Dalla Supereterodina

alle Software Defined Radio

by IZ7QSS Giovanni De Filippo

La supereterodina è stata ideata verso la fine degli anni '20 del secolo passato. Sì tratta di una tecnica di conversione delle frequenze ricevute ad una frequenza fissa chiamata frequenza intermedia FI; il segnale a tale frequenza viene poi applicato al demodulatore.

La conversione di frequenza è basata su un circuito chiamato mixer.

All'ingresso del mixer avremo due segnali, quello proveniente dall'antenna (filtrato nella banda di interesse) e quello generato dall'oscillatore locale (che poi non è un segnale, bensì un tono).

All'uscita del mixer avremo un segnale, il famoso FI dato dalla formula:

FI = | foc - fs|

dove foc è la frequenza dell'oscillatore locale (OC), mentre fs è il centro banda del segnale proveniente dall'antenna.

Il segnale FI verrà poi filtrato e quindi inviato al demodulatore.

Il cambio di frequenza, o meglio sintonia, come si può intuire avverrà mediante la modifica della frequenza dell'oscillatore locale foc attraverso un circuito chiamato VFO.

In quella formula notiamo una cosa importante, che la FI è sempre data dal valore assoluto (modulo) della differenza delle due frequenze, non potrebbe essere altrimenti, una frequenza è sempre positiva.

Dato che è un valore sempre positivo si presenta il problema della banda immagine.

Facciamo un esempio così lo capiamo meglio.

Supponiamo di voler ricevere a 14,200 MHz e decidiamo che la nostra FI deve essere a 1,000 MHz. Bene dalla formula avremo che il nostro oscillatore locale deve generare un tono a frequenza pari a:

foc = FI + fs -> foc = 1,000 MHz + 14,200 MHz -> foc = 15,200 MHz

Tuttavia si può notare una cosa, se l'antenna capta un segnale a 16,200 MHz, all'uscita del nostro mixer avremo sempre un segnale a 1MHz!

Infatti:

FI = | foc - fs| = |15,200 - 16,200| = 1,000 MHz

Malissimo!

Quello che ci viene in mente è filtrare pesantemente il segnale in ingresso, in modo che tagli la frequenza a 16,200MHz. Purtroppo non è così semplice perchè servirebbero filtri molti selettivi e notiamo che più si scende di frequenza il filtro diventa sempre importante e difficilmente realizzabile.

Per ovviare a questo inconveniente, si è pensato di utilizzare più mixer, ovvero ad aumentare le conversioni, in particolare si fa una prima conversione ad una FI molto alta (per esempio 70MHz) e poi si scende. Questa è la tecnica dello up conversion.

I moderni ricetrasmettitori hanno anche 4 conversioni.

Questo come ben si può intuire, migliora sicuramente il problema della banda immagine perchè ce le troviamo molto distante rispetto al nostro segnale, quindi facilmente filtrabile, tuttavia il rumore aumenta notevolmente.

Ora noi possiamo spendere tanti soldi in componenti silenziosissimi, filtri, oscillatori super-stabili... alla fine avremo sempre un sistema che è intrinsecamente rumoroso.

Basta guardare un po' i listini dei transceiver top gamma, i prezzi sono altissimi perchè ovviamente c'è largo utilizzo di componenti raffinatissimi, tuttavia le performance potrebbero ancora risultare peggiori di un SDR, anche nettamente più economico.

Ecco lo schema a blocchi del costosissimo Hilberling PT-8000A:

- clicca per ingrandire -

E' un supereterodina a doppia conversione: 70,700 MHz e 10,700 MHz.

E' un transceiver al top delle performance... ma costa anche oltre 13000 euro!

Un SDR è sempre migliore di un supereterodina?

Ovviamente non così netta la differenza fra le due tecnologie. Un'ottima supereterodina non potrà mai risultare peggiore di un semplice SDR, tuttavia se guardiamo gli SDR di ultima generazione, quelli a campionamento diretto o quelli a conversione diretta (zero IF), purtroppo la supereterodina esce con le gambe spezzate.

Le tecniche digitali permettono performance che in analogico difficilmente si arriva se non utilizzando enormi risorse (vedi Hilberling PT-8000A).

Potremmo tranquillamente affermare che a parità di prestazioni, un ricevitore SDR costa enormemente meno.

Poi, ovviamente, se vogliamo investire maggior risorse nella realizzazione di un SDR, purtroppo la supereterodina deve cedere le armi.

Ma come funziona un SDR di ultima generazione, a campionamento diretto?

Semplice, il segnale dell'antenna entra direttamente in un ADC ad alte prestazioni (alta velocità), quindi abbiamo subito a disposizione il segnale digitale che è molto più semplice da manipolare.

Basta immaginare come sia semplice realizzare un filtro digitale a forte pendenza, o una particolare demodulazione. E' necessario solo scrivere un buon software.

Tuttavia, quando le frequenze in gioco diventano alte, gestire una grande mole di dati è difficoltoso, pertanto si sfrutta una logica programmabile che decima il segnale, come la FPGA o altri dispositivi.

Ecco un esempio di ricevitore SDR a campionamento diretto:

Lo schema è molto semplice, un ADC con quelle performance non è troppo costoso, il suo costo varia dai 20 ai 100 euro.

Un altro schema circuitale di SDR di ultima generazione è quello a conversione diretta, guardiamo lo schema a blocchi di un Elecraft Kx3:

Abbiamo una serie di filtri, un preamplificatore/attenuatore, un multiplexer (FST3257) e quindi l'ADC!

Tutto, e dico tutto, viene effettuato via software (nel DSP), non c'è nessuna IF perchè la conversione è diretta da 160m a 6m!

Nell'Elecraft Kx3 non c'è FPGA per la decimazione, ma si sfrutta il multiplexer/demultiplexer FST3257 usato come mixer di tayloe:

Lo schema a blocchi è un esempio di ricevitore in 80m. Il segnale a 3,500 MHz entra nel mux FST3253, quindi campionato quattro volte per ogni ciclo attraverso la commutazione sequenziale. Questa commutazione è data da due clock sfasati di 90°.

Dallo FST3253 escono quattro segnali in bassa frequenza a 0°, 90°, 180° e 270° entrano quindi in amplificatori a basso rumore e quindi in un ADC.

Stop, finito. Ora il software nel DSP ci pensa a fare il resto.

Il piccolo Elecraft costa intorno ai 900 dollari, ovvero circa 18 volte in meno di un Hilberling PT-8000A. Date un'occhiata a QUESTI test con classifica, il piccoletto gli sta con il fiato sul collo.

L' Hilberling è un prodotto d'altissimo livello, raffinatissimo, parliamo davvero del top della tecnologia "analogica", ma guardiamo anche gli altri ricetrasmettitori come il Kenwood TS-990S (che costa diversi mila-euro) sta bel al di sotto degli SDR.

Per qualsiasi domanda contattatemi via e-mail, oppure esprimente un giudizio sul guestbook.

73s,

IZ7QSS Giovanni De Filippo

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