Non tutto il male vien per nuocere

Aggiungiamo il DAB all’autoradio!

Così recitava un vecchio proverbio, che sottolineava come anche eventi spiacevoli possano portare con sé opportunità di miglioramento e inpensate positive soluzioni.

Questa storia è nata un giorno d’inverno quando l’autoradio della vettura della Signora decise di smettere di funzionare correttamente. Si ammutolì, per poi riprendere “vita” casualmente, per brevi istanti. Fortunatamente il CD, l’ingresso aux e l’amplificatore audio continuarono a funzionare correttamente e questo aprì la strada ad una soluzione differente da quella “ovvia, ma terribilmente costosa” del sostituire l’intero media center, integrato nella plancia.

Viste le parti ancora funzionanti (ingresso esterno (aux), amplificatore audio e antenna esterna) e considerato il procedere del DAB, perchè non cogliere l’occasione del guasto per un “upgrade” del ricevitore e convertirsi al digitale? Pensato, detto, fatto.. o quasi. Vediamo nel seguito come si può organizzare una modifica del genere, contenendo costi e fatica ma al tempo stesso massimizzando divertimento e risultato.

Illustrazione 1: Configurazione media center prima e dopo aggiunta DAB

La nuova configurazione del media center

Partendo dal presupposto di avere un ingresso aux disponibile sull’autoradio/media center di serie (fatto molto comune nelle vetture degli ultimi 5-7 anni), la modifica è di per sé semplice. Per meglio illustrarla, facciamo riferimento alla schematizzazione a fianco.

Il nuovo ricevitore viene di fatto collegato direttamente all’antenna già esistente (ma da modificare un poco) e la sua uscita inviata all’ingresso aux del ricevitore già installato sulla vettura.

L’alimentazione di solito avviene tramite la presa accendisigari o direttamente oppure tramite un adattatore/riduttore di tensione a seconda dei modelli.

Modifica dell’antenna

L’antenna FM più classica e semplice è di fatto una “ground plane”, in cui il tetto metallico della vettura funge da piano di massa e lo stilo ha una lunghezza di circa 70cm per centrarsi sulla banda 88-108MHz. Il DAB impiega invece frequenze comprese da 174 a 254MHz, circa doppie quindi delle precedenti. Già a prima vista è ipotizzabile quindi che l’antenna originale non possa fornire risultati ottimali se non altro a causa del suo grande disadattamento di impedenza rispetto al cavo e all’ingresso del ricevitore. Occorre quindi rielaborarla un poco, risintonizandola e cercando per quanto possibile di allargarne la banda passante utile che passa dal 20% nel caso della FM al 32% nel caso del DAB+. L’operazione non è per nulla semplice: un semplice “stilo”, compatto e leggero difficilmente potrà coprire una banda così ampia. Vedendo il problema da altra prospettiva possiamo rilevare due elementi “lenitivi” delle difficoltà:

• dobbiamo solo ricevere e quindi un mediocre adattamento è più accettabile rispetto all’impiego ricetrasmittente

• cavi, connettori, base antenna di serie per l’autoradio sono in genere molto economici e già di loro con disadattamenti significativi: anche l’antenna migliore possibile vedrà la propria resa compromessa

Vediamo ora con tre misure, la situazione di partenza e due di possibile arrivo.

Curva di adattamento	Note	Immagine
	La curva “tormentata” da 50 a 500MHz dell’antenna a stilo originale racconta molto dei problemi di disadattamento introdotti da connettore, cavo e base antenna.
	Questa è la curva di adattamento da 100 a 275MHz vista sul connettore lato autoradio di uno stilo lungo 300mm e diametro 5mm. Il miglior adattamento è in banda DAB, ma risente pesantemente dei disadattamenti introdotti dagli elementi di trasmissione e connessione.
	Questa è la curva di adattamento vista sul connettore lato autoradio di uno stilo caricato, originariamente pensato per la banda GSM 900MHz. Nonostante l’impiego per un uso molto differente dall’iniziale, riesce ad offrire una accettabile risposta in banda DAB e risente inevitabilmente dei disadattamenti introdotti dagli elementi di trasmissione e connessione.

La morale della sperimentazione fatta, è che senza rifare la linea coassiale, cambiare connettori e base dell’antenna di serie, non ha senso “impazzire” a sviluppare soluzioni particolarmente sofisticate.

Alla fine di una serie di test comparativi sperimentali sul campo, il miglior compromesso fra resa, area di copertura, costi, semplicità e robustezza è risultata l’antenna a stilo costituita da un tondino di alluminio di 5mm di diametro e lungo circa 320mm. Dal lato di connessione alla base, è stato filettato per circa 15mm, un velo di grasso conduttivo assicurano protezione dall’ossidazione e un duraturo contatto con la sua base di fissaggio al tetto.

Il ricevitore DAB

Come ricevitore DAB+ ho impiegato un non recentissimo Pure Highway, apparecchio di buona qualità e reperibile usato a prezzi molto contenuti. Vi sono oggi varie altre opportunità commerciali e quindi, di volta in volta, è opportuno verificare la convenienza del momento. Nel caso di apparecchi usati occorre fare attenzione che siano capaci di ricevere lo standard DAB+ e non l’obsoleto DAB, oppure prevedano (come i Pure) la possibilità di aggiornare il firmware per la nuova decodifica. Sostanzialmente irrilevante invece che possano ricevere o meno i canali in banda L, dato che non sono impiegati in Italia ed in abbandono in varie altre aree del continente.

Molti adattatori DAB+ hanno solo l’uscita “radio”, cioè ritrasmettono il segnale DAB decodificato su una frequenza della banda FM (88-108MHz). Sono molto comodi ma hanno due importanti limiti da tenere in considerazione e che potrebbero portare giustamente ad escluderli fra le opzioni:

- occorre un ricevitore FM stereo per riceverli (e nel mio caso era proprio quello ad essere fuori servizio)

- in molte aree del nostro paese, la fetta 88-108MHz è completamente saturata di trasmittenti e il segnale dell’adattatore non riesce a superare quello delle broadcasting, anche se lo si pone a poca distanza dalla radio FM, rendendo così la nuova ricezione disturbata se non impossibile.

Generalmente sono molto compatti e di qualità variabile quanto il loro prezzo che spazia dalle decine alle varie centinaia di Euro. Specie se ci si orienta su un prodotto di fascia bassa il front end non sarà particolarmente “robusto” e forti segnali fuori banda (FM, TV, ham, etc.) potrebbero desensibilizzarlo drasticamente, arrivando fino a ad ammutolire la ricezione. Meglio quindi prevedere un piccolo preamplificatore selettivo posto fra antenna e ricevitore per mitigare ogni problema.

Il front end

Un filtro di banda, non troppo complesso ma di buoni risultati può essere il seguente:

La cui curva di risposta calcolata è la seguente:

E’ un filtro passa banda in configurazione Butterworth (o "massimamente piatto") ed è uno dei più semplici filtri elettronici. Il suo scopo è ottenere una risposta in frequenza il più possibile piatta (in modulo) nella banda passante, la cui simulazione ci mostra una larghezza da 150 a 270MHz a 20dB di attenuazione con circa 50dB di reiezione alla banda FM. Questa preselezione dovrebbe mettere al riparo il ricevitore DAB da sovaccarico dovuto a vicinanza di forti trasmittenti TV e radio e permettere anche l’uso di un ricetrasmettitore palmare 144/430 MHz in auto..

Il filtro può essere realizzato tutto con componenti SMD in modo da evitare la costruzione delle induttanze. Il supporto può essere sia un circuito stampato sia un millefori come nel mio caso. Lo schema è molto semplice e lineare e le frequenze in gioco non particolarmente alte: questi aspetti dovrebbero garantire una elevata riproducibilità del filtro. Suggerisco tuttavia di prestare attenzione alla scelta dei componenti specie delle induttanze SMD in quanto non tutte quelle disponibili sul mercato sono capaci di lavorare a frequenze elevate. Nel caso orientarsi su quei modelli che hanno una frequenza di autorisonanza superiore ad 1 GHz.

Alla prova del prototipo reale, le perdite misurate si attestano sui 2-3dB, invero non eccessive considerando sia la compattezza del filtro sia il suo impiego.

Se però, il ricevitore si palesa “sordo”, magari nelle zone di copertura marginale, un buon preamplificatore può aiutare. Per mantere basso il costo ed alta la facilità di impiego, ho pensato ad uno dei tanti moduli amplificatori a larga banda reperibili in rete a prezzi veramente contenuti, generalmente basati sul noto ed ottimo dispositivo PGA-103+ della MiniCircuits o il SPF-5189Z.

Abbinando filtro ed amplificatore si ottiene quindi un front end ad alta dinamica e ben selettivo, capace quindi di proteggere il ricevitore a valle da fenomeni di saturazione e al tempo stesso massimizzarne la sensibilità. Il modulo amplificatore richiede in genere una alimentazione di 5V con circa 100mA di consumo. Questa può essere ottenuta da una linea a 12V controllata dall’accensione del media center e da un comune riduttore di tensione come ad esempio quello illustrato sotto.

Il diodo D1 può essere sostituito con altri simili, almno 500mA di corrente diretta e 50-100V di inversa per proteggere il riduttore a valle da eventuali inversioni delal polarità dovuti a disturbi. Z1 è uno zener da 16-20V , 3-5W posto a tagliare eventuali transitori a tensione elevata.

Il regolatore è il più classico dei 7805, meglio se abbinato ad un piccolo dissipatore per contenenrne l’aumento di temperatura.

Nel caso fosse possibile, è consigliabile collocare il front end vicino all’antenna, magari nello spazio fra cielo dell’abitacolo e tetto vettura, questo per massimizzarne l’efficacia.

Conclusioni

La storia raccontata, anche se nata involontariamente da un guasto antipatico e costoso, è divenuta una opportunità per studiare e mettere a punto un aggiornamento del sistema di ricezione, contenendo i costi e aprendo le porte ai servizi digitali di radiodiffusione più moderni. Il servizio DAB+ rappresenta probabilmente la radio del futuro prossimo e il poter aggiornare i propri sistemi senza stravolgere tutto (come ai tempi del passaggio alla TV digitale terrestre) è sicuramente materia che vale la pena studiare e inventare.

Buone ricezioni a tutti!

Bibliografia

https://it.wikipedia.org/wiki/Filtro_Butterworth

https://ww2.minicircuits.com/pdfs/PGA-103+.pdf