Generatore RF 25Mhz - 4000Mhz

Simple sweep RF generator, harmonic comb generator. Arduino RF beacon.

"Radio Corner"  di R.Chirio

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 Premessa 

Giugno 2014 

 

Questo circuito è un generatore di armoniche RF, partendo da un segnale fisso e stabile generato da un oscillatore quarzo a 5V 4 piedini half-size, compatto e stabile del tipo che si usa per clock microprocessori.

 

Oscillator    Scheda video con oscillatore a quarzo XCL, da 27.000Mhz

  

E' possibile smontare gli oscillatori a quarzo da quasi tutte le motherboard o circuiti recenti a microprocessore. Da catalogo è possibile ordinare oscillatori per frequenze che vanno da 1Mhz a oltre i 100Mhz.

Le armoniche si ripetono partendo dalla frequenza fondamentale del quarzo fino a superare i 4000Mhz, in pratica è come avere un generatore Sweep, utile per testare molti dispositivi.

Sull'uscita adatta per un carico 50 Ohm è presente un segnale massimo di 16dB, è di notevole intensità, adatto sia per realizzare piccoli trasmettitori che per testare filtri.

E' possibile restringere la banda passante realizzando a valle uno o più stadi accordati, tutto sempre ottenendo una grande stabilità in frequenza, grazie al quarzo.

Se si vuole una più stretta ripetizione si può usare un quarzo anche da solo 1 Mhz, così da avere un impulso stretto ogni Mhz fino ad arrivare oltre i 2000Mhz ancora con un segnale discreto. Ideale per testare i ricevitori USB SDR come il FUN-CUBE o altri simili....

  

 

 

  

 

Questo è il prototipo su basetta del generatore RF, i componenti e lo schema sono ottimizzati per avere la massima potenza in uscita con un solo transistor RF tipo BFR91, alcune resistenze e condensatori non sono collegati, sono serviti per le prove. E' possibile usare la maggior parte di oscillatore a quarzo tipo KTS ed altre marche con frequenze da 1 a 120Mhz. Il segnale in uscita è superiore al Volt e quindi adatto per pilotare direttamente il transistor.

 

 

 Schema elettrico 

   

  

 

- Il quarzo oscillatore U2 deve essere alimentato a 5V tramite il regolatore U3 78L05.

 

- Il condensatore C3 applica il segnale a 25,00Mhz alla base del transistor amplificatore RF d 6Ghz, anche usato come diodo Tunnell  vedi EFFETTO TUNNEL

 

- La resistenza R2 limita la corrente del Q1 a un max di 40mA con alimentazione 12V, durante le prove consiglio di non superare i 9V altrimenti si rischia di bruciare il transistor. 

 

- I condensatori C4 e C6 sono indispensabili per ottenere quasi 50mW in uscita (9V), senza condensatori la potenza in uscita sempre su 50 Ohm scende a 1-2mW

 

- Per induttore di arresto L1 si può usare una VK200, ma anche 20 spire avvolte su una ferrite da 5-6mm vanno  bene. Sulla versione finale è stato adottato un induttore da 1mH per avere più ampiezza in gamma HF.

 

- Al posto della L1 si può inserire una LC accordata, in questo caso avremo un picco maggiore di segnale sulla frequenza di risonanza.

 

- Il tutto va inserito in un contenitore metallico per evitare irradiazioni dirette, che possono disturbare le trasmissioni radio.

 

- Il segnale in uscita se applicato a una antenna tipo Discone è sufficiente per farsi sentire a qualche km anche senza ulteriore amplificazione.

 

- Utilizzando un transistor tipo il 2N2222A si ottengono risultati simili, ma la banda passante si limita a 500Mhz

 

Questa è la versione prova dentro al contenitore metallico, sempre con oscillatore da 25Mhz, l'induttore L1 è diventato da 1mH.

  

Dove possibile, tutti i componenti sono SMD, C4 e C6 sono diventati un unico condensatore in ceramica da 20uF, come pure il C1. Completano il gruppo, l'interruttore a levetta e il led per segnalare l'accensione.

Per ottenere la minore dispersione RF, il coperchio va chiuso e fissato bene con le viti...

    

       

 Segnale Uscita

       

Questo è il segnale a largo spettro presente in uscita,  otteniamo ancora un -60dB a 3600Mhz pari a 0,224mVrms. I primi impulsi assieme alla fondamentale superano la linea dello 0dB.

  

 

 

Questo è il segnale fondamentale a 25,000Mhz con +16dB pari a 2,69V su 50 Ohm. Su ogni banda il segnale è molto stabile e pulito. 

 

 

 Qua si vede molto bene, la ripetizione delle armoniche una ogni 25Mhz, l'ampiezza non è sempre costante e lineare, ma è sempre un circuito semplice da realizzare, non si può pretendere una resa da strumento di misura...

 

Clicca per vedere tutta l'immagine.

 

Lettura su Power Meter della potenza in uscita, 16.94dB, riferito al picco più alto, non male per un solo transistor collegato a un oscillatore a quarzo. Il generatore RF è collegato direttamente all'ingresso dell'analizzatore per non avere perdite sui cavi.(clicca per ingrandire).

 

   

   

 Arduino RF generator

  Al posto del quarzo o dell'oscillatore quarzato, è possible usare una board Arduino per generare la frequenza, in questa prova è stato usato un Arduino Pro Nano 5V con clock a 16Mhz. L'alimentazione di 9V viene presa dalla board millefori, ma si può anche usare alimentazione USB separata a 5V solo per Arduino. Uscita Rf sul piedino out (8). L'uscita viene applicata al circuito descritto sopra, ed Arduino rappresenta l'oscillatore a quarzo.

- Per avere una fondamentale a 1,332 Mhz (pin out 8) viene utilizzato come partenza il programma indicato in questa pagina: http://forum.arduino.cc/index.php/topic,8456.0.html

Il programma oltre a fare girare il loop per avere la massima frequenza in uscita usa degli interrupt per modulare l'uscita con un messaggio Morse, si può facilmente cambiare il messaggio con una scritta più opportuna. Il segnale armonico in uscita è presente fino oltre i 2000Mhz con una ripetizione appunto di 1,332Mhz.

  

Questo è il segnale in uscita su 50 Ohm, a 1000Mhz siamo a -60dB ancora udibile su uno scanner a qualche metro di distanza. Vista la tipologia della modulazione è ascoltabile sia in FM che in AM, meglio ancora nella banda HF con filtraggio CW.

Questa è la fondamentale a 1,332Mhz molto disturbato attorno, dovuto alla modulazione Morse e agli altri disturbi generati internamente dalla board Arduino.


- La massima frequenza di uscita con una fondamentale a 4,0065 Mhz (pinout 8) viene utilizzato questo programma più semplificato e veloce che porta su tutte le uscite lo stesso segnale che corrisponde a 1/4 della frequenza di clock a 16Mhz.

http://forum.arduino.cc/index.php/topic,36729.0.html

Programma molto più semplice del precendente, serve per arrivare al massimo della frequenza disponibile sulle porte in uscita.

Questo è il segnale in uscita su 50 Ohm, a 1000Mhz siamo a -50dB segnale migliore più pulito del precedente programma.

Questo è il segnale fondamentale, misurato a 4,0065Mhz molto pulito, e senza disturbi di modulazione come sul precedete programma, i picchi si susseguono regolari ogni 4Mhz fino oltre i 2000Mhz.

Utilizzando Arduino 2 che va con clock maggiore è pensabile di ottenere un maggiore numero di fondamentali in programmazione.....

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 Applicazioni

Il RF generator è utile in molti casi, si può testare l'ingresso di un ricevitore per verificare il funzionamento, inoltre con l'oscillatore a quarzo può verificare l'esattezza della lettura sulla scala radio per la maggior parte delle bande fino a superare i 3000Mhz.

Usando un oscillatore a quarzo da 1Mhz diventa ideale per testare i ricevitori SDR .

Per linearizzare il segnale si può usare un filtro passa alto tarato sui 700-1000Mhz seguito da un attenuatore, così da ridurre le frequenze più basse, ed avere un segnale da circa -30dB.

Attenuando di molto il segnale e collegando direttamente il segnale con cavo si può verificare la sensibilità in ingresso per ricevitori radio.

          

 

 


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