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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.

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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

…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.

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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.

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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

IMG_6906

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

IMG_6908

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

IMG_6909

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.

IMG_6902

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 …

Amplificateurs linéaires

Publié: 5 juin 2011 dans Project, SDR, UHF

l’UHFSDR principal (probablement celui qui sera couplé à l’ensemble “softrock/mobo”) sort 50 mW max en sortie d’hybride HMC482. Pile poil ce qu’il faut pour exciter un RA30H1317M en VHF et un RA30H4047M en UHF pour sortir 30 W PEP pur fruit pur sucre (27,5 dB, une bagatelle, n’est-il pas ?)

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Etant particulièrement flemmard, j’ai craqué pour le pcb vendu par l’Australien Mini-Kits … difficile de faire plus propre coté rappels de masse et autres mesures anti-accrochage. C’est pas très sport… mais il y a un stade a partir duquel vouloir faire soi-même un tel pcb relève soit du vice, soit de la volonté de perdre de l’argent.

Bien entendu, il faut faire un peu de mécanique : percer, tarauder, mesurer, limer… fort heureusement, F1URI m’a offert un couple de radiateurs usinés

 

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…et voilà l’travail (une petite journée de soudure max)

Yapluka… fixer tout çà sur une plaque d’alu usinée aux bonnes cotes, prévoir les blindages et capotages, y ajouter les filtres passe-bas, grouper les relais coaxiaux de commutation de bande, dessiner au moins un préampli faible bruit large bande avec éventuellement son atténuateur… une paille quoi.

Rapide tour d’horizon des différents “machins” que l’on peut –que l’on doit- brancher sur un milliwattmètre. En préambule, je dois préciser que si la construction du milliwattmètre se fait en moins de 2 heures pour un électronicien débutant (projet d’après-midi), la fabrication des divers coupleurs  est relativement couteuse en temps et demande à l’impétrant métrologue de ne pas avoir peur des scies, limes, perceuses et autres instruments de torture. (Une partie des connecteurs coaxiaux ont été aimablement fournis par F1CHF dit le CHeF, dont la  caverne d’Ali-Baba regorge de trésors à des prix défiant toute concurrence)

attenuateur en T

Un “pad en T” –30dB
On commence par une pâle copie du “pad” 30 dB d’OZ2CPU (voir en  bas de page de son site). Les pertes d’insertions sont très faibles (du moins jusqu’à 2 mètres), la linéarité assez bonne pour une bidouille qui ne coute pas cher du tout. Cette bidouille n’a pas encore été passée à l’analyseur… les courbes de ros suivront. A noter les rappels de masse réalisés en feuillard de cuivre boulonné sur le châssis du boitier en fonte d’aluminium (matériau non soudable)

Fermé, cet atténuateur accompagné de la sonde du milliwattmètre ressemble à ceci :
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Les coupleurs directifs et bidirectionnels sont des équipements chargés de prélever une partie du signal dans les sens “direct” et/ou “réfléchi”. Appareils très couteux lorsqu’ils sont large bande et acceptant de hautes puissance, on peut se fabriquer un “bidirectionnel” pour un investissement de base assez faible.

En faible puissance et large bande, deux coupleurs du commerce montés tête bêche peuvent parfaitement convenir. De tels coupleurs se trouvent pour moins d’une vingtaine d’euros sur eBay, couvrant de 0 à 1000 MHz et acceptant des puissance pouvant atteindre 0,75 à 1 W environ. Instrument indispensable pour mesurer les désadaptations d’impédance entre étages lorsque l’on ne possède pas de VNA

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Sur les fréquences basses, à forte puissance, et pour un budget serré, il n’y a pas 36 solutions : il faut fabriquer son propre coupleur directif. Bien que présentant lui-même un ROS élevé dans le sens “retour” (voir article de N2PK sur ce sujet), le coupleur “Tandem Match est très populaire dans le monde OM… principalement pour sa relative facilité de construction. L’article le décrivant fait partie des “inamovibles” de l’ARRL Handbook. La partie la plus intéressante se trouve à la fin de l’article ci-dessus désigné. Plus particulièrement le chapitre sur le coupleur revu et corrigé par le célèbre Doug de Maw à l’avant-dernière page. Les sondes du milliwattmètre d’OZ2CPU se changeant de redresser le signal HF, les diodes, capas, résistance de stabilisation d’impédance ont été sauvagement supprimées. Ne reste donc que deux lignes et deux bobinages sur tores, le tout logé dans un boitier blindé. 

On commence par tailler deux bouts de coax  en fonction du boitier et des connecteurs dont on dispose… et l’on part à la quête du tore en poudre de fer dont le diamètre intérieur correspond au diamètre extérieur du câble (moins deux fois le dia du fil de la bobine).

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Ici un élément de coupleur sur tore T80-2 sur coaxial 50 Ohms faible perte Pope H200. La tresse est étamée non pas pour faire beau, mais pour présenter une coupe nette.

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Même chose avec un boitier Shubert, connecteurs BNC  Radiall, SMA “Rota Franco”, coax Sucoform, tores T68-2 dont le dia intérieur a été compensé par une feuille de teflon. Les transfos sont fabriqués avec 40 spires (à une brouette près) sur chaque tore. Le dia de l’ame du Sucoform entre parfaitement dans les trous du conducteur central des BNC. La ligne de mesure est raccordée sur les connecteurs SMA après avoir limé l’épaisseur de l’ame ET de la pinoche de la SMA à mi-épaisseur.

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une cloison de séparation est ensuite taillée dans une chute de clinquant. Les traversées sont alésées sur deux cotés afin de laisser passer un des fils des transfos constituant la sonde . Le fil de chaque transfo est isolé de la partie métallique par une petite rondelle de teflon ou de vinyle provenant d’une chute de câble coaxial

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Ce n’est pas parce que l’on est en décamétrique qu’il ne faut pas câbler court avec des raccordement de masse fantaisistes. Massif et direct, blindé et étanche à l’eau. Sur cette photo, on voit que les spires de chaque bobine ont été noyées sous une épaisse couche de vernis. Le boitier utilisé étant un peu étroit, et les tores étant très proches d’une des cloisons métalliques, une petite languette de teflon –ou isolant plastique haute tension- est intercalée. Noter le câblage du fil de sonde.

isolation

On ferme, on colle une étiquette pour faire beau, on ajoute deux chutes d’UT141 pour y raccorder les sondes du milliwattmètre, et c’est tout. 1% d’électronique, 99% de mécanique (scie, ciseaux, cisailles, lime, taraud, perceuse, re-lime, équerre, pointeau, meule…. tout ce que j’aime :- ((  

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Photo de la famille au “presque” grand complet : le milliwattmètre, ses sondes, ses coupleurs divers et, sur la gauche(bidule cylindrique) le presque indispensable atténuateur pas à pas 0/50 dB par pas de 1 dB

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Le prochain article (si les dieux de l’électronique nous prêtent vie) montrera comment fabriquer un coupleur VHF/UHF/SHF avec des tronçons de câble semi-rigide UT141 (avec ou sans compensation…. les mesures nous le diront). Un tel prototype de coupleur est d’ailleurs présent sur la photo ci-dessus, et sert de “support” au milliwattmètre.