Radio TX/RX de HF portátil

HISPALIS DDS

Este es un proyecto de radio de HF que está en constante evolución.
Nace como un circuito de radio de conversión directa monocanal con un único control que es el mando de ganancia de audio. Está basado el el conocido "knobless" pero se le incluyen varias modicicaciones iniciales como es añadir la capacidad de CW, conmutador de cambio de CW a SSB y alguna otra modificación menor. El objetivo de este diseño es exclusivamente didáctico, para principiantes, con ajuste muy fácil de realizar sin necesidad de instrumentos más allá de un multímetro y un receptor.
Dada su sencillez, se monta bien, funciona a la primera y cumple dignamente con su objetivo. No obstante que sea frecuencia fija, sin posibilidad de clarificador, es una limitación que demanda continuamente mejoras, para poder variar la fercuencia de trabajo.

Esta demanda obliga a un diseño mucho más complejo, hay que añadir un mezclador de RF y un oscilador de frecuencia variable. Esto obliga tomar algunas decisiones como si 100% analógico o admitir el uso de componentes digitales avanzados y el correspondiente SW. El diseño inicial iba enfocado a salir al campo, muy ligero y bajo consumo, pero para seguir en esta línea la nueva electrónica debe ser amable con el uso de baterías pequeñas, es decir, bajo consumo. Por otro lado, hay que tratar de mantener la sencillez del diseño al máximo, de forma que sea asequible a principiantes aunque ya, inevitablemente, es un montaje vanazado. Incluye más ajustes y casi duplica el número de componentes necesarios.
La irrupción de la impresión 3D abre además otra puerta, ¿porqué no hacer un diseño compacto autónomo y de unas prestaciones y funcionalidades más parecido a un equipo comercial?, el resultado es el HISPALIS DDS.

Diseño, concepto

En la actualidad gracias a la gran cantidad de herramientas de uso libre es posible acometer proyectos complejos sin invertir grandes cantidades de dinero en herramientas de diseño. QUCS, LTSpice^® , DesignSpark^®, AADE y otros son las herramientas usadas en este proyecto.
Llegar a una solución integrada obliga a muchas iteraciones. El empleo de varias herramientas no integradas tambien obliga a repetir parte del trabajo ya que no es exportable entre ellas. El esquema de QUCS para simular algo no se puede pasar al programa de PCB y por tanto hay que volver a realizar el esquema. No obstante, en simulación no se hace todo, sino solamente lo que es crítico y luego ya se hace al captura de esquemas para generar la PCB.
Antes de fabricar una PCB hay que integrar todo mecáicamente para ver que no haya ningún conflicto entre elementos. Finalmente cuando se hace un primer prototipo aparecen problemas de funcionamiento no previsibles, algunas mejoras ergonómicas que se vuelven a pasar al diseño y comienza de nuevo el proceso.
El modelo 3D incluye, el modelo 3D de los circuitos electrónicos con los componentes a tamaño real. Muchos fabricantes proporcionan el modelo 3D de sus componentes, en otros casos se usan componentes de librerías de uso público y en otros casos se construye el componente a partir de la documentación técnica que proporciona el fabricante del componentes. Todo este esfurzo, perosnal y colectivo, permite obtener modelos 3D "reales" y por tanto si la integración es viable en 3D, el resultado será el esperado.
Una vez se dispone de una solución viable, se puede empezar a rutar los circuitos para construir un prototipo. En este proceso de rutado de la PBC  se producene cambios de posición de los componentes, por diversas razones. Rápidamente se puede generar un nuevo fichero IDF que se importa en el CAD 3D y en cuestión de menos de un minuto vemos las implicaciones que puede tener el cambio. Desgraciadamente no se puede realimentra en sentido inverso, por el momento.
El CAD 2D de rutado solo nos permite nener en cuenta conflictos de separación entre componentes, pero la altura de éstos no se tiene en cuenta. Sinembargo una vez se genera el fichero IDF, a partir del PCB, se asocian los componentes 2D a su modelo 3D y apartir de aquí ya tenemos una PCB con toda la información 3D que nos va a ser necesaria para la integración.

Ya podemos montar torretas de separación, tornillos, radidor en aquellos componentes que sea necesario, las baterías, los contactos de batería, incluso cables (aunque este trabajo es muy arduo de hacer).
La caja se cosntruye al rededor del ensamble 3D de todos estos componentes, de tal forma que los huecos de salida de conectores, mandos, pantalla, etc. coincidan geométricamente con los componenets reales.

Las vistas de sección y otras ayudas nos permiten ir evaluando si hay conflictos entre componentes y caja o resto de elemntos que se van a hacer mediante impresión 3D, como son los botones de mando.

Para hacer las piezas en 3D es necesario tener una idea clara de cómo se imprime. Cualquier pieza es imprimible, pero el resultado final puede ser muy deficiente si no se tiene en cuenta que los vanos no se pueden imprimir vacíos. La impresora por su cuenta genera una estructura para cubir los vanos y poder hacer partes que estan suspendidas y por tanto no apoyan en la cama de la impresora. Estas estructuras luego es necesario retirarlas y no deben quedar en la parte vista de la pieza ya que estéticamente no son aceptables.
El diseño tiene que tener en cuenta el método de ensamble o de montaje/desmontaje. Si no hay forma de meter un circuito con sus conexiones en la caja que hemos hecho, de nada sirve este trabajo. En este aspecto el programa CAD 3D nos ayuda poco. Hay que hacer estudios de desplazamiento de piezas y ver si chocan con algo... no podemos dejar nada al azar o tiraremos cintos de horas de trabajo.

 El programa CAD 3D tiene una función muy útil, aunque ralentiza de forma tremenda el movimiento de piezas. Es la herramienta de interferencias entyre priezas. Nos remarca en rojo las zonas en las que un componente, pieza en 3D, entra dentro de otra pieza. Esto nos puede ayudar a encontrar problemas que no se pueden detectar fácilmente en un ensamble tan complejo. Para que esta herramienta sea realmente eficiente es necesario modificar algunos componentes ya que el fabricante ha proporcioando un modelo que tiene interferencias. Como modelo esto no nos afecta ya que solo nos interesa la cáascara del componente. Pero, si usamos la intereferencia entre piezas y hay piezas con interferencia interna nos van a salir un sinfin de partes en rojo mostrando intereferencias que no nos interesan y pueden ocultar las que si nos interesan. Este trabajo extra inicial tienen como recompensa un mayor control del diseño antes de montar un solo componente o imprimir una pieza 3D.
Un accesorio importante para este proyecto es el manipulador de palas.  Este manipulador ha sido viable gracias a lso materiales plásticos imprimibles con componentes conductores. Las palas del manipulador estan hechas así y de esta forma el sensor capacitivo tiene conexión con la pala y podemos detectar cuando se toca la pala para dar la señal al KEYER que incluye el SW de la radio.

El manipulador pesa solo 20gr, incluida la pila de funcionamiento. Dispone de una ranura para introducir una correa de fijación a la pierna o al brazo, de tal forma que se pueda operar en campo sin necesidad de una mesa.
Se está trabajando en un soporte con acoplamiento magnético al manipulador de tal forma que se pueda trabajar en una mesa, cómodamente....

El manipulador es tan sumamente pequeño que para conseguir algo de peso en el soporte, para evitar que se mueva al manipular en CW, el tamaño parece descomunal.

Aún así, el resultadpo final es un componente bastante pequeño y el peso estará en torno a los 300gr.
Es un proyecto vivo, en evolución continua. En otros posts iré dando información relevante sobre cada parte de la radio.

Enlaces a las herramientas usadas para este proyecto. No están todas, pero si las más importantes:

Simulador QUCS
Simulador LTSpice
Captura de esquemas, rutado PCB y diseño 3D: Desigspark
Diseño de filtros
Carta de SMITH
Calculadora de RF
Libre OFFICE