cal bolo

Cet article fait suite à la description du milliwattmètre de DL2SBA à base d’Arduino et d’un détecteur log d’Analog Device

The calibration procedure  given by DL2SBA Dietmar on his website is a little bit Spartan.

For those who had some hard time following this operation, here is a kind of “how to” or “callibration for dummies”

First of all, put the milliwattmeter in “Raw” value reading (pressing twice on the “mode” button located on the screen).

Switch an already calibrated RF genererator “on” and let it warm up during at least one or two hours. Theorically, your generator, in term of output power, must be 10 times more accurate than the level of accuracy you intend to reach with your milliwattmeter. That means your RF generator must have been calibrated by a specialized lab within the last 2 years.

Keep in mind that the calibration figures (or more exactly the correction table) will be loaded in memory, and that this memory is not infinite. You ‘ll only be able to store around 30 x 11 calibration points (in other words, a set of 11 power level going from 0 to –60 dBm over 30 different frequencies ). It’s up to you to decide the distribution of each calibration set all over the measuring range of your milliwattmeter. The detector itself is able to cover 8000 MHz… or one calibration every 250 MHz approximately.

The procedure is really straighforward :

  • Plug the RF gen. output to the milliwattmeter input,
  • Set a frequency,
  • Set the output power to 0 dB,
  • Read the “Raw” value and write it down in a spreadsheet
  • Lower the  output power by 5 dB
  • Read the “Raw” value and write it down in a spreadsheet
  • … etc
  • Once –60 db is reached, change the frequency to the next step and start again from the beginning

For each chosen frequency, a measure should be done at 0, –5, –10, –15, –20, –25, –30, –35, –40, –50, –60 dB

You can decrease the number of steps, but the accuracy will be impaired.

Increasing the steps between –40 and –60 dB will decrease the number of  possible frequency calibration points (remember the 30×11 limit)

The following screen capture gives an idea of what such a procedure will looks like

tableau puissance 1

Beware : the “raw” power level must be the first column, and the “dB” power level must be the second one.

Once your 330 calibration points (max) have been saved, go to the the Regression Tool page, select “3” in the polynomial  degrees pull-down menu, cut and past your first “frequency bloc” in the yellow window.

regression 1

Press the “calculate” button, cut and past the result in a word processor

regression 2

Why a word processor ? because it’s still the simplest and best tool to play with characters and chains (unless you are a Python Pundit)… if you know how to “search and replace” things, the following will be easy as pie

Repeat this operation for each “frequency calibration bloc”, cuting and pasting each results on a separate line. At the end of this operation, you’ll have 30 lines (or less), one by calibration frequency.

Now, you’ll have to “clean” and format your series of regressions to an “Arduino compatible array”. That means :

  • Separate each figure by a coma
  • Invert each figure in the line (in our example, 58.52195853 must be located first, followed by – 8.271047501·10-2 etc.
  • Erase all “+” signs (do NOT touch the “minus” one). By default, all numbers are positive in C language unless specified.
  • Erase all “Y =”, “x3”, “x2” and “x”
  • Add the frequency of each bloc after a "comment” double-slash sign (ex :    // 1 MHz). This is not mandatory but helps a lot when sorting the different calibration datas
  • Normalize the math formulation of each figure. All numbers expressed to the power of 10 should be noted “xxxE-6” or “xxxE+20” (note : no space between the end of the real number and it’s exponential, take care of the sign of the exponential). Example : – 8.271047501·10-2  will be written – 8.271047501E-2
  • Note that the first number shoud be divided by 10 (5.852195853 instead of 58.52195853)

The final result should looks like this :

regression 3

Cut and past this spreasheet at line 84 of the data.cpp file of your Arduino sketch

regression 4

Line 62, add the frequency list you have chosen for your calibration scope

(this line begins with “uint16_t calFreqSteps[CALFREQ_NUM] = {1, 2, 5,….

regression 5

Save your data.cpp file  and put it in a backup repository (who knows) . Breathe, you’re almost done !

Edit your data.h file, seek for the string “CALFREQ_NUM” (line 71)

change the CALFREQ_NUM variable with the number of calibrated frequencies (in our example, 29)

regression 6

Save your data.h file, plug your Arduino, compile and transfert your code

Your milliwattmeter is fully calibrated !
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De haut en bas : le milliwattmètre DL2SBA, le VFO-DO de W3PM, une version “améliorée” du fréquencemètre de Pongrance, plus de 15 ans de loyaux services. Un power splitter 6 dB précédé d’un atténuateur pas à pas (20 dB) expédie le signal 20 MHz du générateur vers le milliwattmètre et le fréquencemètre. Sur la droite, l’antenne de réception GPS 

Dans le numéro juillet-août 2015 de QEX, W3PM décrivait un générateur HF piloté GPS couvrant de quelques kHz à 116 MHz et d’une stabilité irréprochable. De manière très schématique, son montage repose sur trois modules du commerce : un Arduino nano, un bloc GPS et un oscillateur à triple sortie à base de Si5351. L’arduino pilote l’oscillateur en comparant un signal prélevé sur l’une des sortie du Si5351 avec une référence de 1pps délivré par le gps. La boucle d’asservissement est excessivement rapide et l’on peut être certain qu’une fois le gps verrouillé, la fréquence de sortie du VFO-DO est stable à 0,1Hz. Les trames NMEA du GPS peuvent également servir à afficher l’heure, la position géographique du VFO en coordonnées “locator” ou lat-long, le nombre de satellites reçus etc.

Jamais un tel montage ne viendra concurrencer un standard de fréquence genre OCXO/VCXO asservi par GPS, particulièrement en termes de bruit de phase. Mais un tel VFO stabilisé suffira amplement à tout OM n’ayant pas les moyens de s’offrir un “vrai” GPS-DO ou ne souhaitant pas voyager avec un équipement de laboratoire aussi coûteux que fragile.

La réalisation est du même genre que celle du milliwattmètre de DL2SBA. Les sources sont à télécharger sur le site de l’auteur, et l’on peut s’inspirer, pour ce qui concerne l’électronique, des variations sur ce même thème interprétées par F2DC ou enore par F6IDT. Comme pour le montage précédent, le pcb est disponible sur Github au format Kicad. Il me reste quelques cartes sur les bras si des OM sont intéressés.

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Ce cuivre est quasiment vide : une diode de protection évite tout danger lié à une inversion de polarité. Un premier régulateur fait chuter la tension d’alimentation aux environs de 7 V, et trois LDO 7805 alimentent respectivement l’oscillateur, le module GPS et l’ensemble Arduino/afficheur (le régulateur intégré à l’Arduino me semblant un peu léger s’il doit prendre en charge un gros LCD rétroéclairé 2×10)

L’assemblage électronique prends moins d’une heure, pause syndicale comprise, et il faut compter près d’une autre heure sinon deux pour l’aspect mécanique de la chose.

Le seul point délicat de ce projet est la récupération du 1pps. Tous les modules GPS vendus sur eBay communiquent en liaison série à 9600 bps (4800 pour les “récup” les plus anciennes). Seul le fil “TXd” du GPS –relié au port “RXd” de l’’Arduino bien entendu- est surveillé par le firmware. La broche du port RX du module GPS peut donc être utilisée à d’autres fins, notamment relier le fameux signal 1PPS.

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Un coup de cutter sur la piste RX

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brasure d’un connecteur Molex KK et repiquage d’un fil sur la broche anciennement destinée au port RX

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… et repiquage sur la résistance de la diode LED d’activité (coté module). Le câble coaxial situé sur la droite de la photo est celui allant vers l’antenne patch amplifiée/filtrée du module GPS.

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L’autre extrémité du câble est soudée sur l’entrée de l’antenne après démontage du capot de blindage.

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Il ne reste plus qu’à buriner le silicium de l’Arduino, mettre le feu aux poudres numériques et vérifier le bon fonctionnement de l’ensemble. L’affichage du locator confirme la bonne réception des trames NMEA transmises en mode sériel du GPS vers l’Arduino, et celui de l’heure la bonne gestion de l’interruption qui survient toutes les secondes.

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Coté face, le pcb arduino et son blindage périphérique au centre, le module oscillateur sur la gauche… et plein de place réservée. Rien n’interdit de paramétrer une des sortie de l’oscillateur sur une fréquence fixe… à tout hasard 10 MHz. Un 10 MHz “signal carré”, donc riche en harmoniques. Si l’on souhaite travailler avec une référence propre, tant d’un point de vue fréquence qu’énergie mesurée en sortie, il est souhaitable que le signal en question passe par un filtre à quartz qui éliminera tous les produits indésirables.

Le niveau de sortie est plutôt généreux, aux environs de 26 dBm. Pour ceux qui ne lisent pas le dBm dans le texte, ça fait tout de même 400 mW en anciens francs. Un atténuateur 3 dB en sortie, qu’il y ait ou non un filtre à quartz, ne fera pas trop de mal au signal et stabilisera l’impédance.

IMG_20170720_083605Le même coté pile, avant de percer la face arrière et y loger les prises d’alimentation et coax de sortie (VFO, 10 MHz fixe et entrée antenne gps). D’autres bouton-poussoirs peuvent être ajoutés, soit en façade, soir sur l’arrière selon l’usage que l’on souhaite faire de cet appareil : changement de bande, changement de pas  de balayage, reset, eau chaude, eau froide etc.

Coût de l’opération ? 3 euros de clone Arduino, 8 euros de gps, 8 euros d’oscillateur 8 euros encore et toujours pour un confortable LCD 20×2, soit 27 euros d’électronique. Le reste provenant de fonds de tiroirs (encodeur, boitier, chute de FR4  en fond de boite, filasse, SMA “made in China”  et lot de connecteurs kk achetés par boites de 100 sur eBay) ne doit pas excéder 5 ou 6 euros

milliwattmeter on

En attendant de recevoir quelques pièces nécessaires à l’achèvement de la station d’accueil SDR “Retrofit Compaq”, ces quelques lignes à propos d’une très belle réalisation de DL2SBA Dietmar.

Il s’agit d’un milliwattmètre à écran tactile couvrant en théorie de quelques kHz à 8 GHz –ses performances sont garanties au moins jusqu’à 6 GHz- et dont le seuil de détection est proche de –65 dBm, soit 5 dB de mieux que l’AD8307. Une portion de l’écran joue le rôle de “mini oscilloscope” indiquant, le cas échéant, la présence d’un signal de modulation. La photo en tête de page montre cet appareil en fonction, mesurant un signal de –36 dBm avec une modulation sinus de 1000 Hz

Le mérite en revient à son détecteur logarithmique AD8318. Et c’est avec ce détecteur HF que Makis SV1AFN a eu l’idée de concevoir une sonde de mesure complète, intégrant le 8318 en question, un convertisseur analogique/numérique 12 bits 125 kSPS, une référence de tension et la circuiterie d’alimentation 5V faible bruit.

https://www.sv1afn.com/ad8318.html

… et pour moins de 50 euros port compris, difficile de résister.

C’est en analysant les performances de cette tête de détection que Dietmar DL2SBA a eu l’idée de perfectionner un peu plus l’embryon de milliwattmètre proposé par Makis et d’en faire un appareil plus ergonomique qu’un OZ2CPU modernisé.

Et au nombre de ces améliorations ergonomique, DL2SBA a décidé d’utiliser un écran tactile couleur très simple à piloter par liaison série, et dont l’interface graphique se programme en quasi Wysiwyg : le Nextion d’Itead.

Dernier détail, le traitement des données. Il est assuré par une carte Arduino d’entrée de gamme, soit un Uno, soit un Nano. Ces modules “tout faits” sont bien plus pratiques à utiliser que des microcontroleurs livrés nus. Les circuits d’alimentation, d’interface, ports Jtag, bouton de reset, diodes Led d’état, il y a tout sur une carte Arduino pour que l’on ait à ne se soucier que du code. Et encore… un code simplifié à l’extrême.

Depuis, plusieurs versions de firmware ont été publiée.

Comme mon précédent milliwattmètre accusait déjà plus de 6 ans de loyaux services, il lui fallait trouver un remplaçant plus moderne. Et comme beaucoup de confrères radioamateurs sont assez mal à l’aise dès qu’il s’agit de câbler des montages de ce genre, j’ai dessiné un petit circuit imprimé regroupant à la fois les alimentations, tous les connecteurs nécessaires et le support pour un Arduino Nano.

PWMeter_Up

Coté face…

PWMeter_Dwn

… et coté pile, le masque de soie donnant toutes les informations nécessaires aux branchements vers l’afficheur, la tête HF et l’alimentation. Les fichiers Gerber sont également disponible, pour une carte de 5x10cm, soit un demi-panneau standard chez Seeed Studio, Dirt Cheap PCB, Itead et consorts. Le tout –fichiers Kicad, schéma, images, Gerber- est à télécharger sur Github.

milliwattmeter

Mon premier montage n’utilise pas le Kicad en question. Il repose sur une platine cannibalisée destinée à un tout autre montage, dont l’architecture est très proche de celle du milliwattmètre de Dietmar

Nota Bene : Si l’on utilise le projet Kicad susmentionné, l’assemblage prend moins de 5 minutes, la confection des câbles de raccordement “connecteur KK vers connecteur AMP” environ un heure (travail fastidieux au possible) et entre une à 3 heures pour la partie mécanique : boitier, découpe de façade, peinture éventuelle. Mon prototype a trouvé refuge dans la boite d’un ancien commutateur de port imprimante.

On notera que la tête HF de Makis prévoie l’installation d’un blindage en clinquant sur le dessus de son pcb. En outre, une réserve dans la couche de vernis-épargne a été pratiquée sur le pourtour de la carte principale. De cette manière, un blindage périphérique peut être ajouté pour éviter toute interférence entre la partie numérique et la section HF du montage.

L’étape suivante consiste à étalonner l’appareil à l’aide d’une source précise… et de quelques opérations mathématiques intermédiaires décrites dans un  chapitre suivant

Système, Sofware, les S de SDR

Le choix suivant concerne le noyau à adopter. Coupons court au suspens, ce sera Windows, les raisons sont multiples.

En premier lieu, c’est l’environnement pour lequel a été développé le plus grand nombre de logiciels clients pour SDR. Les outils natifs sous OS/X se comptent sur les doigts d’une main en étant optimiste, et les applications sous Linux généralement conçues pour piloter des radios logicielles de type “I/Q audio” ou utilisant un port USB. A moins de s’engager dans un développement GRC sous GNU Radio –la plateforme utilisée n’est pas franchement adaptée à ce genre de sport- ou souhaiter installer un serveur GHPSDR3-Alex, il n’existe quasiment pas, Linrad mis à part, de client compatible Ethernet/protocole Metis.

Sous W10, en revanche, on peut utiliser

  • GRC (avec des fortunes diverses)
  • OpenHPSDR
  • KissConsole
  • HDSSDR
  • CuSDR
  • SDR#
  • QtRadio
  • SparkSDR
  • Quisk + wxPython
  • Hermes VNA
  • HamVNA …

Outre cette richesse potentielle de logiciels clients, Windows est également la plateforme de prédilection des outils de modulation. le nombre de Codec et modem en environnement Microsoft ne se comptent plus : FreeDV, FlDigi, MultiPSK, JT65  et ses multiples avatars, DSD ou les avalanches de décodeurs SSTV, RTTTY, PSK31…Lire à ce sujet la rapide présentation de FreeDV.

Windows est lourd ? les logiciels tels qu’OpenHPSDR le sont tout autant. Le choix d’une carte à base de processeur Intel n’est pas un hasard. Courant juillet 2017, une “UP Squared” nouvelle génération –quad core pentium 2,5 GHz 8 Go/128 Go flash- fera sauter les dernières limitations de ressources des SOC actuels.

Car il faut bien avouer que l’actuelle configuration est “limite utilisation” avec OpenHPSDR (Atom x5-Z8350 ,32Go eMMC, 2Go RAM). Elle fonctionne en revanche très bien avec Spark, KissConsole, QtRadio et autres clients légers, supporte sans broncher Virtual Cable et… boote en 9 secondes. Ajoutons que ces cartes sont équipées d’au moins un port USB 3.0, nécessaire pour pouvoir jouer avec des récepteurs genre AirSpy ou des transceivers tel que HackRF

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L’installation de Windows, des pilotes spécifiques Up Board et des applications ne nécessitent pas d’explication particulière. Tout au plus faut-il préciser de configurer le système en donnant la priorité aux applications, en désactivant le plus possible des “gadgets” graphiques inutiles et les services non essentiels, notamment “expérience client” ou “indexation”. Si la machine n’est appelée qu’à jouer le rôle de station radio, les services serveur peuvent également être immolés. Dans l’absolu, plutôt qu’un noyau Station, il serait préférable d’’utiliser une version Serveur de Windows, plus sobre et plus facile à configurer –et fort heureusement sans Cortana !)

Après une petite heure de gymnastique et d’échanges de clefs USB, le transceiver est opérationnel. Ci-dessus, le Compaq “rétrofité”, et relié à un Hermes Lite (version 1.0) affichant un spectre de plus de 300 kHz “plein écran”.

ET hop, prochaine étape,  retrofit du clavier et ajout d’un Airspy. Il faudra attendre quelques expéditions de Cipango, notamment un hub USB et un switch Ethernet Gigabit, lesquels seront intégrés, toujours dans ce même boitier. Le week-end sera mécanique.

Alimentation générale, ouverte à toutes heures

Beaucoup de méca et de sertissage de prise, de tergiversations sur les connecteurs à employer, les tensions nécessaires et méthodes de régulation futures prévue… mais promis, le Compaq prend vie à la fin de ce chapitre.

Pour l’heure, les alimentations seront “à découpage”, “open frame” et indépendantes selon la nature de l’élément alimenté

  • Un bloc 5V 4 Ampères pour alimenter le SOC Up board et l’écran TFT
  • Un bloc 8V 2 ou 4 ampères destiné au SDR lui-même. Ce 8 V précèdera un régulateur série qui fera retomber la tension à 5V en éliminant au passage les bruits de hachage. Technique switch/linear
  • Un bloc 13V 5 ampères pour fournir l’énergie nécessaire à l’ampli de puissance 20W. La régulation est moins critique sur les sections de “gros bourrin”, mais une attention particulière doit être apportée à la réjection en mode commun, car HF et découpage font parfois très mauvais ménage. Une alimentation qui perd les pédales, et on a vite fait  de se retrouver avec 100V en sortie… le temps –toujours trop long- que les sécurité se déclenchent.

Tous ces modules open frame sont blindé et intégrés dans le boitier de l’ancienne ailmentation. Seul le bloc 5V est installé ce jour, afin de vérifier le bon fonctionnement de l’écran et du SOC.

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L’alimentation est tellement petite qu’elle peut tenir verticalement dans le capotage d’origine.

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une plaque de polycarbonate est découpée pour servir de support aux deux autres alimentation 8 et 13 V. Compte tenu du volume d’une “5Ampères”, il serait tout à fait possible d’y loger également la carte “ordinateur”. Solution abandonnée car posant de gros problèmes de routage de câbles (notamment 1 ethernet, 1 HDMI, 5 USB)

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Un imposant filtre secteur occupe près de 10% du volume “énergies”… indispensable lorsque l’on joue avec des hautes fréquences.

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le bloc alimentation est à nouveau glissé dans le boitier principal du Compaq… quelques soudures sauvages sur l’alimentation, branchement du SOC 5V et HDMI…

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… et le bios UEFI s’affiche sur un écran couleur HD… le précédent afficheur offrait une définition phénoménale de 640×400 en émulation CGA (16 niveaux de gris) (pardon, d’orange).

Les prochaines étapes prendront un peu plus de temps :

  • Retrofit du clavier aux normes USB (inconnues à l’époque). Il est impossible d’utiliser un autre clavier pour deux raisons : sa frappe est très agréable, et il sert à protéger l’écran en position de transport… coque “custom design”
  • Ajout d’un swiitch Ethernet
  • Ajout d’un hub  USB 4 ports pour les périphériques extérieurs (clavier, souris, console DJ de pilotage du SDR).
  • Intégration d’une unité de stockage (SSD ou carte flash)
  • Intégration d’un Airspy en attendant la disponibilité des cartes Hermes Lite V2.0
  • fixation mécanique de l’amplificateur linéaire 20W
  • Ajout des deux dernières alimentation, fixation du bloc de régulation série

Cela faisait plus de 15 ans qu’un antique Compaq386 portable, dit “lunchbox” ou “machine à coudre”, trainait dans les combles de la maison, servant de refuge tantôt aux souris, tantôt aux nids de guêpes. Triste fin pour une des machines “pro” les plus puissantes de son époque, et surtout construite avec un sérieux et une débauche de moyen sans rapport avec ce que l’on retrouve sur les Compaq/HP contemporains.

L’utiliser pour un “retrofit” à base de Raspberry “mediacenter & retrogaming” ? pas assez overkill. En revanche,le transformer en “Autonomic Software Defined Radio” à base de Hermes Lite 2.0 l’aventure était tentante. Ce sera donc un émetteur-récepteur multimodes, capable d’être utilisée en fixe ou en station portable en situation d’urgence, offrant autant de possibilités en termes de transmissions (analogique ou numérique voix/données) que n’importe quel appareil tactique (et non, ne comptez pas sur moi pour le bomber avec des couleurs “camo”)

Car mécaniquement, le Compaq “machine à coudre” à des arguments

  • – Ecran 10,1 pouces (tiens donc, le facteur de forme des tablettes), facilement démontable, éventuellement tactile dans un second temps
  • – Boîtier d’une solidité à toute épreuve en plastique chargé verre –des années de reportage, une bonne trentaine de tours du monde, des voyages en soute et des tests parfois limite destructifs
  • Blindé comme une coquette bâtisse de la ligne Maginot : les risques de “spurious” entre la partie numérique et radio seront limités le plus possibles
  • offrant quasiment une contenance interne de 8 litres, idéal pour y loger un SOC, un SDR et un amplificateur linéaire de 20W
  • intégrant en un seul bloc écran escamotable, clavier –un véritable clavier, pas un élevage de limaces pour adeptes de la frappe-gendarme- et unité centrale
  • Et surtout, machine possédant encore son fameux “boitier-d’extension-externe-pour-cartes-longues-format-ISA” qui, débarrassé de son fond de panier, fera un excellent bloc d’alimentation sur batteries au plomb gélifié de 12V/7Ah. C’est que ça consomme, un ampli de 20 W…

Passons les détails : élimination de la carte mère, pulvérisation de l’électronique de l’alimentation –n’est conservé que son boîtier en alu, le ventilateur et un filtre secteur monstrueux-, atomisation du lecteur de disquettes 5,25 pouces et d’un disque dur MFM que même les moins de 30 ans ne peuvent pas connaître, et affichagectomie d’une dalle plasma norme Hercules en 800×600, fierté de son époque et vendue au prix du platine en lingot.

Modification de l’écran

 

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Tout de même, 35 mm d’espace entre le fond du boitier et la protection de dalle. Largement de quoi loger un TFT de 10,1 pouces déniché sur eBay ainsi que la carte de pilotage. Peut-être même par la suite pourrais-je même y ajouter un “dongle” SDR genre Airspy avec ou sans upconverter.

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Les fixations de l’écran plasma d’origine sont utilisées pour maintenir une plaque de polycarbonate, laquelle supporte, d’un coté, la dalle TFT à grand renfort d’adhésif double face (les fabricants de tablettes ne font pas autrement) et de l’autre l’électronique de pilotage d’écran, maintenue par 4 entretoises filetées en 3 ISO. Une lumière de 6x60mm a été pratiquée pour que la nappe kapton sortant de l’afficheur puisse tomber dans l’axe du connecteur de la carte contrôleur.

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L’interface de commande de l’écran est vissée sur le bord supérieur du boitier… le plus difficile dans l’histoire étant de bien mesurer l’entre-axe de chaque bouton

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Après 3 jours de travail (dont deux passés à usiner plusieurs types de support avant de tomber sur la bonne plaque de plexi, la bonne position de l’interface, le bon câble hdmi etc- le TFT est positionné et prêt à être monté de façon permanente

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Le bloc CPU est prêt à recevoir l’écran, qui  est fixé par un cantilever associé à deux guides latéraux

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Et hop, retrofit de l’écran quasiment achevé. Il ne reste plus qu’à visser la façade…

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Prochaine étape, le retrofit du clavier, ancienne matrice au standard IBM PC AT “grosse prise DIN”

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Une fois l’écran rabattu et le clavier en position transport, la “machine à coudre est prête pour le voyage. (oui, la poignée est sympa)

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Prochain épisode : intégration de la partie “ordinateur-alimentations, hub USB, Switch Ethernet” dans le coffret de l’alimentation. Un SOC “UP board” et un ampli 0/30 MHz 20 W (ventilos et radiateur compris) ont été posés sur les blindages internes pour donner une idée du volume utile du boitier. Et ne n’ai pas encore parlé du boitier d’extension pour batteries !

Il existe, dans le domaine des communications de loisir, bon nombre de formes d’ondes propriétaires soumises à licence et généralement liées, pour pouvoir fonctionner, à des réseaux d’opérateurs. PMR, DPMR, D-Star, System Fusion ne sont que quelques uns de ces protocoles captifs

Les radioamateurs –qui ne souhaitent inféoder leurs communications ni aux services d’un TelCo ni à une quelconque autorité de certification autoproclamée- ont développé leur propre standard de modulation “voix numérique”, FreeDV. Et ce notamment grâce au talent de David Rowe VK5DGR, le soutiens d’un des pères de l’Open Source et de Debian Bruce Perens K6BP, aux encouragements de Phil Karn KA9Q (père du premier TCP/IP Open Source et CTO de Qualcomm), Brady O’Brien KC9TPA… et quelques dizaines d’autres bonnes volontés.

Sans entrer dans les détails techniques, FreeDV peut être considéré comme une “boite noire” intercalée entre le micro de l’émetteur et l’émetteur lui-même. Boite noire dont le rôle est de numériser la voix, et fournir un signal acceptable par la chaine d’émission, qu’elle soit en bande latérale unique ou en FM. Le correspondant, quant à lui, doit posséder un décodeur similaire fonctionnant en réception, et capable de traiter le signal pour reconstituer le message vocale de la station émettrice. Précisons au passage qu’il n’existe pas une seule forme d’onde FreeDV, mais une collection de types de modulation, exploitant des largeurs de bande variables, des taux d’échantillonnage également variables (de 700, 800, 1600 et 2400 bits/s), et adaptés tantôt à la SSB, tantôt à la modulation de fréquence bande étroite.

La cuisine logicielle

La réception d’un signal FreeDV ne demande pas énormément de moyens. Une clef RTL-SDR associée à un convertisseur “déca” –ou pas, car FreeDV se développe également dans la bande VHF-, un logiciel de décodage

 

FreeDV client

et un câble audio virtuel capable de “brancher” la sortie audio du logiciel de réception sur l’entrée du décodeur

vb cable config

…. reste à trouver une station émettant en mode numérique pour décoder le flux.

Ci-dessous, une réception en FreeDV 800XA sous Windows, avec une clef Airspy, un downconverter bricolé maison et le logiciel SDR-Sharp

success 800XA

Un examen attentif du spectre du signal facilite la reconnaissance du type de modulation adopté. Le décamétrique, est le royaume des émissions en FreeDV 700 B et C, 800 XA et 1600 b/s. Ci-après, respectivement, la réception d’une émission en 1600 bits par seconde –l’on voit clairement une densité d’information plus importante sur le spectre…..

success 1600

… et une communication en mode 700B, nettement moins surchargée.

success3 700B

A l’émission, la méthode de configuration est sensiblement identique –le signal du microphone est aiguillé vers le logiciel encodeur FreeDV, lequel envoie le signal numérisé vers l’’entrée “modulation numérique” du transceiver. Il faut avouer que l’opération est considérablement plus simple avec une radio logicielle telle qu’OpenHPSDR (ci-dessous) ou HDSDR.

La seule et principale difficulté est de ne pas confondre les canaux d’entrée et de sortie… le fil rouge sur la borne bleu, le fil noir sur la borne verte…. ou l’inverse.

config freedv tx annotate

La cuisine matérielle

Si l’on ne possède qu’un transceiver “old school”, il existe deux possibilités

– Soit l’on construit –ou l’on achète “tout fait” un boitier qui se branche sur les prises micro et sortie audio de l’émetteur-récepteur

sm1000e

Pour l’heure, un seul modèle est disponible, le SM1000 de Rowetel. Un modèle 2000 devrait sortir courant 2017. Le prix d’une telle extension gravite aux environs de 200 euros

– Soit l’on possède un ordinateur qui sera relié à l’émetteur… selon l’inspiration du moment. Par un câble entre l’entrée ligne de la machine et la sortie “digital audio” du TX-RX, ou bien via le connecteur USB qui délivre un signal I/Q –de plus en plus de XMTR sont ainsi équipés. L’on peut également modifier le transceiver avec une clef SDR (réception uniquement) ou un SDR “de fréquence intermédiaire” genre Softrock (émission-réception). Ces modules doivent être branchés sur la plus haute des F.I. afin de convertir les signaux analogiques reçus en signaux I/Q et lycée de Versailles. De cette modification l’on extrait des signaux I/Q récupérés soit via une liaison USB soit via des câbles audio branchés sur la carte “son” de l’ordinateur. Le reste de la chaine de traitement est purement logicielle, –HDSDR, PowerSDR, Rocky, SDR-Sharp, Quisk, GnuRadio, QTradio, Linrad, GQRX… on a l’embarras du choix, d’autant plus que les binaires FreeDV sont disponibles sous noyau Windows, Linux et OSX.

Principales ressources

FreeDV se télécharge (binaires, sources, spécifications) depuis le site FreeDV (http://freedv.org/tiki-index.php)

Les évolutions et informations relatives à de nouvelles intégrations –ainsi le 2400 b/s pour transmissions FM- sont diffusées généralement via le site de David Rowe (http://www.rowetel.com/)

La recherche d’un correspondant peut être grandement facilitée en utilisant le “qso finder”, un “cluster pour expérimentateurs” hébergé par K7VE (http://qso.freedv.org/)

I

I gat the music in me…

Publié: 13 mars 2017 dans SDR

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PowerSDR mRX, aka “openhpsdr”, version “ouverte” de PowerSDR, possède depuis un peu moins d’un an une extension logicielle destinée à interfacer n’importe quel périphérique Midi avec les commandes CAT du logiciel. A l’origine de cette idée, un radioamateur Allemand,  Tobias, DH1TW, idée reprise par les développeurs du projet HPSDR. Désormais, le tableau de paramétrage établissant la correspondance des ordres Midi et CAT se trouve sous l’onglet Setup/CAT Control/Configure Midi

.. et précisément, le site de vente PàP “Le Bon Coin” regorge de consoles Midi pour Disk Jockey Hercules, dont les prix varient entre 10 et 40 euros. Ca ne fait pas cher au bouton  de contrôle. Les amateurs les plus exigeants peuvent brancher une table professionnelle… simple question de moyen

Seule ombre au tableau, le fastidieux travail qui consiste à imprimer et découper des étiquettes autocollantes (ici, un film vinyle Oracal réalisé à l’imprimante laser)… et de choisir la disposition la plus ergonomique selon les goûts de chacun.

Amplificateur 20W G6ALU sauce VK3PE

Publié: 26 février 2017 dans Picastar, SDR

Glenn VK3PE a travaillé sur une variante de l’ampli 20 W de G6ALU connu de tous les bricoleurs du monde décamétrique

http://www.radio-kits.co.uk/radio-related/20W_PA/index.htm

Le principal défaut de cet ampli réside dans le choix du tout premier transistor, quasiment introuvable de nos jours, et qui, de toute manière, n’apporte pas toujours le gain espéré. Glenn a donc décidé de remplacer ce transistor par un MMIC, simplifiant du coup les éventuels calculs d’impédance d’entrée de l’amplificateur.

Le reste est très classique. Le MMIC apporte 20 dB de gain selon l’hybride utilisé, le premier push-pull de RD6HHF1 ajoute 23 dB de gain, le second pushpull passe la seconde couche avec 20 ou 21 dB grâce à des RD16HHF1 –ou RD16HVF1 si l’on compte couvrir le 50 MHz. Les transformateurs de sortie utilisent des binoculaires plus petites que celles utilisées par G6ALU.

Au total, cet amplificateur présente donc un gain de 60 dB (63 dB moins 3 dB “consommés” par un atténuateur 3 dB de stabilisation d’impédance d’entrée). Il peut donc sortir entre 15 et 20 W à partir d’un signal d’environ –13 dBm , ce qui est très exactement ce qu’il faut pour attaquer le PA 150 G6ALU dérivé de la note d’application AN762 de Motorola, réalisation signée par le pape du transfo HF, Helge Grandberg K7ES.

Attention cependant : le gain total frisant les 60 dB, un signal de –13 dBm poussera l’ampli à sortir 47 dBm, soit 50 W… l’appel de courant transformera les transistors en grillade. Ne pas chercher à dépasser les 43 dBm, soit en diminuant l’excitation au niveau des réglages de la fréquence intermédiaire, soit en renforçant l’atténuateur d’entrée, soit en choisissant un mmic moins généreux de 4 ou 5 dB.

A noter que la valeur des composants du circuit de contre-réaction du second push-pulll ont été perdues dans le crash d’un disque dur… les plus prudents peuvent faire l’impasse et monter cette section en “version originale”.

Le schéma peut être téléchargé sur le site de Glenn à l’adresse http://www.carnut.info/6m_modified_G6ALU_PA/MODIFIED_g6alu_pa_SCH_experimental_.pdf

mécaniquement, le pcb, plus petit que celui de G6ALU, a une taille équivalente à celle d’un radiateur de processeur “slot A”

20W

une fois les trous de fixation repérés, alésés et taraudés, il est nécessaire de tailler des colonnettes d’appui en aluminium pour que les rappels de masse entre pcb et chassis soient le plus francs possible. 

ampli 20 fixation

Attention, les entretoises situées sur les transistors sont moins longues d’environ 1,6 mm

 

Ampli final

le blindage en clinquant est ensuite soudé sur le bord du circuit imprimé, après avoir prévu les perçages des deux bypass (alimentation, bias) et des deux prises d’entrée-sortie. Après une soudure stakhanoviste des composants restants, il ne reste plus qu’à brancher et régler le bias.

Certains radiateurs de Pentium  sont équipés d’une sonde de température logée dans l’épaisseur de la semelle. Des ventilateurs 3 ou 4 cm de diamètre peuvent également être vissé directement sur le dissipateur. Mais a priori, cet amplificateur dissipe nettement moins de chaleur qu’un Pentium II, et cette précaution s’est avérée inutile dans mon cas.

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La dernière photo montre clairement les débords du pcb facilitant la fixation de l’ampli sur la face arrière d’un transceiver ou sur les rails internes du coffret.

 

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L’amplificateur G6ALU originel peut également être modifié pour que l’étage d’entrée soit remplacé par un MMIC

preamp

Sur la gauche du circuit un pad de 3 dB de stabilisation d’impédance, au centre le MMIC, sur la droite le circuit de bias et sa self. Le pcb a été conçu pour que la sortie soit dans l’axe du primaire du second transfo (attaque du premier push-pull de RD6HHF1)

L’étage d’entrée de l’ampli G6ALU classique est supprimé, et remplacé par le “pcb MMIC”. Rappels de masse énergiques sur 4 points, suppression du premier transfo, modification du second conformément aux instructions de Glenn VK3PE

La chose est plus longue à décrire qu’à installer.

modif g6alu

Ci-dessous, en orange, le gain du G6ALU originel (avec un BF199 en transistor d’entrée, avant modification “MMIC”). En bleu, le gain de la version VK3PE. 6 à 8 dB d’écart entre les deux versions. La graduation 1 en abscisse correspond à une fréquence de 1 MHz, la graduation 10 à 30 MHz

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Les transfos de sortie du G6ALU “rouge” modifié par VK3PE ne permettent pas d’élargir la bande passante en utilisant les astuces de DK5LV. En revanche, le gain est très nettement amélioré et la réponse en fréquence un peu plus plate. Un changement de valeur de la capacité de compensation devrait redresser le niveau sur les bandes hautes, mais probablement au détriment des fréquences basses.

Angelia, beginning of a long journey

Publié: 20 février 2017 dans SDR

Today, February 20th, we have received a small batch of Angelia SDR board and the 10MHz buffer/switching module (small pcb on the lower right corner)

It’s an 8 layer board full of BGA’s, QFN, QFP, exotic and expensive components. More info on the Apache Labs web site https://apache-labs.com/al-products/1031/Angelia-Assembled–Tested.html

At first glance, it is obvious that the board we received is different from the commercial version shown on the Angelia page.

angelia

The board itself is smaller than I thought, with an impressive density of devices. 6 boards, 6 happy hams, and a long and complex project. We’ll have to assemble the rig from component level (and make it run), design a new version of the Alexiares filter board, choose and build a medium to high power SSPA with all the “bells and whistle” you can imagine (protection and control for VSWR, overvoltage, overcurrent, input power limitation, power supply filtering, “pure signal” coupler etc)

The first phase will probably takes one year.

The tools we’ll have to use are definitely “overkill”. One could not solder BGA’s like simple SSOP, that’s the reason why the Electrolab is equiped with eavy-duty relow oven with a nice pick and place workstation.

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a thin deposit of solder compound is put on each solderpad with a stencil. Surface mount component are then placed one by one with the pick’n place station

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Temperature parameters are set and controled, following the different soaking and reflow phases

Most of the passive and “big” SOIC/SSOP/SOT23 ICs will be soldered with a good old soldering iron