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Titolo: rx 1: le caratteristiche fondamentali

Ciao a tutti,
in questa nuova serie di chiacchierate parleremo un po' delle
caratteristiche fondamentali di un radioricevitore, in generale ma
specialmente dal punto di vista del radioamatore.
La serie orientativamente sarà articolata nelle seguenti puntate:
1: (questa!) le caratteristiche fondamentali
2: il rumore nei ricevitori
3: distorsioni ed intermodulazione
4: AGC, ANL ed altre bestie
5: ricevitori supereterodina
6: ricevitori a conversione diretta
7: altri tipi di ricevitori
Naturalmente, il programma di massima è ampiamente rimaneggiabile... :-)
Ed ora, stop alle chiacchiere e via con il sodo!
Le caratteristiche fondamentali di un ricevitore sono la sua topologia
(ovvero la sua struttura e classificazione) circuitale, la sensibilità,
la selettività e la suscettibilità a ricevere 'falsi segnali'.
Oltre a queste esistono ovviamente molte altre caratteristiche, che
possono anche essere preminenti in applicazioni di altro genere, ma nel
nostro caso sono meno importanti. Tra esse ci sono il consumo, che può
essere importante specialmente nel caso di apparati portatili (a
batteria), l'affidabilità (intesa nel senso di probabilità di guasto),
la resistenza a condizioni avverse di temperatura, pressione ed umidità
e così via.
A ciascuna delle caratteristiche principali sarà dedicata una puntata di
approfondimento, ma qui faremo una panoramica generale che introduca un
po' il discorso (specialmente per eventuali novices).
*La topologia circuitale*
La struttura circuitale di un ricevitore ne determina in linea di
massima le caratteristiche, nel senso che ad ogni configurazione sono
associati pregi e difetti propri. 
La struttura più usata per i ricevitori amatoriali è quella
supereterodina, nella quale il segnale da ricevere, dopo un modesto
filtraggio preliminare, viene traslato in frequenza in modo tale da
poter essere amplificato e rivelato da un sottosistema, detto canale di
media frequenza ('canale FI'), che ha caratteristiche di selettività
molto spiccate. Il vantaggio principale di questa struttura è la
possibilità di ottenere, insieme ad una eccellente sensibilità, una
buona separazione tra i diversi canali, ma in cambio sono presenti
alcuni svantaggi significativi: prima di tutto, ogni ricevitore
supereterodina è intrinsecamente soggetto alla ricezione, insieme alla
frequenza desiderata, di una secoinda frequenza, detta 'immagine',
distante dalla prima esattamente il doppio della frequenza intermedia;
quando questa seconda frequenza corrisponde a quella di un qualche
segnale, si ha un'interferenza che non è distinguibile dal segnale
desiderato; qualora le conversioni di frequenza siano più d'una, le
frequenze immagini aumentano di numero. Inoltre, la presenza dei
mescolatori e di una forte amplificazione nel canale FI comporta una
certa probabilità di mescolamento tra segnali e quindi la comparsa di
altri 'fantasmi' (cioè segnali che si sentono, ma in realtà non sono lì)
nella banda di ricezione.
Le alternative al ricevitore supereterodina sono i vari tipi ricevitori
a conversione diretta, che si possono classificare in:
-) ricevitori a rivelazione diretta, nei quali la radiofrequernza viene
filtrata e quindi rivelata, con o senza un'amplificazione intermedia;
sono molto semplici, ma non consentono di ottenere elevate prestazioni;
-) ricevitori reattivi (o rigenerativi), nei quali l'ultimo stadio di
amplificazione RF viene portato al limite dell'autooscillazione,
ottenendone una selettività *molto* spinta, unita ad una sensibilità
tutt'altro che trascurabile; il difetto principale di questi ricevitori
è che sono scarsamente stabili e richiedono una frequente regolazione
del tasso di reazione; inoltre, a causa della loro selettività
estremamente spinta, sono idonei all'uso in CW ma non in fonia;
-) ricevitori superreattivi, nei quali lo stadio RF viene portato oltre
le condizioni di oscillazione, ma viene periodicamente bloccato in modo
da non riuscire mai ad entrare effettivamente in oscillazione; sono
economici, semplici e sensibilissimi, ma hanno gli inconvenienti di una
selettività molto scarsa e di un forte fruscio di fondo, legati entrambi
alle caratteristiche teoriche del metodo usato; perciò sono adatti solo
a bande di frequenza elevate (VHF ed oltre) e, specialmente, poco
frequentate!
-) dulcis in fundo, i ricevitori a conversione diretta propriamente
detti (o sincrodina), nei quali il segnale viene convertito direttamente
dalla RF alla BF, con prestazioni decisamente notevoli sia sotto il
profilo della sensibilità che della selettività.
*La sensibilità*
La sensibilità è la misura della capacità di un ricevitore di rendere
intelleggibili segnali di debole intensità; contrariamente a quanto si
può pensare, la sensibilità di un ricevitore non dipende tanto dalla sua
amplificazione, che può essere aumentata senza eccessive difficoltà, ma
dal rumore inevitabilmente prodotto dai suoi componenti interni, in
particolare da quelli dei primi stadi. Questo rumore infatti tende a
mascherare ogni segnale di basso livello, per cui da esso dipenderà
essenzialmente la sensibilità del ricevitore. La misura della
sensibilità dei ricevitori amatoriali di solito viene espressa in
microvolt per un determinato rapporto (segnale+rumore)/rumore.
Vale la pena di dire subito che la sensibilità ideale di un ricevitore
dipende dalla sua applicazione; ad esempio, nelle bande in onde corte
(HF) il rumore prodotto dall'attività elettrica atmosferica e dalle
attività umane difficilmente si abbassa sotto le frazioni di microvolt,
per cui una sensibilità di 0,5uV @ (S+N)/N=10dB è già un buon valore,
mentre vale la pena di fare di meglio nelle bande V/UHF dove i rumori
atmosferici sono praticamente inesistenti. Viceversa, in onde medie e
lunghe il rumore di fondo terrestre spesso è di vari microvolt, per cui
un ricevitore troppo sensibile dà solo fastidio all'ascoltatore...
La sensibilità pratica dipende anche dal tipo di emissione e di
demodulazione impiegato; ad esempio, esistono metodi di rivelazione ad
autocorrelazione, abitualmente impiegati nelle comunicazioni militari e
spaziali, ma talvolta anche dai radioamatori (ad es., nella banda dei
137 kHz), che permettono di estrarre un segnale telegrafico
completamente sepolto sotto vari dB di rumore (e l'orecchio stesso da
questo punto di vista non è male...).
*La selettività*
La selettività è la misura della capacità di separare segnali adiacenti
(ma non sovrapposti!); essa dipende in massima parte dalla qualità dei
filtri di banda impiegati, e il linea di massima si può ben dire che un
ricevitore più è selettivo e più è complesso e/o costoso.
La selettività in un apparato radioamatoriale è solitamente
standardizzata a valori accettabili per la fonia SSB e FM, mentre resta
di solito da discutere l'argomento per quanto riguarda la telegrafia;
infatti, il segnale CW ha una banda estremamente stretta, e quindi
potrebbe rispondere alle esigenze un filtro con banda passante di pochi
hertz; ma se questo è vero durante il QSO, nelle fasi di chiamata un
filtro stretto rende più difficile la ricerca dei segnali (molti anni fa
ho realizzato un filtro attivo per CW, con banda di circa 30 Hz: i 20
metri nelle domeniche di contest sembravano vuoti! quando sulle sue
insistenze l'ho ceduto ad un collega radioamatore delle mie parti,
ottimo grafista, l'ha provato ed accantonato perché non riusciva a
trovare le stazioni...).
Un aspetto importante della selettività, oltre alla larghezza di banda
nominale, è la rapidità con la quale cade la risposta ai margini della
banda utile, caratteristica chiamata 'fattore di forma' del ricevitore;
di solito, viene espresso come la differenza tra la risposta al limite
della banda e quella ad una distanza prefissata fuori banda. Ad esempio,
un buon ricevitore per SSB dovrebbe avere una larghezza di banda di 2,7
kHz entro +-6 dB, ma dovrebbe cadere almeno a -40dB (meglio -60 dB) a 6
kHz dalla frequenza centrale.
*I falsi segnali* 
I falsi segnali, escludendo le frequenze immagine già accennate sopra,
sono causati da distorsioni negli stadi del ricevitore che provocano la
conversione indesiderata di segnali fuori banda. Esistono due categorie
di cause per questi fenomeni:
-) il mescolamento e conversione di frequenza, che causa la comparsa di
segnali spuri come somma o differenza di segnali effettivamente presenti
(intermodulazione); caratteristica di questi segnali è l'esistenza di
rapporti armonici tra i segnali coinvolti;
-) la modulazione parametrica, causata dalla presenza di un segnale
talmente forte da far variare l'amplificazione degli stadi, così che le
sue variazioni vengano riflesse sull'ampiezza di un segnale
legittimamente presente nella banda (modulazione incrociata).
Entrambi questi tipi di disturbo sono estremamente difficili da
combattere, in quanto la loro eliminazione comporta la realizzazione di
stadi d'ingresso che, pur conservando le richieste caratteristiche di
basso rumore, siano capaci di gestire nello stesso modo segnali molto
deboli e molto forti, senza mai distorcere e senza differenze
apprezzabili di risposta. Per motivi che saranno esposti più avanti,
queste tre caratteristiche (sensibilità, basso rumore, bassa
distorsione) fanno a pugni tra loro, per cui in pratica è necessario
accettare un compromesso tra le diverse esigenze, orientato sul tipo di
applicazione previsto, e sul costo  che si è disposti ad affrontare.
*Il consumo*
Il consumo è sicuramente importante per un apparato portatile, che
normalmente viene alimentato a batterie più o meno ricaricabili; su
questo aspetto non sembra necessario fare troppe considerazioni ;-)
Può invece non sembrare altrettanto importante per un apparato fisso; in
realtà, a parte le varie istanze 'ecologiche', al consumo è legata la
dissipazione di potenza, e quindi la temperatura che l'apparato
raggiunge in esercizio. Come vedremo, questa influenza il rumore
prodotto, e quindi gli altri parametri del ricevitore; e non solo! La
temperatura di esercizio è il principale fattore che determina la durata
della vita dei semiconduttori (più è fredda la giunzione, più a lungo
vive), per cui un ricevitore che scalda molto non è destinato a
diventare troppo vecchio... e con questo arriviamo a:
*L'affidabilità*
E' la caratteristica di un apparato di non lasciarci a piedi proprio
durante l'unico QSO veramente interessante del mese (anno, lustro,
decennio...). I ricevitori si guastano essenzialmente per tre cause:
-) vecchiaia, e come abbiamo visto, questa dipende dalla temperatura di
esercizio;
-)vizi congeniti, che a loro volta possono essere difetti di
progettazione o costruzione, ovvero più spesso essere originati da
componenti difettosi; mentre nel secondo caso la mortalità è solitamente
precoce (diciamo nel corso dei primi due-tre anni di vita dell'apparato;
insomma, appena scaduta la garanzia...), i guasti della prima categoria
possono avere tempi di latenza molto lunghi, però va anche detto che
sono molto più infrequenti.
-)eventi traumatici, come scariche e sovratensioni provenienti
dall'antenna o dalla rete elettrica; sono molto più deleteri per la
parte logica, che di solito è CMOS, che non per quella analogica, che
normalmente è bipolare; anche per questo, gli apparati professionali
'heavy duty', come ad es. quelli militari, scarseggiano in gadget, che
di solito invece largheggiano negli apparati amatoriali.
In tutti i casi, gli amanti degli alberi di natale sappiano che quanto
più il ricevitore è semplice, tanto minore è il suo tasso di mortalità
:-)
*Le condizioni ambientali*
Alle condizioni ambientali nessuno pensa mai, dando per scontate cose
che non lo sono affatto... ad esempio, un apparato installato in auto
*in Italia* deve sopportare temperature che vanno da -25°(gita in
montagna d'inverno) a +80° (gita al mare d'estate), con un'escursione di
oltre 100°. E se quando lo accendete non funziona con 10.2 volt di
batteria, o si brucia a 14.8V, v'incazzate pure! ;o)
Considerato che la corrente di fuga di un semiconduttore raddoppia ad
ogni aumento di 10°C, un salto di questo genere equivale a un aumento
della corrente di 1000 volte; i circuiti fatti per sopportare queste
variazioni (e *non* sono estreme, c'è di peggio... in Siberia e nel
Sahara!) devono ricorrere a particolari configurazioni per compensare le
variazioni, e non possono indulgere troppo in dettagli come la cifra di
rumore... ecco perché un mobile di solito non ha la qualità di un
apparato da stazione fissa
meno evidenti, ma nonmeno importanti, sono le condizioni di umidità e di
pressione; ad esempio, nei climi tropicali l'umidità e la pressione
molto elevate, unitamente alla temperatura sempre sostenuta, riescono a
fare ammuffire anche i condensatori di plastica, per cui certi apparati
(detti 'tropicalizzati') devono utilizzare componentistica speciale per
garantire un tasso di guasto adeguato.
Per stavolta l'ho tirata già abbastanza lunga, e non voglio annoiarvi;
il resto alla prossima puntata!
Ciao.
-- 
73 es 51 de i3hev, op. mario
http://digilander.iol.it/hamweb
http://digilander.iol.it/esperantovenezia

profilo della sensibilità che della selettività.
la serie di articoli sui ricevitori si prospetta davvero molto
interessante.
Io in passato ho avuto modo di provare per qualche giorno un
ricevitore surplus Watkins&Jhonson a conversione diretta.
Effettivamente funzionava egregiamente. Notai però che bastava
spostare un poco lo chassis, magari urtandolo involontariamente, che
sentivo nell'altoparlante anche il rumore dell'urto... 
In pratica l'RX rivelava e amplificava anche rumori meccanici causati
da urti sullo chassis.
Probabilmente tale fenomeno era dovuto anche all'assenza, in quella
circostanza, di una messa a terra.
Art, IK7JWY
www.qsl.net/ik7jwy
 
it.egroups.com/group/ham-club
(limited access group)

 circostanza, di una messa a terra.
Ciao Arturo,
il fenomeno del microfonismo non è direttamente legato alla natura dei
ricevitori a conversione diretta, ma origina da fenomeni meccanici
caratteristici dei componenti impiegati, e talvolta è così spiccato da
riprodurre bene perfino la voce...
Nel caso dei ricevitori a valvole, la causa più comune è la vibrazione
meccanica della griglia controllo della valvola; a causa dello
spostamento della griglia, il fattore di amplificazione della valvola
cambia leggermente, quel tanto che basta per modulare il segnale
ricevuto. Questo si verificava soprattutto con valvole di vecchia
concezione o molto usate, mentre era di solito meno notevole (ma pur
sempre talvolta presente) nelle valvole con custodia metallica per uso
militare, che erano fatte per operare in presenza di forti vibrazioni,
come ad esempio a bordo di carri armati.
Anche altri componenti possono essere microfonici: i candidati migliori
sono i vecchi condensatori, nei quali le variazioni di pressione possono
originare onde di deformazione nel dielettrico, e gli induttori in aria
non incollati, nei quali la vibrazione delle spire causa una modulazione
di fase del segnale presente, prontamente rivelata dagli stadi
successivi.
Infine, il candidato ideale, il più classico e rognoso da trovare: la
saldatura fredda! Nelle saldature fredde, l'interfaccia tra le superfici
cristalline dei due strati di stagno non perfettamente fusi presentano
una resistenza che varia con la pressione di contatto, come accade in un
microfono a carbone; analogo fenomeno si verificava nei diodi e nei
transistor a punta di contatto, che anche per questo venivano spesso
immersi in una fetida poltiglia grassa...; infine, la stessa cosa può
accadere ad interruttori e commutatori posti sul percorso del segnale,
ed è per questo che, se possibile, negli apparati moderni non si commuta
mai direttamente il segnale.
Spero di aver soddisfatto la tua curiosità, ma magari sapevi già tutto
;-)
beh, qualcuno che non lo sapeva ci sarà pure stato :-)


 ricevitori a conversione diretta
Ciao Mario
permettimi di dissentire
di rx a conversione diretta ne ho costruiti a tonnellate dai kit della
Heathkit HW7 HW8 ad altri
e tutti presentano,+ o -, tale fenomeno dovuto probabilmente a
sollecitazioni meccaniche sul vfo.
Gli rx dc sono divertenti, abbastanza facili da costruire molto sensibili e
danno soddisfazioni, ma non sognatevi MAI di farne uno per i 40 e volerlo
usare alla sera avreste solo un buon rx per le broadcasting che entrano
dapertutto. In USA li usano spesso ma evidentemente la il problema BC è meno
sentito che da noi.
Cmq per fare una semplice stazione un rx dc ed un tx a xtal è il top,
piccolo, funzionale e funzionante, facile e ci si diverte un sacco, per
esperienza diretta.
Ciao Mario e vediamo cosa ci racconti sugli rx.
Michele i3mdu

 di solito invece largheggiano negli apparati amatoriali.
Permettimi di precisare che in molti rx moderni anche il front-end
(ovvero il primo
amplificatore che si incontra "scendendo dall'antenna") e' a MOSFET
quindi molto
sensibile alle scarche elettrostatiche.
Saluti da IZ1ASP - penguin powered @ unige ! (RH7, KDE2.1 su dual PII)
P.S. Con grande gaudio oggi mi sono tolto l'ultimo esame dai cogl****!!
A giugno saro' dottinglupmanngranfigldiputt!!!
---
iz1asp lumachetta libero punto it(alia)

 wrote in message
news:3abf0c9...@News.CIS.DFN.DE...


 wrote in message
news:3ABE5ED4...@libero.it...


sede di progetto: sarebbe il crollo di un mito :-)
in effetti tale RX (trattasi del WJ 8716) č ancora in vendita come
surplus, ad esempio presso la TorontoSurplus (
www.torontosurplus.com
)
al modico prezzo di 1750 US-dollars e, quando l'ho avuto per qualche
giorno, non mi sono fatto sfuggire l'occasione per aprirlo e
contemplare lo stato dell'arte hi hi. E' fatto a moduli, tutti
inscatolati e schermatissimi. Connessioni con bandelle, tutto molto
robusto etc.
In effetti, rimasi anche io perplesso quando muovendolo sentivo ronzi
andare e venire a seconda di come muovevo lo chassis. Molto
probabilmente era davvero un problema di mancata messa a terra, piů
che di vero e proprio microfonismo.


 dovuto probabilmente a sollecitazioni meccaniche sul vfo. ...
Effettivamente, la vibrazione del condensatore variabile è causa di
modulazione in frequenza del VFO, e quindi può tradursi in una
cross-modulazione del segnale ricevuto; però questo dipende solo dalle
caratteristiche meccaniche del variabile, non dalla natura del
ricevitore. 
Infatti le stesse variazioni meccaniche si avrebbero anche se il VFO
fosse usato in un supereterodina, e quindi lo stesso rumore di fase
verrebbe introdotto anche in questo caso. 
In altri termini, se si usasse lo stesso VFO per un superhet, la
modulazione di fase sarebbe presente a livello del segnale di media
frequenza, e transiterebbe ugualmente per la catena di amplificazione e
rivelazione, giungendo nello stesso modo alle orecchie di chi ascolta.
Anche l'elevato guadagno della linea di BF non è una giustificazione
sufficiente per il fenomeno, perché l'amplificazione, in media o in
bassa che sia, alla fine dei conti è la stessa, salvo eventualmente il
fatto che nei ricevitori sincrodina spesso, per semplicità ed economia,
non si inserisce un preamplificatore di front-end; ma sono pochi dB di
differenza... e comunque, secondo me, il front-end a basso rumore ci sta
(quasi...) sempre bene!
C'è da dire che, contrariamente ai sincrodina, spesso i superhet
commerciali e/o professionali sono costruiti con componenti di alta
qualità (meno economici...), oppure sostituiscono il variabile meccanico
con un varicap.
Del resto, questi stessi accorgimenti si possono impiegare anche in
questo caso, se si rinuncia almeno in parte all'economia di
realizzazione... :-)
Ciao!


 larghi...
Assolutamente vero! Anche lasciando perdere i VFO ciofeca, questo è il
limite fondamentale di tutti gli apparati realizzati con PLL.
L'argomento merita sicuramente considerazione... ma lo lascio per la
prossima puntata (che è in gestazione). Anzi, direi che, data la sua
importanza e diffusione, l'argomento PLL meriterà una puntatella per
conto suo... 


 ...
Gaudeamus igitur! Ormai praticamente sei un laureato virtuale, ti basta
collassare lo spazio delle funzioni di probabilità in una singola
realizzazione e si stampa il pezzaccio di carta <:-)))
Il mio l'ha firmato un ordinario di "nutrizione animale"... >:-)))
In bocca al lupo!


 ha scritto nel messaggio
news:3AC0EDB5...@libero.it...


 che di vero e proprio microfonismo.
ciao,
se lo hai ancora o pensi di averlo di nuovo, oltre alla mia invidia ti
posso passare qualche articolo sul rumore di modo comune, facile per
quei ricevitori...
sono arrivati i CD??
saluti
Andrea I0ADY

sono arrivati i CD??
no :-( ... non esprimo parei sulle Poste per rispetto a Mario :-)))


 meccaniche a bassa frequenza non verranno amplificate.
Francamente non mi è chiaro il meccanismo al quale stai pensando.
Perché la vibrazione meccanica possa tradursi in un segnale di tensione,
è necessario che ci sia un componente che in qualche modo funziona da
trasduttore; in effetti, tra condensatori e altri componenti vari,
saldature fredde comprese, di componenti che sono potenziali trasduttori
ce ne sono parecchi, però se il loro segnale va a modulare una bf oppure
una mf o addirittura rf, mi pare che non dovrebbe cambiare nulla. 
Ma probabilmente in questo momento non riesco ad immaginare il
meccanismo di conversione che pensi tu... d'altra parte, l'elettronica
non è sempre ovvia, ne' facilmente prevedibile ;-)
Attendo lumi... :-)
Ciao


Mi ricordo che un mio vecchio rx dc a vxo per i 20m aveva problemi di
microfonicità picchiettando il circuito stampato, nonostante i componenti
fossero sani e le saldature non fossero fredde.
Sicuramente il circuito non era dei migliori (NE602+NE5532+LM386)
ma anche sull'Handbook ARRL (che non è il Terman ma non è neanche
l'ultima schifezza... :-) ) si legge:
"A causa dell'alto guadagno audio, sono comuni le microfonicità dovute
alle vibrazioni degli stadi audio a basso livello.
È necessaria, quindi, una buona e solida costruzione."
Un'ulteriore motivo credo sia dato anche dalla forte amplificazione del
rumore generato da piccole vibrazioni del frontend.
Comunque, il difetto non si presentava con un uso "normale" del ricevitore
e il suo rapporto prestazioni/complessità era molto alto :-)
