Commutatore d'antenna tramite CI-V

Descrizione dello schema

Il dispositivo è stato progettato seguendo una filosofia "modulare" ovvero costruendo diversi blocchi poi assemblati insieme: sebbene questa soluzione possa sembrare meno professionale rispetto ad un unico circuito stampato, presenta comunque l'indubbio vantaggio della semplicità costruttiva, dato che è sicuramente più semplice realizzare ed assemblare tanti piccoli moduli. Non solo: anche l'alloggiamento nella scatola (nel mio caso avevo già una scatola molto carina per il progetto) risulta facilitato dovendo disporre vari pezzi piccoli anzichè uno grande.

Non mi dilungherò molto sull'unità di switching vera e propria in quanto altro non è che una rielaborazione di quanto si trova su Internet; un solo particolare la rende leggermente diversa ed è il sistema di pilotaggio a 4 fili. Nella maggior parte dei casi si trovano schemi che utilizzano un filo per ogni relè: al contrario il mio schema utilizza solo 4 fili per pilotare 7 relè. Questa scelta è stata dettata principalmente da due distinti fattori:

• Riutilizzo di quanto già in mio possesso, ed in particolare del connettore XR per agevolmente scollegare il tutto
• Minimizzare il numero di I/O usate dalla scheda Arduino

Guardando lo schema a blocchi non si potrà fare a meno di notare l'abbondanza di relais: le linee che vanno verso l'unità remota sono alimentate da relais così come il convertitore BCD completamente realizzato in logica "meccanica". Ritengo che questa scelta possa essere la migliore per evitare rientri di RF dalle alimentazioni verso l'unità di controllo, anche se avere più relais comporta sicuramente una maggiore probabilità di guasto rispetto a componenti attivi. Niente comunque vieta di sostituire la parte meccanica con dispositivi attivi.

Una nota importante: la parte elettronica di questo progetto non vuole essere una soluzione "chiavi in mano" quanto piuttosto un canovaccio da seguire per chiunque voglia realizzare un progetto analogo. Le scelte progettuali che ho seguito sono state dettate da mie esigenze specifiche e personali che potrebbero o meno collimare con quelle di altri: in altre parole, prima di intraprendere una eventuale riproduzione di quanto riportato, consiglio una breve pausa di riflessione sulla parte circuitale (tra l'altro estremamente semplice) per adattarla alle proprie esigenze.

Segue una descrizione dei vari blocchi

Power Supply

L'alimentatore è stato progettato per fornire due livelli di tensione:

• 5 volt per l'alimentazione della logica
• una tensione variabile per l'alimentazione dei relais

La scelta di usare un alimentatore variabile deriva dal tipo di relais in uso: trattandosi infatti di congegni di recupero, magari con caratteristiche tra loro diverse, ho preferito adottare una logica modulare che potesse essere adattata "sul campo" alle necessità dei vari dispositivi.

L'alimentatore non ha un trasformatore (niente vieterebbe di usarlo) ma usa, come ingresso, l'uscita di un altro alimentatore: anche questa scelta è stata dettata esclusivamente da motivi pratici, dato che nel mio cassetto avevo a disposizione un gran numero di piccoli alimentatori switching di apparati informatici (vedi notebook, scanner, et similia). Le caratteristiche di questi dispositivi sono spesso più che sufficienti per usi radioamatoriali (ho comunque preferito aggiungere un ulteriore stadio di raddrizzamento e stabilizzazione per evitare sporcizie che qualche volta questi switching buttano fuori).

Il circuito stampato dell'alimentatore dispone di tante "prese" quante sono le schede da alimentare.

Pulsantiera

Il control box utilizza 5 pulsanti (UP/DOWN/MENU/ESC/MSG - vedi oltre per una spiegazione delle singole funzioni). La soluzione più semplice sarebbe stata quella di usare 5 distinti ingressi sulla scheda arduino che però non avevo a disposizione (i display prendono molti pin digitali). Ho pertanto scelto la strada di utilizzare due ingressi analogici inviando ad arduino una tensione diversa in base al pulsante premuto.

Questa scheda, oltre ad ospitare i pulsanti da CS, contiene anche i partitori ed i pull-up necessari per realizzare i valori di tensione associati poi ai singoli pulsanti. L'uso dei pulsanti da cisrcuito stampato, al posto dei classici da pannello, mi ha permesso di ridurre il numero dei fili da portare a giro dentro la scatola oltre a fornirmi una base sulla quale montare agevolmente i pulsanti stessi.

Interfaccia CIV

Lo scopo di questo modulo è quello di alloggiare i componenti relativi al colloquio con la radio. Oltre al segnale CIV, viene prelevato dalla radio anche una tensione di alimentazione a 12 Vcc (necessaria per optoisolare il sistema) e un contatto che indica quando si va in tx (utile per evitare di commutare, anche accidentalmente, mentre si trasmette) Personalmente ho preso entrambi i segnali dalla pressa ACC2 del mio 756 (non so se le le ACC2 di tutti gli Icom abbiano gli stessi segnali): nel caso di RTX a 12V (come il mio) si potrebbe anche prendere questa alimentazione direttamente dall'alimentatore della radio.

Una piccola nota riguarda il perchè dell'isolamento tra radio e control box: dato che il commutatore di antenna lavora in una zona "ad alta densità di RF", un rientro potrebbe arrivare al control box e da qui, tramite il CIV, raggiungere l'RTX o il computer. Con questa soluzione si minimizza questa possibilità.
Una nota: per evitare di prendere l'alimentazione dal RTX avevo pensato ad utilizzare dei convertitori DC/DC galvanicamente isolati: peccato che all'ultima fiera non ne avessi comprato nemmeno uno! Sarà per la prossima realizzazione.

Volendo è comunque possibile evitare questo modulo collegando direttamente il cavo CIV al PIN 0 dell'ARDUINO, come anche io ho fatto durante la fase di testing del software

Output Interface

E' la scheda dalla quale partono i cavi che vanno all'unità remota. Su questo circuito trovano posto una serie di relais che portano a livello logico alto o basso le 3 linee di alimentazione (la quarta è ovviamente la massa) dell'unità remota usando una codifica BCD: le linee hanno in realtà il duplice compito di segnalare (tramite il loro livello alto/basso) quale antenna selezionare fornendo contemporaneamente la tensione necessaria a pilotare i relais stessi. Sul circuito trovano posto anche una serie di induttanze per bloccare eventuali rientri di radiofrequenza dall'unità remota.

Sarebbe sicuramente stato possibile pilotare i relais esterni direttamente con dei BJT collegati ad arduino, ma questa soluzione mi è sembrata più "robusta" anche se pedestre, come amava dire il mio professore di matematica al biennio dello scientifico.

BCD Remote Decoder

Come già accennato, per poter risparmiare qualche filo, ho deciso di usare solo 4 cavi (3 alimentazioni ed una massa) per selezionare 7 antenne: le 3 alimentazioni vengono usate per codificare un segnale binario in formato BCD e contemporaneamente fornire tensione a tutto il sistema. Con 3 bit, infatti, si realizzano ben 8 combinazioni:

Numero Antenna	Cavo1	Cavo2	Cavo3
0	GND	GND	GND
1	Vcc	GND	GND
2	GND	Vcc	GND
3	Vcc	Vcc	GND
4	GND	GND	Vcc
5	Vcc	GND	Vcc
6	GND	Vcc	Vcc
7	Vcc	Vcc	Vcc

La scelta "0" deve essere ovviamente evitata dato che in questa condizione all'unità remota non arriverebbe, su nessun filo, alimentazione; negli altri casi, invece, è sempre presente ALMENO un filo che può essere usato per spillare l'alimentazione di tutto il sistema.

La conversione BCD -> Decimale viene fatta da altri 4 piccoli relais a due vie opportunamente collegati. Naturalmente sarebbe stato possibile usare uno dei tanti integrati disponibili della serie 74xx per questo compito: l'uso di un integrato, normalmente pensato per lavorare con segnali logici (es. TTL), avrebbe comportato la necessità di filtrare attentamente le linee digitali in ingresso, anche perchè ricordo che, in logica TTL, il livello "alto" inizia a circa 2 V, valore che potrebbe essere facilmente raggiunto qualora si verifichino dei rientri di RF.

Con una soluzione meccanica, eventuali rientri di RF sarebbero molto probabilmente insufficienti a causare il cambio di stato di un relais.

Commutatore antenna

E' la parte a RF del sistema dove trovano posto i relais di commutazione. La soluzione da me adottata prevede l'utilizzo di comuni relais da impianti elettrici (e tra l'altro sono riuscito a trovare solo quelli a 24 Vac che poi uso in CC) dopo opportuna modifica, esattamente come si trova anche in rete: si tratta in pratica di "eliminare" il centrale del relais, normalmente collegato alle lamelle da un piccolo filo, e collegare insieme con un ponte le due lamelle estreme. In altre parole, il relais non funzionerà più come deviatore, ma come un vecchio "interruttore a lama".
In ogni caso questa soluzione piò essere facilmente modificata in base alle proprie esigenze, dato che dal "convertitore BCD" esce una alimentazione per ogni relais di antenna.

Non è escluso che in futuro questo blocco cambi grazie alla disponibilità di aziende che realizzano CS a doppio strato anche per modeste quantità: l'idea (rubata anch'essa da altri...) sarebbe quella di realizzare un sistema a microstriscia per mantenere inalterate le impedenze nei vari punti.

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