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…épisode ou l’on passe aux choses sérieuses et qui prennent beaucoup de temps, ce qui explique la période de relative accalmie qu’a traversé ce blog.

Les choses sérieuses sont celles que la majorité des radioamateurs déteste : la mécanique. Fixer les boitiers alu prévus par bg6khc est un véritable casse-tête. L’autre problème était de trouver un boiter assez imposant pour y loger :

– l’électronique de l’analyseur de spectre et ses accessoires, notamment le filtre à cavité, ainsi que ses extensions prévues (ampli tampon du générateur de suivi, platine de commande des relais de commutation, filtre passe-bas de sélection 1/2GHz, filtres à quartz et leurs commutations, atténuateur pas à pas d’entrée ou de sortie (coté RX ou coté TG), éventuel fréquencemètre du TG…

– une carte d’ordinateur

– une carte son évolué qui servira de géné BF

– l’analyseur vectoriel de DG8SAQ

– le relayage de mesure direct-réfléchi et d’inversion de sens de mesure de DUT

et s’il reste encore un peu de place une alimentation 12 V conséquente pour donner à manger à tout ce petit monde. Alimentation optionnelle, car le MSA n’aime pas trop la chaleur et préfère de loin une “régulation série” externe.. rien n’est encore décidé.

Toutes les pièces sont donc réunies pour monter une sorte de “centrale de mesure de signaux périodiques”. Le MSA assure lui-même le rôle d’analyseur de spectre, d’analyseur scalaire, d’analyseur vectoriel, de géné HF (grâce au générateur de suivi). l’intégration du VNWA ajoute un second analyseur vectoriel possédant une interface plus ergonomique que celle du MSA. La carte son sert à la fois d’usine à traiter les signaux délivrés par l’analyseur vectoriel DG8SAQ et pourra également être convertie en géné BF, analyseur de spectre BF, géné deux tons et autres fonctions audios via les multiples logiciels que l’on trouve un peu de partout.

Mon  dévolu s’est jeté sur un rack 19 pouces 4 U (excusez du peu) d’origine Schroff en promo chez un vendeur en ligne. Le premier travail a consisté à installer la carte mère qui servira à fournir l’IHM des instruments de mesure intégrés. Comme il fallait le prévoir, j’ai commis une erreur dès le premier jour en décalant un peu trop la position de la carte son. Soit j’achetais une nouvelle face arrière, soit j’attaquais l’épaisseur de la paroi latérale… mon coté Attila m’a poussé à adopter la seconde solution.

 

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Inutile de préciser que le plus compliqué a été de percer les trous nécessaires au passage de commande de la carte son

 

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… et de réaliser la découpe rectangulaire des sorties ordinateur IMG_7061

C’est de ce côté que sera également installé le boitier de l’analyseur vectoriel DG8SAQ, en version “amovible” au cas ou j’ai besoin de faire quelques mesures en portable. L’autre moitié du boitier doit recevoir les modules du MSA. Lesquels seront fixés sur des plaques en alu destinées à faciliter le démontage de l’ensemble en cas de modification ou de réparation. La disposition a été longuement cogitée… au début, ce n’était pas franchement évident :

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Meugneu meugneu… un truc comme çà ?

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Après réflexion, une sorte d’agencement pas franchement idéal mais optimisé s’impose : la carte de commande contre la cloison arrière pour que le port parallèle soit accessible, les modules “basse fréquence” travaillant en courant continu ou à 10,7 MHz sont regroupés sur ce même plateau, et les étages HF “gigahertz” –PLL, DDS, mélangeurs- seront regroupés pour éviter les liaisons trop longues vers la face avant. Le tout est agencé sur deux plaques d’alu indépendantes, glissées dans une rainure latérale du rack d’un coté, et maintenues par une seule et unique vis de l’autre. Le démontage d’une des plaque ne demandera que de débrancher quelques connecteurs et d’enlever un écrou

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Les modules seront donc percés, taraudés, vissés sur deux plaques d’alu. Les vis photographiées ne sont pas celles utilisée : elles ont été remplacées par des 2,5×4, plus discrètes et moins “plongeantes” dans le blindage.

 

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Selon toute probabilités, le filtre à cavité se logera sur une autre plaque latérale… sa fixation n’est toujours pas mise au point.

Phase II

Commençons le câblage. L’avantage des plaques de montage, c’est qu’elles facilitent les interventions sur des “blocs fonctionnels” distincts. Je décide d’attaquer la partie la plus “binaire” et la moins “signal”, autrement dit le câblage des détecteurs et convertisseurs (log, CAN, phase)et les alimentations.

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En arrière plan, on distingue la seconde platine “UHF” qui, entre temps, s’est fait légèrement modifier pour accueillir deux ou trois relais coaxiaux 24V/17 GHz.. on est encore loin de la disposition définitive.

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L’affaire se corse un peu avec les fils de commande… il commence à y avoir du monde qui passe des connecteurs de la carte de commande aux modules déjà montés. A noter que, durant cette “mise au propre”, la loi de Murphy a frappé : deux modules (le détecteur log et le premier DDS) sont tombés en panne, et m’ont fait perdre une journée de test  : dans les deux cas, un fil de commande était coupé à raz d’une soudure, à l’intérieur du boitier. IMG_7101

S’engage alors simultanément une reprise des procédures de test “as you build” : un œil sur l’écran, un autre œil sur le module en cours de test, un troisième œil sur le voltmètre, un quatrième sur le fréquencemètre, un cinquième sur le milliwattmètre histoire de vérifier que les niveaux correspondent bien à la doc “as advertized”… Les premiers essais en câblage “volant” m’ont appris au moins une chose : séparer les fils d’horloge distribuée (toron orange sur la photo), et router chaque fil de commande sur une paire torsadée pour éviter le moindre accrochage. Dans tous les cas, une perle de ferrite (à l’intérieur de chaque boitier) est enfilée sur le conducteur central de chaque by-pass.

filtre à quartz

Satisfaction suprème : même si la courbe est abominable, le programme interagit avec le hardware et la première courbe de réponse en fréquence de mon filtre à quartz s’affiche sur l’écran du MSA. La commutation “vidéo” fabrication maison à quatre positions fonctionne à merveille… pas normal que tout tombe en marche aussi facilement.

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La chose devient un peu plus compliquée lorsque le premier lot de modules est testé et qu’il faut commencer à associer les mélangeurs, le filtre à quartz (toujours à l’état de prototype), l’atténuateur pas à pas, les bidules et les machins. Très rapidement, la table se transforme en un B…l innommable, et les fils se chevauchent pour former une sorte de nœud de vipères.

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On en profite au passage pour améliorer un peu l’isolation entre ports des mixers, dont le routage n’a pas franchement été soigné par bg6khc. Le jour ou je décide de moderniser le MSA, j’utiliserais un transfo un peu plus performant et surtout un pcb totalement “microstrip 50 Ohms”

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Les mélangeurs une fois testés, il faut passer aux choses délicates, a savoir les DDS et les PLL. Tout comme pour le premier plateau, on commence par le câblage des alims. HF oblige, on y trouve un peu plus de perles de ferrite et des rappels de masse boulonnés plus nombreux. Les modules sont alimentés en 10 V, les VCO des PLL reçoivent du 20 V, les relais de commutation du 24/28V impulsionnel (relais latchés)

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Pour l’instant, tout à l’air encore trop propre pour être honnête. Le lecteur attentif aura remarqué que la plaque de support a une fois de plus été modifiée et pliée. De la gauche vers la droite, ont été fixés : le relais FWD/REVerse, un relais transfert d’inversion de DUT (mesure des paramètres S en mode VNA) et un relais de commutation de bande du générateur de suivi selon le mode 0/1, 1/2 et 2/3 GHz. La section 24/28V, de l’autre coté du blindage, ne fraye donc pas avec les fils de signaux.

C’est tout pour aujourd’hui.

Un nouvel OM vient de “plonger” dans le projet MSA et se lance dans la collection des composants exotiques.

Parallèlement, coté Electrolab, un développeurs gourou du VHDL commence à réfléchir à l’ajout d’un FPGA qui remplacerait en gros tout ce qui se trouve sur la première platine : carte de commande, détecteur log, convertisseur A/N, détecteur de phase, filtre FI (et sa commutation).. FPGA qui ajouterais par la même occasion une foultitude de fonctions annexes et surtout améliorerais les performances de l’appareil. Mais les travaux concrets ne seront entamés qu’une fois le premier analyseur “parisien” achevé.

Epilogue de l’Episode (IV)

J’en profite au passage pour signaler que F1CHM, l’homme qui soude plus vite que son ombre à l’ouest de La Garenne Bezon, est en train d’attaquer la dernière ligne droite. Son MSA est quasi achevé. Il n’intègre pas d’ordinateur, ce qui lui permet d’utiliser un rack 2U. Et ses premières mesures sont encourageantes.

Rack

On reconnait bien la “patte” du pro de l’électronique : du travail rapide, un câblage propre (je ne parle pas des écheveaux de cordons coax… c’est un provisoire destiné aux premières mesures).

… du site internet, cela va sans dire. Je ne m’étendrais pas sur la construction des modules du MSA dans le détail, nous avons consacré tout un Wiki pour çà. Il s’agit là d’un travail ne nécessitant la possession d’aucun neurone actif. Seuls les point un peu particuliers vont faire l’objet d’une remarque ou d’une macrophotographie spéciale.

Passons en revue tout d’abord les éléments qui se soudent, se branchent et qui tombent en marche automatiquement, sans modification aucune nécessaire.

L’oscillateur maitre de l’analyseur de spectre est une horloge 64 MHz pilotée par un TCXO. Un simple quartz CMS peut parfaitement faire l’affaire, puisque le logiciel dispose d’une procédure capable de rattraper un éventuel décalage de la fréquence générée. Cet oscillateur est bufferisé et sert de référence aux deux DDS et à la seconde PLL fixe (qui doit délivrer une fréquence de 1024 MHz très exactement). De sa stabilité dépend la qualité de l’appareil

Master_osc

La carte de commande principale est chargée de jouer les interfaces entre l’ordinateur et les modules du MSA d’une part, et de fournir diverses tension (10, 5, 24 Volts) aux différents étages. Un filtre à quartz “de secours” est même prévu pour faciliter les premiers réglages, mais ne sera pas utilisé lors du fonctionnement normal de l’appareil.

Divers blindages manquent encore sur ces photos. Notamment celui entourant le convertisseur 12/24 V. La seule difficulté de montage vient du fait que BG6KHC a utilisé des C.I. latch en SOIC “empreinte étroite” qui ne sont pas disponible en Europe… ce qui oblige le monteur à replier les pattes des circuits pour pouvoir les souder.

CI_command_board_small

A gauche, un CI dans son état normal, au centre, un CI avec ses pattes recourbées sous le “ventre” du boitier, à droite, un CI soudé.

Carte_Commande_MSA_small

Sans fil, l’électronique est toujours d’une sobre beauté. C’est après que çà se gâte.

La différence “avant câblage” et “durant les tests (ci-dessous) montre l’écheveau de fil nécessaire au pilotage et à l’alimentation de l’analyseur de spectre. IMG_6912

Allez, un petit dernier pour la route…

Les platines DDS 1 et 3 Nul ne sait ce qu’il est advenu de DDS2… il a disparu dans les cartons à projets de Scotty Sprowls. Ces DDS reposent sur un oscillateur local fixe et sortent une fréquence très légèrement variable  (+/- 5 kHz)  autour de 10,7 MHz. Cette légère variation de fréquence n’est utilisée que pour compenser de légers écarts de fréquence liés aux variations de caractéristiques des composants et aléas d’étalonnage de l’analyseur. La sortie est filtrée par un filtre à quartz 2 pôles de 15 kHz de bande passante. Ce 10,7 MHz servira à son tour d’horloge de référence pour les PLL jouant le rôle d’oscillateurs locaux (générateur de tracking, oscillateurs de mélange ),chacun couvrant aux environ de 0, 1 kHz à 1 GHz (enfin…. pas exactement, mais ce raccourci est nécessaire si l’on ne veut pas s’étendre sur les modes de fonctionnement du MSA).

 

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En haut, le DDS 1 avec ses blindages installés et soudés, en bas, le DDS3 avant pose des blindages. Un accrochage persistant m’a contraint à couper la piste de liaison entre le DDS et l’étage de filtrage/ mise en forme de signaux carrés, et de la remplacer par un bout d’UT85. Si j’avais à router une piste aussi longue, je pense que l’aurais fait avec un microstrip 50 Ohms.

Autre détail important, la prise “provisoire” nécessaire aux tests des DDS (la petite SMA située en milieu de carte, bordure du DDS 1) doit être la plus courte possible si l’on veut que la carte puisse entrer dans son blindage alu.

Nous laisserons durer un peu le suspense avant d’aborder l’examen des PLL… dont une seule sur trois est testée à ce jour. Quelques travaux de tôlerie (blindages divers) sont encore à effectuer avant que d’annoncer la suite palpitante de notre grand roman d’amour, d’étain et de coups de bourre MSA Episode IV : Un nouvel espoir (oscilleront-ils, n’oscilleront-ils pas ? )

 

A Suivre ….

Si les traces de signaux fantômes étaient délicates à régler lors du déroulement du premier épisode, l’attaque du clone des pcb de Scotty (originellement d’origine PCB Express, puis clônés par BG6KHC ) n’a pas été une mince affaire. Et plus particulièrement celui du module de conversion Analogique/numérique.

Le montage de la platine de conversion (CAN 16 bits) est asses simple. Seuls deux circuits SSOP peuvent donner du fil à retordre, mais rien qu’un peu de flux et de tresse ne puisse parvenir à résoudre

Conv_A-N

Cette platine est l’une des plus chargée en termes d’entrée/sortie. Outre les deux entrées provenant du détecteur log et du détecteur de phase (les deux SMA ne véhiculent aucun signal HF, seulement une tension variable), il faut prendre en compte : l’alimentation 10 V, les fils de commande provenant de la carte de commande principale (ACK, WAIT, Convert et CLK), et, dans la version de base, 6 autres fils destinés à être reliés à un inter double 3 positions qui règle la constante d’intégration du “filtre vidéo”. Ces 6 fils viennent se brancher sur les plots notés SW1 et SW2 sur le pcb ci-dessus.

 CAN_facade

Ca fait un peu trop de fils pour un boitier si petit. Les commandes vidéo peuvent être réduites à deux fils si l’on décide j’ajouter une carte de commutation électronique, qui remplace les inters et se fait commander par un mot de 2 bits.. 2bits, c’est deux fils… toujours ca de mieux que les 6 d’origine. Le montage du MSA à la sauce BG6KHC exige d’avoir des fonds de tiroir particulièrement riches en matière de capa traversantes et de traversées teflon de tout petit diamètre.

C’est le régulateur 5V du converstisseur A/N qui sert également à alimenter le détecteur de phase. Ce qui implique un repiquage de cette tension et l’ajout d’un by-pass supplémentaire sur la façade du boitier de blindage. Laquelle n’offre une surface exploitable que de 20mmx40mm.

La facade perforée comme le Mur de la Saint Valentin de Chicago, on passe au câblage des traversées et bypass…

Cablage_pll

… et de la carte. Ci-dessous, les deux fils gris ont été câblés en prévision d’un module de commutation vidéo extérieur….

CAN_cablage

Mais entre temps, j’ai décidé de jouer un peu avec Kicad et j’ai dessiné une carte de commutation vidéo assez petite pour se glisser à l’intérieur du boitier du CAN

Video_switch

Pour donner une idée de la taille de la carte, il suffit de savoir que le régulateur est un boitier dPack, que les circuits de commutation sont au format SSOP et que les passifs sont en 0603. La gravure a été obtenue avec le bon vieux procédé “toner transfert” et réalisée avec du papier Pulsar (espérer obtenir de la gravure fine en toner transfert classique et avec du papier ordinaire à ce niveau de finesse est assez aléatoire).

Ensuite, il reste à jouer les chirurgiens pour monter le “piggy back” sur la carte du convertisseur A/N

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One notera les rappels de masse énergiques entre les cotés des connecteurs SMA et le plan de masse de la platine de commutation. Les deux  liaisons de commutation Phase et Amplitude elles-mêmes sont invisibles, situées entre les deux cartes. Le dessin de la carte de commutation a été conçu pour que l’empilement soit dans l’axe des pistes “prévues pour” de la carte CAN.

La demi-heure suivante est passée à rechercher l’endroit ou l’on a “rangé” ce $@#!%% de blindage à la !*@&!, et on referme le tout

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après avoir câblé les sorties avec le bus de commande et les alims afin de vérifier le bon fonctionnement de l’ensemble

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Pour l’instant, le MSA n’a pas encore déclaré d’une voix rauque “LUKE, JE SUIS TON PERE !”. Donc tout va bien.

A suivre …

Premier et très rapide billet sur la construction de l’analyseur de spectre/ analyseur vectoriel conçu par Scotty Sprowls.

Résumé des chapitres précédents :  Un Wiki, hébergé et animé par le HackerSpace Electrolab de Nanterre (c’est la faute à Voltaire) offre à tout amateur de mesures Hautes Fréquence un manuel de montage et de réglage/étalonnage rédigé en Français. Il s’agit de la traduction la plus fidèle possible du site de Scotty Sprowls lui-même. Les manuels d’utilisation, dont la grande majorité a été rédigée par Sam Wetterlin , seront également traduits, au fil du temps.

Communauté de sujet oblige, les merveilleux articles de vulgarisation et d’apprentissage à l’usage du VNA, rédigés par Fred PA4TIM, seront également disponibles en Français.

Huit exemplaires de cet analyseur sont actuellement en cours de montage,  à des stades d’avancement divers. Ce qui suit n’est qu’une sorte de roman-photo décrivant les différentes étapes et points “clef” de la construction de mon propre exemplaire.

Structurellement parlant, un analyseur de spectre n’est rien d’autre qu’un gros poste radio à changement de fréquence (superhétérodyne disent les initiés… une technique inventée par Eugène Ducretet Lucien Lévy (merci à Laurent f6gox pour avoir signalé l’erreur) avant la guerre de 14). La seule différence avec un poste radio, c’est qu’au lieu de démoduler un signal, le dernier étage est chargé d’indiquer la puissance du signal “capté” sur une fréquence ou une plage de fréquence. Un analyseur de spectre est donc une sorte de wattmètre à affichage bidimensionnel, qui ne mesure que des puissances de signaux. A ne pas confondre avec un analyseur vectoriel qui ne mesure pas un signal mais les impédances complexes d’un composant. Tous deux tracent des courbes, mais le “bidule” que l’on met en entrée n’est pas le même. L’un n’est pas “supérieur à l’autre” (allez rapidement vérifier la présence de spurious d’un ampli avec un analyseur vectoriel…), tous deux sont indispensables.

La modernitude de notre époque nous permet d’économiser nombre d’écus en éliminant la partie “affichage” de l’appareil –au diable les tubes pas catholiques et néanmoins cathodiques- et de la remplacer par un ordinateurs. Lequel, au passage, se charge également d’assurer pas mal de fonctions de calcul fort pratiques lorsque l’on tente de mettre au point un filtre, une antenne, la partie amplificatrice d’un émetteur etc. Oscilloscopes, analyseurs vectoriels ou de spectre, générateurs de tous poils sont de plus en plus, de nos jours, pilotés via un port USB par un ordinateur “wintel” d’entrée de gamme.

La génétique des reprap/imprimantes 3D

Ah, un dernier détail enquiquinant : pour fabriquer un analyseur de spectre, il faut un autre analyseur de spectre –ou vectoriel-, ainsi qu’un bon milliwattmètre, un générateur HF calibré couvrant de 0 à 3 GHz/ 0 dBm à 0,01 dBm près… bref, une histoire d’œuf et de poule qui plongera les admirateurs de Buridan, d’Occam, de ses rasoirs (ceux qui rasent les oeufs) et de ses ânes dans une jubilation sans pareille

Premier élément situé tout de suite après le premier mélangeur du MSA, on trouve un filtre à cavité centré sur 1013 MHz. Ce sera l’objet du premier épisode de ce roman photo torride.

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Le lecteur attentif aura tout de suite saisi le coté “plomberie” des montages pour fréquences UHF. Le filtre, c’est le bidule en tube de cuivre. Il a été soudé au four. Mon four à refusion étant trop étroit, c’est la gazinière qui a fait tout le travail pour porter cette masse métallique à plus de 228°c, température de refusion de la pâte à braser. Le résultat extérieur est plutôt moche, mais la courbe de réponse, donnée par l’analyseur vectoriel (l’histoire de l’oeuf et de la poule, souvenez-vous) est acceptable. En théorie, la perte d’insertion affichée, après étalonnage du VNA, est de 8 dB (maximum tolérable… mon grand copain F1CHM parvient à moins de 2 dB de pertes… je le hai !).

La bande passante est de 2,5 MHz (à –3 dB), le niveau de bruit est à plus de 60 dB… je dis bien “en théorie”, car à 1013 MHz, on est proche des limites d’exploitation du VNA de DG8SAQ, et bien au delà de son régime de fonctionnement linéaire et fiable (lequel se situe plutôt aux environs de 500 MHz maximum).

Band filtering is a tradeoff… soit l’on opte pour une bande passante réduite et une bonne réjection des fréquences indésirables, soit on cherche à minimiser les pertes d’insertion et la largeur de bande s’accroit. en diminuant encore le couplage, la bande passante se transforme en lame de couteau avec des flancs très raides, mais le “ripple” du plateau s’accroit dangereusement… pas bon du tout en analyse de signal. L’idéal eut été de trouver un réglage “mi-1CHM, mi-6ITU”. Genre 3 MHz de largeur de bande, et plateau rectiligne sur la ligne des –5 dB. Le prochain filtre sera meilleur, je le sens.

La Smith (en bleu, centre écran) est conforme aux attentes, la courbe S21 marque un petit “creux” au centre du plateau (un peu moins de 1 dB). Une superbe inversion de phase se calle pile-poil en centre de filtre… as expected.

Les voyeurs peuvent se reporter à l’image suivante, encore moins habillée

cavité soudée

Je pense pouvoir grignoter un petit 0,5 dB en moins de perte d’insertion en ressoudant les prises SMA femelle d’entrée-sortie.

Bon, c’est assez pour le premier jour. Les chapitres suivants seront légèrement plus hard

A suivre …

Reading OZ2CPU’s blog is like sex or cocaine… you quickly become an addict.

A friend of mine sent me some weeks ago a full-fledged TXCO (a temperature controlled oscillator… in other words, a stuff that gives you a very precise time). This TCXO was itself calibrated with a rubidium frequency standard.

For this reason I decided to include this item in my frequency meter, a small PIC bases DFD4 sold by AADE.

If you are looking for a simple, cheap and very efficient frequency meter, have a look on AADE’s web site

http://www.aade.com/DFD4A/dfd4a.htm

This gear costs 50 bucks only and is very robust… but it also is definitely deaf. If you intend to measure signals below -10 dBm, forget it.

That’s why OZ2CPU decided to build two preamp “front end” to boost the dynamic of hos own meter. Everything is described on his website @

http://www.webx.dk/oz2cpu/radios/counter2.htm

A first frontend using a ERA-2SM monolithic hybrid amp is used for UHF signals from 50MHz to 3 gigs, and a second one for low frequencies (100 kHz to 50 MHz).

As Thomas OZ2CPU didn’t made any PCB of the stuff, I decided to create a new design of those two boards. I you are interested in building this “add-in”, I will be glad to send you all the .SCH and .BRD (or gerber) files you want. All credit MUST be given to Thomas. Any commercial use of these files or schematics are forbidden without authorization of the author… and the author is Thomas… not me !

Enough chat, some pictures :

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First of all, the HF frontend. Four boards have been etched :

– one for the DFD4,

– another for my kid’s frequency meter based on Doug’s N3ZI instrument (http://www.pongrance.com/ddfc-cc-super-manual-20.pdf)

– a third one for a friend of mine

– a fourth one “just in case”.

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all components are “SMT” mounted… even the 4 BSX89 transistors. One strap is mandatory. As usual, each board has it’s own 5 V LDO regulator. Sensitivity of the board after tuning is given at –50 dBm, and it can withstand a + 20 dBm signal… total dynamique is 70 dBs. A little bit better than the original PIC :- )

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The “four in a row” modules

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As usual, the front plate of the enclosure is made of PCB. From left to right : the power IN connector,  the UHF BNC input (Radiall, 8 GHz specified), the UHF/HF inverter, the HF BNC input and the 10 MHz 0 dBm TCXO calibrated output. And a rectangular hole for the “biggy display” sold by AADE.

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Rear view of the front plate with the AADE main board, the LCD display and all the hardware around

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Exceptionnaly, I’ve found in my junkbox the perfect enclosure for the meter : a former IBM  external DC600 cartridge backup. Some painting, and it definitely doesn’t looks like a computer part anymore.

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Pre-wirering of the front plate.

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notice the way coax cables have been fixed. The central inverter (HF/UHF) needs a special hardness (a ferule) to maintain the three coax cables without mechanical constraint and with a perfect grounding

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A close up of the ferule shows the way coax are soldered. All coax are PTFE/Ag  3mm cables.

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First pre-assembly of the meter and first HF tests.In the foreground, the “printed” frontplate protected with a glossy laminated plastic foil. The big aluminium brick in the background is the TCXO itself.

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another view of the project. All components are fixed on a large PCB tined plate. The strange module with five polarized capacitors is a 12/24 V converter dedicated to the TCXO.

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The UHF frontend is using a ERA-2 MMIC. The board is also supporting a MB506 prescaler (dividing the input frequency by 128). The original prescaler has QRT several monthes ago for unknown reason.

As the HF frontend directly sends its signal to the PIC and as the UHF frontend includes the prescaler, the original 74HC4046 and the MC12079 are no longer needed on the DFD4 original board.

Two straps can be seen on this proto board, due to mistakes during the design process : I had to disable Kicad’s DRC to “create” a quick and dirty “double footprint” for the prescaler (SOIC and DIL). But without DRC, risks are higher to make mistakes. These errors have been corrected on the new BRD/Gerber file. Only one strap is needed now and could be avoided with a 2 layer pcb.

Power input is fed thru a by-pass capacitor (lower side of the picture). A SMT 220 mH blocks any RFI going to or trying to escape from the MMIC (right side of the bypass cap), delivering a 13,6 V voltage to the MMIC (before the Bias resistor, of course) . The prescaler is powered by a fixed 5 V LDO regulator –left side of the bypass-. Several vias have been distributed all along the grounding plane, particularly near the 50 Ohms microstrip input .  The “strange” shielding is in fact a piece (a slice ?)  of Hammond enclosure that was cut in half many years ago to create a “half height N2PK directive coupler (https://f6itu.wordpress.com/2008/12/11/sma-tres-sm/). I was keeping this “metal ring” just in case… The rest of the schematic doesn’t need further comment.IMG_6692

The whole familly is present. All power routing are “choked” with ferrite beads or toroids

This is the “final picture” of the gear with an inductive probe on a UHF marker. input signal is at –28 dBm

 

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Milliwattmeter : second run

Publié: 26 août 2011 dans Instrumentation, UHF

 

As I got a second set of log amps from Analog Devices, I’ve decided to build a second, more compact milliwattmeter. This time avoiding some mistakes I did on the first run :

– No more HE10 connectors for every wires (they generate too much stray RF)

– Internal probes (for portable operations)

– Smaller housing (less pcb… small is beautiful)

– Shorter connections between subsystems

– Better (far better) grounding plane, an important detail in measurement and instrumentation.

 

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The two probe are left on the same pbc, for a better grounding (compensation coils are not yet installed. A “U” shape shield has been cut to isolate each input stage and will cover the input stage)

 

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The box has been cut in a 20x30cm single side pcb. The microcontroler board is exactly the same as the one used in the former version (same kicad .brd file, same “toner transfert” technique). One of the first task is to place precisely the different boards to know exactly where will  be located the different connectors, buttons and the encoder. On this model, I’ve decided not to use the voltmeter function neither the serial output (they will probably be added later).

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This “blank” assembly shows the amount of space on the front plate… everything fits, and error margin are very low : less than 2 to 3 mm for the pcb’s. Precision of the holes for the SMA connectors is 1/10th of mm.

 

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Once location of the boards have been decided, the probe board is ajusted to the SMA output. As usual, a silvered coper wire has been used to creat vias between upper and lower ground plane. NO HOLE, even for interconnection wires.

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… SMA’s holes are drilled. So far, so good, everything seems to fitIMG_6583

Amp board is fixed to the front plate with small drops of solder. Once the position is OK, a solder joint is made all along the junction

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Same stuff on the other side. SMA’s ground connection will be soldered on this side.

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The regulator is added then. Every board has it’s own 5 V LDO regulator. But as the main Lab’s power supply is a full rated 13,8 V gear, I choose to add a frontend regulator to  “drop down” the input voltage from 13,8 to 7 V. This way, the temperature due to the voltage difference bewtween input and output is distributed among the enclosure. This “overkilling” drop down stage gives another advantage : it protects the milliwattmeter in cas of an overvoltage or voltage inversion (yes, I made this mistake : blue smoke and nice odor :- )) The LM317 survived, and I only had to change 2 schottky diodes and two tantalum caps.  That’s all)

 

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A piece of pcb is added on the right side of the plate to support the needed nuts and bolt of the enclosure.

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The two milliwattmeters side by side : the shrinking process is obvious

Next step : the wirering and testing

cablage

The probe shielding , power plug and encoder have been added

 

facade

The Front plate design is made with the Schaffner software, printed on a photo “deluxe” paper and protected with a laminated plastic foil. The second push-button is integrated in the “select” encoder. The matt laminating of the front plate gives a better et sober look, but forbid to use the foil as a “display protection layer” : the display becomes blurred and unreadable.

 

1 : Change the connector with real coaxial one

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2 : Change the first coupling line. This one is made with a section of Pope H200 low loss coax cable. Bead is a T80-2, 40 turn of 8/10 millimeter enamelled copper wire.

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3 : build a U shield with single side pcb … (yes, it’s another tandem match coupler)

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4 : place the second line of the transformer , the detection diode and the 50 Ohm load on each side of the line. The diode is not yet soldered on this picture, only the resistor.

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5 : Try to solder the different grounding lugs, connect the different wires of the transformer’s secondary winding

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(rear view with shielding)

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6 : Add the original frontplate with it’s nice “cross-needle” meter

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7 : Connect the two detector wires to the main board

8 : calibrate each “power” position with a dummy load… and play. Ain’t nothing cool as a closed box Clignement d'œil

 

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Jon, de RFPlus sur eBay vends des atténuateurs 30 dB 100 W  d’origine Florida Labs pour moins de 5 euros pièce… à peine le tiers du prix acheté au détail…. lorsque l’on a la chance de pouvoir en trouver.

Hélas, ce composant n’est pas doté d’une semelle à visser. Le réseau résistif doit être soudé sur un dissipateur –donc cuivre quasiment obligatoire. Soit l’on a la chance de posséder un radiateur avec une semelle de cuivre amovible vissée, soit l’on n’a pas de chance, et l’on doit se rabattre sur un radiateur de P4 avec insert de cuivre. Inutile de chercher à poser un fer à souder sur un tel machin, il remplit trop bien son office. La soudure colle mais pour obtenir une véritable brasure, “mat cache bonne eau” comme on dit dans la marine à voile.

Il est donc nécessaire de faire chauffer l’ensemble du radiateur pour qu’il atteigne rapidement (une minute maxi, histoire de ne pas stresser l’hybride) la température de fusion de l’étain (disons… 250 °C pour être certain que le métal d’apport soit bien liquide). Le seul appareil capable de développer autant de puissance, c’est le four à refusion, avec une pâte à braser pour CMS et une courbe de montée en température semblable à une brasure Klester. Seule modification de la courbe, le point de refusion a été porté à 250°C durant 60 secondes (contre 220 à 30 secondes). Le reste est classique : préchauffage à 140 °C, séchage durant 2 minutes,  soaking à 180 durant 45 secondes, montée brusque à 250 °C durant une minute, et refroidissement non pas à 1°C par seconde, mais 1°C toutes les deux secondes pour limiter les contraintes thermomécaniques très élevées sur une pièce de cette taille.

L’astuce la plus importante est de coller la sonde de température du four sur le radiateur (la pièce à braser) pour mesurer non plus la température de l’air ambiant dans le four, mais bien celle du corps à chauffer. L’électronique y perd un peu son latin, pédale pour la montée en température, mais parvient en fin de compte à tenir les points de consigne.

sortie refusion atténuateur

 

on voir la sonde au centre du four légèrement tordue pour pouvoir s’insérer entre les ailettes détail brasure

on remarque les tracés à la pointe sèche destinés à positionner le composant dans l’axe du microstrip. Le plan de soudure doit être absolument propre et brillant avant dépôt de la pate à braser. La quantité de pâte est très faible, semblable à ce que l’on utiliserait s’il s’agissait de graisse thermo-conductrice  aux silicones

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il ne reste plus qu’à “glisser” le pcb avec son microstrip (là encore, l’efficacité l’a emporté sur l’esthétique, le strip est une récupération d’ampli Matra cannibalisé pour les besoins de la cause). Les connecteurs coaxiaux d’entrée et de sortie sont vissés dans l’épaisseur de la semelle du radiateur (vis M2,5 pour la BNC d’entrée et la SMA qui attend patiemment au second plan). Le capotage/blindage  est en pcb simple face.

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Temps de réalisation : une heure. Temps de réflexion, de perçage, taraudage, montages à blanc, tortures intellectuelles diverses relatives à la soudure sur un monstre d’inertie thermique : 2 jours. Y’a pas, on est bien dans le monde de la radio.

vnwa measurement accelerator

Publié: 21 mai 2011 dans Instrumentation, VNA

vite fait sur le gaz, la reprise de la seconde carte de traitement de signal pour l’analyseur vectoriel de DG8SAQ conçu par Peter DC2PD.

No comment. Le régulateur 3,3V bidouillé avec une diode pour atteindre 3,5V grâce à la ddp de 0,6v de jonction a été remplacé par un LM117 ou 317 en boitier SOT223 et ses deux résistance de réglage. Les passifs sont en 0805, les condos de filtrage sont en 1206 polarisé, le pcb est, comme d’habitude, un “double face/face aveugle” avec force rappels de masse entre le coté composants et le plan de masse situé sur l’autre face (notamment pour ce qui concerne le gnd de la résistance de réglage, située du coté gauche du régulateur). Je me demande si je ne devrais pas shocker l’alim de l’usb, la propreté du courant provenant de ces prises étant particulièrement pourri.

Le cuivre

. audio vnwa CU

La visualisation en 3D

audio vnwa

J’ai été considérablement plus économe en pcb que ne l’a été Peter, et me suis permis d’éliminer les “sorties audio” qui ne servent à rien. Le connecteur HE11 5 broche est “virtuel”. En fait, il symbolise la position des 4 broches reliant la platine au connecteur USB… de l’autre coté du pcb.

Parfois, les neurones sont en vacance et n’ont pas vraiment envie de trop traiter d’informations. Des pcb d’ampli téléphoniques trainaient depuis des années dans ma junkbox, à mi-chemin entre la poubelle et le “ça peut servir”. Deux coups de cisaille pour récupérer les portions comprenant un microstrip 50 Ohms coupé par le milieu deux sma pour circuit imprimé, deux bouts de câble UT141, assez pour faire une planche de test à peu près propre pour un VNA C’est pas nickel-nickel, mais ca élimine assez de selfique pour avoir une idée assez précise du comportement d’une portion de filtre ou d’un composant inconnu.

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Sometimes, brain cells are on vacation and did not really want to deal with too much information. Some old pcb (a former cellular amp) was lying around for years in my junkbox, halfway between the bin and « it may serve ». Two shots of shears to recover portions of pcb including a 50 Ohm microstrip, two SMAs, two pieces of UT141, all this stuff is enough to make a bench board for my VNA. This hack is not really neat, but it suppresses inductive components enough to have a pretty good idea of the behavior of a filter or the characteristics of an unknown device.