Escuchando susurros en LU7DID. decode_FT8

Pocos modos han tomado tan por sorpresa y en forma tan vehemente la actividad radial como el coloquialmente denominado "FT8", acrónimo artístico de un nombre mas extenso "Franke-Taylor 8 Frequency Shift Keying". Desde el punto de vista de teoría de comunicaciones el FSK no es novedad, tampoco los modos de modulación de tipo n-FSK (n tonos). ¿Cual es la novedad entonces?. La novedad consisten no tanto en la modulación en si misma como en el protocolo para usarla. ¿Que se emite? ¿En que orden? ¿A que velocidad? ¿Con que diseño de modulación en términos de separación y simbolos? Todo eso hay que definirlo por mas que los "1" y "0" terminen codificandose con un método de modulación FSK, en el gran esquema de las cosas eso último es "facil". Medios de modulación abundan en manos de los aficionados, hay esquemas que llevan décadas de presentados y atraen a nadie. Incluso esquemas muy promisorios, que en papel lucen muy potentes, y tienen poco uso. ¿Que es lo que produce lo uno o lo otro?.

Solo puedo esbozar una opinión, luego de observar algunos hechos, que seguramente será incompleta y que puede o no tener aceptación. Para mi es un combo que incluye excelencia técnica, con facilidad de uso, con resultados prácticos, con infraestructura, con coyuntura de propagación y con suerte.

Empecemos por la excelencia técnica. Como apunté antes el uso de FSK como medio de modulación es tan viejo como la radio misma, aunque solo con el vuelco desde comunicaciones de tipo analógicos a digitales en, digamos, los últimos 30 años se hizo masivo. Prácticamente todas las transmisiones digitales se hacen con alguna variante de FSK (o su prima hermana PSK), nuestro mundo tal como lo conocemos hoy "late" al compás de una música usando PSK. O sea que no hay novedad técnica en su uso. Ahora bien, la comunicación usando modulación PSK se deteriora con la relación señal-ruido algo mas graciosamente que los esquemas basados en modulación de amplitud (SSB, DSB, etc) pero finalmente requieren que la señal esté "por arriba" del piso de ruido para un ancho de banda dado, al final el ruido siempre gana la batalla inyectando desorden y caos en la armonía inteligente de la información que está siendo transmitida. Eso se soluciona, tradicionalmente, aceptando que ocasionalmente algo de la información será destruida por el ruido y generando los mensajes con algo de redundancia, de acuerdo a los parámetros de diseño puede ser para saber si todo un "pedazo" de la información está corrupto y hay que desecharlo pidiendo al otro extremo que lo envíe de vuelta o, en casos mas sofisticados, pudiendo incluso corregir algunos "bits" de información destruida por los mismos bits enviados en forma redundante (algoritmos de corrección). Pero al final, si la relación señal a ruido se deteriora lo suficiente, muy pocos pedazos de información pasan o no alcanzan los bits de corrección para arreglarlo, o las dos cosas. El ruido siempre gana al final del día. Estrategias para abordar esta cuestión hay muchas. La mas obvia e inmediata es aumentar la potencia lo que tiene limites prácticos puestos por la tecnología, la legislación e incluso la preferencia de los operadores. La segunda estrategia es, dado que el ruido es "blanco" y a mas ancho de banda mas energía tiene, reducir el ancho de banda de la señal. Una señal de AM tiene el doble de ancho de banda que una de SSB, a igual información. SSB siguen siendo casi 3 KHz de ancho de banda muy ineficientemente poblados por la voz humana. El modo de voz digital (Digital Voice DV) codifica digitalmente la voz en forma mucho mas eficiente en ocupar aproximadamente 1 KHz, mucho mejor aunque el modo no termina de prender, quizás no tuvo tiempo para despegar o quizás hay varios "codecs" la pieza de software que digitaliza que no son completamente compatibles y ninguno se hizo dominante. Una forma de bajar el ancho de banda, y según lo que pronostica la teoría de la información, es bajar la velocidad a la que se la transmite. La voz hablada transmite información a una tasa de muchas decenas de "bits-por-segundo" equivalentes, podemos aceptar hacerlo a menos y tendremos modos digitales como RTTY (45.5 bauds) o PSK31 (31 bps) que son mas resistentes al ruido, pero mas lentos. Nada parecía superar a la reina de los modos, la telegrafía. Con un ancho de banda teórico de algunas decenas de Hz y práctica de 100 Hz o menos permite comunicaciones relativamente lentas (25 a 30 ppm) pero que requieren menos potencia o que a igual potencia son mas resilientes en malas condiciones. Como telegrafista de cierta experiencia puedo sin dar muchos flancos a la crítica afirmar que las supuestas ventajas del CW devienen solo de su equilibrio entre velocidad (ancho de banda) e información transmitida, todo el resto es cháchara. El CW es bueno porque es lindo, es agradable y es rendidor; no hay que buscarle muchas mas explicaciones técnico-culturales, en general rebuscadas y erroneas. El CW fue desde siempre la frontera minima para poder comunicar en un circuito dado en condiciones dadas, y por cierto que muchas veces la única posible para una potencia dada. No es casual que quienes lo utilizan en condiciones de emergencia, baja potencia o precariedad de antenas lo consideren insustituible; todo estrictamente verdad, nada realmente mágico. ¿Que podemos hacer en realidad en CW? Los comunicados en CW son usualmente muy cortos, sobre todo en condiciones de concurso, DX o pileup. Dejemos de lado el martilleo que a puro gusto hay veces que hacemos con buenas condiciones de propagación a puro deleite "hablando" de distintos temas en las particulares abreviaturas que se usan en CW. Tomemos el caso de un concurso, estamos hablando de entre 4 y 6 contactos por minuto donde se intercambia la señal distintiva y el nivel de señal, quizás con un saludo final como al pasar (mas para cerrar el contacto y habilitar al siguiente que de amables). Esa es la comunicación máxima que damos por válida. Tomemos un caso menos extremo, un contacto normal pero rápido... ¿cuanto tarda? ... ¿un minuto? .. ¿dos?. O sea que aceptamos como contactos válidos aquellos en los que intercambiamos muy poca información y aceptamos invertir un minuto o dos para hacer un contacto. Si juntamos ambas cosas necesitamos menos velocidad de transmisión de información que en el CW. Y eso ya vimos que permite menos ancho de banda, y al tener menos ancho de banda permite o usar menos potencia para igual relación señal-ruido o tener mas margen de relación señal-ruido con igual potencia. Un modo mas eficiente en resumen. Y eso, exactamente eso, es lo que hacen los "modos digitales de baja señal", familia de modos de modulación que incluyen al WSPR o al FT8 entre muchos otros. En ellos el esquema es repetitivo. Un mensaje muy estructurado y conocido de antemano en su formato, se codifica con un algoritmo matemático que asegure redundancia de bits y corrección de errores. El mismo, una vez codificado, se envía "lentamente" por un canal usando modulación FSK. Para agregar menos incertidumbre se agrega un marco de sincronización de tiempo muy estricto, del orden de 1 segundo o menos, que ayuda a que mediante artilugios matemáticas pueda incluso mejorarse las chances de decodificar una señal del otro extremo. ¿Cuando mas lentamente? Bueno, WSPR se toma dos minutos por cambio. Un QSO compuesto de llamada, respuesta, señales, señales, adiós y adiós (5 a 6 cambios) puede durar 12 minutos, demasiado. Por eso el WSPR se usa como monitor de señales, uno escucha la señal al cabo de 2 minutos o no la escucha, si la escucha la reporta y si no la escucha no. FT8 usa un esquema similar, pero menos robusto, lo que permite que cada cambio dure solo 15 segundos. Entonces un contacto entero durará un minuto y fracción, similar a lo que dura un contacto similar en CW sin el frénesi de un pileup o un concurso. El llamado, la respuesta, el intercambio de señales y el adiós está codificado, no es cualquier mensaje, hay pocos datos variables (licencia, ubicación y nivel de señal) pero todo el resto está pre-definido y es rígido. Hay otros modos de comunicación, como JS8CALL, que usan el protocolo de FT8 pero para transmitir cualquier mensaje; siguen siendo muy robustos al ruido, mas que CW incluso, pero menos que FT8. ¿Que significa en números todo ésto? Una señal de SSB se acepta que debe estar para una buena legibilidad una unidad S por encima del ruido en un momento dado, es decir +6 dB. Para hacer las comparaciones entre modos uno sabe que puede reducir el ancho de banda a medida que usa modos que necesitan menos, pero para tener una comparación uniforme se utiliza como referencia la relación señal-ruido con la que el modo puede operar tomando un ancho de banda correspondiente a un canal de fonía. En tal sentido los modos digitales como RTTY o PSK31 puede operar entre 0 dB y -5 dB; CW en teoría unos -5 dB (lo que hizo ilusionar a muchos que el PSK31 podía reemplazar al CW solo que sin aprender Morse. Sin embargo el CW a oido permite al entrar a jugar la formidable combinación oido-cerebro operando como filtro el operar a -10 dB, incluso mas. FT8 puede operar a -20 dB y WSPR a -30 dB. La diferencia son abismales casi 26 dB con fonía y 10 dB con CW. Puedo hacer con 1W en FT8 lo que hago con 10W en CW y casi 500W en fonía, es abismal. Es una forma novedosa de apelar a tecnología que se conoce desde hace mucho, usada muy creativamente y con el auxilio de matemáticas muy avanzadas disponibles en abundancia con los computadores modernos.

Abordemos uno de los aspectos mas espinosos, quizás, y es la facilidad de uso. Es obvio que tecnológicamente FT8 es muy sofisticado, pero la complejidad está encapsulada en el programa que lo implementa y completamente invisible al operador. El operador configura unos pocos parámetros en su programa, define en que banda trabajar y rápidamente se le pueblan las ventanas de un montón de estaciones llamando CQ o teniendo contactos con otras. Un doble-click en cualquiera de las que llaman y el QSO puede completarse automáticamente, sin otra interacción. Suena a cazar patos, con dinamita y con los pobres patos atados a una estaca en la tierra. Demasiado facil, ¿no?. Y eso es cierto visto desde ese punto de vista. "¡Eso no es radio!" reclaman muchos. "¡Es demasiado facil, no implica ningún esfuerzo!" confirman otros. Todo eso es cierto, claro, solo que captura una parte del contexto. También es facil prender un amplificador de 1 KW y comunicar con el vecino de la otra cuadra, con el cual realmente no tenemos mucho para actualizarnos porque comunicamos ayer, y el esfuerzo no es mucho mayor, Solo que es un click en FT8 y varios clicks (en el PTT) en banda lateral. Podría estirar la metáfora indefinidamente sobre lo que es "facil" o lo que es "dificil" en radio. Ciertamente es radio, si usa RF y sale por una antena tengo que tener licencia, equipos y antenas; y cualquiera que los haya puesto en funcionamiento sabe que no se consiguen solos. Después en función el mérito, el esfuerzo y el estudio se comunicará en condiciones muy precarias o muy fáciles, depende de como se divierta mas el operador. Efectivamente con un click en FT8 inicio la secuencia del contacto, y el mismo es trivial si al corresponsal lo recibo a -5 dB, algo de esfuerzo si lo recibo a -10 dB, bastante esfuerzo a -15 dB y me tengo que pelar el alma para contactarlo a -20 dB. Supuesto que sea el único que quiera hacerlo, porque si hay muchos otros va a ser incluso mas dificil (pileup). Y recordemos que toda la actividad mundial de FT8 ocurre en solo 2 KHz de cada banda, es un guiso de gente..... Entonces, dá la casualidad, que las estaciones interesantes (los DX) muy a menudo entran a -20 dB y dan mucho mas trabajo que un "click-click", realmente hay que estudiar la propagación, levantarse temprano, encontrar banda y ventanita de algunos minutos para el contacto, insistir, buscar el hueco entre llamados de la competencia y finalmente, hacer el contacto. El esfuerzo, luego de haber hecho muchos QSO, no es significativamente mas facil que hacer contactos de pileup en CW con manipulador automático o teclado. Es mas facil de usar, pero solo marginalmente y en determinados contextos. En otros no es muy diferente.

Resultados prácticos y coyuntura de propagación van muy de la mano. Estamos en el mínimo del ciclo de manchas solares, por momentos parecía otro mínimo de Maunder (ausencia total de manchas solares) y eso hace que las bandas altas estén muertas la mayor parte del tiempo, excepto quizás a nivel regional. Bandas intermedias como 30,20 y 17 metros tienen aperturas pero mas breves y con mas ruido. Las bandas bajas, 40 metros para arriba, tienen su época de gloria. El ruido baja, la absorción en capas atmosféricas menores (layer D fundamentalmente) se reduce y las distancias se incrementan. Pero las aperturas son por el camino obscuro, en altas horas de la noche y breves. Históricamente los minimos solares representaron un mínimo de actividad de radioaficionados, por lo menos en bandas de HF y no tanto en bandas como VHF o UHF que no son afectadas excepto en raras ocasiones por los mínimos. Y siempre se pudo pilotear los mínimos con potencia hasta cierto punto. Pero usar FT8 es como tener un amplificador de 500 W con un dipolo, o una antena direccional con 100W en fonía. Y entonces cuando las condiciones están "cerradas" aún así se puede comunicar. Entonces muchas estaciones que antes no tenían chances de tener actividad ahora la tienen, incluso actividades de DX, incluso por tiempos prolongados. No es casualidad que mas del 90% del tráfico reportado por los sitios automáticos (clusters, RBN, pskreporter por ejemplo) sean correspondientes a FT8.

Y eso nos lleva a uno de los aspectos restantes, la infraestructura. ¿Que se necesita para hacer FT8? Podríamos decir que una estación normal, mas una antena normal, mas una computadora normal. Nada que ya no esté en la mayoría de las estaciones. No se necesita, en la enorme mayoría de las estaciones nada mas que lo que ya tienen, en realidad pueden hacer "mas" con lo que ya tienen, y ese es un gran atractivo. Pero al mismo tiempo se puede hacer mas en condiciones mas precarias. Si tengo un equipo QRP, con el que alimento una antena long wire a baja altura en condiciones precarias (portátiles por gusto o de emergencia por necesidad), incluso con limitaciones de energía; podría en esas condiciones tener una expectativa de contactar como si tuviera una estación de -10 dB de desventaja, es decir como una estación convencional de 500 mW. Cualquiera que haya jugado con QRPp sabe que con esas potencias se puede contactar, y muchas veces buenos contactos, sobre todo con una buena antena. Y en FT8 equivalen quizás a 50W en fonía sobre una buena antena, por lo que realmente rinde, rinde mucho aún en condiciones muy precarias. Otros proyectos reportados en éste blog muestran el enorme potencial técnico y de uso de contar con solo 100 mW de potencia (¡!) en modos digitales de baja potencia. La "poca" infraestructura necesaria es un enorme atractivo.

Lo que nos lleva al último punto, suerte. ¿Que tiene que ver la suerte con un modo de comunicación, de radioaficionados encima?. Mucho, creo. Tuvimos suerte que un premio Nobel de fìsica fuera radioaficionado (Joe Taylor), que fuera además un radio astrónomo y que se entrenara por años en entender la dinámica de las señales del espacio intergaláctico profundo para estudiar fenómenos desconocidos, descubriendo el fenómeno Pulsar en el camino. Y que se cruzó con otro genio, Steve Franke (K9AN), especialista en protocolos de comunicaciones, para que juntos alumbraran el programa WSJT-X en un espeso uso de la matemática de alto vuelo necesaria para implementar diferentes modos de baja señal (incluso, varios no mencionados en ésta entrada). Si un aficionado tuviera que aprender esa matemática para hacer FT-8 su popularidad sería órdenes de magnitud menor; nada es secreto, cualquier buen ingeniero con su formación completa y un postgrado en procesamiento digital de señales no tendría dificultad en entenderlo e implementarlo, esa sería la audiencia, supuesto que le interese además ser radioaficionado. Suerte. He esbozado éstos conceptos, mi opinión en definitiva, parcialmente en varios ámbitos cuando algunos atacan el modo, y por transitiva a mi juicio tontamente adjetivando a quienes lo usan. Con mucha frecuencia observo que lo hacen telegrafistas, no se si será algún tema de índole gremial o que, pero siendo telegrafista yo mismo me siento capacitado para exponer argumentos sin que facilmente se pueda argumentar que mi "odio" hacia el CW es lo que realmente me impulsa.

decode_FT8

Pero ¿a que viene toda ésta introducción? ¿donde aparece algo llamado "decode_FT8" en ella?

Este programa es un experimento, uno exitoso debo agregar, de desplegar una prueba de concepto.

Usando la plataforma "PixiePi" o "OrangeThunder" pude mostrar en sendas entradas anteriores como distintos experimentos me llevaron a construir un hardware original para modos digitales de baja señal, WSPR y FT8 entre ellos. Pero en ambos casos usaba el programa WSJT-X. Lucia un poco mas dificil que cazar patos atados con dinamita, pero quizás solo un poco. Asi que me pregunté que debería hacer para extender el microcódigo que ya había escrito para implementar los transceptores (en su costado embebido) para que, además, pudiera recibir y transmitir en FT8 sin usar el programa WSJT-X. Eso es una buena prueba (para mi mismo, y por diversión, por cierto) que no solo usaba el modo, sino que lo entendía en forma profunda. Escribir la parte transmisora es trivial, realmente, hace años que uso mi baliza WSPR con esa tecnología, la que no difiere mucho de transmitir en FT8, solo detalles en como de codifica el mensaje y como se controla su longitud. También la máquina de estados finitos para implementarlo es un poco mas complejo en FT8 al tener varios "cambios" comparado con WSPR el cual solo emite. Pero no se puede hacer algo híbrido entre mi programa transmitiendo y WSJT-X recibiendo, porque el programa está diseñado para no poder ser ejecutado automáticamente (una decisión editorial de Steve y Joe para que no se construyan, facilmente al menos, robots con el ). El programa que recibe debe poder controlar también la recepción.

Obviamente la descripción matemática que hay en el sitio del WSJT-X es un sobrevuelo, y la que hay en la documentación también. Es necesario ir a al código para entender la matemática involucrada. Y el código para sorpresa de nadie considerando que fue escrito por un astrónomo está codificado en ... Fortran 90. Ese lenguaje fue uno de los primeros que se usó en computadoras, lenguaje por excelencia en los primeros tiempos de la computación científica y usando el cual se desarrollaron cientos de millones de lineas de código con algoritmos, funciones, fórmulas y procedimientos matemáticos de todo tipo. Desde entonces, y por los últimos 50 años, quienquiera aborde un problema técnico espeso en términos matemáticos es muy probable que enfrente escribir un volumen muy considerable de lineas de código desde cero o use librerías existentes escritas en ... Fortran 90 alguno de sus antecesores tan atrás como Fortran IV o tan recientes como Fortran 2008. Las mismas se usan hoy con y desde cualquier lenguaje, termina siendo inmaterial desde que lenguaje se llama a una función, en sus entrañas mismas se ejecuta en muy veloz código de máquina compilado cuyo archivo fuente reside en alguna parte en ... Fortran IV. Estamos hablando de un lenguaje inventado 20 años antes que el primer experimento usando lenguaje C.... 50 años atrás....

Pero mas alla de las fórmulas matemáticas no hay razón para escribir el resto del programa en Fortran 90, pero si para entenderlo. ¿Como hago para saber Fortran 90?. Bueno, historia larga, pero su versión corta es que fue el primer lenguaje que aprendí cuando empecé a estudiar Ingeniería a mediados de la década del 70, y fue mi sustento como programador durante varios años en una empresa que usaba una computadora que se programaba con el. Uno no se olvida de ciertas cosas, ciertamente no del primer programa en el que alguna vez programó. Asi que, si, pude seguir las rutinas en Fortran 90 del WSJT-X con cierto nostálgico deleite. Una vez entendido era solo cuestión de ver como encaptular las librerías de Fortran 90 involucradas o traducirlas a C. No hacía falta, Karlis Goba (YL3JG) ya lo hizo en su paquete ft8_lib. Alli están todas las manipulaciones necesarias para decodificar FT8. Solo hay que tomar la señal de audio, procesarla digitalmente con algún filtrado, llamar las funciones en el orden necesario, definir los límites y sensibilidades del sistema, manejar los errores y decodificar las señales. Suena simple. No lo es.

Pero luego de un considerable masajeo, en particular en manejar las condiciones de error y las sensibilidades del sistema, finalmente empezaron a aparecer los "frames" decodificados de FT8. El receptor (transceptor en realidad) implementado de ésta forma permite hacer contactos en FT8 completamente sin WSJT-X. Sin embargo, es claro que su "sensibilidad" es menor que la de WSJT-X, escucha menos estaciones, en particular no escucha las mas débiles (¡!). ¿Porque? Rápidamente empezó a ser claro porque. El algoritmo revisa toda la banda pasante (2 KHz) buscando señales "candidatas", las que pueden ser señales reales de una estación emitiendo en FT8 o espurias de distinto tipo o picos de ruido simplemente. Integrando durante los 15 segundos que dura el frame FT8 la persistencia de señales permite ir segregando las que son candidatas a ser válidas o ser ruido, y a su vez que tan sólidas son en términos de su nivel sobre el ruido. Ese análisis se cuenta con solo un par de segundos para hacerlo, desde que termina el ciclo de emisión de todas las señales y que comienza el próximo, en un par de segundos hay que revisar una veintena de señales candidatas (o más) a lo largo de casi 15 segundos de emisión. Para asegurar algo esas señales se enlistan ordenadas de "mas probable a menos probable" usando un indicador de calidad que se deriva del procesamiento digital de las señales para hacer ese ordenamiento. Para las señales candidatas resta todavía hacer la demodulación del frame, tarea matemáticamente intensa por su parte. Como resultado, cuanta mas potencia de procesamiento se dispone mas chances hay de procesar señales mas profundo en la lista. Y las señales cuanto mas débiles mas profundas en la lista se encuentran. Por lo tanto, potencia de procesamiento implica sensibilidad de radio. Relación impensada para la mayoría, pero muy familiar para los radio astrónomos.

En términos prácticos resulta un calce perfecto, disponer de mas potencia de procesamiento implica escuchar señales mas débiles. Pero con 100 mW de potencia es limitada la posible clientela de posibles candidatos que nos puedan escuchar, estaremos por nuestra parte lejos del tope en sus listas de decodificación. Por lo tanto hay un equilibrio muy bueno entre lo que el algoritmo escucha y lo que el transceptor puede comunicar con solo 100 mW.

Con orgullo agrego a mis comentarios favorables al FT8 "soy un telegrafista y he escrito mis propios programas para FT8", nadie puede argumentar sólidamente que rechazo el CW ni que me atrae lo facil del FT8.

El OrangeThunder de LU7DID

En el pasaje de apuntes y notas a éste blog no siempre sigo el orden cronológico del proyecto, ni lo hago inmediatamente. Soy consciente que si no resguardo cierta información es probable que en un futuro cercano haya perdido suficientes detalles sobre el proyecto como para que me sea difícil retomarlo, supuesto que necesite hacerlo, y muy a menudo ese es el caso. De hecho ese es el propósito original y el (para mi) mas importante de éste blog. Pero al mismo tiempo documentar no es lo primero que uno está tentado de hacer, sobre todo cuando no llegó a algún punto de parada lógica donde haya algo concreto que documentar en lugar de ideas sueltas que no parecen conducir a ninguna parte. Los proyectos toman vida propia, en algunos casos se trata de una idea neta y clara que uno persigue hasta alcanzarla o convencerse que no es el momento de hacerlo. En otros casos es un proceso de aprendizaje que se vá ramificando en formas insospechadas porque lo que se aprende muestra posibilidades que no se conocían y que terminan siendo mas deseables que lo que se perseguía en el punto de partida. Eso es lo que pasó con el proyecto Orange Thunder (Trueno Naranja en inglés), proyecto cuyo nombre se remonta a un auto legendario del Turismo Carretera en Argentina y que siendo niño fue mi portal a la curiosidad por la tecnología. El proyecto en realidad empezó con la idea de construir un transceiver especializado en modos digitales de baja señal y mayoritariamente basado en técnicas de Radio Definida por Software (Software Defined Radio o SDR), tema en el que profesional, académica y personalmente he estado muy involucrado en los últimos 20 años. La plataforma Raspberry Pi es ideal para ese uso, es relativamente accesible, muy poderosa en su capacidad de cómputo, montada sobre una distribución Linux propia lo que debido a mi familiaridad con Linux desde hace mucho tiempo, el acceso a recursos de desarrollo y su flexibilidad prácticamente ilimitados es una plataforma ideal. Un primer planteo estuvo dado por dos proyectos anteriores, que en rigor fueron preliminares de éste. El que denominé "Transceptor de señales débiles, bit a bit" (link) donde en varias entradas sucesivas fui mostrando apuntes para construir las diferentes partes de un transceptor. Un segundo proyecto relacionado fue la baliza WSPR que puse en funcionamiento en 20 metros hace mas de dos años (link), proyecto que dio lugar a muchas entradas posteriores tanto relacionada con ella misma como con sus usos en actividades de estudio de propagación y planeamiento de concursos. Es claro que de alguna manera éste proyecto es parte de un hilo de proyectos en el que llevo ya varios años. El proceso de formación de un proyecto va medrando cambiando su dirección en formas que son muy erráticas, temas que no están conectados entre si de repente lo están y partes de un todo terminan tomando vida propia separándose en proyectos independientes que quizás se vuelvan a juntar en otra oportunidad. Es claro que para crear un transceptor hay varios módulos funcionales o sub-sistemas que deben operar en forma satisfactoria. La generación de señal es claramente dominada por la librería librpitx de Evariste (F5OEO), la cual con muchas horas de estudio he logrado comprender en un grado de detalle que me permite modificarla cuando necesito. Evariste me ha honrado con la autorización para que haga merges sin su inspección con modificaciones que crea convenientes directamente sobre el branch master de GitHub que la contiene, ¡guau!. Con esa librería es posiblemente generar cualquier patrón de modulación en el espectro de RF desde unos pocos cientos de KHz hasta el rango superior de UHF (superior a 1.5 GHz). Por otro lado para el receptor tiene todos los números de la rifa el dongle RTL-SDR, he probado muchos otros, en particular varios tuners de TDA pero a la larga o corta la solución mas efectiva es éste a pesar que su precio es un poco mas elevado.

El trabajo con el proyecto PixiePi (objeto de una entrada reciente) me permitió sortear un obstáculo de mas de un año de antigüedad, como procesar las señales en tiempos que no generaran retardos incompatibles con los modos digitales de baja señal, los cuales son extremadamente sensibles a la sincronización temporal entre transmisor y receptor. De ese proyecto terminé con una librería propia y reusable con un kit de herramientas de procesamiento digital de señales (DSP) para generar filtros, diezmadores, interpoladores, filtros de rotación de cuadratura y otros.

Por otra parte el proyecto de la baliza WSPR me familiarizó con una placa provista por TAPR que actúa como "sombrero" (hat) o "escudo" (shield) de una Raspberry Pi y tomando la salida del GPIO4 realiza el filtrado de la misma y su amplificación hasta un nivel de unos 20 dBm (100 mW), la salida de RF tal como es generada por la librería librpitx es una forma de onda cuadrada, muy rica en armónicos a la cual no se le puede extraer mucho mas que 10 mW, que expone demasiado la placa a problemas de estáticos en la antena y que requiere mucho filtrado; todos problemas solucionados con éste shield.  Todo integrado termina en un ecosistema OrangeThunder  y puede encontrarse todo el ecosistema relacionado en GitHub (link) que incluye un conjunto de programas, el hardware necesario, como se integran los distintos módulos e incluso un diseño 3D para el gabinete. un conjunto de programas. El principal programa comparte en realidad una cantidad de código con el ya mencionado Pi4D. Ese programa  se denomina Orange Thunder for Digital (OT4D) y es capaz de tomar una modulación de señal digital, reproducirla y recorrer el camino inverso. Para lograrlo se utiliza ecosistema de varias placas integradas entre si, una interfaz de sonido gestionada mediante la librería ALSA, una placa Raspberry Pi 3B con la que se genera la señal modulada en RF con una salida de 10 dBm y en recepción se realiza la demodulación, una placa TAPR que aporta en transmisión filtrado y amplificación a 20 dBm y un dongle RTL-SDR como downconverter y unidad de conversión analógica-digital. 

Vale la pena describir como funciona el sistema en su conjunto. En recepción la señal de antena es alimentada por un relay de conmutación a la entrada de antena del dongle RTL-SDR; convenientemente programado en parámetros de muestreo y frecuencia el mismo produce una señal en cuadratura a 1.2 MSamples/seg (o sea mas de un millón de pares de valores). Para éste proceso se usa una librería, la mejor librería para gestionar el dongle es la denominada rtlsdr Osmocom (link), uno de cuyos programas es denominado rtl_fm y es capaz de sintonizar múltiples modulaciones en cualquier frecuencia dentro del rango admisible por el dongle. Para ajustar sus funciones a éste proyecto modifico el programa de manera de controlar en forma externa la frecuencia de operación (sin tener que parar y arrancar el programa) y agregar otras funciones tal como lectura de nivel de señal. Se menciona a menudo que el dongle RTL-SDR funciona por encima de 30 MHz y que para operarlo por debajo requiere un módulo down-converter. Eso es parcialmente cierto. En el rango de HF, por debajo de 30 MHz en todo caso el dongle requiere usar el llamado modo 2 (conversión directa) por lo que en realidad entrega dos señales espejadas a ambos lados del oscilador local, como en cualquier receptor de conversión directa. Pero a mas de un millón de muestras el teorema de Nyquist-Shannon nos indica que el ancho de banda será de unos 600 KHz a cada lado, por lo que es razonablemente fácil discriminar las señales, mas fácil en todo caso que lo que es hacerlo cuando las señales están mucho mas juntas como en el caso de un receptor de conversión directa en el rango de audio. En todo caso colocando la frecuencia a la que se ubica el oscilador local (o LO por Local Oscillator) del dongle ligeramente fuera de banda, nos podemos concentrar que se tomará por arriba de la misma con cierta facilidad. La separación permitirá además el filtrado en forma mas sencilla. En realidad de toda esa banda sintonizada originalmente  mediante filtrado y diezmado se retiene solo un par de KHz alrededor de la frecuencia de sintonía. Una vez que se reduce el ancho de banda carece de sentido seguir procesando millones de muestras por segundo y hay que pasar a solo algunas miles con lo que el resto del tratamiento de la señal es menos demandantes. Entonces la señal es procesada primero por rtl_fm, el resultado por un procesador especial y finalmente el resultado, ya una señal de audio a esa altura, puesta a disposición de los programas mediante el programa aplay, el cual es parte de ALSA. 

La señal de audio puede ser mandada a un par de parlantes o alimentada a otro programa mediante un "virtual cable" provisto por ALSA, snd_aloop en éste caso cumple ese role. Con la configuración apropiada WSJT-X recibe la señal de audio como si estuviera conectado a la salida de un transceptor convencional y puede hacer su propia magia a partir de alli. El transceptor en si no participa en la demodulación de la señal, cualquiera sea ésta, lo hace el programa respectivo. Uno puede ver la señal en la banda pasante, puede manejar el transceptor mediante comandos CAT, lo puede encender o apagar con el test de PTT y todo lo que haría con un transceptor, solo que no hay transceptor. Solo hay software.

Para la transmisión se hace algo similar pero a la inversa. El programa que genera la señal digital, nuevamente WSJT-X por caso, genera la banda base de, digamos FT8, como una señal de audio la cual se hace disponible mediante un "virtual cable" para el programa arecord de ALSA. Su salida es procesada digitalmente por una librería del proyecto que implementa algoritmos de procesamiento digital de señales con muy baja huella de procesamiento con los que se generan señales en cuadratura I/Q para USB, las que son alimentadas a funciones del programa librpitx (una versión modificada del programa sendiq del paquete rpitx en realidad), el cual genera la señal de RF en la frecuencia indicada. La señal de RF es emitida en realidad por el puerto GPIO4 como una onda cuadrada de unos 3.3V pep capaz de entregar unos 10 mW sobre una carga de 50 Ohms. Para que esa señal sea usable, y legal, es amplificada y filtrada extensivamente por una placa TAPR. Esa última limita la banda de operación, en éste prototipo a 20m, pero hay modelos para otras bandas. No es difícil hacer shields para bandas diferentes, no es mucho mas que un amplificador simple a FET y un filtro pasabajos mas o menos agudo. 

¿Que se obtiene con eso? Un transceptor de 100 mW capaz de operar en los distintos modos digitales. ¿Para que sirve en, por ejemplo, FT8? Bueno, depende, con la antena correcta y la propagación correcta para comunicar con cualquier parte del mundo en realidad. 

Mi baliza WSPR/FT8 tiene registros de todos los continentes. Lo usual son reportes locales o regionales (5000 Km o menos), pero con frecuencia se reciben reportes continentales (USA, Canadá) o globales. Nada impide agregar una etapa de amplificación mas para tener una salida de 1W con lo lo que las perspectivas mejoran aún mas.

La antena se conmuta con un relay, el cual es controlado por un pin del GPIO, el cual es activado por el programa cuando pasa de recepción a transmisión. Y eso puede ocurrir por un comando de CAT, por utilizar el sistemas VOX o por un PTT físico (el cual es sensado por el programa).

En la práctica el comportamiento en el aire superó las expectativas, el transceptor digital tiene buena performance de recepción y permite hacer contactos locales prácticamente sin restricciones (con 100 mW). Los contactos regionales dependen, como es de esperar, de una combinación de buenas condiciones, con cierta pericia operativa y con ausencia de otras señales de interferencia; pero ciertamente ocurren y con mas frecuencia que lo que se podría suponer. Se deberían esperar señales reportadas -10 dB respecto a lo reportado con la estación "convencional" de 1W, y realmente la relación se mantiene, por lo que en general podré trabajar estaciones a las que escuche a -10 dB o superior, nada imposible con condiciones promedio.

El proyecto fue complejo (y divertido) de desarrollar, aunque no es complejo de reproducir una vez que se cuenta con los esquemas y el software (incluso hasta la cajita para imprimir en 3D). La experimentación adicional que se puede hacer, tanto en el lado del software como del hardware puede derivar en múltiples direcciones. Con el procesamiento adecuado y pocas modificaciones es posible emitir en SSB (la Raspberry Pi tiene cierta capacidad de modular en amplitud el voltage de los pin GPIO), y por supuesto todos los otros modos digitales.

¿Si me dio gusto terminar el proyecto?..... ¿Quien dijo que el proyecto terminó?

El Pi4D de LU7DID

Una derivación interesante del proyecto PixiePi por la experimentación que me permitió hacer fue el desarrollo de software que denominé Pi4D (Pi para Digitales). En modo recepción el proyecto no tiene nada especial, el transceptor Pixie (y por lo tanto el PixiePi) opera como un receptor de conversión directa, por lo tanto el audio resultante se alimenta a la placa de sonido de (otra) PC corriendo WSJT-X y se recibe, sorprendentemente bien para lo que es la placa Pixie en cuanto a complejidad. Para transmitir es otra historia. WSJT-X genera los distintos modos de baja señal como una banda base de audio, el cual alimentado a un transceptor de SSB convencional (usualmente en USB) permite emitir en el modo digital que sea (WSPR, FT8, etc).  Pero sucede que el PixiePi no es un transceptor de SSB, lo es de (originalmente) de CW. En principio el que tenga un amplificador clase C no es un problema, las señales digitales de baja señal son variantes de PSK que no transmiten información en la amplitud. Los problemas a vencer sin embargo son dos, como procesar las señales en banda de audio para modular con ellas la generación de RF y como lograrlo dentro de los límites de potencia de procesamiento de una placa RaspberryPi Zero (que es relativamente pequeña). Primero intenté procesando en base a la librería CSDR que usé con anterioridad para implementar ideas y prototipos de un transceiver digital para señales débiles ("Transceptor para señales débiles bit a bit"). Mal que me pese ese fue un callejón sin salida, la potencia de procesamiento de un Zero no es suficiente, el principal problema es que produce un retardo de aproximadamente dos segundos en la señal y eso es suficiente para que FT8 funcione mal o no funcione. Analizando donde se consumía el tiempo observé que era en el procesamiento de CSDR, y que su estructura de funcionamiento mediante el "pipe" entre distintas instancias del programa para distintas funciones introduce mucho procesamiento adicional ("overhead") moviendo datos. Asi que tomé mano de una serie de librería de datos que desarrollé hace tiempo basadas en el código de Taka Inoue (JI3GAB) originalmente en Java las que modificadas y adaptadas utilicé desde hace tiempo en otros proyectos, en mi versión éstas son librerías escritas en C, muy pequeñas y eficientes capaces de implementar diferentes filtros FIR, diezmador, interpolador y filtro Hilbert; como bonus implementé el análisis de la energía en la banda base de la cual se pueden derivar los eventos necesarios para un control por VOX. Es decir, los componentes necesarios para procesar cualquier señal con técnicas DSP. Implementé con ellos los pasos necesarios para generar un par de señales I/Q desde la banda base entregada por WSJT-X, por medio de las muestras entregadas por el paquete ALSA, para finalmente utilizar los modos de modulación proporcionados por la librería librpitx. Con ese procesamiento el transceptor PixiePi se podía usar como cualquier otro transceptor para emitir WSPR o FT8, y especialmente con ese último tuve resultados sorprendentes. El PTT del transceptor puede ser hecho tanto por control VOX (con la librería DSP) o mediante un PTT lógico por medio de un comando CAT implementado emulando el soporte de comandos del Yaesu FT817. Dado que el transceiver en si ya estaba despulgado y en funcionamiento todo el desarrollo fue mayormente de software, mostrando que de alguna manera había sido una buena decisión el salto a una plataforma mas potente, éste proyecto no hubiera sido posible en una plataforma Arduino. Al mismo tiempo muestra que pese a tener que cuidar la optimización del software la relación precio-performance de un Raspberry Pi Zero lo hace ideal para experimentar, no es una placa cara y su capacidad permite tener acceso a librerías de funcionamiento y desarrollo muy potentes, por no decir que se utiliza como generador de señales de RF (síntesis directa) y procesador de señales. Proyecto interesante y relativamente fácil de duplicar.

El PixiePi de LU7DID

 En entradas anteriores de éste blog he referido al proyecto en curso al que denominé "PixiePi" (contracción de Pixie y Raspberry Pi), del que he dado algunos avances de proyecto en éste blog (link). Siempre me fascinó el diseño llamado Pixie (que significá duendecito en inglés, para los cinéfilos también es el nombre de la compañerita alada de Peter Pan). Muchas entradas de mi blog anterior en LU7HZ también refirieron a variantes de éste diseño, tanto propias como ajenas. El principio de funcionamiento es sorprendentemente simple, un oscilador a cristal al que sigue un amplificador de RF, el amplificador en recepción se lo priva de corriente por lo que se comporta como un detector, la señal detectada se amplifica en audio con un integrado LM386. Al manipular la salida es capaz de aumentar la corriente manejada y se transforma en un emisor de telegrafía de potencia QRP, de acuerdo al diseño puede ir desde algunos centenares del milliwatts hasta un par de watts según el diseño.

El diseño es tanto elogiado por su simplicidad como denostado por sus limitaciones, que son muchas. En la práctica uno lo construye, hace un contacto de prueba (normalmente acordado previamente con algún amigo) para ver como anda, recibe un reporte sorprendente para la simplicidad y luego solo lo usa en ocasiones especiales (demostraciones, cursos y contactos muy esporádicos) porque casi todas las referencias a las dificultades en su uso son correctas. Gil (F4WBY) hace un review en su canal bastante ajustado a lo que refiero antes (link).  Por eso, y desde hace algún tiempo fui desarrollando un prototipo mediante el cual mediante el uso de la librería librpitx construí un programa para la placa Raspberry capaz de proveer una serie de funciones propias de un transceiver de gama mucho mas alta. Entre otras funciones están no solo capacidad de sintonía en toda una banda sino también VFO dual, operación dual, RIT, offset variable, Keyer directo o íambico, distintos modos de potencia y varios modos de operación. Todas esas funciones no cambian que no importa que sofisticado sea la generación de señales, no deja de estar seguido de un amplificador simple de RF y un filtro pasabajos relativamente ancho. Las funciones son relativamente simples, no hay procesamiento de señales ni demodulación involucrada, solo generar señales en una frecuencia fija (que se va cambiando según el modo de operación). El diseño empezó con una placa Arduino Nano controlando un DDS basado en el AD9850 y posteriormente el muy versátil Si5351. Llegué con el proyecto a terminar un "frankentipo" funcional que me permitiera desarrollar el microcódigo y con el que incluso llegué a hacer algunos (pocos) contactos. El desarrollo de sistemas embebidos es muy divertido porque el hardware no hace nada sin el software, pero el software no se puede desarrollar sin el hardware, asi que se establece un progreso "iterativo". El proyecto, sin embargo, empezó a mostrar algunas limitaciones. Mover un DDS con una placa Arduino y agregar algunas pocas funciones por decirlo de alguna forma "sobra". Es un excelente modo, por ejemplo, de convertir viejos BLU de bandas comerciales a bandas de aficionado. Programar un DDS, variar su frecuencia, incluso agregar unos pocos "chiches" como VFO múltiple, split y hasta un manipulador es muy facil. Pero mi proyecto era un poco mas ambicioso, incluía poder hacer una una baliza en varios modos, PSK31, RTTY, modos digitales como WSPR o FT8, e incluso algunas funciones de procesamiento digital de señales. Y esas funciones por un lado quedan cortas en un procesador relativamente chico y lento como el ATMega328 en la, relativamente pequeña también memoria de trabajo, la que rápidamente se mostró demasiado pequeña para el tipo de proyecto que tenía en mente. La arquitectura además requiere o hacer un programa que tenga todas las funciones o reprogramar el Arduino "flasheandolo" con cada microcódigo especializado que se necesite. Luego de darle muchas vueltas al problema con soluciones parciales terminé tomando una ruta un tanto drástica. Desde hace ya algún tiempo muchos de mis experimentos y desarrollos los vengo haciendo en la plataforma Raspberry Pi, y la diferencia es de órdenes de magnitud en potencia de procesamiento, memoria, versatilidad y herramientas disponibles. La diferencia en costo existe, pero no es tanta para una escala de pocos proyectos personales "únicos". Asi que di el salto y migré casi la totalidad de mis experimentos a Raspberry Pi. Y para proyectos de éste tipo a una Raspberry Pi Zero W. Finalmente el desarrollo terminó su evolución y completé un prototipo funcional al que denominé como expliqué antes PixiePi. El proyecto completo está en el sitio GitHub de LU7DID (link). El proyecto termina siendo un pequeño "ecosistema" tecnológico que incluye el prototipo de hardware, el software, las modificaciones a un kit simple que se adquiere en proveedores chinos y hasta la caja para ser impresa mediante una printer 3D. Cada uno de esos puntos requieren muchas horas de desarrollo, "debugging" y documentación. El proyecto medró por bastante tiempo a un ritmo muy lento en base a las (pocas) horas que le podía dedicar en tiempos normales, pero el contexto de la pandemia global y la cuarentena muy larga y rígida que tiene lugar en Argentina aportó algunas horas adicionales aunque mas no sea por falta de alternativas en los horarios que no trabajo. Como resultado pude darle al proyecto un "pulso" de horas que lo sacó adelante. Entre las funciones que la mayor potencia de procesamiento me permite pude incluir un control CAT (Computer Aided Tuning) emulando los comandos del Yaesu FT817 (lo que parece ser el standard en todos los diseños de aparatos no comerciales que implementan CAT). Encontré que la performance del transceptor es bastante buena además de en CW en la recepción de otros modos digitales (es, también, bastante ancho como para recibir en buena forma señales de fonía). Pude así desarrollar o adaptar programas para PSK31, RTTY o SSTV. Incluso algunas pruebas en SSB muestran que a pesar de ser un amplificador clase C el control de envolvente dá una señal legible, comparable a la distorsión que introduce un compresor. En particular WSPR y FT8. El recibir me llevó a pensar sobre la posibilidad de también transmitir en esos modos, lo que no resulta difícil pues he experimentado bastante con balizas de esos modos. Y efectivamente funciona muy bien (dentro de los límites del receptor y transmisor). La construcción y exitoso uso, en un proyecto no relacionado, del kit D4D de CRKits, cuya performance me sorprendió muy gratamente (entrada en el blog comentando el proyecto aqui). O sea que uno lleva una PC para correr WSJT-X, el transceiver D4D con alguna antena pequeña y puede operar en FT8 en la banda de 20 metros con una huella portátil muy pequeña. La huella del PixiePi es mas grande que la del D4D, pero eso es porque el prototipo tiene espacios generosos para poder trabajar con comodidad, un display LCD y otros controles. Si se prescinde de todos esos aspectos de interfaz y se gestiona igual que el D4D, con alguna versatilidad mayor, via el CAT el tamaño posiblemente podría ser aproximadamente el mismo. El principal limitante para el proyecto es que para recibir con WSJT-X no hay que hacer nada, pero para transmitir se necesita tomar una señal de audio y manipular su banda base para emitirla en la frecuencia de trabajo. Ese proyecto terminó siendo muy interesante y dió como resultado al programa Pi4D (también disponible en GitHub). Tuve que desarrollar y adaptar un procesamiento de señales optimizado para que fuera viable en una Raspberry Pi Zero, ya de por si exigida para generar la señal de RF, pero finalmente el resultado fue exitoso, mostrando el potencial de la plataforma para experimentar.

El Pixie no deja de ser sorprendente, en cualquiera de sus encarnaciones, por su potencial de experimentación.

La larga marcha del Xiegu X5105 de LU7DID

 Finalmente tengo en la estación el transceptor Xiegu X5105, pero me costó bastante trabajo y una larga trayectoria en un contexto dominado por la pandemia y las dificultades que eso acarrea a toda suerte de logística, parte del problema no fue la pandemia excepto que se trate de una de distintos tipos de estafadores. 

Xiagu X5105

Pero vamos por partes dijo Jack.

Empecé a leer sobre éste transceiver hace un poco menos de un año, en general un aparato hecho en China tiene que ser muy bueno para recibir buenas revisiones en medios americanos, hay una especie de chauvinismo de lo japonés en aparatos de radio. Es cierto que (como le pasó a Japón en la década del '60) los primeros productos sofisticados de origen Chino eran malas copias, rozando lo ilegal en cuanto al respeto de la propiedad intelectual de origen, seguidos de aparatos originales con una enorme cantidad de defectos de fabricación seguidos en, lo que en la presente generación, son dispositivos novedosos y tecnológicamente avanzados a un precio muy competitivo. Creo que pasa con China lo mismo que también pasó con Japón en su momento, empezando sin demasiada mochila saltan directamente a productos "state of the art" sin tener largas transiciones entre lineas de productos, muchas veces impulsadas por la necesidad de amortizar el I+D de desarrollos previos, límites en la cantidad de nuevo I+D y la afinación de las lineas de producción. Cuando veo productos de Yaesu, Kenwood o ICOM veo décadas de robustez para diseñar productos pero también veo tecnologías que no son "state of the art" excepto en temas muy puntuales. Los productos de origen chino, en cambio, son innovadores, usan técnicas de fabricación un tanto menos robustas pero diseños tecnológicos avanzados y, de vuelta, un costo muy competitivo. Nada mejor que una comparación rápida que es inevitable, en aparatos QRP portátiles nada, enfatizo nada, supera en mi opinión al Yaesu FT-817. Tengo uno hace casi 10 años y lo he operado en las condiciones y lugares mas inimaginables, con buenas y malas antenas, buenas y malas locaciones, buenas y malas fuentes, potencias de casi 10W y de 100 mW, en UHF, VHF, 6 metros y todas las bandas de HF, a baterías y con fuentes, en móvil en portátil o fija. Vara altísima en mi opinión. El Xiegu X5105 tiene similar cobertura de modos y bandas de HF junto con 6 metros, pero no tiene ni 2 metros ni 70 cms. En contrapartida tiene un procesador DSP muy completo, filtro notch, buena recepción y un sintonizador automático. Esto último un enorme plus en un equipo portatil donde las antenas nunca sobran, y son mas bien precarias. Ultimamente había sorteado mi gusto recientemente adquirido por las antenas tipo EFHW o long wire (que siempre requieren un sintonizador pues presentan impedancias del orden de centenares de ohms al transceptor) con el hecho que el FT817 no lo tuviera mediante el agregado de un transmatch de QRPGuys (citado en una entrada anterior), el cual dicho sea de paso funciona fantástico. El Xiegu puede además utilizarse como una especie de handy grandote pues tiene micrófono incorporado, habrá que ver que tan práctico es eso en un uso real. Lo vi utilizado en el canal del Youtube de Paul OM0ET (link al video del Xiegu) a quien sigo con mucho interés por sus videos muy interesantes sobre actividad en el campo, antenas y transceptores para ese tipo de operación. El transceptor también tuvo muy buenos comentarios en otro canal que sigo, el de Julian OH8STN  (link al video aqui) un cultor de los sistemas a poner en funcionamiento para operar en condiciones de emergencia "off grid" (fuera de la grilla), no tenemos por ésta parte de Argentina condiciones tan extremas como las que muestra Julian pero aún así sus videos son una fuente inagotable de inspiración sobre proyectos y sistemas.

Luego de tratar de comprarlo localmente y en portales internacionales finalmente pude hacer una transacción exitosa que me llegó hace pocos días. La trayectoria de la transacción fue algo tortuosa e incluyó dos compras fallidas en Mercado Libre (solo puedo recomendar como aprendizaje precaución en las compras en ese medio en el que prometen que traerán la mercadería, suelen ser estafas lisas y llanas). Una compra fallida en eBay con un vendor chino tramposo y la exitosa compra en una casa establecida en USA que honró todos los compromisos que tomó.

Primera impresión, muy robusto. Segunda impresión, viene con todos los cables y accesorios necesarios para conectarlo completamente en todos los modos. Tercera impresión, muy lindo micrófono (y se los dice uno que usa poco los micrófonos). Los controles y el esquema de uso muy intuitivo (a diferencia del mcHF que es tan complicado que cada vez que lo uso tengo que repasar el manual para cambiar la configuración), aunque debe contar que observé muchos videos donde lo usaban al punto que ya me era familiar antes de tenerlo.

La puesta en marcha del aparato es bastante sencilla, en cuestión de minutos ya estuvo en funcionamiento en fonía con el cual hice un contacto inaugural con Lucía (LU1CIA) entregando certificados para el día del niño, no soy afecto a los certificados pero la prueba fue excelente pues hice el contacto (unos 30 Km) en 40 metros con un poco menos de 3W de potencia sobre la antena dipolo rígido. Muy buena operadora, una niña, impecable, un placer haber hecho el contacto. Viejos carcamanes que dicen que la radio se está muriendo ¡in your face! Lucía muestra que nada de eso.

Ahora estoy en el proceso de hacer las conexiones para operarlo en CW y en FT8, los modos que seguramente serán los habituales para este aparato, el primero porque es el que mas hago y el segundo porque es en el que seguramente operaré mas a menudo en portail (cuando acabe toda la locura de cuarentena en la que estamos). Es importante contar con el extensor Xiegu CE-19 Data Interface para realizar las conexiones de audio y señalización mediante el puerto de accesorios. En mi caso vino con el aparato, pero en algunas ofertas se vende por separado; es engañoso porque parece que vendieran al aparato mas barato pero es porque no incluyen la interfaz, la que cuesta entre USD 30 y 40 mas el costo de transporte e impuestos.

Actualización: finalmente completo el simple cableado necesario para operarlo en CW y modos digitales en general (en especial FT8) muestra un muy buen rendimiento, interesante capacidad de configuración de filtros y niveles de señal en todos los canales de entrada y salida.

Dio muchas vueltas para finalmente terminar en mi estación, pero eso tiene de bueno que lo desee mucho, y ahora finalmente lo tengo. ¡Solo queda usarlo!

LU7DID "Off GRID"

En éste fin de semana transcurre en USA el legendario "Field Day" organizado por la ARRL. El mismo es una mezcla de actividad lúdica, con despliegue de capacidades técnicas, con evento de relaciones públicas donde los radioaficionados concurren a lugares públicos como parques o incluso plazas para hacer contactos con otros. El eje dominante del evento es comunicar desde la perspectiva de hacerlo en emergencia, es decir lo que se denomina en inglés "off grid" (desconectado de la grilla, eléctrica). Hay distintas categorías de participación basado en la potencia, el modo y el tipo de energía utilizado. Pero en general se trata de operaciones con energías alternativas, en particular eólica y solar. Se puede participar en el evento desde Argentina pues el mismo está abierto para paises de IARU Región 2 (Américas). 

Sin embargo lo importante es el espíritu y el impacto. El planear una configuración que pueda utilizarse en condiciones de emergencia, a menudo en condiciones de portátil o móvil, implica una cierta preparación de antenas, equipos, fuentes de energía y otros recursos de soporte tales como carpas, muebles y materiales consumibles. El evento mas allá de la diversión que pueda implicar para los participantes, un objetivo suficiente en si mismo, tiene además el beneficio que el público en general observa a los aficionados comunicando y se interesa sobre lo que hacen, ayudando a contestar la difícil pregunta sobre que hacemos y porque lo encontramos divertido. En nuestro país han circulado bocetos de iniciativas pero no han catalizado hasta ahora en un evento en concreto, lamentablemente agrego. Incluso en éste mundo raro gobernado por las precauciones por la pandemia hay espacio para poder participar en éste tipo de evento. Julian (OH8STN), un conocido cultor de la actividad "off grid" desde Finlandia reflexiona en una nota (link) que pese a las restricciones siempre se puede disfrutar del evento trabajando aunque sea desde el mismo jardín de nuestra casa. En el Hemisferio Norte es una proposición atractiva puesto que ya es verano, no lo es tanto en el Hemisferio Sur donde el invierno muestra sus dientes. 

Pero el espíritu no sabe de detalles y bien se puede intentar probar una configuración de emergencia, sin necesariamente la parte de la emergencia ni la parte del frio y la lluvia. En entradas anteriores he compartido pruebas con distintas antenas portátiles, en especial antenas de hilo (long wire, random wire y EFHW), loop magnética (una antena que tengo que seguir desarrollando) y antenas tipo whip reducidas como las que siempre he llevado en viajes. Es natural utilizar una de esas antenas en un "field day" vernáculo, aunque sea casero. Para el caso usaré la "random wire". La configuración portátil es un Yaesu FT-817 y una pequeña netbook de ensamblado local (poco menos que una tableta con teclado) con todo el software de comunicaciones cargado. Pero me concentré en modos de baja señal, en particular FT8, el que creo que es ideal para operar en condiciones portátiles, de emergencia, con antenas "precarias" y baja potencia. En realidad FT8 es un modo que solo permite contactos "estructurados", con el cual no es posible pasar el tipo de mensajes que por ahi es esperable en una emergencia. Pero si la estación comunica bien en FT8 también lo hará en JS8CALL, que es un programa de mensajería general montado sobre el protocolo de baja señal de FT8 por lo que la configuración será igualmente apropiada. Solo que hay mas estaciones en FT8 por lo que a los efectos de la prueba es mas fácil hacerla. Las antenas de hilo de éste tipo necesitan un sintonizador, para lo cual uso el kit multi-tuner de qrpguys.com el cual es ideal para operar con bajas potencias.  Los modos de baja señal requieren una base de tiempo muy precisa para funcionar bien, el límite del sistema es aproximadamente 2 segundos de tolerancia. En condiciones normales se sincroniza dentro de un margen de unos pocos milisegundos mediante el protocolo NTP conectando con uno de los varios servidores de tiempo disponibles usando la conexión de Internet. Es discutible si la conexión de Internet estaría disponible en condiciones de emergencia, incluso emergencias "de mentirita" como éstas aunque siempre se puede alimentar el router WiFi desde la energía de emergencia (deteriorando un poco el balance de energía disponible).
Se puede lograr el mismo propósito utilizando el teléfono celular como "access point"  de Internet usando la red 3G. A los efectos de la prueba sería mas que convincente, pero en una emergencia real es discutible que tan sólidamente se puede contar con la telefonía celular, en la última situación de emergencia que tuve fue el corte generalizado de energía en Argentina que duró varias horas y donde al cabo de un par de horas el servicio de telefonía celular empezó a fallar. Hay referencias que en emergencias reales, por ejemplo el terremoto 8.8 de Chile de hace algunos años, la telefonía celular desapareció en instantes. Asi que solo como cotillón de una situación donde no haya telefonía celular probé el receptor GPS/GLONASS USB, el cual aparte de servir para saber la posición, cosa relativamente poco útil de hacer continuamente si uno está operando desde el mismo lugar sin moverse, sirve para establecer una base de tiempo de alta precisión y "disciplinar" el reloj de la computadora con que esté trabajando. En el caso de la Raspberry Pi si se usara para generar RF también sirve para disciplinar el patrón de frecuencia. O sea que también probé esa configuración, la cual es otra parte de la estación portátil que opera con 5Vcc, en éste caso alimentados desde el computador.  Resta la parte mas divertida, el sistema de energía alternativo.
Dispongo de un pequeño generador de 1KVA a nafta, pero me pareció una atrocidad ponerlo en funcionamiento para ésta prueba. Asi que hice una configuración basada en energía solar. El mismo opera alrededor de una batería de gel que entrega 12V@7Ah, o sea unos 80W en una hora, mas que suficiente para operar en potencias QRP aunque sería deseable poder operar por bastante mas tiempo que ese. En la configuración que uso, con alguna oportunidad de mejora, la laptop la alimento con 220Vca para lo cual uso un inversor estático de tensión. Eso no es particularmente eficiente, cada dispositivo que se pone en la cadena de energía termina teniendo una eficiencia casi nunca mejor que el 90% (y en ocasiones bastante peor). Claramente la laptop podría ser alimentada por su batería y cargada desde una fuente de 5Vcc, la cual incidentalmente es provista por el regulador de carga del panel solar. En éste caso también saco 5Vcc para otro uso (¿linterna? ¿cargar celular?) desde un cargador común de 220Vca-5Vcc. Nuevamente, todo mejorable, posiblemente con los cables correctos se puede correr toda la configuración desde un bus de 12Vcc a la salida del regulador de carga (soportado por la batería) y con los 5Vcc provistos por éste.
El equilibrio de potencias es que el FT817 consume 0.25A (3W) mientras está con el receptor silenciado (squelch), 0.45A (6W) en recepción y 2A (24W) en transmisión a 5W de potencia de RF. En FT8 el ciclo de trabajo es aproximadamente un 50% (peor caso) o sea que la potencia media es de 15W, la laptop consume 5V@2A o sea 10W por lo tanto la estación funcionando a full consume 25W. Un panel de energía solar de 20W es capaz de entregar algo mas de 18V a algo mas de 1A iluminado en condiciones ideales, se tiene que utilizar un regulador de carga, el cual tiene cierta pérdida de potencia por lo que quedan 18W disponibles para cargar la batería o entregar a una carga. O sea que la configuración tiene un deficit neto de 7W/hora, por lo que descarga lentamente la batería al cabo de aproximadamente 11 horas. En realidad dura algo menos, primero porque la eficiencia de todas las conversiones no es 100%, segundo porque no hay 11 horas de iluminación en ésta parte del año y finalmente porque el ángulo de iluminación no siempre es perpendicular y por lo tanto la eficiencia de entrega de potencia de los paneles no es máxima durante todo el día.
La batería por si sola puede entregar 3 horas de operación en ésta configuración si está completamente cargada al comienzo. Asi que hay varias estrategias posibles. Una es operar en forma continua usando el panel como "retardador" de descarga, otra es disminuir el ciclo de trabajo; operando la mitad del tiempo, o recibiendo mas que lo que se transmite por ejemplo. Con medidas de ese tipo el panel debería bastar para operar durante el día y quedarían aún un par de horas de obscuridad o mala iluminación que pueden ser soportadas por la batería. Claramente éste balance se puede mejorar mucho, Julian insiste mucho en usar una Raspberry Pi como computador para éste tipo de configuraciones. Pero es relativo, si bien la Raspberry Pi consume solo 5W, lo que conduciría a un balance casi totalmente positivo (20W vs. 18W disponibles) con un consiguiente alargamiento de la capacidad operativa, en la práctica hay que o usar un teclado/monitor con la Raspberry Pi para operarla o hay que accederla por SSH desde otra computadora; ambas alternativas terminan gastando igual o mas que usar directamente una netbook como soporte computacional. Por supuesto que me aburrí de hacer contactos en FT8 con ésta configuración durante la tarde (panel alimentado en 90 grados por el sol en la ventana de mi shack), en 20, 30 y 40 metros. Queda para otra oportunidad probar ésta configuración también en 15 metros en otro horario con propagación mas favorable, pero seguro que no será la primera vez que ensayo ésta configuración, quizás con la excusa de mejorar las cosas que he mencionado como mejorables. 

MMana-GAL (mas lento no se puede....)

Experimentando con distintos tipos de antenas cortas para la operación portátil me entusiasmó la posibilidad de poder estudiar, en "teoría", como es el comportamiento de las distintas antenas bajo prueba al modificar los diferentes parámetros de construcción o instalación.

Comencé a usar el programa MMANA-GAL (link) creado originalmente por Makoto Mori (JE3HHT) y perfeccionado posteriormente por Alex Schewelew (DL1PBD) y Igor Gontcharenko (DL2KQ).  Este programa se basa en la aplicación de una técnica de matemáticas aplicadas llamada cálculo de elementos finitos. La técnica, conocida desde hace mucho tiempo, solo alcanzó su madurez, como muchos enfoques matemáticos basados en el cálculo iterativo en gran volumen, con la disponibilidad de recursos de computación muy económicos como los que disfrutamos hoy. La idea general es dividir el recurso físico bajo estudio, en éste caso los "hilos" de una antena, en un número muy grande de pequeños elementos (los "elementos finitos") calculando la influencia de ese elemento en todo el espacio que lo rodea e interactuando con otros elementos similares en los alrededores, si el número de elementos es suficientemente grande puede aproximarse en muy buena medida la interacción entre diferentes partes de un objeto que eléctricamente es un continuo, como lo es una antena. El concepto se extiende a otros tipos de componentes como fuentes de señal, cargas concentradas (inductores o capacitores), combinaciones LC, filtros y elementos distribuidos. El método requiere una descripción bastante profunda que excede el espacio y propósito de ésta entrada, puede leerse éste excelente paper de la UNAM (link) para una revisión de los principales conceptos. El programa MMANA-GAL no es el primero que los radioaficionados usan, lo precedió NEC2 en tal fin y con similar tecnológia, pero es muy atractivo porque es relativamente amigable de usar y la licencia gratuita es suficientemente potente como para simular la mayor parte de las antenas que podemos llegar a usar en radio con razonable exactitud. El uso del programa es mas simple que el de NEC2 como comenté, su interfaz gráfica permite trazar rápidamente los principales componentes de la antena (cables, generadores, cargas, etc.) en su ubicación en el espacio y conexionado entre si. Luego se puede ajustar con el grado de precisión que se necesite tanto con la interfaz gráfica como en las tablas de dimensiones que se van generando. El programa permite luego correr simulaciones de la antena en cuestión para distintas frecuencias, condiciones de terreno y materiales constructivos. Obteniendo el perfil de impedancias presentadas, ROE, Ganancia respecto a un dipolo, elevación y otros parámetros. Puede observarse cual es el diagrama de irradiación esperado. Un muy potente módulo de optimización permite analizar y ajustar diferentes parámetros de la antena tales como largo, valores de los acoplamientos y otros para optimizar algún resultado, por ejemplo ROE mínima. Sergio (XQ2CG) tiene un excelente canal de YouTube (link) dedicado a antenas donde proporciona un tutorial (link) sobre el uso del programa aplicado a varias antenas simples, adicionalmente explora diferentes diseños que va probando en cuanto a su comportamiento teórico. Sergio también ha creado un manual en español muy completo (link). 

Altamente recomendable. Es casi imposible aprender a usar un programa de ésta índole solo leyendo un tutorial, la secuencia de aprendizaje es hacer ejemplos simples y conocidos tales como un dipolo, una vertical de 1/4 de onda o una yagui. Para, una vez familiarizado con las funciones del programa empezar a evaluar antenas mas complicadas. MMANA-GAL viene con una librería de antenas realmente extensa, donde con un poco de suerte estará la antena que queremos evaluar y con un poco menos de suerte una parecida que modificandola sea lo que necesitamos. Así pude evaluar la antena Loop Magnética, una de las que me interesan, pues es parte de la librería que viene con el programa. Pero también hay una enorme cantidad de modelos disponibles en Internet, después de todo los diseños de antenas no son un secreto y mucha gente ha realizado evaluaciones antes que nosotros. Por ejemplo Andrew (SV1DKD) publicó un modelo para la End-Feed Half Wave (EFHW) que se puede asimilar facilmente a una long wire o una random wire (link), todo lo que pude evaluar con el modelo confirmó mi creciente certeza que es la mejor antena para condiciones portátiles, en especial si se trata de un lugar que tiene espacio libre. 

Finalmente construí un modelo desde cero para la antena Whip con carga inductiva en la base, la inductancia está construido por un modelo de printer 3D (ver foto), la inductancia tiene 30 espiras por lo que puede representar un valor máximo de 26 uHy, con un whip de 3 metros de longitud de aluminio puede sintonizar entre 40 y 15 metros con ROE por debajo de 2 mediante el recurso de hacer corto de cierto número de espiras. MMANA-GAL permite mostrar como es el ajuste pero también que clase de rendimiento se puede esperar de una antena asi, solo en 15 metros tiene una pérdida algo menor a 2 dB respecto a un dipolo (-1.5 dB). Pero en 40 metros la pérdida es de -17 dB, casi un factor de 50!, eso significa que si pongo 50W puedo esperar el mismo resultado en términos de señal que poniendo 1W en un dipolo bien cortado para la banda, contundente. 

Pero hay veces que es el precio a pagar en condiciones portátiles donde está completamente fuera de las posibilidades no ya instalar sino siquiera transportar una antena de dimensiones óptimas. En 20 metros es, quizás un buen compromiso, pues con -7 dB de pérdida respecto a un dipolo es aproximadamente una unidad S menos a igual potencia. Con modos de bajas señales o CW puede dar comunicaciones viables a nivel regional, no es poco. Otra carácteristica no siempre bien evaluada es el ángulo de partida, o mas en general, los lóbulos de irradiación. Claramente casi todas las antenas portátiles se comportan como NVIS, nombre elegante para "calienta nubes". Claramente en el caso de la antena Whip hay una mejora muy notable al ponerle radiales, y por cierto se puede jugar bastante con cual es la longitud óptima de los mismos. El módulo de optimización es realmente muy potente.
En los tiempos cuando tuve la primera exposición a "Lineas y Antenas" el Ing. Rodriguez nos enseñaba a hacer los rudimentos de éstos cálculos, a mano o a lo sumo con regla de cálculo o las primeras calculadoras programables para un puñado de puntos; en comparación éste tipo de herramienta parecen indistinguibles de la magia. René Lavand diría... "... mas lento no se puede". 

Propagación durante CQ WPX CW 2020

El amigo Tony (PY1AX) grabó un segmento de su participación en el concurso y en una parte del video aparezco (circa minuto 5:08), lo que fue una grata sorpresa (gracias Tony!). 

La propagación estuvo muy rara durante el concurso, hubo dos aperturas muy marcadas y breves (menos de una hora cada una) con Europa en la media tarde del Sábado y el Domingo respectivamente. No hubo run significativo con estaciones de USA con excepción de uno muy modesto el Viernes por la noche hora local. El Reverse Beacon Network (RBN) me reportaba (a mi y otras estaciones de la región) con valores muy altos de SNR y aún así la tasa se mantuvo misérrima en todo momento. Al mismo tiempo los cluster basados en reportes reales marcaban poquísima actividad entre Europa o NA y SA, por ratos largos incluso ninguna. A mi me reportaron solo un par de veces a mano aunque incontables veces me reportó el RBN. Las condiciones de propagación eran consistentes en cuanto a R/SFI con el momento en el ciclo solar que nos encontramos (pobrisimo), con quizás algo de actividad geomagnética que podría explicar el "soplido" tan molesto durante todo el concurso. Pensé incluso en algún problema en la estación pero por lo que puedo ver en el video de Tony realmente mi señal salía muy bien. No sé con que antena estaría trabajando el pero su equipo es de primera linea y tenía también dificultades para cerrar sus contactos (repetir múltiples veces el exchange) tal como me pasaba a mi. ¡Vaya uno a saber!

CQ WPX CW 2020

 Tal como ocurre tradicionalmente hacia fines de Mayo se viene el CQ WPX 2020 de CW. Una de las competencias mas importantes del calendario internacional y una con una impronta de multiplicadores que la hace única y para muchos mas divertida que los esquemas tradicionales.

En éste concurso los multiplicadores no solo siguen un patrón tradicional sino también cuentan los prefijos diferentes, por lo que un pais con múltiples estaciones usando prefijos especiales se puede tornar muy atractivo para la competencia aunque el pais en si no otorgue demasiado puntaje en concursos convencionales por ser parte del mismo continente.

Las condiciones de propagación siguen muy deterioradas en HF debido al tránsito por el mínimo del ciclo solar, ocurren por supuesto aperturas con antípodas pero son breves y ruidosas. Es todo un desafío elegir una estrategia razonable para una participación de Single Operator. Es probable que no justifique el esfuerzo un intento de tipo "All Band", las bandas mas altas es improbable que rindan tasas interesantes o si lo hacen que lo hagan por mucho tiempo; la tradicional ventaja competitiva desde el cono Sur en bandas altas está ciertamente negada por las condiciones de propagación.

Las bandas bajas, en cambio, lucen promisorias en horarios nocturnos, aunque son también algo ásperas de abordar para un esfuerzo "Single Operator", incluso un esfuerzo con intención medianamente competitiva. Analizando la propagación colectada por los beacons de 20 y 40 metros y el perfil de propagación en contactos FT8 (que suelen mostrar aperturas muy cortas y rápidas aunque no haya demasiada actividad) muestra que probablemente la banda de 20 metros sea una buena elección. Calculando las frecuencias relativas de contactos como un pronóstico aproximado (siempre aproximado y tentativo con la propagación, casi indicativo solamente) muestra que los horarios que prometen alguna actividad de cierta solidez no exceden las 25 horas en el período de 48 horas que dura el concurso, con entre 8 y 10 horas con la mejor probabilidad de tener tasas de contactos atractivas. Los pronósticos auguran que el grueso de los contactos vendrán de EU o NA, aunque NA suele en la práctica terminar dominando la propagación. El resto son contactos de tipo regional en SA misma, alguna apertura breve con AS y breves aperturas de baja probabilidad con OC.

La tabla adjunta muestra esas distribuciones donde celdas en color verde indican mayor probabilidad para un horario dado mientras que cuanto mas rojiza la probabilidad es menor. La columna CONDX refleja un promedio ponderado de todas las bandas a un horario dado, el resto de las columnas la frecuencia relativa de cada continente respecto de la actividad para ese continente en la duración del concurso. Solo una indicación preliminar para tener una idea de que esperar, como distribuir los tiempos y que expectativas desarrollar sobre el resultado. Al final del día la participación con mas o menos contactos es diversión, tan necesaria en éstos tiempos, pero con una tasa ágil es mas divertido por supuesto. ¡Suerte a todos los que participen!

El transmatch QRP de QRPGuys

Las antenas de hilo de distinto tipo con las que he estado experimentando recientemente tienen la característica de presentar una impedancia relativamente alta en el punto de alimentación; la misma va entre algunos cientos de ohms en el caso de las tipo random wire a algunos miles de ohms en el caso de una end feed half wave (EFHW). 

Para adaptar a la impedancia de salida de los transceptores que habitualmente operan con 50 ohms y a una linea de alimentación coaxial de la misma impedancia característica se usan transformadores UNUN (Unbalanced-Unbalanced) de relaciones de transformación que van de 9:1 para la random wire hasta 49:1 para la EFHW. 

El valor preciso de impedancia en el punto de alimentación varía de acuerdo a varios parámetros tales como las características del terreno, la altura de la antena, la frecuencia de operación e incluso la longitud del cable de alimentación. Es por eso que es necesario utilizar aparte del transformador UNUN un sintonizador de antena (transmatch). 

En mi estación uso dos, ambos modelos MFJ, uno para sintonizar la entrada del amplificador lineal Yaesu FLDX2000, lo que le otorga mucha estabilidad y un segundo para sintonizar antenas en la estación. Sin embargo, para operar en forma portátil quería un sintonizador que pudiera llevar facilmente lo que implica no desconectarlo cada vez que lo tengo que usar y que físicamente fuera pequeño. 

Hice pruebas con un kit sintonizador QRP del cual di cuentas en una entrada anterior, pero el resultado que obtuve no fue satisfactorio; en parte debido a defectos de construcción por la muy pobre documentación disponible y en parte por la pésima calidad de los componentes.

Probé entonces con el kit ofrecido por QRPGuys, especificamente el Multi Z Tuner 40m-10m el cual combina un tamaño muy pequeño con un costo razonable. 

Al recibirlo me encontré con la grata sorpresa de un kit muy bien presentado, con materiales de muy buena calidad y un sistema de construcción realmente bien pensado. El manual del armado es muy detallado, con múltiples puntos de control y fotos para verificar en pasos intermedios. El resultado es un transmatch sencillo, compacto y robusto. El aparato no tiene caja, simplemente la plaqueta de armado y una plaqueta a modo de frente, pero calculo que mas adelante no habrá dificultades en hacerle una caja acorde con la printer 3D, la cual es especial para este tipo de tareas a medida.

El principio de operación es un poco diferente al de los sintonizadores manuales habituales, la base de operación es un transformador de impedancias con sintonía capacitiva en serie; distintas alternativas de conexión seleccionables con diferentes llaves permiten la utilización de lineas balanceadas o desbalanceadas así como operar con cargas de alta y baja impedancia.

En modo "operación" el transformador se ubica entre el transceiver y la antena. En modo "sintonía" se coloca entre el transformador y el transceiver un circuito puente que presenta por un lado una impedancia constante al transceiver, protegiéndolo durante los momentos de la sintonía que hubiera una ROE alta, y al mismo tiempo mide la señal reflejada. El aparato usa un LED de alto brillo como indicador, pero su guía es muy aproximada. Como lo utilizo con transceptores que pueden medir ROE es lo que termino usando como indicador.

A partir de allí es posible ajustar el transformador a ROE mínima, logrado lo cual se pasa a modo operación y se quita del medio el circuito de medición. Los autores comentan que también puede emitirse con el circuito de medición en serie pero que se atenuará la salida significativamente, cosa que en potencias QRP nadie necesita.

Hasta ahora probé el sintonizador con la antena random wire en 40, 30, 20 y 15 metros en modo FT8 con muy buenos resultados. Seguramente al completar las pruebas le haré una caja y estará listo para operarlo en el "campo" como parte de la estación portátil. 

El sitio de QRPGuys tiene una cantidad importante de ofertas de equipos y kits especializados en QRP, cualquier costo en dólares es caro en Argentina en éstos días, pero los precios son accesibles para el buen material que ofrecen. 

Antena dipolo alimentada al extremo EFHW de LU7DID

En los últimos tiempos estuve experimentando bastante con el armado de una estación portátil para operar en el "campo" o, en general, poderla llevar conmigo a algún viaje y poder armarla con restricciones de espacio o energía.

En tal sentido, y como dan cuenta entradas anteriores, estuve experimentando con antenas de hilo de tipo "end feed" (alimentadas al extremo). Entre ellas las denominadas "random wire" (menos de una longitud de onda), "long wire" (una longitud de onda o mas) y "end feed half wave" o "EFHW" (media onda alimentada al extremo). De las dos primeras comenté sus caracteristicas en una entrada anterior. Le toca el turno ahora a la EFHW. Su ventaja es que se trata de una antena con aproximadamente las mismas características de irradiación que un clásico dipolo alimentado al centro, solo que al estar alimentado en un extremo se hace mas sencillo utilizarlo en configuraciones de espacio restringido, poca altura o asimetría entre los extremos. La única diferencia con un dipolo alimentado al centro es la impedancia de alimentación, el primero se alimenta en un punto de máxima corriente y mínima tensión, resultando en baja impedancia, típicamente 75 ohms. 

En cambio alimentado al extremo se trata de un punto de máxima tensión y mínima corriente por lo que la impedancia es muy alta, típicamente varios miles de ohms.

Por lo tanto para alimentar una antena EFHW es necesario utilizar un transformador de impedancia al igual que el caso de las antenas random y long wire, solo que en éste caso es necesario una relación de transformación mas alta, usándose típicamente una relación 49:1 o 64:1 con ese propósito. Pero tanto con una relación 9:1 (long/random wire) como EFHW (49:1) el ajuste de impedancia contra los 50 ohms que espera la salida de los transceptores típicos dista bastante de ser perfecto; de hecho el transformador solo tiene por propósito hacer un acople eléctrico entre linea de alimentación (normalmente coaxial)  y la impedancia que refleja la linea sobre la entrada del transceiver (la que dependerá de la longitud de la linea en relación a la longitud de onda de la frecuencia de trabajo). 

Es necesario entonces un transmatch para  completar el ajuste. En una entrada siguiente describiré la solución que utilizo, por ahora continúo describiendo la construcción del UNUN de relación 49:1. A uno le sale casi automáticamente llamarlo "balun", pero ésto significa "BALanced to UNbalanced" y en este caso se trata de una adaptación "UNbalanced to UNbalanced" por lo que el nombre correcto es "UNUN". 

Una relación 49:1 se obtiene con una relación de espiras de 7:1 o 14:2 dado que la transformación de impedancias es proporcional al cuadrado de la relación de espiras.

Para implementarlo se utiliza un nucleo de ferrite sobre el cual no se establecen a priori muchas expectativas, quizás se necesita algo de experimentación, lo mas importante es que a la frecuencia de operación sus pérdidas sean bajas. ¿Como saberlo? ... experimentando, pues en general no tienen una especificación clara excepto que se los compre especialmente en el exterior en firmas como Amidon (FT140-43 sería uno con especificación apropiada). El segundo factor importante es su sección, pues esta determinará la potencia que puede manejar, los mas pequeños (como el que uso en éste proyecto) solo son útiles para potencias QRP (5W o menos), para potencias de tipo 100W es necesario usar mucha mas sección o incluso apilar diferentes formas toroidales. Como mi estación portátil opera en potencias QRP es perfectamente válido utilizar un toroide recuperado de la etapa de salida de RF de un proyecto anterior. Para bajas potencias el capacitor de 100pF utilizado es uno normal de mica, pero en general los materiales utilizados deben revisarse para potencias superiores.

Las primeras dos espiras se entrelazan primario y secundario, a partir de alli se continua con el secundario solamente, hay una pequeña "trampa" de bobinado para que la salida de la antena salga para el lado correcto (que puede apreciarse en la figura). 

El diagrama eléctrico y una foto del bobinado pueden verse en las figuras adjuntas también.

El conjunto es armado con alambre esmaltado suficientemente grueso como para ser autosoportado con bastante rigidez, la construcción mecánica se basa en una caja creada con la impresora 3D a partir de un diseño existente en  thingiverse, lugar que dicho sea de paso es infaltable punto de parada ante cualquier proyecto doméstico, siempre tiene sorpresas agradables y a veces algunas no tanto.

El conjunto es suficientemente rígido y robusto como para utilizarse en la antena misma, se provee una interfaz mecánica sencilla a la cual adosar la antena de hilo, la conexión de "counterpoise" y la conexión para el cable de bajada coaxial. En este caso preferí utilizar un conector BNC pero podría hacerse con uno tipo PL. Por otra parte la caja puede sellarse lo suficiente como para operar en la intemperie preservando el interior. 

El montaje de prueba es por ahora en el jardin de casa en formato sloper entre un punto elevado y la ventana del shack, las pruebas fueron realizadas en 20m con un hilo cortado convencionalmente para esa banda y en el modo FT8. Los resultados honran la fama de "calienta nubes" o dicho mas técnicamente NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) de éstas antenas, pero la cobertura fue relativamente cómoda entre 2000-2500 Km en FT8 con una potencia de 5W, mas que suficiente para las expectativas. Seguramente voy a estar realizando pruebas adicionales en CW y otros modos digitales próximamente. Estoy seguro que con la suficiente perseverancia podré obtener distancias mejores con buenas condiciones de propagación. ¡Listo para salir!