Este convertidor fue diseñado por el radioaficionado británico Roger Lapthorn G3XBM en 2006 para intentar recibir las transmisiones en morse de la histórica estación de radio sueca SAQ, en Grimeton, que opera en la banda de VLF en la frecuencia de 17,2 kHz. Puede ser empleado para recibir otras estaciones de radio que operan en frecuencias tan bajas, correspondientes a la banda de VLF (nominalmente, 3-30 kHz).

SAQ es una histórica estación radiotelegráfica sueca construida en 1922-1924, ubicada en Grimeton, y que actualmente está declarada monumento nacional sueco, y desde 2004, está inscrita en el Patrimonio de la Humanidad por la Unesco como la última superviviente de las grandes estaciones de transmisión de radio basadas en técnicas anteriores a la era de la electrónica. Emplea un transmisor de VLF realizado con un alternador Alexanderson, que es un alternador generador de corrientes alternas de alta frecuencia de tipo rotatorio, y que puede generar potencias del orden de 200 kW a la frecuencia de 17,2 KHz en el caso de la estación SAQ. Actualmente este transmisor se pone en marcha en días señalados del año para realizar transmisiones telegráficas conmemorativas.

El convertidor fue realizado para ser empleado con el transceptor HF FT817 de Roger, pero puede ser empleado con casi cualquier receptor de radio para onda corta. El circuito consiste en un filtro paso bajo al que se conecta la antena, y que alimenta a un doble mezclador balanceado SBL1 conectado "back to front" (conectado en sentido inverso), con la salida de FI del mezclador conectada como entrada de RF (al filtro de entrada paso bajo). Al mezclador se inyecta también la señal procedente de un oscilador a cristal de 12,0 MHz, y la señal de mezcla obtenida a la salida del mezclador es amplificada con un transistor (Q2) y aplicada a la toma de salida, a la cual se conectará la toma de antena del receptor de HF que se emplee.

Con esta configuración, la señal de la estación SAQ (17,2 kHz) será captada por el receptor de Onda Corta (en modo de recepción telegráfica) en la frecuencia de 12,0172 MHz (12 MHz + 17,2 kHz).

Naturalmente, la elección del cristal del oscilador dependerá de lo que haya en su cajón de componentes. El convertidor operará razonablemente bien desde unos pocos kHz hasta aproximadamente los 100 kHz. Como antena puede emplear un hilo largo de cualquier longitud tendido desde cualquier árbol de su jardín hasta la toma central del conector de antena del convertidor.

Para el uso de este convertidor en la banda de radioaficionados de LF en 136 kHz, hay que reducir el valor de los componentes del filtro paso bajo de entrada.

Modificación de Chris HB9DAO

Basado en el convertidor VLF de Roger Lapthorn G3XBM, Chris HB9DAO realizó algunos cambios en el diseño básico del convertidor para mejorar el comportamiento ante señales de entrada de alto nivel en el convertidor. Su versión se muestra a continuación. En él se añade la comparación técnica entre el convertidor original de G3XBM y este convertidor mejorado. También se incluye una variante del filtro paso bajo (LPF) de entrada para operar hasta frecuencias de entrada de 1,6 MHz, alternativo al filtro paso bajo de 100 kHz.

El oscilador trabaja a 4 MHz empleando un cristal de cuarzo de 4,0 MHz, aunque puede emplear cualquier cristal de cuarzo de otra frecuencia de HF (ello cambiará la banda de recepción del receptor de Onda Corta empleado para sintonizar las señales entregadas por el convertidor). Una antena de hilo largo de unos 15 metros de longitud es suficiente.

Este circuito se puede alimentar con tensiones de 9 a 24 voltios, pero ha de mantenerse la tensión de alimentación del oscilador y del doble mezclador balanceado a +8 V, por lo que el valor de la resistencia R debe elegirse adecuadamente para cumplir este requisito.

La salida del mezclador es a través de un par de condensadores en paralelo. El valor de uno de ellos se ha de elegir entre 1 y 22 µF, ello se hace para que a frecuencias de 4 MHz la salida del mezclador vea una impedancia próxima a los 50 ohmios dentro de un buen ancho de banda, con lo que se mejora mucho el valor de la IP (Punto de Intercepción) del convertidor (mejora mucho su comportamiento frente a intermodulaciones por señales fuertes en frecuencias próximas).

El convertidor consume 40-50 mA, gran parte de ella absorbidas por el transistor FET que amplifica la salida del mezclador balanceado. Se recomienda dotar de un pequeño radiador de calor a dicho transistor.

La salida hacia el equipo receptor de onda corta es a través de un pequeño transformador de RF realizado sobre un toro de ferrita Amidon FT43-72, arrollando 11 espiras para el primario y 3 espiras para el secundario, ambos con hilo esmaltado de 0,2 mm de diámetro.

El esquema mostrado es un simple convertidor de VLF a onda corta (HF) para ser empleado junto con un receptor de onda corta que el autor ha usado satisfactoriamente para la monitorización de la actividad de las llamaradas solares durante unos cuantos años.

Usted puede usar para Y1 un cristal de 3,5 o 4,0 MHz para realizar la conversión de la banda de 10 Khz a 150 Khz a la banda de 3,510 MHz o 4,010 Mhz respectivamente.

Como antena el autor empleó un largo hilo, pero una antena VLF de bucle probablemente funcione mejor y le permita orientarla para buscar nulos de recepción de las estaciones de VLF que pueda recibir, ya que entonces las señales mejoran mucho en casos en que se reciban señales fuertes de las estaciones de VLF. Para las pruebas el autor monitorizó las señales de las antiguas estaciones de radioposicionamiento Loran C, que operan en 100 Khz.

Lista de componentes

Otro circuito alternativo

Otra versión del esquema anterior (de otro autor ?). (Nota: varían la numeración de las bobinas).

El receptor original Gyrator para VLF fue desarrollado en 1994 por Arthur J. Strokes, radioaficionado norteamericano (indicativo N8BN), y coordinador técnico del estudio de los SID (Sudden Ionospheric Disturbances, Disturbios ionosféricos repentinos), siendo descrito en el boletín "Communications Quarterly" en 1994. El receptor presentado en este documento es una mejora del original, realizada a partir de las observaciones y comentarios presentados por investigadores del fenómeno SID (investigadores que suelen formar parte de grupos científicos de observación de fenómenos del Sol). Fue publicado en 1999.

Gyrator II - Un receptor sintonizado Gyrator para VLF mejorado

El receptor sintonizado Gyrator original para VLF fue publicado en primavera de 1994 en el boletín Communications Quarterly, y ha sido usado satisfactoriamente para el estudio de los "Disturbios ionosféricos repentinos" (SID), pero algunos usuarios de este receptor han comunicado que presenta algunos problemas, como la entrada en autooscilación del receptor cuando su ganancia se incrementaba a altos valores. Este problema es debido a la gran proximidad entre la etapa sintonizadora y la etapa amplificadora, al estar integradas en un mismo circuito integrado.

En esta versión mejorada del Gyrator, ambas funciones son separadas usando dos chips amplificadores operacionales duales, en lugar de usar un único chip amplificador operacional cuádruple (un antiguo 1436) de la versión original. El chip elegido es el amplificador operacional dual biFET TL082, fácil de encontrar.

El primer TL082 proporciona la función de filtro pasabanda sintonizable, donde la sintonía viene dada por el potenciómetro R6. El segundo TL082 proporciona la etapa de amplificación, constituida por los dos amplificadores internos del TL082 acoplados capacitativamente. El primero de ellos permite una ganancia de cero a cien, ajustable mediante el potenciómetro R8. El segundo amplificador proporciona una ganancia fija de aproximadamente treinta, lo que en conjunto proporciona a toda la etapa amplificadora del receptor una ganancia máxima próxima a 3000, lo que es suficiente para nuestros propósitos.

La detección de las señales se realiza mediante el uso de dos diodos rectificadores (D1, D2), en lugar de usar el rectificador integrador de precisión diseñado como amplificador y detector en la versión original del Gyrator. Opcionalmente se puede añadir un diodo zener de 5 voltios (D3) para limitar el nivel de tensión rectificada si se recibe una señal de VLF demasiado fuerte.

La alimentación es proporcionada por un transformador de red cuyo secundario tiene una toma media, entregando 9 + 9 voltios. Dos diodos rectificadores (D4, D5) rectifican las tensiones alternas de 9 voltios, y son filtradas por dos condensadores (C8, C9), proporcionando dos tensiones continuas de alimentación simétricas de unos 10 voltios (+10 y -10 Volts), que se aplican a las patillas de alimentación de ambos chips TL082 (patillas 4 a -10 V, patilla 8 a +10 V, no mostrado en el esquema).

Uso del receptor

La sintonía del Gyrator es muy aguda. El dial de sintonía debe ser girado muy lentamente para evitar perder señales de alguna estación VLF. Su ancho de banda a -3 dB es del orden de 400 Hz, pero este bajo ancho de banda sólo se consigue usando condensadores de polipropileno de alto Q en el receptor. Los condensadores de mica plateada también trabajan bastante bien.

La salida del receptor proporciona un nivel de señal (continua) suficiente para ser grabada en muchos grabadores de casette, e incluso de suficiente tensión como para poder ser manejada por un convertidor analógico-digital para ser grabada por un ordenador.

Construcción

Cablee los dos potenciómetros y el conector al grabador con conexiones cortas y suéldelas antes de colocar el circuito impreso en la caja donde lo vaya a colocar. La señal de antena es tomada a través de un conector BNC. Deberá realizar en la caja antes de instalar el circuito impreso los agujeros para los dos potenciómetros, el conector BNC de antena, el conector para conexión al grabador, y el agujero para pasar el cable de alimentación.

Recuerde conectar los diodos y condensadores electrolíticos respetando sus polaridades. Es aconsejable usar cable apantallado o pequeños trozos de cable coaxial para las conexiones a los potenciómetros y al conector BNC de antena (el uso de conexiones con hilo no blindado limita la ganancia del receptor y puede llegar a provocar autooscilaciones parásitas a las ganancias más altas).

En este caso no se trata de un circuito receptor físico para la banda de VLF, sino que es un auténtico receptor de radio recreado por software, diseñado por el radioaficionado sueco Johan H. Bodin SM6LKM, que emplea la tarjeta de sonido del ordenador como equipo receptor y procesador de señales.

El programa de Johan SM6LKM permite recibir emisiones en VLF (frecuencias muy bajas) como las usadas por la histórica estación sueca SAQ (en Grimeton, frecuencia de 17,2 kHz), usando únicamente la tarjeta de sonido.

El SAQrx es un receptor definido por software en la tarjeta de sonido, cubre la banda de frecuencias de 0 a 22 khz. SAQrx fue desarrollado inicialmente para recibir la transmisión especial de Navidad de 2006 de la histórica estación radiotelegráfica sueca SAQ (ya comentada en el circuito nº1 de este documento), pero puede emplearse para recibir cualquier otra transmisión en esas bandas de frecuencias tan bajas o para cualquier otro propósito, mientras se espera otra transmisión de la SAQ.

A grandes rasgos, el receptor software SAQrx muestrea y digitaliza la señal entregada por la antena conectada a la toma de micrófono o a la toma de línea de entrada de la tarjeta de sonido, con una frecuencia de muestreo de 44100 Hz. Un oscilador local interno sintonizable se emplea para mezclar en cuadratura de fase su señal con la señal de antena muestreada y digitalizada, generando dos señales I y Q en cuadratura de fase. Estas señales son filtradas con un complejo filtro variable, y las señales I y Q filtradas a continuación se suman para obtener la banda lateral superior (USB) de la señal de mezcla. Esta señal pasa por un filtro de interpolación digital y un conversor digital-analógico de la tarjeta de sonido antes de ser entregada a la cadena de amplificación de sonido y salida de altavoces de la tarjeta de sonido.

El filtro digital sintonizable es un filtro variable cuyo ancho de banda es seleccionable en 3 pasos: 300 Hz, 1000 Hz y 2400 Hz. El receptor SAQrx además incorpora un analizador de espectro que permite mostrar en una ventana panorámica todo el espectro captado en la banda de frecuencias de 0-22 kHz que maneja el receptor. Sobre esta ventana panorámica puede realizar la sintonización de las señales deseadas.

El software SAQrx funciona bajo Windows y requiere una tarjeta de sonido capaz de operar en full-dúplex con una frecuencia de muestreo de 44100 Hz. Muchas tarjetas de sonido cumplen esta condición.

Su instalación es sencilla: Descargue el archivo 'saqrx06.zip' (disponible aquí) y descomprímalo en una carpeta de su elección. Sólo contendrá un archivo, 'SAQRX.EXE', que es el ejecutable del programa. Haga doble clic en este archivo para arrancar el programa.

SAQrx sólo ha sido comprobado por su autor con Windows XP, pero debe funcionar bien en algunas otras versiones del sistema operativo Windows.

Para eliminar el programa de su ordenador, simplemente elimine el archivo 'SAQRX.EXE'. A diferencia de otras aplicaciones para Windows, SAQrx no creará otros archivos en su disco duro, no sobreescribirá otros archivos, ni creará o modificará entradas en el registro del sistema.

SAQrx ha sido creado para ser inocuo para su sistema, no debería dar lugar a problema alguno en su sistema, pero en todo caso, utilícelo bajo su propia responsabilidad.

Notas de funcionamiento

SAQrx emplea la tarjeta de sonido que esté definida por defecto en su sistema. Si su ordenador dispone de más de una tarjeta de sonido, deberá comprobar desde el Panel de Control de Windows cuál es la tarjeta definida por defecto en su sistema.

Desde el mezclador del sistema para grabación deberá seleccionar la línea de entrada de señal a la tarjeta de sonido, y ajustar su nivel. Como línea de entrada puede emplear la toma de micrófono o la toma de Line (línea) si existiera ésta, y siempre aplicando la señal de antena al canal izquierdo de la entrada seleccionada. Si el mezclador de grabación tiene un mando de ajuste "Output Mix" o similar, póngalo a cero o siléncielo para evitar ecos y autooscilaciones. Seleccione la salida de "Onda" ("Wave") ajustando su volumen, y escuche la señal sintonizada ajustando el volumen de salida del mezclador de reproducción.

NOTA: Nunca conecte directamente a la entrada elegida una antena larga, y menos si está en el exterior, sin una adecuada protección de la entrada de la tarjeta de sonido. Se recomienda conectar la antena a la entrada a través de una o varias resistencias de 1K en serie, seguido de dos diodos en antiparalelo entre la toma activa y la masa de la entrada elegida.

La selección de ancho de filtro se realiza mediante clics con el botón derecho del ratón sobre la pantalla panorámica, o con las teclas N, M W (estrecho = 300 Hz, medio = 1000 Hz, ancho = 2400 Hz). Los filtros medio y estrecho están sintonizados para una frecuencia central de audio de 700 Hz (muy apta para la recepción de señales telegráficas).

La sintonización se realiza girando la rueda del ratón en uno u otro sentido, con las teclas de flecha, arrastrando la curva pasobanda del filtro con el ratón manteniendo pulsado el botón izquierdo, o con las teclas de avance/retroceso de página para saltos de 1 Hz. La sintonización normal es en pasos de 100 Hz, pero puede modificarse a pasos de 1 kHz o de 10 Hz manteniendo pulsada la tecla Shift (Mayúsculas) o Control respectivamente.

Además se puede sintonizar directamente la estación SAQ en 17,2 kHz mediante en botón "Tune SAQ" o con la tecla de inicio. Además, seleccionará el filtro medio(M).

Mediante dos botones de la pantalla panorámica (+ -) puede modificar la ganancia de salida del receptor. Alternativamente puede emplear las teclas + - .

Mediante la tecla C puede activar o desactivar un contador de carga de la CPU de su sistema.

Si aparece en mitad de la ventana panorámica la indicación OVERLOAD parpadeando, es que el nivel de la señal de entrada ha alcanzado el nivel de 1 dB por debajo del nivel de recorte del receptor.