When I made my first attempts at receiving on the 137kHz band, I used my 7m vertical antenna (fishing rod) on the roof, a tuned circuit and an HP selective voltmeter as a receiver. I was very happy of the performance of the antenna once resonated with an high-Q coil, but disappointed of the receiver, because two very strong signals completely obscured reception: they were two time stations, one at 135.425kHz (-42dBm) and the other at 138.828kHz (-52dBm). Too strong, too near the ham band and too near to each other to be able to avoid them entering the IF of my receiver. By using Argo on the PC, I was only able to see disturbances from those strong stations all over the band.
So came the idea of building a low-IF receiver using a LO at 135.42kHz and an high dynamics mixer. After the mixer, one of the disturbances goes near to DC, the other near 3.4kHz. Both can be filtered with low and high-pass audio filters, leaving the ham band on the middle. Image rejection is not the best you can get, but fortunately there aren't other strong interferers just below 135.42 and the Q of the resonant circuit connected to the antenna is sufficiently high, so background noise from the image frequency is attenuated.
The mixer is based on a CMOS switch, the Maxim MAX4653 in full-bridge configuration, followed from a low-noise differential amplifier based on a Linear Technology LT1028 (see 2nd photo). The differential amplifier includes the first stages of hi- and low-pass filtering. After that we have other 4 op-amp stages (2xNE5532), giving amplification and filtering. On the end we have a 5th-order Butterworth hi-pass at 300Hz and a 5th-order Chebychev low-pass at 2kHz.
I haven't completed measurements, but results appear quite good. Receiver noise is well below background noise from the antenna. Time stations are still audible, but no more disturb the ham band. The only disturbances are a couple carriers from broadcast stations on higher frequencies, which are not sufficiently attenuated by the resonator and pass the mixer in harmonic mode: but they are not very strong, fortunately.
In order to have a very low phase noise, allowing long averages in QRSS, I decided to use an XTAL-based LO. Since I wanted to experiment with PLD devices, I made it with a small Altera PLD driven by a 26MHz commercial VCXO (4th photo). The Altera implements a divider by 192 (actually /96 and then /2 to have a 50% duty cycle) to get 135.4167kHz, quite near to my needs. It also implements a divider by 189, to get 137.57kHz useful to transmit.
And here comes the second part: the transmitter. This is quite simple: an IRFR110 MOS is driven by the Altera clock through an EL7104, and drives the coil that resonates the antenna. This gives a small power of 1-2W, but enough to have more than 1kV peak voltage on the antenna, a safe limit to avoid sparks on the cable and connectors. With my short antenna radiated power is of the order of microwatts... ok, very small hopes of being heard!
Quando ho fatto i miei primi tentativi di ricezione sulla banda dei 137kHz, ho usato la mia antenna verticale da 7m (canna da pesca) sul tetto, un circuito di sintonia e un voltmetro selettivo HP come ricevitore. Ero molto soddisfatto delle prestazioni dell'antenna una volta risonata con una bobina ad alto Q, ma deluso dal ricevitore, perché due segnali molto forti oscuravano completamente la ricezione: erano due stazioni orarie, una a 135.425kHz (-42dBm) e l'altra a 138.828kHz (-52dBm). Troppo forti, troppo vicine alla banda radioamatoriale e troppo vicine tra loro per poterle evitare in ingresso alla IF del mio ricevitore. Usando Argo sul PC, riuscivo a vedere solo i disturbi di queste stazioni forti su tutta la banda.
Così è nata l'idea di costruire un ricevitore a bassa IF usando un LO a 135.42kHz e un mixer ad alta dinamica. Dopo il mixer, uno dei disturbi va vicino alla DC, l'altro vicino ai 3.4kHz. Entrambi possono essere filtrati con filtri audio passa-basso e passa-alto, lasciando la banda radioamatoriale nel mezzo. La reiezione dell'immagine non è la migliore che si possa ottenere, ma fortunatamente non ci sono altri forti interferenti appena sotto i 135.42 e il Q del circuito risonante collegato all'antenna è sufficientemente alto, quindi il rumore di fondo dalla frequenza immagine è attenuato.
Il mixer è basato su uno switch CMOS, il Maxim MAX4653 in configurazione a ponte completo, seguito da un amplificatore differenziale a basso rumore basato su un Linear Technology LT1028 (vedi seconda foto). L'amplificatore differenziale include i primi stadi di filtraggio passa-alto e passa-basso. Dopo di ciò abbiamo altri 4 stadi operazionali (2xNE5532), che forniscono amplificazione e filtraggio. Alla fine abbiamo un passa-alto Butterworth del 5° ordine a 300Hz e un passa-basso Chebychev del 5° ordine a 2kHz.
Non ho completato le misure, ma i risultati sembrano abbastanza buoni. Il rumore del ricevitore è ben al di sotto del rumore di fondo dell'antenna. Le stazioni orarie sono ancora udibili, ma non disturbano più la banda radioamatoriale. Gli unici disturbi sono un paio di portanti da stazioni broadcast su frequenze più alte, che non sono sufficientemente attenuate dal risonatore e passano il mixer in modalità armonica: ma non sono molto forti, fortunatamente.
Per avere un rumore di fase molto basso, permettendo lunghe medie in QRSS, ho deciso di usare un LO basato su quarzo. Poiché volevo sperimentare con dispositivi PLD, l'ho realizzato con un piccolo PLD Altera pilotato da un VCXO commerciale da 26MHz (quarta foto). L'Altera implementa un divisore per 192 (in realtà /96 e poi /2 per avere un duty cycle del 50%) per ottenere 135.4167kHz, abbastanza vicino alle mie esigenze. Implementa anche un divisore per 189, per ottenere 137.57kHz utili per trasmettere.
E qui arriva la seconda parte: il trasmettitore. Questo è abbastanza semplice: un MOS IRFR110 è pilotato dal clock Altera attraverso un EL7104, e pilota la bobina che risuona l'antenna. Questo fornisce una piccola potenza di 1-2W, ma sufficiente per avere più di 1kV di tensione di picco sull'antenna, un limite sicuro per evitare scintille sul cavo e sui connettori. Con la mia antenna corta la potenza irradiata è dell'ordine dei microwatt... ok, pochissime speranze di essere ascoltato!
