banda de VHF de 144 o 220 MHz, y de hecho los parches para que reciba NBFM (FM de banda angosta) no transmiten la impresión que ande particularmente bien en éste modo. La interfaz de usuario es, también, bastante rudimentaria pues consiste en un visor LCD (u OLED) pequeño, mayormente alfanumérico.

Por su parte el Malachite SDR es una placa de procesamiento digital en todo su derecho, la recepción se hace con técnicas SDR y si bien tiene etapas de conversión de frecuencia su operación está dado por el firmware que se le cargue. Por eso un firmware "demo" como el que tiene mi placa, activa solo unas pocas funciones pero cambiandoselo se transforma en un receptor mucho mas potente. La interfaz es mucho mas rica pues, dificultades del panel resistivo al margen, es mas intuitivo operar con un espectrograma amplio donde uno ve las señales y que acepta comandos tanto táctiles como por los encoders. Desde el punto de vista de recepción diría que es mejor que el Si4732, mas sensible es mi impresión, aunque no hice ningún tipo de medición que soporte o desmienta la impresión.

En resumen, es experimentación y es divertido, me permitió agregar un equipo interesante a mi estación y un recurso portátil que parece eficaz, por lo que pese a las dificultades creo que vale la pena. Cuando tenga la oportunidad de cargarle el firmware adecuado podré completar la evaluación, pero no me siento defraudado, no completamente al menos. 












jueves, 10 de junio de 2021

WWSA 2021

 El próximo fin de semana del 12 y 13 de Junio tendrá lugar el WWSA CW Contest, muy importante para los concurseros sudamericanos por ser junto con el CQ MM DX los únicos en éstas latitudes que son parte del calendario internacional y donde las reglas de alguna forma hacen atractivo trabajarnos a nosotros, cuando en otros concursos quizás tenemos alguna condición de marginalidad por condiciones de propagación o volumen de contactos que podemos ofrecer. 

El concurso sufrió durante algunos años un declive en su organización que hizo su lanzamiento, promoción y sobre todo el cómputo de sus resultados algo erráticos; sin embargo nunca se dejó de hacer por lo que es el concurso internacional mas antiguo que es organizado desde Argentina. Los esfuerzos de los organizadores incluyen un nuevo sitio de organización, una campaña de anuncios mas dedicada y una infraestructura de soporte al concurso y al procesamiento de resultados mas robusta. Puesto que todo se hace con esfuerzo voluntario es muy encomiable y merece el apoyo que implica la participación como premio.

Por mi parte es un concurso en el cual participé varias veces, y de hecho tuve posiciones top en varias categorías con el transcurso de los años, pero que por distintos motivos no he podido participar desde hace varios años.

Un poco en preparación para estudiar la propagación he realizado el cómputo de como lucen las bandas, desde un punto de vista general basado en estadísticas del reciente CQ WPX CW durante el fin de semana del 29 y 30 de Mayo.

El método lo he compartido varias veces por lo que solo a modo de resumen puedo indicar que establezco frecuencias de contactos asumiendo que los spots registrados en el Reverse Beacon Network para smbos dias (pero en los horarios del WWSA) de distintas estaciones son directamente proporcionales a la existencia y fortaleza de las condiciones; un concurso de mucha concurrencia como el CQ WPX reduce en cierta medida el sesgo que éste método presenta donde podrían haber condiciones pero no marcarse por la ausencia de estaciones. Las frecuencias se asimilan a probabilidades y éstas se computan contra el total de spots de cada banda en un caso y contra el total de spots de una hora en el otro. Para afinar el cálculo tomo spots de Zona 13 (LU & CX).

La propagación es un fenómeno aleatorio influenciado por fuerzas de escala cósmica que pueden variar sin correlación alguna con el pasado reciente haciendo irrelevante cualquier pronóstico; además en casi dos semanas la zona geo-efectiva del Sol ha variado, pero dado que es una época baja del ciclo de manchas solares la probabilidad que ocurra un evento especial es probablemente mas baja que en la parte mas activa del ciclo. Sin embargo el uso continuado del método durante mucho tiempo en un gran número de concursos me ha permitido comprobar que pronostica las aperturas con bastante ajuste a la realidad, normalmente +/- 1 hora. Si después hay o no estaciones, y la cantidad de ellas que hay es otra historia. Las distintas bandas parecen tener ventanas del orden de 12 a 13 horas durante el concurso para sostener tasas significativas, sin embargo la lógica de perseguir multiplicadores puede hacer interesante estar en horarios de baja participación pero con algunos radio-paises claves en ellas.

Basado en éste método se puede computar cual es la performance de cada banda respecto de si misma ("mejor hora para la banda") de mayor interés a quien planee participaciones de tipo Single Band y de la banda respecto a las otras ("mejor banda para la hora") para quienes consideren participar All Band y puedan querer anticipar la mejor estrategia de cambios de banda y paradas.

El concurso es corto, dura 24 horas, y siempre eso fue una decisión sabia de los organizadores pues posiblemente no atraiga una concurrencia tal que haga entretenido el ritmo de contactos si durara mas. Historicamente el concurso ha tenido una participación interesante a nivel Sud-América y Europa, con participaciones mas reducidas de Africa, Asia y Oceanía. En las ediciones que participé la presencia de estaciones de NA sin ser nula fue mucho menor en proporción a la que suele ocurrir en otros concursos internacionales. Habrá que estar atento a las aperturas hacia Europa, pues ellas son la llave para obtener una buena posición competitiva. No obstante las aperturas con Brasil son productivas pues suele haber un gran número de participantes para los cuales las estaciones LU/CX somos un multiplicador atractivo, aún en momentos en que la propagación pueda ser marginal para distancias mayores.

Como verificación independiente el comportamiento de mi baliza WSPR en 20 metros confirma que las aperturas a nivel Sud-América ocurren a partir de las 1200Z y alrededor de las 1700Z comienzan los saltos con NA.

No estoy seguro aún si puedo participar o no, pero haré un esfuerzo para que pueda ocurrir. Como siempre ésta es una fiesta de la radio y el esfuerzo de los participantes, los competidores y los organizadores merece que todos se diviertan.


viernes, 4 de junio de 2021

Maravilloso mundo del Si4732/35

 

La industria de consumo masivo aborda la creación de receptores de radio económicos y la solución obvia para lograrlo es integrar todas las etapas del receptor lo mas posible, en el extremo en un integrado único. Obviamente diseñar un integrado que tenga muchas funciones es mas caro, pero es un costo fijo y si el chip resultante se usará en tiradas de producción de centenares de miles o incluso millones de aparatos entonces ese costo fijo alto se hace irrelevante en su contribución para cada aparato. Al mismo tiempo el costo de fabricación aumenta linealmente con el número de componentes a incluir, y reduciéndolo se disminuye el costo de fabricación, y cuantos mas se fabriquen mas son los ahorros a obtener. En general esa situación se dá mucho con chips destinados a fabricar receptores de FM comercial, algunos que integran receptores de AM y FM comercial. En ambos casos son chips que pueden ser adaptados para un uso en bandas de VHF o incluso en HF a partir de modificaciones significativas, usualmente dá proyectos que no son tan complejos y divertidos de realizar pero que requieren bastante paciencia e instrumental para hacerse.
Esa situación es de alguna forma alterada por el chip denominado Si 473x (la x puede tener varios números pues es en realidad una familia de chips con funciones ligeramente diferentes), puede revisarse la hoja de datos resumida (link) o  mas substancial nota de aplicación AN332 sobre como usarlo en sus diferentes modalidades (link). Este chip está pensado como receptor de AM en bandas comerciales y el espectro de HF en general (pensado para estaciones de AM de onda corta) y el espectro de FM comercial. Los radioaficionados somos doblemente desafortunados en éstas cuestiones, por un lado nadie hará la inversión para desarrollar éste tipo de chips con funciones pensadas para nosotros, simplemente el mercado no tiene suficiente volumen para justificar el desarrollo de un chip especial, al mismo tiempo la recepción predominante en bandas de aficionado es en SSB, lo que tampoco es algo de consumo masivo y los volumenes son bajos, o sea que sería un chip muy completo pero no muy diferente de tantos otros similares. 
Pero hay una diferencia, éste chip utiliza tecnología SDR y por lo tanto su comportamiento es definido por su microcódigo, el cual es actualizable.... Y, blanco y jarra suele ser leche, apareció rápidamente un "patch" de microcódigo que permite que el chip opere en modos para los cuales no fue originalmente diseñado; entre ellos SSB y FM de banda angosta.
La cantidad de componentes que requiere éste chip para implementar un receptor de amplio espectro es ridículamente baja, solo algunas resistencias, bobinas y condensadores. Para funcionar, no obstante, el chip debe ser controlado mediante comandos, y esos comandos los recibe por medio de una interfaz I2C (dos lineas SDA/SCL con un protocolo asincrónico), la cantidad de opciones de configuración es gigantesca (la nota de aplicación tiene mas de 300 páginas) y absolutamente todos los parámetros pueden ser programados. No solo frecuencia y modo, también las distintas configuraciones de filtros, pasos, opciones de demodulación e incluso la carga de parches de firmware como el que lo habilita a recibir modos que no le son "nativos". 
La interfaz provista no es compleja, y es nativa en las placas microcontroladoras como la Raspberry Pi o Arduino, y de hecho la demanda de procesamiento es muy baja porque el controlador no cumple ninguna función de procesamiento de señales, solo tira comandos a velocidades muy bajas (en comparación con las que necesitaría si hiciera procesamiento de señales). Por lo tanto la placa Arduino, aún la mas pequeñita, puede ser suficiente. Para hacer las cosas mas fáciles Ricardo (PU2CLR) ha desarrollado una librería de programación denominada SI4735 que está disponible en forma gratuita en su sitio GitHub (link). 
La librería, de por si fantástica en la facilidad que otorga para configurar el chip con comandos relativamente simples, provee además una cantidad enorme de ejemplos de aplicación que terminan dejando disponibles firmware para cargar en una placa Arduino Nano  asociada a la mayor parte de las placas que implementan el chip Si473x, tanto disponibles comercialmente (en sitios como Ali Expréss por ejemplo), como realizado por hobbistas en tiradas cortas, como en creadores de kits (Jason Kits)  o incluso diseños hechos a "mano" con una placa genérica (ver foto adjunta).
Hay un sitio en Facebook muy activo "Si47xx for radio experimenters" (link) que brinda continuamente novedades sobre placas adicionales, implementaciones adicionales de las existentes y consultas de soporte de todo tipo.
Yo adquirí mi placa en Ali Express y vino provista de un parlante y una antena plegable como accesorios, pese a que la foto muestra una batería LiPo la misma no viene en en envío por razones de seguridad de transporte. La placa es muy completa e incluye una Arduino Nano, el visor OLED, todos los switches y el rotary encoder. También provee amplificación de audio y un circuito de carga de baterias LiPo, es decir, se la puede alimentar mediante USB pero si tiene batería la misma es cargada mientras se usa. Muy bien armado. La placa viene con un firmware en su placa Arduino Nano que es de tipo genérico, se sospecha que usa la librería de Ricardo pero en la mejor tradición de los chinos sin pagar un centavo de royalty por ello o hacer mención siquiera a su uso (un谢谢no se le niega a nadie).
Cuando llegué y luego de verificar que todo anduviese la bajé el firmware especial para los kits de Ali que se provee como ejemplo en el sitio GitHub, el programa se carga como se lo hace con cualquier placa Arduino, se necesita el IDE Arduino y un cable USB, los ejemplos están en source escritos en C++ y hay que compilarlos (lo que es automático en el IDE). 
El "sketch" es un tanto grande para la placa, las placas Arduino tienen la particularidad que cuando se ocupa mas del 50-60% de la memoria de datos y mas del 60-70% de la memoria de programa puede tener inestabilidades de ejecución, en algunos casos el IDE avisa la situación y en otros no. Las "inestabilidades" son un eufemismo por anda erráticamente (falla o hace reboot aleatoriamente) o simplemente no anda. En el primer caso porque se queda sin espacio para las variables "locales" que todo programa va generando y en el segundo porque puede interferir con otras estructuras que tienen que estar en memoria como el bootloader. El firmware provisto como ejemplo por Ricardo anda muy bien sin tocarlo, con lo justo diría. Solo para probar agregué una librería CAT que he desarrollado para otros proyectos con la placa Raspberry que emulan un Yaesu FT-817, lo que es una convención bastante difundida, pero la librería tal como estaba no entraba. Le hice recortes sustantivos pero a pesar de los cuidados quedaba muy grande. En el proceso se nota que arruiné el bootloader del Arduino por lo que me encontré en la infortunada situación de "briquearlo", salvajismo linguistico que significa que transformé la placa en un pisapapeles ("brick" es ladrillo en inglés) que es cuando la placa no responde adecuadamente y no permite programarla "pisando" el firmware con problemas. Es un incordio que pase, pero tiene solución. El procedimiento para hacerlo (link) consiste en utilizar la interfaz ISP que tiene todo Arduino para utilizar otra placa Arduino como "quemador", puede usarse tanto para programar el chip en una Arduino existente o para programar un chip ATMega328p aislado. "Volveremos...." dijo el Gral McArthur con el agua a las rodillas mientras se tomaba el palo de Filipinas (lo cierto es que volvió), posiblemente con una implementación mucho mas ligera de firmware para CAT, posiblemente el del Kenwood TS840  que es mas liviana.
Aventuras con el código al margen el uso del receptor en si es muy facil, en mi caso lo alimento con un parlante que es al mismo tiempo pack de baterias. Al encenderse recuerda lo último que se hizo y trae la frecuencia y el modo. En FM es capaz de recibir estereo y RDS (los mensajes que manda la emisora), en AM es un poco ruidoso pero sospecho que es por la antena pequeña. En HF se comporta magníficamente con una antena decente en recepción en todas las bandas, lo usé mayoritariamente en 40 metros SSB pero pruebas rápidas mostraron que se comporta razonablemente bien en todas las bandas desde 160 metros hasta 6 metros inclusive. Lo utilicé para recibir señales de CW (el firmware de PU2CLR incorpora un filtro de 500 Hz para eso), SSB, FT8 e incluso SSTV! Obviamente las estaciones mas débiles no las tomaba, pero mi referencia era muy maliciosa... un Yaesu FT-2000. Imagino que con un pequeño transmisor de CW o FT8 puede perfectamente ser parte de una estación (muy) portatil. La placa suelta tiene algún riesgo en ese estado por lo que construí con la printer 3D una caja (ver foto al comienzo del artículo), el diseño lo saqué de Thingiverse (link) donde si bien el autor califica la caja como "terrible" es en realidad bastante decente y facil de construir. Creo que es una alternativa muy razonable para un receptor de uso portatil, o de uso casual o incluso un primer receptor construido"en casa" para la estación. Altamente recomendable.



lunes, 24 de mayo de 2021

Nuevo integrante, el QCX+ de QRP-Labs



Es dificil resistir a la tentación de "atacar" uno de los kits de QRP-Labs, en éste caso el denominado QCX+. QRP-Labs es la expresión comercial de los diseños de Hans Summers (G0UPL). No es mi intención hacer un panegírico de éstos kits que pueda sospecharse de aviso comercial, por cierto que no tengo afiliación alguna con dicha empresa. Pero he construido ya varios kits y es sorprendente lo bien hechos que están. Hasta ahora he construido el QCX-Mini para 20 metros y el QCX "legacy" pero con la modificación para que opere en SSB. Son kits de complejidad alta (largamente mas de 100 piezas), pero tan bien logrados que son un placer construirlos y andan muy bien, en particular si se respetan las muy detalladas instrucciones de armado. 
Las instrucciones están detalladas en un manual que impreso ocuparía 138 páginas (link). Nada de folletos plegados con cuatro fotos, paso por paso, con instrucciones que apuntan a que si es es meticuloso es muy dificil errarle.
El kit está cuidadamente ensamblado, en el mas de centenar de partes encontré un solo faltante (la lámina de mica para aislar térmicamente al regulador de voltaje) y una instrucción desactualizada en la construcción (una indicación que un capacitor había que doblarle las patas porque era muy grande pero no lo era en realidad. Una particularidad que tiene éste kit es que el transceptor tiene herramientas de diagnóstico y calibración en su firmware con lo que es posible ponerlo a punto con prácticamente nada.  Los chips mas complicados de soldar son los tipo SMT, la placa tiene dos, y ya vienen soldados.  
En general soy muy cuidadoso cuando realizo armados, y tengo la suficiente experiencia en hacerlos como para saber que un simple componente defectuoso o simplemente colocado erroneamente con el valor equivocado una vez incorporado en un circuito no solo puede generar una falla de muy dificil diagnóstico, sino que también puede ser extremadamente complicado de retirar. Asi que componente por componente antes de ponerlo en la placa lo medí con un medidor LCR digital, herramienta insustituible realmente en cualquier taller.
La secuencia de armado comienza lo que el autor califica como "lo mas dificil" que es el transformador multifilar (no es tan dificil, pero requiere paciencia) y continúa con los integrados de cápsula DIP convencional. Luego siguen los capacitores, los resistores, los transitores y finalmente toda la minutería, al finalizar con la placa principal se debe armar una placa auxiliar que tiene el visor LCD, el encoder, el potenciómetro de volumen y los tres interruptores. La placa  auxiliar, una vez finalizada, se integra con la principal mediante unos conectores al efecto.
A diferencia del kit original, antecesor del presente y denominado QCX,  éste fue pensado con algunas mejoras funcionales y en particular el poder facilmente adaptarse a un gabinete mas convencional pues se le eliminaron los desniveles que tenía su predecesor y los controles sobre la placa directamente, lo que hacían dificil el armado de un gabinete, incluso con una printer 3D. Una vez armado se debe realizar un proceso de calibración relativamente sencillo consistente en ajustar el brillo del visor LCD, seleccionar la banda inicial y luego ajustar 4 controles en la placa (un capacitor variable y 3 potenciómetros) con la ayuda de las herramientas construidas en el software.
La etapa de salida apela a un amplificador clase E, que es muy eficiente y que utiliza transistores muy baratos en paralelo (los BS170). La belleza de utilizar transistores MOSFET muy baratos es que se pueden poner muchos en paralelo (en éste caso tres) y que a diferencia de sus contrapartidas bipolares no es necesario ecualizar su corriente. Gracias a la eficiencia se pueden extraer algo menos de 5W de potencia con un disipador muy sencillo, básicamente una arandela que presiona los tres transistores sobre una zona de impreso al efecto y que se desdoblan (ambos) como un disipador, sencillo y elegante.
Me gustaría decir que anduvo de una pero lamentablemente no, pero fue mi culpa no del kit. Evidentemente el foco en la construcción y la medición componente por componente en un kit tan grande acumuló una cantidad importantes de horas de construcción, y cierta fatiga. Como resultado soldé tres conectores en el lado incorrecto de la placa auxiliar con lo cual no había forma de conectarla correctamente con la principal. Fue literalmente imposible desoldarlos sin que se destruyeran. Afortunadamente tenía un conector de zócalo de Raspberry que cortandolo en tres (5x2 y dos de 3x2) pude crear un reemplazo, el aprendizaje es cuidado con las horas y el cansancio.
Una vez finalizado el kit y realizado los ajustes no pude resistir la tentación de conectarlo a una fuente, la antena dipolo rígido y empezar a escuchar en la banda. Rápidamente encontré a Elvio (LU5EVD) que era tomado muy fuerte, el QCX+ tiene un medidor de señal pero no tengo aún claro como leerlo bien, y le reporté 5NN mientras que el me reportó 55N. Nada mal para 5W sobre una antena de costado para el. Luego continúe escuchando otros QSO y realmente estoy muy satisfecho con la performance en recepción.
En lineas generales opino que armar kits de buena calidad (como éstos u otros reportados en éste blog de otras fuentes) captura mucho del placer del armado, la prueba y la operación posterior, al mismo tiempo que reduce la frustración de juntar las piezas y tener detenida la construcción por mucho tiempo tras un componente crítico o realizar adaptaciones menos que óptimas porque no es posible conseguirlo. Realmente muy recomendable, y creo que hay que tomarlo no como un colectivo para llegar a tener el transceptor y utilizarlo sino mas bien como un micro turístico donde mientras se llega al destino se disfruta el paisaje y el camino.





domingo, 28 de marzo de 2021

La reforma del QCX en QCX-SSB (!)

 En una entrada anterior compartí la modificación propuesta por Guido (PE1NNZ) al kit QCX creado por Hans Summers (G0UPL) y distribuido por Qrp-Labs para hacerlo funcionar como transceiver multimodo-multibanda, en esa entrada se repasa el enfoque general técnico y la documentación de referencia para comprender lo que hizo. El kit de por si es una maravilla técnica pues proporciona un transceiver de CW, monobanda, con un número de innovaciones técnicas que lo hacen funcionar muy bien. El kit es de complejidad media-alta, pero gracias a la excelente documentación disponible para su construcción es posible construirlo, siendo metódico y cuidadoso, sin mayores tropiezos. La belleza que tiene, además, es que el kit incorpora en la placa todos los instrumentos necesarios para su calibración y puesta a punto.  
Hay dos formas de abordar la construcción del kit para que opere como transceiver de SSB, uno es construir el kit tal como es indicado en la excelente documentación original del mismo, una vez finalizada la construcción (incluido el calibrado) se tienen que hacer una serie de modificaciones para implementar los cambios que propone Guido, usando éste enfoque es posible preservar el transceptor para que opere en su modo "nativo" (como QCX) o en su modo "modificado" (como QCX-SSB) cambiando el firmware y conmutando un par de cosas. La segunda forma es construir desde cero el kit como QCX-SSB, de esa manera se evita tener que insertar casi 80 componentes y realizar todos los pasos de calibración del modo "nativo" que no sirve para el QCX-SSB. 
En mi proyecto, y dado que estaba construyendo el kit desde cero, preferí el segundo método. Al hacerlo me salí, metafóricamente hablando, de la autopista y comencé a transitar por un camino vecinal. El primer intento fue tomar el manual constructivo del QCX original y marcar que pasos debía hacer y que pasos no, descubrí que esa forma iba a ser confusa y posiblemente condujese a errores pues muchos pasos donde se insertaban múltiples componentes no todos son necesarios para el QCX-SSB y había que tener cuidado que se ponía y que no. Cuestión de tiempo de insertar componentes de menos o de mas. Adicionalmente las modificaciones implican insertar en ocasiones algunos componentes diferentes a los etiquetados en la placa (por ejemplo una resistencia en lugar de un capacitor o viceversa).
Preferí utilizar el manual escrito por Manuel Klarig (DL2MAN) (link) que sin ser tan detallado como el original es específico para el QCX-SSB. Básicamente se instalan los componentes en 4 "pases", IC/Zócalos, resistencias, capacitores y resto (inductores, transistores y miscelaneos). Algunas referencias son un tanto crípticas, por ejemplo varios componentes dice "no colocar para la función mágica de Guido" y no queda para nada claro si se debería colocar o no, el spoiler para que no haya suspenso es que no deben colocarse. Algunos componentes no están en el kit y hay que agregarlos (dos resistencias de 82K y un capacitor de 220 nF). 

Al finalizar los primeros pases ocurren varios pases de modificaciones donde se trabaja con "jumpers" y componentes soldados entre distintos puntos de la placa. Durante la construcción encontré que había soldado dos capacitores fuera de lugar, y tuve que extraerlos y volverlos a insertar (uno sobrevivió y el otro no). Al finalizar la construcción comprobé que había soldado dos transistores de mas, también tuve que sacarlos.
Las instrucciones de armado dan tres alternativas para el filtro pasabajos de salida, una es construir el filtro que viene con el kit, con lo que mayormente el transceiver queda monobanda (en mi caso 20 metros). Otra es hacer "by-pass" del filtro en la plaqueta y poner el filtro pasabajos a continuación del conector de antena, de esa forma se puede enchufar y des-enchufar distintos filtros. 
La tercera es hacer lo mismo pero en la placa, los filtros que comercializa Qrp-Labs son adecuados para éste enfoque. En mi caso fui por la primera y puse fijo el filtro pasabajos de 20 metros. Cabe destacar que en la lógica de funcionamiento que tiene el transceiver y como no tiene cirtuitos sintonizados, otro que el filtro pasabajos, en teoría el transceptor puede utilizarse en las bandas por debajo de la que tiene el filtro (30,40,60,80 y 160 metros en éste caso), pero es probable que la capacidad de sintonía y la supresión de espureas sea mala (no lo he probado). 
Finalmente viene la modificación que refiere Manuel para la función mágica de Guido, que consiste básicamente en poder controlar los niveles de inyección de la etapa final mediante software, para lo cual hay que hacer una serie de modificaciones adicionales, una de ella en particular implica cortar una delga de la placa y eso significa que se pierde la posibilidad de utilizar en el futuro la placa como un QCX original, cosa que Manuel advierte muy claramente. En realidad no veo porque no pudiera hacer un "jumper" mas para re-instalar la delga cortada, pero no tengo intenciones en lo inmediato de transformar el kit en QCX original, asi que corté la delga.
El climax de la construcción viene sin dudas al grabar el firmware, el cual es completamente diferente al que viene con el QCX. 
Es binario, uno u otro. El QCX original no funciona con el firmware de QCX-SSB y el kit construido para QCX-SSB no funciona con el firmware original del QCX. Una primera decisión a realizar es donde grabar el firmware, el kit QCX viene con un procesador ATMega328P con el firmware grabado para el QCX original, y siempre se puede pisar sobre el el correspondiente al QCX-SSB. Sin embargo, tomé un camino mucho mas conservador, partí de un procesador vacío, le quemé un bootloader y grabé sobre el el microcódigo; las instrucciones de Manuel son suficientemente buenas para hacer ésto.
Se instruye con bastante detalle como utilizar una placa Arduino Uno (supongo que nada impide utilizar una Arduino Nano) para utilizarla como programador ISP, se baja el source  (OCX-SSB.ino) y con una serie de pasos se graba en la placa (por intermedio de la Arduino Uno).  
Manuel recomienda hacer un cable de programación casero (ver foto) para no tener que estar cableando entre la placa QCX y la Arduino Uno, cada vez que se necesite modificar el firmware. Y es esperable que haya que modificarlo, ante parches y versiones nuevas que pudiera producir Guido por un lado. Pero en mi caso porque tengo toda la intención de modificar en forma local el firmware para hacer pruebas, experimentos y, si se dá, alguna que otra optimización. No es demasiado el espacio que queda disponible, el firmware ocupa el 85% de la memoria disponible en la placa QCX y en general no se puede usar mucho mas que el 90% antes de empezar a tener comportamientos erráticos. En realidad el proceso lo tuve que hacer dos veces, en la primera no quedó generado bien el firmware en la placa QCX y no hacía correctamente el boot. En la segunda repetí con especial cuidado todos los pasos y salió andando. Un último detalle al ponerlo a funcionar fue que parecía andar, transmitía en CW al menos, y cuando transmitía con mi estación el medidor de unidades S marcaba a full en el QCX pero no salía audio. Terminó siendo una conexión equivocada en la construcción (una de las mods), al solucionarla empezó a emitir audio.
Aqui es donde, creo, se nota mas la diferencia entre el kit original y ésta modificación. Es claro que el receptor es un poco "sordo" y que la potencia de salida es muy baja, hay que ajustarlos. Si bien hay parámetros configurables para realizar el ajuste no se dispone de todo el instrumental incorporado del kit QCX "original",  por lo que por ahora quedará como trabajo subsiguiente estudiar como hacer esos ajustes y experimentar como mejorar el rendimiento. Aún así en recepción tuvo una mas que aceptable performance tomando estaciones en FT8 en 20 metros y 40 metros. No pude, no obstante, lograr escuchar en CW en el WebSDR de Nestor (LU5DNP) en Saladillo (Bs As) (link), los otros equipos de mi estación, aún en potencias QRP los podía monitorear alli sin problemas. Para poder usarlo en la práctica construí el cable de alimentación, un keyer para conectarlo a la computadora y un cable de audio acorde a las conexiones especiales que usa.
Queda aún bastante para terminar de completar el proyecto en materia de ajustes y pruebas; pero es claro que el potencial para experimentar es enorme. Agregar AM y FM, optimizar la transmisión para FT8 y WSPR y algunos factores de usabilidad me vienen rápidamente a la cabeza. Queda además hacer una carcaza con la impresora 3D para no dejar expuesto al circuito. A mas largo plazo las ideas de Guido creo que pueden ser aplicadas para lograr que el mismo "core" DSP pueda utilizarse con otro transceiver mas sencillo (¿Pixie?) haciendo el proyecto mas a tiro de experimentadores con menos experiencia y a un costo mucho mas acomodado. En tal sentido creo que se puede usar módulos completos para la placa Arduino Uno que se consiguen bastante facilmente en el mercado local, el LCD/rotary switch y adaptar un DDS Si5351 usando una placa "shield" vacía,  para finalmente mover un kit Pixie u otro similar. Si bien de esa forma se puede obtener un receptor de conversión directa (en lugar de I/Q balanceado como en el caso del QCX) el transmisor en clase C podría perfectamente ser utilizado en FT8 además de CW. En un proyecto anterior (PixiePi/Pi4D) utilicé unas librerías DSP propias muy optimizadas que me permitían hacer el procesamiento en una placa Raspberry Pi Zero en forma mas eficiente, pero claramente las rutinas de Guido son mucho mas eficientes pues pueden trabajar incluso en un microcontrolador con un clock de solo 20 MHz (contra el 1 GHz de una placa Raspberry). Otra variante es mover los diseños QRPp de una buena vez por todas a que sus amplificadores de salida utilicen Clase E, es mucha la diferencia de eficiencia y la posibilidad de usar transistores baratos y sin disipador para operar en potencias QRP. Es decir, una enorme gama de proyectos por venir.