Prove di ricezione DCF77


Ho utilizzato un ricevitore a conversione diretta collegato ad un'antenna in ferrite amplificata. Si tratta dei kit di N.E. per la ricezione di telefoto, che utilizzavo molti anni fa con un demodulatore collegato ad un Amiga 1200, leggermente modificati in modo da spostare in basso la banda di ricezione (in origine 90-160kHz, ho semplicemente aggiunto due condensatori in parallelo ai varicap di sintonia dell'oscillatore locale e dell'antenna in ferrite). L'uscita audio del ricevitore è in pratica l'uscita del mixer SO42P filtrata con un passabasso (con taglio a 3-4 kHz).

All'uscita ho collegato esternamente un filtro passabanda LC ottenuto con un giratore (che simula l'induttanza per mezzo di 4 resistenze, 1 condensatore e 2 operazionali), che consente di ottenere valori di Q abbastanza elevati e di variare facilmente la frequenza di risonanza. Lo schema di massima è il seguente (in pratica c'è anche un altro operazionale per ottenere la massa virtuale, e due in configurazione buffer-disaccoppiatore all'ingresso e all'uscita):


Per variare f0 si può agire ad esempio su R5 (io ho usato un 10k multigiri), per il Q basta modificare R.
Ho simulato il tutto con Spice (qui il sorgente del circuito e il modello del TL082).

Per f0=625Hz, Q=50 (R=127k, C=100n, R1=R2=R3=10k, C4=10n, R5=6.48k) si ottiene la seguente risposta in frequenza, praticamente identica a quella di un filtro RLC con R e C come sopra e L=648mH:


In rete ho trovato anche uno schema più semplice per simulare l'induttore (con 2 R, 1 C, 1 opamp), ma l'induttore equivalente è molto meno "ideale" di quello ottenibile con un giratore, e non mi sembra molto adatto per filtri a Q elevato.

Come frequenza intermedia ho provato sia 625 Hz (oscillatore locale a 78.125 kHz) che 2.5kHz (oscillatore a 80 kHz) e ho deciso di usare la prima, anche se la seconda garantirebbe una migliore reiezione della frequenza immagine. Il motivo è che un disturbo che ricevo molto spesso (e piuttosto forte) è concentrato attorno ai 78.125 kHz, ed è provocato dai televisori nelle vicinanze (la quinta armonica della frequenza di riga). Inoltre talvolta ricevo un disturbo a banda stretta piuttosto forte attorno agli 80.5 kHz circa, di origine sconosciuta (un alimentatore switching?). Altri distturbi che ho notato (di ampiezza talvota molto elevata e variabile) sono a banda molto più larga. Miscelando il segnale RF con 78.125 kHz, il primo disturbo cade nelle frequenze audio prossime a zero, e il secondo attorno a 2.3 kHz, abbastanza lontani dai 625 Hz del segnale utile da venire attenuati notevolemente dal filtro. Miscelando invece con 80 kHz, il segnale utile cade a 2.5 kHz, e i due disturbi a circa 1.9 e 0.5 kHz, e danno più fastidio (almeno nel distinguere il segnale utile ad orecchio).

Lo schema sopra ha dato buoni risultati nel ridurre parecchio (ma non del tutto) i segnali indesiderati. Rrimangono molto forti i disturbi emessi dal monitor del PC con la risoluzione di default (1152x864/85Hz), che emette a circa 77.6 kHz, e un monitor 1084 usato come televisore, i quali coprono quasi del tutto il segnale utile se l'antenna non viene allontanata almeno a un paio di metri).

Qui c'è una registrazione di prova (236kB) (con il monitor PC settato su un'altra risoluzione e il 1084-tv spento), di cui ho riportato qui sotto tre spezzoni di spettrogramma (nella parte alta c'è anche la forma d'onda). L'oscillatore locale è regolato tra i 78.1 e 78.2 kHz (il frequenzimetro del ricevitore ha risoluzione di 0.1 kHz).
 
Nei primi 19 secondi l'audio è quello che esce direttamente dal ricevitore, non filtrato. Appaiono disturbi improvvisi a banda larga, che variano in frequenza, la causa è sconosciuta. Si nota anche la linea rossa orizzontale attorno a 2.3-2.4 kHz, che corrisponde al disturbo misterioso attorno agli 80.5 kHz, e la linea tratteggiata più in basso (a  625Hz) che è DCF77.

 



Nei successivi 20 secondi ho inserito il filtro regolando f0 in modo da massimizzare il segnale utile (attorno a 625 Hz circa) e fissando Q=29 circa (R=parallelo di 100k e 270k). Rispetto a prima il segnale è anche amplificato di circa 10 volte. Si notano alcune armoniche del segnale utile, probabilmente c'è un rientro di segnale attraverso la massa virtuale (il filtro è stato realizzato velocemente su una breadboard). Il segnale DCF77 è ora molto più pulito, ora ne è visibile la forma d'onda, malgrado ci siano ancora disturbi variabili.
 



Negli ultimi 20 secondi ho alzato il Q a circa 106 (R=270k). Il filtro comincia a essere troppo stretto, nella forma d'onda si nota che l'ampiezza ha fronti molto più arrotondati rispetto a prima. Anche qui il segnale è amplificato 10 volte rispetto al caso senza filtro.

Link interessanti e riferimenti
Claudio ha allestito un'ottima pagina riguardante il suo progetto di orologio-ricevitore DCF77.
Gli spettrogrammi li ho ricavati con Spectrogram 5.0, un utile e compatto programma che ha anche il pregio di essere freeware, mentre il circuito è stato simulato con SpiceOpus Light.


Ultimo aggiornamento: il 12 ottobre 2003 by Adriano (sbrisolonchiocciolinadespammed.com)