CANFI

Un misuratore economico di cifra di rumore

Da sempre, chi opera nelle bande VHF e superiori è alla ricerca di preamplificatori di antenna a bassa e bassissima cifra di rumore (o noise figure NF) con l’intento di catturare anche i segnali più deboli. I dispositivi che negli anni si sono susseguiti dai vari produttori di componenti elettronici, sono migliorati sempre più nel tempo, semplificando l’autocostruzione di ottimi preamplificatori. Valutare parametri, quali gain, noise figure, return loss, è fondamentale per la verifica di quanto si è appena realizzato e alla portata di tutti grazie alla diffusione di VNA a basso costo. Apparentemente non sembrerebbe così per la misura della cifra di rumore, ma anche qui ci viene incontro la tecnologia moderna.

Il CANFI (Cheap Automatic Noise Figure Indicator) è un software che sfrutta le potenzialità delle chiavette RTL-SDR per la misura della Noise Figure. Ideato da Frank DL2ALF, rapprensenta un valido sostituto a basso costo ai blasonati PANFI (Precision Automatic Noise Figure Indicator) tipo HP 8970 o Eaton 2075 e per chi non dispone di altra strumentazione idonea alla misura di tale parametro, come ad esempio un analizzatore di spettro o un power meter.

Per quanto riguarda la teoria di misura si rimanda alla presentazione pubblicata sul sito del CANFI. Per ulteriori approfondimenti si consiglia la lettura delle application notes riportate in letteratura.

Hardware

Vediamo innanzitutto in dettaglio l’hardware occorrente per realizzare lo strumento:

• Ricevitore DVB-T RTL-SDR.
• Noise source.
• Adattatore interfaccia USB/seriale.
• Alimentatore 28Vdc per il generatore di rumore.
• Switch commutatore elettronico per alimentatore controllato da interfaccia seriale.
• Amplificatore RF LNA larga banda.

Il ricevitore RTL-SDR è la classica pennetta basata su chip RTL2832 o RTL2838 e tuner R820T o E4000 (quest’ultimo non copre i 50 MHz ed ha un buco in ricezione da 1150 a 1250 MHz), preferire modelli dotati di custodia metallica ed oscillatore ad alta stabilità.

Il noise source, ovvero testina generatore di rumore, di tipo commerciale (as es. HP 346) o autocostruita utilizzando diodi o transistor. E’ indispensabile che sia calibrata, almeno sulle frequenze d’interesse radioamatoriale.

Adattatore USB/seriale viene utilizzata dal software CANFI per accendere/spegnere l’alimentazione alla sorgente di rumore tramite il piedino DTR o RTS. L’interfaccia può essere di tipo seriale RS232 o TTL, quest’ultima semplifica la realizzazione del circuito di switch. Se si utilizza un vecchio PC, dotato di porta seriale, l’adattatore non è ovviamente necessario.

Alimentatore 28Vdc per il generatore di rumore, che può essere realizzato con un modulo DC/DC boost step-up converter per sfruttare i 5V della porta USB o una sorgente esterna a tensione comune. L’alimentatore deve essere ben schermato per evitare interferenze verso i dispositivi esterni.

Lo switch di alimentazione serve ad abilitare la 28Vdc, su comando del CANFI attraverso la porta seriale. Realizzato solitamente con un MOSFET ed opportuno circuito d’interfaccia con il computer. Ulteriori dettagli su come costruirlo sono riportati nell’articolo alimentatore CANFI.

All’accorrenza, per ridurre l’errore di misura con DUT a bassa NF, è consigliabile anteporre il ricevitore RTL-SDR un amplificatore larga banda a basso rumore, eventualmente seguito da un attenuatore per migliorarne il match con l’ingresso della pennetta.

I disposivi possono essere collegati tra loro tramite un hub USB, dal quale prelevare anche l’alimentazione necessaria e creare quindi un’unica scatola contenente l’hardware di misura.

Installazione

RTL-SDR

• Scaricare Zadig dal sito zadig.akeo.ie
• Collegare il dispositivo RTL-SDR alla porta USB del PC
• Lanciare Zadig, in Options abilitare List All Devices, disabilitare Ignore Hubs or Composite Parents

• Nel menu a tendina, selezionare il dispositivo RTL-SDR in uso

• Nella riga Driver selezionare WinUSB e premere il bottone Replace Driver
• Confermare il messaggio di avviso e attendere l’installazione (che può richiedere un po’ di tempo)
• Alla fine del processo viene confermato il buon esito, chiudere Zadig

Canfi

• Scaricare CANFI dal sito www.canfi.eu
• Estrarre l’archivio .zip in una cartella
• Lanciare l’eseguibile CANFI.exe

Configurazione

• Al primo utilizzo, nel riquadro Measure premere sul bottone Settings e verificare che siano selezionati correttamente il ricevitore RTL e la porta COM che controlla l’alimentazione della noise source.
• Lasciare tutte le altre impostazioni al valore di default.

E’ possibile specificare una tabella di calibrazione della ENR del noise source in uso.

Calibrazione

• Collegare l’ingresso del ricevitore RTL all’uscita del noise source. Includere nella calibrazione eventuali cavi e, per quanto possibile, adattatori, che verranno utilizzati successivamente nella misura.
• Collegare il circuito di alimentazione al noise source.
• Nel riquadro Measure Device, inserire, utilizzando lo scroll del mouse, la frequenza di misura e l’ENR del generatore di rumore sulla frequenza selezionata.
• Nel riquadro Measure, premere il bottone rosa Calibrate.
• Attendere qualche minuto la fine della calibrazione, il pulsante mostrerà la scritta Calibrated.

• Verificare che la calibrazione sia andata a buon fine, premendo il tasto verde Measure, il CANFI dovrà indicare gain circa pari a zero dB.

Misura

• Collegare il noise source all’ingresso del dispositivo sotto test DUT e l’uscita di questo al ricevitore RTL.
• Alimentare il DUT.
• Premere il tasto verde Measure.
• Dopo alcune iterazioni il CANFI visualizzerà stabilmente i valori misurati di gain e NF.

E’ possibile effettuare misure in offset di frequenza, selezionando Mode B per DUT che effettuano conversioni di frequenza o Mode C per DUT a frequenza superiore a quella del ricevitore RTL. In tal caso si dovrà convertire l’uscita del DUT a frequenza inferiore utilizzando un mixer, come si faceva per i vecchi misuratori di rumore Ailtech tipo 75.

Altra modalità di misura è quella in Sweep, che consente di effettuare misura di gain e NF su un determinato intervallo di frequenze, definendo start, stop e lo step di incremento.

Riferimenti

• CANFI
• CANFI GitHub

Letteratura

• Keysight application note 5952-8255E Fundamentals of RF and Microwave Noise Figure Measurements
• HP application note AN57-1 Fundamentals of RF and Microwave Noise Figure Measurements
• HP application note AN57-2 Noise Figure Measurement Accuracy

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• Alimentatore CANFI
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