RADIOAMATORI

by Art IK7JWY - versione 1.0 (dicembre 2006)

Specifiche Tecniche (dichiarate dalla Harris)

Impedenza input e output: 50 Ohm
Frequency Range: da 2 a 30 MHz
Selettività: attenuazione nominale di 60 dB a frequenze distanti del 10% da quella sintonizzata
Cifra di Rumore: minore di 15 dB
Guadagno complessivo: 8 dB in modalità High, -24 dB in modalità Low
Intermodulazione: prodotti di intermodulazione del terzo ordine , per due segnali uguali con ampiezza 100mV, inferiori di 60dB rispetto al livello di ciascun segnale
Modulazione incrociata: in presenza di un segnale con ampiezza 3V, modulato al 30% e di frequenza distante del 10% da quella del segnale sintonizzato, di ampiezza 100mV, inferiore di almeno 20dB
Protezione dal sovraccarico RF: impostata per intervenire con un segnale di 100W in ingresso.


Il preselettore Harris RF-551A è in sostanza un filtro passabanda sintonizzabile per le HF. Esso serve a ridurre i disturbi alla ricezione del segnale che interessa causati dalla eventuale presenza di forti segnali RF fuori banda provenienti da stazioni ubicate nei paraggi. A suo tempo fu realizzato per essere utilizzato in campo civile e militare, per esempio per ridurre i disturbi reciproci tra stazioni radio installate a bordo di navi tra loro molto vicine, oppure quelli derivanti dalla vicinanza di una stazione radar etc. Una situazione più vicina ai radioamatori e in cui può tornare utile l'uso del preselettore in oggetto è quella di un contest in categoria Multi/Multi. In questo caso, infatti, vi sono diverse stazioni, con relativi amplificatori ed antenne, che operano contemporaneamente su più bande e restando in un'area circoscritta. Esso, in tal caso, potrebbe assolvere, in ricezione, una funzione analoga a quella degli stubs in cavo coassiale, sicuramente con migliori prestazioni rispetto a questi ultimi. 
A tale proposito, è opportuno ricordare cosa sono e a cosa servono gli stubs in cavo coassiale. Consideriamo un pezzo di cavo coassiale RG213 lungo un quarto d'onda elettrico rispetto alla banda dei 20 metri. La sua lunghezza fisica, quindi, è data da:
L = 0,25 x (300.000 / 14.050) x 0,66 = 3,53 m
(0,66 è la velocità di propagazione del cavo considerato)
Tale lunghezza, ovviamente, corrisponde, oltre che ad un quarto d'onda elettrico rispetto alla banda dei 20m, anche ad una mezz'onda elettrica rispetto alla banda dei 10m. Cortocircuitiamo ora una delle estremità dello spezzone di cavo e misuriamo, all'estremità opposta, l'impedenza di ingresso di una tale linea rispetto alla banda dei 10m. Il valore misurato è prossimo allo zero. In effetti, una proprietà delle linee coassiali lunghe mezz'onda elettrica è proprio quella di riportare all'ingresso la stessa impedenza presente all'estremità opposta (carico), come se la linea non ci fosse. Nel nostro caso, quindi, lo spezzone di cavo coassiale cortocircuitato ad una estremità e lungo un quarto d'onda elettrico rispetto ai 20m viene visto come un cortocircuito dai segnali RF ricadenti in banda 10m. In sostanza, connettendo mediante un adattatore a T questo spezzone di cavo coassiale in parallelo alla linea coassiale con cui si alimenta la propria antenna, si otterrebbe, sia in ricezione che in trasmissione, una buona attenuazione di eventuali segnali RF a 28MHz, rispettivamente captati dall'antenna o irradiati dall'RTX (armoniche).
Cosa accade, invece, ai segnali in banda 20m, che sono quelli di nostro interesse ? Con riferimento a tale banda, all'ingresso dello spezzone di cavo coassiale considerato avremmo un valore molto alto di impedenza. La proprietà degli spezzoni di cavo coassiale lunghi un quarto d'onda elettrico è, infatti, quella di riportare all'ingresso una impedenza data da:
Zin = R^2 / Zu
dove R è la resistenza caratteristica del cavo coassiale considerato (50 Ohm) e Zu è l'impedenza del carico. Poichè nel nostro caso Zu è prossima a zero, trattandosi di estremità cortocircuitata, dalla suddetta relazione di ricava che Zin deve essere molto elevata. Connettendo, dunque, un tale spezzone di cavo coassiale in parallelo alla linea coassiale d'antenna avremmo, otterremmo un parallelo tra l'impedenza caratteristica della linea (50 Ohm) e l'impedenza molto alta misurata all'ingresso dello spezzone aggiunto. Rammentando come si combinano tra loro più impedenze in parallelo, avremmo:
Zeq = 1 / ( 1/Rc + 1/Zin )
Poichè Zin è molto alta, il termine 1/Zin diventa molto piccolo, per cui alla fine il valore di Zeq sarà molto vicino a Rc. In definitiva, l'aggiunta dello spezzone di cavo coassiale lungo un quarto d'onda elettrico e cortocircuitato ad una estremità causerà un leggero disadattamento, certamente trascurabile. Come ormai si è capito, a fronte di tale modestissimo e accettabile svantaggio, si ottiene una buona azione filtrante dei segnali indesiderati situati in banda 10m.
Quale è, per un tale stub a quarto d'onda per i 20m, l'attenuazione sui segnali ricadenti in banda 10m ? Siamo sui 30-35 dB. Quella che segue è la curva di risposta dello stub ottenuta con l'analizzatore di spettro (HP8568B) e il tracking generator (HP8444A) nel range di frequenze 2-90 MHz. 

Come si può vedere, lo stub attenua non solo i segnali intorno ai 28Mhz ma anche quelli intorno a 56MHz, 84MHz etc. In pratica, il discorso fatto sopra a proposito di linee coassiali lunghe mezza onda elettrica si ripete anche per lunghezze multiple di mezze lunghezze d'onda. In definitiva, uno stub a quarto d'onda cortocircuitato ad una estremità e tagliato per far passare la frequenza f, attenuerà le frequenze 2f, 4f, 6f etc 
Nel caso di stazioni Multi, ciascun TX viene equipaggiato con la propria batteria di stubs in cavo coassiale, tutti connessi in parallelo alla linea di antenna e tagliati per attenuare le frequenze su cui trasmettono gli altri TX e far passare la frequenza di interesse. In genere si utilizzano combinazioni di stubs con funzioni di passabanda e stubs con funzioni di filtri notch. Nella foto seguente è visibile lo stub a quarto d'onda per i 20m che ho usato per le misure. Notare l'estremità cortocircuitata protetta con guaina termorestringente. Al momento della foto, lo stub era connesso al miniVNA di IW3HEV. 

Un vantaggio degli stubs in coassiale è il fatto di poter essere utilizzati, una volta connessi alla linea d'antenna, sia in ricezione che in trasmissione, purchè venga utilizzato per la loro realizzazione un cavo di caratteristiche elettriche adeguate alla potenza di trasmissione in gioco.
Una limitazione è , invece, data dal fatto che lo stub in coassiale, dovendo essere tagliato a misura per una determinata frequenza, cambia il suo comportamento se ci si allontana, durante l'uso, da tale frequenza. Come si vede dalla foto riportata sopra, l'attenuazione significativa indotta dallo stub si ha solo per uno stretto range di frequenze, oltrepassato il quale l'effetto filtrante dello stub diventa via via sempre meno evidente.
A questa limitazione si può ovviare, ottenendo anche una reiezioni fuori banda certamente migliore, con il ricorso ad un preselettore sintonizzabile, quale è, appunto, l'Harris 551A.
Le seguenti foto scattate all'analizzatore di spettro rendono visivamente l'idea della funzione svolta dal preselettore. Nella prima è visibile lo spettro da 2 a 40 MHz, in assenza del preselettore. Preciso che come generatore di segnali ho utilizzato... l'antenna che uso in banda 20 metri.

Nella seconda fotografia, invece, è visibile lo spettro da 2 a 40 MHz, questa volta con il preselettore inserito, sintonizzato su 14200 kHz. Sono visibili solo i segnali presenti in banda 20 metri e nelle bande immediatamente adiacenti.

L'effetto filtrante del preselettore è altrettanto evidente facendo una prova di ascolto al ricevitore, ad esempio sulla frequenza di una broadcasting sui 7 MHz, senza e con il preselettore sintonizzato invece sui 14 MHz. Praticamente, inserendo il preselettore, il segnale della broadcasting scompare.
La peculiarità di questo preselettore è che esso è sintonizzabile su una qualsiasi frequenza compresa tra 2 e 30 MHz, con incrementi di 1 kHz, semplicemente impostando la frequenza attraverso i cinque commutatori presenti sul pannello frontale, due relativi ai MHz e gli altri tre ai kHz.

E' inoltre possibile impostare la frequenza da controllo remoto, qualora si riesca a far comunicare l'interfaccia entrocontenuta con la logica del proprio RTX. A suo tempo, questo preselettore era utilizzato in tandem con ricevitori Harris come l'RF-590A, al quale veniva connesso, oltre che con il cavo coassiale per il transito dei segnali RF, anche con un apposito cavo multipolare per la sua gestione da remoto attraverso la sintonia del ricevitore.

La sintonizzazione del preselettore avviene meccanicamente ma in modo del tutto automatico subito dopo l'impostazione della frequenza con i commutatori del pannello frontale. In sostanza, dei servomeccanismi interni, azionati da motori elettrici passo-passo, provvedono alla commutazione della banda di interesse, mediante interruttori reed, e alla movimentazione di due condensatori variabili in aria. In particolare, gli interruttori reed provvedono a selezionare l'appropriata combinazione di risuonatori e sezioni dei condensatori variabili, a seconda della frequenza impostata.

Le bande in cui è diviso lo spettro 2-30 MHz sono 4: da 2 a 4 MHz, da 4 a 8 MHz, da 8 a 16 MHz e da 16 a 30 MHz.
Ma come si realizza l'azione di filtro passabanda di questo preselettore, dal punto di vista elettrico ? Il cuore di questo preselettore è rappresentato da quattro risuonatori, due per le bande alte (uno in ingresso e uno in uscita) e due per quelle basse (uno in ingresso e uno in uscita), racchiusi in altrettanti contenitori metallici. All'interno di ciascun risuonatore sono presenti due comparti separati da uno schermo. Lo schema circuitale che esemplifica ciascun risuonatore è il seguente:

In realtà, nel caso che interessa, al posto del trimmer capacitivo intermedio è presente lo schermo con un particolare dispositivo per l'accoppiamento tra i due comparti, rappresentati dai due circuiti L-Cv. In pratica, attraverso le varie sezioni dei commutatori variabili in aria presenti nel preselettore (indicati nello schema con il simbolo Cv), i suddetti risuonatori vengono portati alla risonanza sulla frequenza di interesse, precedentemente impostata sul pannello frontale. Ho estratto dal preselettore uno di tali risuonatori, separandolo provvisoriamente dal resto del circuito, e ne ho visualizzato la risposta in frequenza mediante analizzatore di spettro e tracking generator. La foto seguente è il risultato. Le connessioni tra il risuonatore e la strumentazione sono a dir poco vergognose, ma in quel momento non avevo di meglio. Probabilmente la doppia cuspide della curva di risposta in frequenza è dovuta al fatto che il risuonatore, durante la misura, non era collegato ad alcuna capacità (mancavano quindi le Cv dello schema). In definitiva l'obiettivo era di visualizzare il comportamento dei soli due induttori interni al risuonatore.

Oltre ad agire da filtro passabanda, questo preselettore è anche dotato di un amplificatore RF a larga banda e a bassa distorsione che, con i suoi 20 dB di guadagno nominale, compensa i circa 12 dB di perdita di inserzione e fornisce ulteriori 8 dB di guadagno netto. Questo potrebbe tornare utile per la ricezione di segnali deboli. L'amplificatore si può, comunque, disinserire mediante l'apposito commutatore "Low-High" sul pannello frontale, ponendo quest'ultimo in posizione "Low". In corrispondenza della posizione "Low" del commutatore, oltre a disinserire l'amplificatore RF, si aggiungono lungo il percorso del segnale ricevuto altri 12 dB di attenuazione mediante una cella di attenuazione a T. Con l'amplificatore disinserito, pertanto, il segnale ricevuto si attenua di 12 dB dovuti alla perdita di inserzione e di altri 12 dB dovuti alla cella di attenuazione a T. Tra la posizione "High" e la posizione "Low" intercorrono, quindi, 8+12+12 = 32dB. In effetti, provando a commutare durante l'uso da "High" a "Low" e viceversa, si notano vistose differenze di ampiezza dei segnali ricevuti. Sicuramente l'amplificatore RF può essere disinserito in presenza di segnali forti, ascoltabili senza problemi anche aggiungendo i suddetti 32 dB di attenuazione.
Quelle che seguono, invece, sono le curve di risposta in frequenza del preselettore sintonizzato su cinque diverse frequenze. Come si vede, le specifiche tecniche sono pienamente rispettate, risultando in ogni caso una attenuazione di almeno 60dB a frequenze distanti del 10% da quella su cui è sintonizzato il preselettore. Allontanandosi ulteriormente da tale frequenza, l'azione filtrante del preselettore diventa ancora maggiore. Contrariamente agli stubs a quarto d'onda cortocircuitati, come quello studiato all'inizio dell'articolo, il preselettore, una volta sintonizzato su una data frequenza, filtra, con la selettività vista sopra, tutto il resto. Essendo, inoltre, sintonizzabile, non ha alcuna limitazione di utilizzo, come per gli stubs. Se ci si sposta di frequenza, anche di parecchio, basta reimpostare il nuovo valore sul preselettore, con le apposite manopole ubicate sul pannello frontale.

Un'altra buona caratteristica di questo preselettore è quella di essere protetto contro i sovraccarichi di RF in ingresso. In sostanza, se l'ampiezza dei segnali RF che giungono dall'antenna all'ingresso del preselettore supera il limite prestabilito (70,7 Vrms corrispondenti a 100W su 50 Ohm), entra in funzione una protezione a relè che sconnette elettricamente la presa di antenna dal preselettore, finchè l'ampiezza del segnale ricevuto non rientra nei limiti.
Questo preselettore, infine, si trova anche in configurazione da usare come post-selector, ossia in trasmissione, al fine di ridurre eventuali armoniche presenti nel segnale trasmesso. Quando disponibile in configurazione pre-selector, come nel mio caso, al fine di utilizzarlo con il proprio RTX, è necessario interporre tra unità e transceiver un commutatore due vie due posizioni gestito dal relè di commutazione del transceiver. In tal modo, il preselettore risulta inserito nel percorso del segnale RF durante la ricezione, mentre viene by-passato nelle fasi di trasmissione. Volendo intervenire sull'RTX, si potrebbe individuare nello schema circuitale un punto nella sezione ricevente, quindi a monte del relè di commutazione RX-TX, dove interrompere il percorso del segnale, saldare alle due estremità della linea interrotta due cavetti schermati a 50 Ohm e innestare alle estremità libere di questi ultimi due prese coassiali BNC da pannello, da sistemare per esempio sul pannello posteriore dell'RTX. A questo punto, volendo utilizzare il preselettore, si collegherebbero le due prese BNC appena realizzate alle due prese coassiali del preselettore, che in tal modo risulterebbe inserito costantemente nel percorso dei soli segnali ricevuti. Non volendo utilizzare il preselettore, si collegherebbero tra loro le suddette due prese coassiali BNC con un ponticello corto in RG58 o RG174. Naturalmente, in caso di intervento sull'RTX, tutti i cablaggi dovranno essere fatti con la massima cura, al fine di evitare che segnali indesiderati tenuti fuori dalla porta attraverso il preselettore entrino poi dalla finestra attraverso collegamenti non ben schermati.