Mi experiencia con la SDR en 2023: resumen del año

Las radiocomunicaciones no están muertas ni mucho muertas y hoy en día se siguen utilizando como para que disfrute de ellas como pasatiempo de una forma sencilla y barata gracias a  SDR (Radio Definida por Software)


Sobre el hardware 

Hay buen hardware por menos de 40€

En concreto dispongo de un RTL-SDR v3 original que se comporta de lujo por encima de los 30 MHZ y razonablemente bien por debajo de los 30MHz con el programa  SDR++ (Windows y OSX) y además su formato de dongle permite mayor comodidad en su uso con un dispositivo móvil. tambien un clon de RTL-SDR qye trabaja solopor encima de los 30 MHz. También cuento con un clon RSP1 que trabaja fenomenal por debajo de los 30 MHz con SDRuno (Windows)  y con CubicSDR (MacOS) que son las bandas que me atraen más.

Aquí una comparativa entre RTL y MSI 


Sobre el software

Con independencia de SDR++ y SDRuno que ya he comentado, SDRangel (windows, OSX y Android) permite investigar multitud de sistemas de radiocomunicación desde los satélites  a los sistemas de navegación aérea.


Sobre los filtros

Los filtros de banda suprimida para la banda de FM y pasa altos para anular la MF son útiles si vive en ciudades donde haya muchas emisoras en estas bandas.

Montar pares de diodos para proteger su hardware SDR también es conveniente para prevenir su destrucción  debido a la caída de un rayo proximo o un error en la conexión del Bias Tee 


Sobre las antenas

Unas antenas de cuerno pueden ser una primera opción y son prácticas para salidas al campo, pero encontrará que una YouLoop merece la pena por su direccionalidad y su bajo ruido y si la modifica todavía mejor. Así como una mini-whip por todo lo contrario su ganancia y su onmidireccionalidad a cambio de algo de ruido, siendo imprescindible una toma de tierra para su correcto funcionamiento.

Ambas antenas las tengo montadas sobre el mismo tubo de PVC de 32 mm. una solución muy barata.

También he comprobado algo que ya sabía, y es que  los preamplificadores o LNA , pese a las propagandas, no solucionan una mala antena.


Algunas cosas más

Durante este tiempo he reusado:

  • La raspberry que tenía aparcada sin uso, y la he hecho funcionar como SDR local y remoto bien de forma nativa o con la distribución piSDR  
  • Un viejo teléfono móvil con Android que lo he configurado como SDR de bolsillo  que no necesita ni tarjeta, ni datos para funcionar como tal, ahora estoy detrás de configurarlos como un GNSS externo
  • Una tarjeta de audio como receptor de baja frecuencia
  • Un router obsoleto que he convertido en un SDR remoto gracias al sistema operativo Openwrt 

También he practicado con el analizador de redes nanoVNA que resulta muy práctico y me he agenciado un walkie-Talkie  (VHF-UHF) que por muy poco aumenta la seguridad en las salidas por la montaña.

He explorado las posibilidades didácticas del GNU Radio Companion 

Tengo muchos proyectos nuevos para 2024 como: 

 

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Antena de hilo largo o antena Beverage

La antena de hilo largo o antena Beverage ( Harold Beverage, W2BML, 1920) consiste en un hilo largo ( 3/4 λ > L > 5 λ , siendo λ la longitud de onda) a una altura del suelo de al menos 0,05   λ. Si se cumplen estas condiciones entonces:

  • En un extremo se debe  instalar un balum 1:9 para adaptar la impedancia de la antena a la del receptor  que tipicamente es de 50 Ω
  • En el extremo opuesto se debe instalar una resistencia conectada a una red de tierra de 500-600 Ohmios (contraantena) 
  • Es direccional aproximadamente en la dirección del hilo.
Esquema de una antena de hilo largo y diagrama de radiación de la misma


Si la longitud del hilo es (l < λ ):

  • Se pierde direccionalidad y con ello ganancia
  • No es necesiat la  resistencia terminal (pasa a comportarse como una Endfed de media onda), ni el balum de adaptación de impedancia al ser esta menor
  • Se necesita un adaptador de impedancias.


Para leer más sobre antenas

Referencias


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Antenas activa de lazo - Small Unidirectional Loop Antenna (SULA)

Son antenas de bucle o lazo de pequeño tamaño que incorporan un amplificador de bajo ruido (LNA)  


Diseños basados en EW7DDR

  • BUCLE ACTIVO EMECO
    • Alimentación : 6-15 V, con interruptor y bateria incluida
    • Ancho de banda: 100 kHZ - 120 MHz
    • Conexión: tornillos /SMA
    • Amplificador NE592 (SOIC-8 chip 8 pines) 
    • Circuito: superficial
    • Ganancia: ajustable
    • Precio: 14 €

  • BUCLE ACTIVO  NE592N14
    • Alimentación : 6-15 V, con interruptor, EXTERNA
    • Ancho de banda: 100 kHZ - 120 MHz
    • Conexión: tornillos /SMA
    • Amplificador: NE592N14 (SOIC-14 chip 14 pines), amplificador de video obsoleto  120 MHz Unity Gain Bandwidth, Adjustable Gains from 0 to 400
    • Circuito: clasico
    • Ganancia: ajustable
    • Precio: 8€




  • BUCLE ACTIVO BG7YZF
    • Alimentación : 6-15 V, con interruptor, EXTERNA
    • Ancho de banda: 100 kHZ - 120 MHz
    • Conexión: tornillos /SMA
    • Amplificador: NE592N14 (SOIC-8 chip 8 pines), amplificador de video obsoleto  120 MHz Unity Gain Bandwidth, Adjustable Gains from 0 to 400
    • Circuito: superficial
    • Ganancia: ajustable
    • Precio: 23€



HFDY

El modelo HFDY loop  disponible por unos 30 € permite tres configuraciones del anillo además de incorporar un amplificador  ( LZ1AQ ):

  • Moebius (inversor )
  • Anillo con blindaje (menor sensibilidad al ruido estático)
  • Anillo sin blindaje (se comporta como un anillo de conductor grueso)

Inversor configurable de la HFDY




Para leer más sobre antenas

Referencias

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Sintonizando SAQ GRIMETON

SAQ GRIMETON o Radio Varberg es una emisora que transmite de forma esporádica en la frecuencia de 17,2 kHz gracias a un grupo de aficionados a la radio (Föreningen Alexander Grimeton Veteranradios Vänner), que mantienen las instalaciones en perfecto estado de conservación y tienen la costumbre de emitir todos los días 24 de diciembre  con el histórico alternador Alexanderson  de 200kW que data del año 1924, que está catalogado como Patrimonio de la Humanidad de la UNESCO,  y que está situado en la localidad de Grimeton (Suecia), al sur de la ciudad de Gotemburgo (57.11282428608176, 12.404341328036251)

Vista satélite de la emisora de radio, obsérvese las sombras de las torres de antena

Las últimas transmisiones han sido: 

    • En 2022 emitieron pruebas el día 23-12-2022 para permitir ajustes y el 24-12-2022 transmitieron:
        • A las 07h30 GMT se encenderá el alternador y comenzará la sintonía
        • A las 08h00 GMT se emitirá el mensaje en CW
      • Las frecuencias y modos de emisión fueron:
        •  VLF: 
          • 17.2 Khz  en CW como SAQ  GRIMEON
        •  HF: 
          • 3.535 kHz CW como SK6SAQ
          • 3.755 kHz SSB como SK6SAQ
          • 7.035 kHz CW como SK6SAQ
          • 7.140 kHz SSB como SK6SAQ
          • 14.035 KHz CW como SK6SAQ
    • En 2023 hicieron una transmisión doble el día 2-7-2023 a las 10h30 y a las 11h30 durante una jornada de puertas abiertas de esta histórica instalación y como siempre la smisiónd el día 24 de diciembre con pruebas el día 22.

Pese a la antigüedad, potencia y banda de frecuencias utilizada, las emisiones son recibidas en todo el planeta

Sintonizar esta emisora es todo un reto para los aficionados del mundo.

Datos para su sintonía

Frecuencia  y Longitud de onda  

    17,2 kHz = 17,442 km

Distancia y Azimut

    La distancia desde Valencia (España) es de 2.180 km y el azimut  21º

La atenuación de la onda en espacio libre


    Sustituyendo los valores de f= 0,0172 y d= 2180 tenemos una atenuación de 64 dB

Cuadro de atenuación onda superficie. Fuente: ITU


Receptores utilizados para su recepción a una distancia similar


Receptores y antenas para su recepción en España, como verá hace falta un equipo profesional, pero no debe desfallecer: 

Proyectos específicos 

A continuación varios artículos sobre cómo conseguir sintonizar estas bandas con presupuestos ajustados y un poco de trabajo manual

Experiencia personal

Por el momento no he conseguido sintonizarlo a base de SDR, y visto los sistemas empleados para su recepción en España, no se si será posible en algún momento pero sigo probando

  • Receptores: RTL_SDR (inviable por su frecuencia de corte en 500 kHz), con RSP1A teoricamente sería posible y con la tarjeta de sonido  CORE1+SAQrx también pero por ahora no ha habido suerte
  • Conversores: no tiene sentido probarlos si no se tiene un buen receptor que compense su uso  
  • Preamplificadores: RF AMP02A en teoría debería cubrir bien la banda baja, pero la realidad es que no lo hace, pues solamente comienza a tener ganancia por encima de los 140 kHz seguiremos investigando pues parece imprescindible su uso debido a lo débil que llega la señal
  • Antenas: la YouLoop de 6m que es una mejora de la Youlopp comercial tiene un mejor comportamiento en frecuencias bajas, y la miniwhip  no parece que mejore la ganancia pero si aumenta el ruido, también he probado con una end-fed de 39m. El siguiente intento será con dos o cuatro rollos de cable de 100m  

Referencias



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Anteneas directivas y azimut

Cuando tenga una antena directiva necesitará saber hacia donde la orienta, es decir el azimut. 

Una de las cosas el las que falla que nuestro sentido comun o intuición falla es en el azimut, de la distancia mas corta entre dos puntos. 

Antiguamente se usaban los mapas azimutales, despues los programas de las calculadoras, hoy en dia puede consultarlo interactivamente en aplicaciones que lo calcula a partir de las coordenadascomo la de la FCC o sobre un plano como  azimut-calculator

Aunque lo mas cómodo es usar Google Earth que da rapidamente el azimut y l adistancia entre dos puntos


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Antena logaritmo periodica o logperiódica

Las  mejores antenas directivas de banda ancha, ideales para SDR, son las logarítmico periódicas. 


Diseño de una antena logperiódica

Imaginemos que queremos hacer una antena logaritmica  para todo el espectro de RTL-SDR de 24 MHz a 1766 MHz (sin muestreo directo) nos daría la siguiente antena 



LPDA — https://hamwaves.com/lpda/ — v20180914

LPDA design 2023-12-16 18:23

INPUT

  •   Lowest frequency f₁ = 24 MHz
  •   Highest frequency fₙ = 1766 MHz
  •   Diameter of the shortest element ⌀ = 5 mm
  •   Characteristic input impedance Zc_in = 50 Ω
  •   Taper τ = 0.880
  •   Optimal relative spacing σₒₚₜ = 0.163
  •   Chosen relative spacing σ = 0.060


RESULTING DESIGN

  Number of elements ⌊N⌉ = 37

  Sum of all dipole lengths ℓₜₒₜ = 51.588 m

  Boom length L = 6.183 m

  Length of the terminating stub ℓ_Zterm = 1.561 m

  Required characteristic impedance of the feeder

  connecting the elements Zc_feed = 301.0 Ω

Igual una antena de 37 elementos que mide 6 metros de larga excede de nuestras posibilidades, pero con la hoja de calculo puede buscar una solución de compromiso, por ejemplo desde 118 MHz nos daría

LPDA — https://hamwaves.com/lpda/ — v20180914
LPDA design 2023-12-16 18:29

INPUT
  •   Lowest frequency f₁ = 118 MHz
  •   Highest frequency fₙ = 1766 MHz
  •   Diameter of the shortest element ⌀ = 10 mm
  •   Characteristic input impedance Zc_in = 50 Ω
  •   Taper τ = 0.880
  •   Optimal relative spacing σₒₚₜ = 0.163
  •   Chosen relative spacing σ = 0.060

RESULTING DESIGN
  Number of elements ⌊N⌉ = 25
  Dipole element lengths:
  •     dipole ℓ₁ = 1.270 m
  •     dipole ℓ₂ = 1.118 m
  •     dipole ℓ₃ = 0.984 m
  •     dipole ℓ₄ = 0.866 m
  •     dipole ℓ₅ = 0.762 m
  •     dipole ℓ₆ = 0.670 m
  •     dipole ℓ₇ = 0.590 m
  •     dipole ℓ₈ = 0.519 m
  •     dipole ℓ₉ = 0.457 m
  •     dipole ℓ₁₀ = 0.402 m
  •     dipole ℓ₁₁ = 0.354 m
  •     dipole ℓ₁₂ = 0.311 m
  •     dipole ℓ₁₃ = 0.274 m
  •     dipole ℓ₁₄ = 0.241 m
  •     dipole ℓ₁₅ = 0.212 m
  •     dipole ℓ₁₆ = 0.187 m
  •     dipole ℓ₁₇ = 0.164 m
  •     dipole ℓ₁₈ = 0.145 m
  •     dipole ℓ₁₉ = 0.127 m
  •     dipole ℓ₂₀ = 0.112 m
  •     dipole ℓ₂₁ = 0.099 m
  •     dipole ℓ₂₂ = 0.087 m
  •     dipole ℓ₂₃ = 0.076 m
  •     dipole ℓ₂₄ = 0.067 m
  •     dipole ℓ₂₅ = 0.059 m
  Sum of all dipole lengths ℓₜₒₜ = 10.153 m

  Distances between the element centres and their position along the boom:
  •     d₁,₂ = 0.152 m, i.e. ℓ₂ @ 0.152 m
  •     d₂,₃ = 0.134 m, i.e. ℓ₃ @ 0.287 m
  •     d₃,₄ = 0.118 m, i.e. ℓ₄ @ 0.405 m
  •     d₄,₅ = 0.104 m, i.e. ℓ₅ @ 0.509 m
  •     d₅,₆ = 0.091 m, i.e. ℓ₆ @ 0.600 m
  •     d₆,₇ = 0.080 m, i.e. ℓ₇ @ 0.680 m
  •     d₇,₈ = 0.071 m, i.e. ℓ₈ @ 0.751 m
  •     d₈,₉ = 0.062 m, i.e. ℓ₉ @ 0.813 m
  •     d₉,₁₀ = 0.055 m, i.e. ℓ₁₀ @ 0.868 m
  •     d₁₀,₁₁ = 0.048 m, i.e. ℓ₁₁ @ 0.917 m
  •     d₁₁,₁₂ = 0.042 m, i.e. ℓ₁₂ @ 0.959 m
  •     d₁₂,₁₃ = 0.037 m, i.e. ℓ₁₃ @ 0.996 m
  •     d₁₃,₁₄ = 0.033 m, i.e. ℓ₁₄ @ 1.029 m
  •     d₁₄,₁₅ = 0.029 m, i.e. ℓ₁₅ @ 1.058 m
  •     d₁₅,₁₆ = 0.025 m, i.e. ℓ₁₆ @ 1.084 m
  •     d₁₆,₁₇ = 0.022 m, i.e. ℓ₁₇ @ 1.106 m
  •     d₁₇,₁₈ = 0.020 m, i.e. ℓ₁₈ @ 1.126 m
  •     d₁₈,₁₉ = 0.017 m, i.e. ℓ₁₉ @ 1.143 m
  •     d₁₉,₂₀ = 0.015 m, i.e. ℓ₂₀ @ 1.158 m
  •     d₂₀,₂₁ = 0.013 m, i.e. ℓ₂₁ @ 1.172 m
  •     d₂₁,₂₂ = 0.012 m, i.e. ℓ₂₂ @ 1.184 m
  •     d₂₂,₂₃ = 0.010 m, i.e. ℓ₂₃ @ 1.194 m
  •     d₂₃,₂₄ = 0.009 m, i.e. ℓ₂₄ @ 1.203 m
  •     d₂₄,₂₅ = 0.008 m, i.e. ℓ₂₅ @ 1.211 m
  Boom length L = 1.211 m

  Length of the terminating stub ℓ_Zterm = 0.318 m
  Required characteristic impedance of the feeder
  connecting the elements Zc_feed = 13.5 Ω

Una antena de 25 elementos  (10,1 m de longitud total de elementos) y de 1,2 m de longitud parece algo mas razonable y la ganancia es de 6,1 dBi en toda la banda.


Antenas logarítmico periódicas  comerciales

Antenas en aluminio o acero

    • Antena LogPer 130-1300 MHz
      • Numero de elementos: 24
      • Ancho de banda:  130-1300 MHz
      • Ganancia: 4-8 dBi
      • Relación delante/atras: 
      • Lango: 2m
      • Ancho: 
      • Peso: 2 kg
      • Impedancia: 
      • Distribuido por Wimo 172€
    • Fracarro LP45F 5G UHF


    • Metronic 425017 - Antena exterior logarítmica UHF/VHF 



Antenas en UWB

Existen antenas para UHF realizadas sobre circuitos impresos llamadas UWB Ultra Wide Band Log Antenne buen precio (<10€), pero ojo que los SDR mas populares no llegan a frecuencias tan altas (RSP1A 1 GHz y RTL-SDR  v3 y v4 1,766 GHz):

La antena períodica UWB de  600 MHz a 6000MHz

Haciendo pruebas observé que captaba señales en la banda de 27 MHz  lo cual me hizo pensar en la impedancia que presentaba para las distintas frecuencias, así que la conecté al conector CH0 (E/S) del analizador de redes (nanoVNA) y seleccioné el canal CH0 para que midiera la reactancia y/o impedancia  y MARKER ALL OFF. En cada 0 de la X(reactancia)  tendría una frecuencia de resonancia de la antena o lo que es lo mismo 50 ohmios de Impedancia

La impedancia es de 50 Ohmios practicamente hasta los 900 MHz. Lo cual no quiere decir que sea optima su ganancia para frecuencias inferiores sino que la impedancia está adaptada, lo cual me ha generado un nuevo problema a resolver ¿Por qué?


 

Para leer más sobre antenas

Referencias



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