IU7RAL

Da quando ho scoperto il WSPR e da amante del QRP, non faccio altro che esperimenti (anche in collaborazione con il collega Claudio IK1ICF) per migliorarne sia la ricezione che la trasmissione, fermo restando che, sia io che lui, abbiamo problemi di antenne (non possiamo installare antenne HF sul terrazzo condominiale), quindi dobbiamo arrangiarci come meglio possiamo.

Per la ricezione domestica, come ho già scritto in un articolo precedente, utilizzo un sistema con Raspberry Pi4 collegato ad un’antenna HF loop indoor (MLA30+), tramite chiavetta SDR. chiaramente questo non è l’unico sistema per ricevere, anzi nel mio caso è un sistema che ha molti limiti a causa della posizione infelice del mio QTH e del fatto di non poter installare antenne HF sul terrazzo; riesco a ricevere decentemente la sera sui 40m ma sulle altre bande molto meno (colpa dell’antenna sicuramente). Trattandosi comunque di un sistema portatile, autonomo, alimentato a batteria (powerbank) il consumo è irrisorio ed il rendimento in ricezione aumenta se cambio il QTH di installazione.

Anche per la trasmissione esistono modi differenti (stazione HF fissa, stazione HF portatile, Raspberry, Arduino…) e ho cercato anche in questo caso di ottenere una soluzione portatile a basso consumo, che potesse rimanere accesa per diverse ore consecutive, senza impegnarmi inutilmente la radio HF e tale da non richiedere molto tempo ogni volta per montare e smontare il tutto.

Esistono trasmettitori WSPR basati sia su Raspberry che su Arduino. Questi programmi, facilmente reperibili in rete, producono però un’onda quadra di bassissima potenza, pertanto è necessario sia amplificarle che compiere un filtraggio per “ammorbidire” l’onda prodotta ed abbattere le armoniche.

Inoltre, dato che la trasmissione WSPR deve avvenire allo scoccare esatto di un multiplo pari dei minuti dell’ora UTC (es. 14,00 14,02 …) è necessario avere un orologio perfettamente sincronizzato con l’ora atomica mondiale e questo lo si può fare o tramite il protocollo NTP (avendo a disposizione Internet, cosa non sempre scontata) oppure tramite GPS (in questo caso la connessione Internet non è necessaria, un vantaggio in più per la portabilità del sistema). Se trasmettiamo fuori sincronia temporale non ci decodificherà mai nessuno, nemmeno con 100W.

Dato il costo attualmente troppo elevato dei moduli Raspberry, ho cercato soluzioni alternative eventualmente basate su Arduino e mi sono imbattuto in questo spettacolare progetto che è RFZero, una scheda praticamente già pronta e di grandi potenzialità, realizzata da radioamatori per i radioamatori, capace di trasmettere beacon in tantissimi modi (WSPR, FT8, FT4, FST4, FST4W, CW …) e non solo in HF (il produttore dichiara fino a 300MHz).

La scheda RFZero (arrivatami direttamente dalla Danimarca, da uno dei suoi ideatori OZ2M) viene accompagnata da alcuni led di colore diverso, che non è indispensabile montare (un led per l’accensione, un led per il gps, un led per segnalare la trasmissione in corso): meno cose mettiamo e meno consuma. L’alimentazione della board (e la programmazione) si effettua tramite connettore USB-C. La scheda è fatta veramente bene, un layout pulito e saldature impeccabili: si vede subito che non è roba cinese.

Esistono sul sito programmi già pronti (come appunto il trasmettitore WSPR) che sono solo da configurare, oppure è possibile sviluppare programmi propri con l’IDE di Arduino.

Questa scheda ha già il connettore SMA per collegarci l’antenna GPS esterna (da prendere a parte, mentre il modulo GPS è già a bordo della scheda) ed il connettore SMA per la RF Out, nonché tutta una serie di interfacce GPIO per comandare attuatori vari (ed esempio per gestire lo switching dei filtri, delle antenne da usare…) ed è prevista persino una predisposizione per collegare una batteria in modo da mantenere in memoria l’almanacco GPS anche quando lo spegniamo (con l’almanacco in memoria è più facile riagganciare il segnale gps le volte successive, se avvengono a breve termine).

Anche in questo caso la scheda produce un’onda quadra, che sarà necessario filtrare con un apposito filtro passa basso da realizzare o acquistare separatamente.

Dato che sono un po’ pigro per costruirmelo da solo, ho cercato e trovato in rete un filtro passa basso “cinese”già pronto per i 20-30-40m, dotato di due connettori BNC, uno d’ingresso ed uno di uscita ed inoltre dotato di due commutatori manuali per effettuare il cambio di banda.

Successivamente ho ordinato un’antenna per segnali GPS con connettore SMA e iniziato ad arrangiare le cose inizialmente in una scatola di derivazione che si è rivelata subito essere decisamente piccola (mea culpa). Il filtro non poteva essere inscatolato, sia per mancanza di spazio, sia perché richiede una commutazione meccanica manuale per il cambio banda.

Il sistema da collegare quindi era abbastanza semplice:

Antenna GPS –> RFZero -> Filtro passa basso HF 20/30/40 -> Antenna HF 20/30/40

il tutto alimentato da un powerbank.

Tramite il programma RFZero Manager ho configurato i parametri del mio trasmettitore, inserendo il mio callsign, il mio locatore (volendo si può settare in automatico in base al gps) e la sequenza desiderata di trasmissione:

I primi test per me sono stati decisamente deludenti: la potenza di segnale emessa dalla board RFZero è davvero irrisoria (intorno ai 2mW): forse può bastare a farsi sentire per chi trasmette lontano dalla città (e dai rumori da essa generati) ed ha un’antenna HF fatta a regola d’arte, ma nel mio caso erano totalmente insufficienti a farmi ricevere dai colleghi in ascolto.

Si è reso pertanto necessario ordinare un piccolo amplificatore HF RF: inizialmente ne avevo ordinato uno da 5V +20db che però si è rivelato essere ancora insufficiente, quindi ne ho preso un altro da 2W +33db: questo modulo però richiede una alimentazione da 12V. Per mantenere la portabilità del sistema e consentire l’alimentazione tramite powerbank, ho acquistato un convertitore DC-DC 5V-12V, alimentato sempre tramite USB (a discapito di un maggior consumo).

Ho collegato pertanto l’uscita RF di RFZero all’ingresso dell’amplificatore e l’uscita dell’amplificatore, al filtro passa passo 20-30-40m.

Inizialmente ho testato tutto il sistema con i componenti messi provvisoriamente per terra in casa (le antenne GPS e HF sono fuori sul balcone):

poi ho letto sul sito di RFZero che questi sistemi funzionano meglio quando messi in una scatola metallica: su suggerimento di Claudio IK1ICF, esperto “riciclatore” di elettronica, ho smontato un vecchio decoder satellitare che avevo conservato anni fa per precauzione (secondo il principio ben noto del “può sempre servire qualcosa”) e finalmente è arrivato il suo momento di essere nuovamente utile, trasformato in trasmettitore WSPR, sistemando per bene le schede con i distanziatori dal piano di appoggio ed i cavi con le fascette.

Dal case escono solo 4 cavi, due per le antenne (GPS+HF) e due per l’alimentazione (di RFZero e dell’amplificatore RF).

Una volta collegata l’alimentazione ed agganciato il segnale GPS (per sincronizzare l’ora), il sistema attende la prossima finestra temporale utile per trasmettere in WSPR sulla frequenza da noi programmata.

Questi sono i contatti che mi hanno ricevuto nel giro di poche ore di prova in 20 e 30 metri:

Nel primo giorno di prova ho notato che il sistema è abbastanza efficiente sui 20m, accettabile sui 30 M, mentre sui 40m nessuno mi ha ricevuto.

Il giorno successivo, lasciandolo lavorare più ore in 20m, anche di notte, ho ottenuto questi riscontri di ricezione:

In tutte le mie prove di trasmissione WSPR effettuate finora sui 20M (e non solo con questo sistema, ma anche quando trasmetto con la radio XIEGU G90) ho notato uno skip HF che non mi consente di raggiungere i colleghi più vicini al mio QTH.

L’antenna che ho utilizzato è la FireWire prodotta dal collega IW2EN, messa in modalità slooper sul balcone più lungo che possiedo. Però io sono al secondo piano con i palazzi di fronte. Questa antenna non richiede accordo ed ha un ROS basso sulle bande che mi interessano quindi non devo preoccuparmi ogni volta di tarare l’antenna o che un rientro di RF mi danneggi tutto il sistema (parliamo comunque di potenze irrisorie). Chiaramente l’utilizzo di un’unica antenna filare multibanda messa su un balcone, comporta l’accettazione di compromessi.

Il sistema può essere programmato per fare automaticamente alcune bande la mattina ed altre la sera, eventualmente anche alternandole ogni 2 minuti (es 20-30-20-30-…) solo che col filtro che ho messo io sono costretto ad adottare una programmazione più rigida (le bande di lavoro del filtro le posso cambiare solo agendo meccanicamente sugli interruttori dello stesso: le fascette sporgenti dal retro del case servono proprio a variare la posizione degli interruttori senza smontare il coperchio).

Tuttavia, con qualche modifica, si potrebbero sostituire i due interruttori meccanici presenti sul modulo filtro con dei relè eccitabili dalla RFZero stessa.

Di modifiche se ne potrebbero fare tante, come ad esempio aggiungere un display o una ventola nel case metallico per raffreddare il dissipatore del modulo amplficatore, oltre al fatto scontato di utilizzare un’antenna migliore.

Il punto di forza di questo sitema basato sulla board RFZero è la versatilità: se un domani vi siete stufati di fare WSPR e volete provare a fare un beacon in CW o FT8 o FST4 basta semplicemente cambiare il programma (dopo esservi salvati la configurazione di quello vecchio per richiamarlo al volo in un secondo momento).

Inoltre se un giorno vi va di fare attività WSPR in portatile, basterà collegare un’antenna ed un powerbank: il locatore trasmesso può essere impostato per essere dinamico in base alla vs posizione gps, cosi non dovete portarvi il pc appresso per cambiare la configurazione ad ogni spostamento.

Purtroppo per esigenze di “armonia” familiare, non mi è consentito tenere fili volanti in giro per casa pertanto questa non può essere una stazione di trasmissione WSPR permanente.

Se vi capita di ricevermi in WSPR in 20 o 30 metri, con una potenza di emissione dichiarata di 2W, molto probabilmente il segnale proviene da questo sistema che ho descritto.

Come sempre, critiche e suggerimenti sono ben accetti, io sono ancora alle prime armi come OM.

Aggiornamento del 21/05/2023

Dopo aver scritto questo articolo ho fatto qualche piccola modifica:
– ho saldato sulla RFZero tutti i led che mi avevano fornito con la scheda (servono molto a capire se sta funzionando, se sta trasmettendo, se ha agganciato o meno i satelliti);
– ho messo una batteria tampone (2 pile stilo AA) per mantenere in memoria l’almanacco GPS, in modo da non dover attendere tempi lunghi ogni volta che lo stacco per fare qualche piccola modifica al codice, in attesa che riagganci i satelliti;
– ho preso un filtro passa basso con più bande (10-15, 17-20, 40, 80): questo lo posso comandare tramite un selettore rotativo, solo che richiede un’alimentazione aggiuntiva di 12V per far funzionare i relè che ci sono a bordo della scheda;
– ho dovuto sostituire, dopo appena 20gg, il modulo amplificatore di potenza che si era bruciato: probabilmente è stata colpa mia che ho cambiato banda sul filtro mentre stava trasmettendo.

Nonostante tutto, la mia antenna attuale, nel mio QTH attuale, mi rende bene solo sui 20m e con uno skip notevole.

73 de IU7RAL