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lundi 30 janvier 2017

How to graduate a needle meter movement?

Comment graduer un cadran de galvanomètre?


Le récepteur à conversion directe 4 to 470MHz décrit sur mon Blog dispose d'un S-mètre & dBm-mètre réalisé à l'aide d'un galva quelconque à cadre mobile ou ferromagnétique. (donc même pas linéaire, koi...)
Jadis, la modification des graduations d'un cadran de galva quelconque nécessitait un relevé brut des cotes extérieures mécaniques du cadran du galva & le nouveau marquage au crayon des graduations du cadran d'origine selon la position de l'aiguille en fonction de nouvelles mesures électriques.
Ensuite, il fallait recopier ces relevés sur une feuille de papier à l'échelle 2 à l'aide d'un photocopieur. Il fallait marquer les graduations au Rotring ou feutre marqueur fin. Pour faire joli, le transfert de lettres & chiffres à l'aide de feuilles Mecanorma donnait une touche pro au cadran. Il était essentiel de travailler avec grand soin sans se planter évidemment. Finalement, le cadran était près à être découpé après sa réduction à l'échelle 1.

En gros, c'était très laborieux...

Il y a un truc qui permet de simplifier tout ça:

  - Le soft sympa "Galva" de Jean-Paul F5BU:

http://www.f5bu.fr/wp/?page_id=13


Galva permet de graduer des cadrans de galva's linéaires (classe 1.5) de multimètre, pas linéaires (classe 2.5) de Vu-mètre BF voire ferromagnétiques, vos faces avant, graduer des boutons de potar, des boussoles, des cadrans solaires, des panneaux d'affichage & autres applications...
Je ne vais pas énumérer l'ensemble des codes (ou commandes) du soft nécessaires pour réaliser un cadran,  mais inspirez-vous promptement des fichiers modèles nommés xxx.dat dans l'onglet "fichier" puis "ouvrir" du soft.
Chargez un de ces fichiers en rapport à votre application, et ensuite faites vous la main en modifiant les valeurs associées aux codes. (évidemment, c'est simple à écrire...).
Pour comprendre la signification d'une ligne de code ou commande en bleu, cliquer sur ce code. Puis en restant appuyé sur "F2" du clavier, on lit sa définition & sa syntaxe.
Ce logiciel met un pied dans l'univers de la programmation; c'est passionnant!

J'ai utilisé ce soft pour graduer divers galva's dont l'impédance-mètre HF, ROS mètre du coupleur symétrique manuel QRP décrits sur mon Blog.

Pour les OM's intéressés, j'ai les fichiers xxx.dat de quelques autres applications personnelles.

L'ensemble des descriptions qui vont suivre concerne des cadrans de galvanomètre
à cadre mobile classe 1,5 & 2,5 mais pas ferromagnétique.


Voici quelques exemples de cadran:

1er exemple:

Soit à réaliser un affichage sur galva en dBm & point S de mon Rx DC 4 to 470MHz décrit sur ce Blog.
Le galva n'est pas linéaire. C'est plutôt un correct bas de gamme (classe 2.5) de "Vu-mètre BF".
Les grandeurs point S & dBm affichées sont linéaires malgré les apparences.

Galva gradué en point S & dBm

Procédure:

Démonter le galva pour accéder au cadran.
Ensuite, déterminer les cotes physiques du cadran & les limites angulaires de l'aiguille du cadran à l'aide d'un pied à coulisse, un réglet d'ajusteur & un rapporteur d'angle d'écolier. La précision doit être de l'ordre de 0,5mm & 1° (degré).
Retranscrire ces valeurs sur papier comme ci-dessous.

Relevé sur papier
La croix noire détermine le rayon de l'aiguille.
La croix rouge détermine le rayon de l'échelle des graduations.

D'après ce relevé, on modifie les valeurs des codes en bleu du soft.
Tout d'abord nous allons graduer le cadran linéairement de 0 à 10 puisque ce galva n'est pas linéaire.
Donc, l'arc de cercle des graduations de -35 à +35° est gradué linéairement de 0 à 10 au pas de 0,2 (la précision est suffisante) par les codes bleus Grad & ValD de la rubrique 'Echelle linéaire 0 à 100 .
Imprimer le cadran. Découper les contours et placer le cadran dans son contexte d'affichage.
Remonter le galva.
Connecter le galva à l'application.
Vérifier si les mini & maxi de déviation d'aiguille correspondent bien aux limites du cadran d'origine.

Graduations linéaires d'un galva quelconque


A l'aide d'un bon générateur HF calibré (Adret 740A par ex), on convertit les grandeurs "point S & dBm" mesurées en rapport aux graduations du cadran 0 à 10 reportées sur un tableau Excel comme ci-dessous:
Relevés des mesures HF


Retranscrire les valeurs relevées du tableau dans le soft Galva:  code Grad1= xx . (Voir le programme suivant)
Je reconnais avoir triché un peu sur la graduation S1 (0,2 au lieu de 0,4) afin d'harmoniser le début
d'affichage des point S.
Toutefois, 0,4 du tableau est bien à -120dBm.

Pour démontrer que ce galva n'est pas linéaire, la variation de -110 à -120dBm est environ trois fois plus étroite que -100 à -110dBm alors que l'échelle du système de mesure est bien linéaire en dizaine de dBm. (voir ci-dessous)





Codes source

2ème exemple:

Soit à réaliser un dBm-mètre HF SHF avec un affichage logarithmique de la puissance HF sur un bon galva dont la déviation d'aiguille est linéaire (classe 1.5 de multimètre à aiguille par ex)
Dans cet exemple, l'écriture des graduations est beaucoup plus simple puisque la déviation d'aiguille est linéaire.

Important : Encore une fois, pour un affichage précis comme cette application , je conseille très vivement l'usage d'un bon galva de classe 1.5 (récupération multimètre à aiguille)

Les graduations en échelle Log(10) sont exprimées en mW, W, KW.

L'affichage de l'échelle Log(10) est déterminé dans la rubrique :
'Echelle 10n à 100mW
Exposant = L, 7, 1, 1   (soit échelle Log(10) avec 7 intervalles de 10dB)

Voir le programme ci-dessous.
L'afficheur LCD au dessus du galva indique les niveaux HF en dBm.


dBm mètre HF SHF
Galva gradué Log en watt


Une particularité intéressante du soft F5BU :
Une commande (ou code) en bleu exécutable précédée de  "'" (apostrophe en vert) devient une ligne de remarque en vert non exécutée.

Un exemple :
La commande inversion déplace les graduations vertes sous l'arc de cercle.
'Echelle 100u à 1KW du programme ci-dessous :
Inversion (commande exécutée)
Couleur = vert (commande exécutée)
'Couleur = rouge (pas exécutée, pour info)
'Couleur = bleu (pas exécutée, pour info)
Dans cet exemple, on a un choix de couleur (ici en = vert)



Codes source

3ème exemple:

Soit à réaliser un ROS-mètre (SWR-meter) simple à l'aide d'un bon petit galva non linéaire bas de gamme "Vu-mètre BF"  (classe 2.5)
Je n'ai pas jugé utile de voir apparaître des graduations de ROS plus précises pour cette application.
L'essentiel d'un ROS-mètre de coupleur est de flanquer l'aiguille à gauche. (ROS 1/1)
Le cercle à gauche de "F6HKY" & sous l'arc de cercle de "ROS" est un trou de Led.





Il faut bien conclure...

La prise en main du soft "Galva" de F5BU peut sembler complexe.
Mais en s'imprégnant des différents codes possibles en bleu, en modifiant leurs contenus, on réalise n'importe quel modèle d'affichage même logarithmique.
Le soft Galva de F5BU est facilement modulable. On peut graduer tous types de galva's même à aiguilles croisées.
Encore une fois, ce soft permet aussi la réalisation personnalisée de face avant.

Si vous avez des questions...   Mail à F6HKY

Faites un saut sur le site de F5BU:

http://www.f5bu.fr


à suivre ...


73's

Jacky

f6hky@sfr.fr


vendredi 29 janvier 2016

DC Rx 4 to 470MHz SSB, CW, AM, NBFM

Mon récepteur 4 à 470MHz à conversion directe


Après une longue période d'absence, je reviens à mon vieux rêve de gamin :

La réalisation d'un bon récepteur déca, VHF, UHF simple qui démodule la BLU, CW, NBFM.
  
Il y a longtemps, j'ai assemblé un ensemble de kits HF de BERIC pour obtenir un récepteur déca 5 bandes & 144MHz tous modes DSB dont la sélectivité HF était déterminée par l'ajustage de quelques circuits accordés dans chaque bande.
Un module FI 1,6MHz permettait de démoduler l'AM, CW, BLU (DSB), FM avec des circuits intégrés dédiés.

Depuis les années 1920, on réalise des récepteurs simples basés sur un principe simple que l'on nomme:

la conversion directe

Cette réalisation décrit un récepteur très large bande (4 à 470MHz) selon le principe de la conversion directe.
L'étude ce récepteur a nécessité de longues heures de recherches personnelles quand le temps me le permettait.
L'objectif de cette description est de démontrer que l'on peut encore construire un bon récepteur RF avec des moyens élémentaires sans être une sommité en électronique, en informatique.
Et pis surtout, je me suis fait plaisir; et yo!

Ma définition d'un récepteur Rx à conversion directe simple & efficace:

Les ingrédients:
   - Un peu de conversion HF (10% max du récepteur)
   - Beaucoup d'électronique BF simple
   - Une antenne
   - Une alim. 12V
   - Un haut parleur
   - et pis surtout pas d'ordinateur..

Je n'aborderai donc pas la technologie SDR à base d'informatique puisque un ordinateur domestique actuel est à mon avis un gros générateur de QRN local. D'autres parts, les latences inhérentes à Windows surtout si le PC est connecté à internet, le boot de démarrage, les connexions (et autres  ficelles), etc... rendent un récepteur (voire émetteur) comme celui-ci vraiment pas pratique à utiliser.

Par conséquent, tous les principes, les montages décrits ici n'utilisent que de la technologie analogique BF simple de l'antenne au haut-parleur & une alim.

Je précise toutefois que l'informatique me semble inéluctable dans des applications générales RF futures (métrologie, Tx Rx...)
D'ailleurs, mon analyseur de spectre RIGOL fonctionne avec une interface informatique Win selon ce principe.



A partir d'ici, j'ai deux suggestions:


    - Si seule la technologie SDR vous intéresse, laissez tomber ce truc!


    - Si la réception à conversion directe HF sans informatique (PC), si les recherches personnelles, si les effluves d'étain fumants d'un fer à souder vous inspirent encore, (atchoum...) alors laissez-vous guider...



Aujourd'hui on trouve sur le Net un tas de descriptions de récepteurs avec des composants divers permettant de construire un Rx simple à conversion directe selon le principe suivant:

L'hétérodyne ou le battement d'un signal HF d'antenne avec un oscillateur local HF (OL) décalé de - ou +1KHz produit deux signaux audibles décalés de moins - 1KHz & plus +1KHz appelés aussi battements infra & supradynes. Après un amplification BF (à ampli OP) suffisante, on écoute ces signaux sur un casque à écouteurs 2Kohm. (voir mon Rx binaural sur ce Blog)
Donc:

 Pour faire simple, un tout petit signal HF d'antenne amplifié produit un signal BF audible sans fréquence intermédiaire HF complexe.    Et yo!..

Un bémol toutefois:
Ces récepteurs simples souffrent de la présence de la fréquence image indésirable BF.
   +1KHz audible est aussi audible à -1KHz!!
En d'autre terme, on entend aussi bien les signaux BLI(LSB) & BLS(USB).

J'ai éliminé cet aléa en utilisant le principe du déphasage quadratique I/Q
(décalage 90° entre I & Q) de deux signaux BF identiques en amplitude mais déphasés de 90°.


Evidement, il faut un peu ou pas mal d'électronique...

L'électronique de ce récepteur est constituée d'interfaces analogiques BF complexes, denses certes, mais pas compliquées du tout.
L'essentiel de l'électronique BF est constitué essentiellement d'ampli OP pur jus.
Encore une fois, la partie RF représente moins de 10% de l'électronique du récepteur.


Caractéristiques générales du récepteur:

   - Réception 4MHz (3,6MHz) to 470MHz (700MHz).
   - Sortie BF du convertisseur HF en bande de base 300Hz à 20KHz.
   - Démodulation SSB, CW, AM, NBFM (swing 10KHz).
   - Préampli d'antenne LNA +20dB & atténuateur -20dB commutables.
   - S-mètre exact à l'instar d'Antoine F6GVK. (1)
   - Filtre audio passe bande variable efficace de largeur 400Hz (CW) à 3KHz (AM, BLU).
   - CAG BF efficace de l'ampli BF uniquement pour une écoute audio confortable sur HP ou écouteurs.

Ce récepteur Rx est à conversion directe de 4 à 470MHz. Il démodule la SSB, CW, AM, NBFM avec des moyens analogiques BF uniquement jusqu'au haut parleur HP.
En premier lieu, on convertit un signal d'antenne en signal audible avec le minimum d'étage HF intermédiaire.
Pour cette application, j'utilise un chip spécialisé dédié à la conversion directe HF to BF :

 LT5517 de Linear technology


Principe de fonctionnement du récepteur



Dans cette application, Le LT5517 convertit un signal d'antenne en deux sorties I & Q en bande de base 200Hz à 20KHz.
Les signaux BF I/Q out sont décalées de 90° l'un de l'autre.
A l'aide d'un ensemble de deux réseaux déphaseurs polyphases à amplis OP de 300 à 3000Hz, on atténue la bande latérale (fréquence image) non souhaitée d'un signal USB(BLS) & LSB(BLI) sans FI à filtre à quartz.
A l'aide d'un autre ensemble de deux réseaux déphaseurs polyphases à amplis OP de 10KHz à 20KHz, on atténue la fréquence image en démodulation NBFM sans FI à filtre à quartz.



Deux sinus I/Q 1KHz décalés de 90deg à 450MHz -70dBm RF Ant  issus de mes prototypes

"Quadrature modulator 40MHz to 900MHz". (boitier CMS QFN16 4x4mm)
Une première ébauche de ce type de récepteur est décrite sur mon Blog :
    "LT5517 binaural receiver 4 to 450MHz" de juin 2014.

http://www.linear.com/product/LT5517

LT5517

Les données du constructeur précisent:
    - Entrée Ant. 40MHz à 900MHz.
    - Sortie en bande de base du continu dc à 130MHz.

La bande passante effective d'antenne couvre de 4MHz à 1,3GHz sans difficulté.
Malheureusement,  ce chip ne fonctionne pas à des fréquences inférieures à 3,6MHz.
Donc pas de réception 160m (ou à peine une portion de 80m):
  
     Pourquoi?
     j'sais pas,  c'est con!
     Y' faut demander au fondeur!

Je suggère une bidouille peu orthodoxe permettant quand même la réception totale de la bande 80m.
En résumé, la bande passante possible de ce récepteur s'étend de 3,6MHz à plus de 470MHz .



Un peu de HF :

Le convertisseur RF/BF LT5517:


Le produit infradyne du mélange Ant - (moins) OL permet d'obtenir deux signaux BF I/Q identiques en fréquence, amplitude mais décalés de 90° dans une bande de base BF de 200Hz à 20KHz. (dans cette application)
Cette bande de base permet le "décodage" simple de la BLU, CW, AM, NBFM.
Après conversion, quelques amplis OP BF amplifient les signaux.
Le gain global en tension de cette interface est de 1230 env. (soit 62dB)

Pour situer simplement le gain de conversion HF/BF:

  - 1uV d'antenne produit 1,2mV BF
  - 5mV d'antenne produit 6,1V BF

On constate que le gain rapport de conversion BF/HF est constant; et surtout sans CAG!!!   C'est quand même vachement intéressant, hein??
Les signaux résultants BF sont parfaitement exploitables avec des ampli OP.

Direct conversion with I/Q audio out 200Hz to 20KHz


I/Q RF converter with attenuator & LNA



I/Q RF converter côté soudures en gravure anglaise
Les pistes côté soudures sont réalisées par fraisage. (méthode gravure anglaise).


L'étage d'entrée Ant:

L'atténuateur, le préampli LNA sont inclus sur la carte du convertisseur LT5517.
Les deux relais HF d'antenne S172-2 de commutation LNA & atténuateur sont montés coté soudures (ici en haut à droite) entre le convertisseur HF (carré vert foncé) & le fil orange du PCB..

Pour info : Le centre du module vert du convertisseur LT5517 (vert) est un serpentin plat de fil de cuivre 6/10éme soudé coté soudures sur la surface de dissipation du ship et relié à la masse. Ce truc améliore la dissipation en température du LT5517 qui chauffe bien.
Les straps de cuivre situés à gauche du PCB sont des modifications suite à des erreurs de câblage de ma part. (nul n'est parfait, hein? et yo)

L'étage d'entrée est constitué de:

  - Un préampli MMIC MAR6 de +20dB env.
  - Un atténuateur -20dB

L'atténuateur & le préampli sont commutables par un inverseur à point milieu stable:
       -20 ou 0 ou +20dB.

Vous remarquerez que l'entrée antenne ne dispose pas de filtre passe bande RF.
J'estime que la grande dynamique d'entrée antenne permet de s'affranchir de filtre si l'environnement RF n'est pas trop bruité. (sans QRN)
Une limitation quand même:
   Des signaux RF forts WBFM (bande FM 88 à 108MHz) en milieu urbain produisent aussi des signaux locaux forts sur une antenne filaire quelconque.
Par conséquent, ça génère de la "Transmodulation" (ou saturation de l'entrée HF du convertisseur).
La présence d'un filtre coupe bande d'entrée Ant (notch ou Idler) FM broadcast 88 à 108MHz WBFM est donc vivement souhaitable.

Attenuator & LNA



L'oscillateur local:

L'association du LT5517 & d'un oscillateur local OL à PLL Si570 (entre autres) permet de réaliser un récepteur simple disposant de deux sorties I & Q. La fréquence de l'entrée oscillateur local OL du LT5517 est égale à deux fois la fréquence à écouter. Donc l'écoute d'un signal de 450MHz nécessite un OL de 900MHz/0dBm. (OL = F synthé / 2)
Pour cette application, l'OL est un kit synthé PA0KLT - Si570 VFO 1,417 GHz de SDR-Kits.
http://www.sdr-kits.net/Webshop/products.php?56&cPath=6



OL synthé PLL Si570


OL côté soudures



Un max de BF:

On bidouille plus aisément la BF que la HF, non?
Donc tout ce qui suit est plus didactique, ludique que la technologie SDR.

La carte zéro FI (ou presque zéro):

Ce module décode aisément des signaux : AM, USB, LSB, CW.


Zero IF 200Hz to 3KHz







Carte zero IF


Caractéristiques de la carte zéro FI:

   - Elimination de la bande latérale non souhaitée (ou fréquence image) à mieux que -40dBc
   - Bande latérale sélectionnable par commutation  simple (USB ou LSB)
   - S-mètre vrai linéaire en dB avec une dynamique de plus de 70dB (1)
   - Filtre passe bande BF variable 400Hz à 3KHz
   - Ampli audio énergique pour une écoute confortable sans bruit sur HP 4ohm ou écouteurs 30ohm


Le réseau déphaseur "polyphase":

Le principe "polyphase" permet d'atténuer à mieux que -40dBc la bande latérale opposée à l'aide de huit filtres passe haut. Chaque signal BF d'entrée I ou Q rencontre quatre filtres passe haut.
En sortie, la somme des modules des vecteurs I (+90°) & Q (+90°) est soit annulée (tout au moins atténuée) ou amplifiée dans rapport de deux.
L'atténuation est de l'ordre de -40dBc entre 300Hz et 3KHz avec 8 cellules passe haut BF.
La tolérance des résistances R & capa C doit être de 1% ou mieux.
J'ai tenté à l'aide résistances (en vert) ajustables la recherche optimale d'atténuation sans trop de succès. Il semble que la détermination des résistances & condensateurs est très complexe à déterminer de manière manuelle. Mais à voir...
Je suggère donc de respecter les valeurs suggérées.
En CW 400Hz, j'ai toutefois obtenu avec ce procédé une atténuation de la bande latérale de -60dBc ou mieux!
Je suggère donc très vivement d'optimiser ces composants RC dans une tolérance meilleure que 1%.

Je me suis largement  inspiré de l'étude excellente de YU1LM concernant le calcul des filtres déphaseurs 90° ou "All pass quadrature networks" BF 220 to 2700Hz (soit un peu plus d'une décade) sur le site de YU1LM:
http://yu1lm.qrpradio.com/

Les réseaux RC sont constitués de 2 séries de 4 filtres déphaseurs RC 90° passe haut à ampli OP TL084.
Les résistances R & capa C sont précises à mieux que 1%.
Ceci permet d'atténuer la bande latérale non souhaitée à mieux que -40dBc.

Les résistances vertes Ra à Rh sont constituées chacune de 3 résistances sélectionnées dans la série R12 classique afin d'approcher au mieux la valeur nominale de résistance à mieux que 1% (Ra à Rh) :
    - 2 résistances 10% en parallèle
    - et/ou 1 résistance 10% en série
La mesure globale d'une résistance est vérifiée à l'aide d'un bon ohmmètre précis.

Les condensateurs 10nF & 100nF en rouge sont à mieux que 1% de tolérance.
Ces capa's de valeurs optimales sont sélectionnées parmi un lot de 20 condensateurs stables MKH, MKT, MKS. Elles sont déterminées avec un capacimètre précis (voir Ebay "capacimeter-inductancemeter").

Les petits condensateurs céramiques de 47pF en contre réaction des 8 filtres polyphases améliorent l'atténuation de la bande latérale non souhaitée comme le suggère YU1LM. Ils sont soudés côté composants (au pas de 2,54mm).

Une résistance variable de 100ohm en sortie du polyphase optimise l'atténuation de la fréquence image ou bande latérale non souhaitée.

Pour info :
La fréquence de coupure (-3dB) de l'ensemble des cellules RC  BF (passe haut, passe bas) de ce récepteur est déterminée selon l'équation simplifiée suivante:

         Fréquence BF (Hz) de coupure (-3dB) = 159235,67 / R(Kohm) . C(nF)


Le filtre à bande passante variable:

J'ai beaucoup apprécié la présence de ce filtre à bande passante variable pour l'écoute de signaux CW.
Le ship est un MAX293:   C'est un passe bas.

Ce filtre a des caractéristiques plus intéressantes qu'un filtre à quartz :

  - Bande passante facilement ajustable avec un simple potar
  - Dynamique beaucoup plus importante (dans mon cas 6Vcàc)

C'est un filtre passe bas à capacités commutées de 8ème ordre. La pente d'atténuation est très raide.
L'atténuation atteint -80dBc à 1,5 fois la fréquence de coupure à -3dB.
L'association du filtre passe haut 220Hz fixe (Passe haut LM324 en amont) et du filtre passe bas MAX293 permet d'obtenir un filtre passe bande BF variable très efficace en CW, SSB.
On sélectionne simplement la largeur de bande de ce filtre entre 400Hz à 2,7KHz en tournant le  potentiomètre en façade (Passe bande) polarisant une diode varicap BB112.
    - La bande passante maxi du récepteur s'étend de 220Hz à 2,7KHz env. (écoute BLU, AM).
    - La bande passante mini  du récepteur s'étend de 220Hz à 600Hz env. (écoute CW).

Ce filtre n'est pas utilisé en NBFM.


Le S-mètre AD8307:

Ce S-mètre convertit des grandeurs HF (d'antenne ou autres sources) en points S & dBm vrais sur galva & oscilloscope dans une bande passante de 200Hz à 20KHz de qques mV + noise càc à plus de 6V càc.
Pour info: Le AD8307 convertit un signal HF en une grandeur joliment linéaire en dB affichable sur oscilloscope, galva, et autre barreau de 20 leds (2x LM3914) avec une dynamique d'entrée de -75 à +17dBm soit plus de 90dB.

Dans cette application, la dynamique est limitée à un peu plus de 70dB,
soit du niveau noise (< à -120dBm HF) jusqu'à S9+30. (-43dBm HF)


Relevés pour graduer un galva

Avec un tel S-mètre, ce récepteur peut servir de:

     - Champ mètre
     - Evaluation de filtres RF divers (courbe de filtre à quartz, circuit LC...)
     - Millivoltmètre RF sensible de 4 à 470MHz dans une bande passante de 300 to 3KHz (20KHz).
     - etc...

Une option "sortie oscilloscope" de la tension du signal S-mètre est disponible en façade arrière de ce récepteur:
    - 0V = noise (ou l'herbe)
    - 7V = S9+30dB
Soit 10dB/carreau.
Cette fonction est très utile pour ajuster ce récepteur.

Le CAG audio MC3340:

Toute la chaine de l'Ant jusqu'au S-mètre est linéaire.
Toutefois, les oreilles (les miennes en tout cas) et l'ampli BF ne supportent pas une dynamique élevée. 
Par conséquent, ce module écrase (mais n'écrête pas) les signaux d'amplitude élevée audio.
Le ship utilisé est un MC3340:  C'est un compresseur de modulation BF ou VCA.

Je précise que le CAG de ce récepteur n'intervient qu'à l'écoute audio HP.
J'ai estimé le seuil de compression audio démodulé à 30mVcàc BF sans se déchirer les tympans.


La démodulation NBFM:

Et ben ouais, ce récepteur démodule la NBFM aussi,  Félicie...

Après atténuation de la fréquence image inférieure (battement infradyne) par 2 séries de 2 filtres  BF polyphases TL084, on compare les phases du signal d'entrée centré sur Fref  15KHz modulé en fréquence ou en phase (swing 2 à 10KHz) avec un VCO centré sur 15KHz à l'aide d'un PLL CMOS 4046 bien connu. Le delta de Fr BF du VCO = 10 à 20KHz.

Comme tout PLL "normal",  le VCO est verrouillé avec la fréquence de référence Fréf si :
     Fvco = Fref
Habituellement, un signal de référence Fréf est stable, précis en fréquence s'il est piloté par quartz.
Et pourtant la particularité, le paradoxe de ce principe est une fréquence de référence Fréf pas fixe du tout; elle varie même au rythme de l'information BF.

La comparaison de phase de Fvco & Fréf variable produit une tension d'erreur (Uvco) du VCO continuellement variable au rythme de l'information BF.
Cette information BF (variation de tension d'erreur) est précisément le signal BF (ou blabla) à écouter.
Le swing de 2 à 10KHz global (ou indice de modulation m) est compatible avec les valeurs normées NBFM habituelles de TRX made in Japan & autres machins...

Important: Pour obtenir une audition optimale avec peu de distorsion, l'OL doit être décalé de (plus) +15KHz de la fréquence du battement zéro. Donc, pour écouter un signal NBFM sur 435MHz, l'OL doit être calé sur 435,015MHz.
Par conséquent, le synthé Si570 doit générer un signal de 435,015 x 2 = 870,030MHz pour écouter un signal sur 435MHz;  CQFD!
Il serait judicieux d'inclure le décalage de +15KHz dans l'affichage de la fréquence OL du synthé.
Demodulation NBFM



Carte demodulation NBFM


Caractéristiques de la démodulation FM:

Amplitude de la sortie BF audio constante sans CAG BF.
Ce démodulateur FM est aussi agrémenté d'un squelch dont le seuil de déclenchement est ajustable. Dans mon cas, ce seuil est de -100dBm HF mini sans LNA. Il correspond à la limite intelligible de l'info BF au dessus du bruit. (ou souffle)
J'ai écouté le trafic du relais du Petit Ballon en Alsace avec ce principe avec une très bonne qualité audio.
   - VHF  F1ZDG  145,625MHz
   - UHF  F1ZDA  430,075MHz


Quelques traces de scope intéressantes, éloquentes valent plus qu'un long laïus, speech, bablerei (blabla en alsacien):

Toujours encore en travaux, mais ça vient...

La trace de scope ci-dessous affiche un signal 15KHz modulé FM par un signal de 1KHz avec un swing de 10KHz (ou m +-5KHz).
Les conditions :  Signal BF de +15KHz par hétérodyne ou battement d'un signal d'antenne de 450MHz /-80dBm & l'OL 450,015MHz.
Cette manip visualise un signal BF modulé FM à l'aide d'un scope.

Le signal de 15KHz est prélevé sur l'une des sorties BF I ou Q du convertisseur LT5517.
Le signal  audio de 1KHz est prélevé sur TP5.
Voir ci-dessous :



La trace diffuse en pointillés:
Le signal ondulé de 15KHz au fond est issu d'une des sorties I/Q du convertisseur LT5517. L'ondulation est due essentiellement à la caractéristique limitée en fréquence de l'ampli OP LM324.
On détecte une FM et pas une AM, non ?  Par conséquent les variations d'amplitude non ici aucune importance. Pour améliorer le fonctionnement jusqu'à 20KHz, un LMC6484 remplace avantageusement le LM324.


Les signaux ondulés (+-15KHz) ont des pics serrés ou espacés selon l'importance du 1Khz.
Le creux : 10KHz
Le max : 20KHz
Au milieu la fréquence de récurrence 15KHz 



La trace claire :
Le (pseudo) sinus au milieu est issu de la sortie Uvco TP4.
Ce signal BF est bien sûr parfaitement digeste à l'écoute.

Donc après écrêtage des signaux 15KHz, on compare les phases des signaux dont la caractéristique essentielle est
Une particularité :
Le signal sinus de 1KHz contenu dans la porteuse 15KHz modulée FM avec un swing de 10KHz comporte 15 "échantillons".
 -  de cet oscillogramme, on détermine la fréquence de l'information audible. (ici 1KHz)

                 15KHz / 15 échantillons = 1KHz     CQFD!






Quelques remarques importantes concernant les ampli OP utilisés ici:

Ne remplacez pas le LM324 par un TL084 ou l'inverse.

 - Le TL084 ne fonctionne pas correctement en ampli à courant continu:
     Alim 0V+2V à +Vcc-2V.
Par contre il surclasse le LM324 en BF (bande passante 20KHz max). Il fait aussi moins de bruit que le LM324.
Donc, il est intéressant en ampli BF, filtre BF divers...

 - Le LM324 fonctionne très bien avec une tension de sortie dc continu de 0 à +Vcc-2V (tension de déchet). D'ailleurs il fonctionne déjà avec -0,3V en entrée ! Par contre la bande passante BF plafonne à 6KHz max. Un signal de 10KHz amplifié et écrêté sort de forme trapézoïdale et non pas carrée (voir data sheet).
Autre chose, pensez à charger les sorties du LM324 par 1Kohm pour des raisons de stabilité de signal; un oscilloscope voit ça très bien...
Donc, le LM324 s'emploie en comparateur de tension, ampli suiveur à courant continu jusqu'à 6 KHz...

En mai 2017, j'ai remplacé les TL084, LM324 par des LMC6484, TLC2274 pour voir...
Ils sont disponibles en boitier DIL14 et compatibles broche à broche aussi. La bande passante de 10 à 20KHz est améliorée sur le module NBFM.
Mon choix s'est porté sur le TLC2274 dont les caractéristiques sont communes et supérieures aux TL084, LM324:

  - Alim rail to rail
  - Fréq: 200KHz
  - Tension d'offset: moins de 1mV
  - Noise: 9nV/Hz

Le LT1633 ouvre aussi des perspectives techniques supérieures aux LM324 & TL084. Malheureusement il en en boitier CMS SOT14.
Je vais évaluer ça... 
Des tests sont en cours pour optimiser ce récepteur. Des modifications, des schémas suivront si j'ai le temps...
Vala, c'est tout pour l'instant.

Venez faire un tour sur mon Blog quelquefois...


Quelques composants électroniques particuliers:

J'ai trouvé l'ensemble des composants facilement chez divers fournisseurs sur Ebay.

Carte zéro FI & NBFM
   TLC2274 quadruple ampli OP BF & dc
   AD8307 dBm & S-mètre
   MAX293 filtre passe bas variable à capacités commutées
   MC3340 CAG BF
   KA278R05 low drop régulateur de tension variable
   BB112 diode varicap

Cartes convertisseur RF to BF I/Q & préampli/atténuateur
   MAR6 LNA MMIC 20dB noise 3dB
   LT5517 convertisseur 4MHz à >1GHz
   WBC4-1WLB Balun transfo 1/4  900MHz maxi
   INA114 ampli OP d'instrumentation
   S172-12 Télédyne relais 2RT dc to 1GHz maxi
et quelques résistances, capas CMS.


Oscillateur local Si570 & le Balun 1/4
   SDR-Kits – Kit synthétiseur PA0KLT Si570 VFO 1,417GHz.
http://www.sdr-kits.net/


Quelques sites intéressants:

Le kit synthé HF Si570 de SDR Kit .
VFO Si570 3,5 to 1,417GHz
http://www.sdr-kits.net/

Le site de YU1LM :
Pour la théorie des filtres BF déphasés 90° (polyphase)
http://yu1lm.qrpradio.com/

Et deux PDF téléchargeables sur son site :
  RXDC-YU1LM -English.pdf
  AF ALL-PASS NETWORK-YU1LM.pdf

Le soft entre autres de James L. Tonne "QudNet v2.05" pour la détermination
des valeurs RC de filtres "passe tout" polyphases déphaseurs 90°:
http://www.tonnesoftware.com/quad.html

ou ça aussi:
http://www.gj3rax.com/apf.htm

Détermination des valeurs RC de filtres passe haut, passe bas, passe bande BF:
http://www.wa4dsy.com/robot/active-filter-calc
ou
http://www.gj3rax.com/apf.htm

Une explication intéressante du principe de la modulation de fréquence FM
réalisée par Jean-Philippe Muller sur YouTube:
https://www.youtube.com/watch?v=izmpoR1d4X4

Mes saisies de schémas à l'aide de sPlan:
http://www.abacom-online.de/uk/html/splan.html

Mes réalisations de PCB à l'aide de Sprint-Layout:
C-online.de/uk/html/sprint-layout.html

Une pensée éloquente trouvée sur l'intéressant site de F6EVT:


Conclusion:

Ce projet n'est pas terminé. Un prototype n'est jamais vraiment abouti, hein?..

Les prochaines étapes :
   Optimisation de ce récepteur.
   Réalisation d'une antenne active 1 à 30MHz voire 50MHz associée.
   Un émetteur-récepteur selon ce principe de 80m à 70cm avec un convertisseur HF simple du même genre. Mais ça c'est une autre histoire...


PS:
(1)  Antoine (Tony) F6GVK sk OM du 68 considérait que les S-meter de Trx commerciaux étaient des "à peu près mètre".  (et toc)

à suivre...

73's

Jacky

f6hky@sfr.fr



dimanche 4 janvier 2015

A particular transformer Balun 1/1

Un Balun 1/1 particulier


Après maints tests & essais sur des Balun'z  transfo divers et variés,
j'ai obtenu quelques résultats intéressants dont celui-ci :


Un transfo symétrique d'impédance 1/1


Balun 1/1

Ceci n'est pas un filtre de gaine ou autre Ganella.
C'est un vrai transfo.



Les caractéristiques de l'engin :


   Le milieu magnétique est constitué de 2 tores ou tubes de perméabilité très élevée.
        -  ui env. = 4000 à 5000.

   Les enroulements primaire & secondaire sont constitués d'un câble coax. 75ohm * (KX6).
       -  La tresse constitue le primaire 2 & 4
       -  L'âme, le secondaire 1 & 3
      Evidement, on peut inverser l'entrée & la sortie RF.


Je n'ai pas encore vérifié le comportement de ceci à 100W HF.


The Balun 1/1
Les relevés de ROS, TL (pertes de transmission ou transmission loss) sont réalisés à l'aide d'un joli
mini VNA.

Le ROS en bas en rouge ne dépasse pas 1,2/1 de 160 à 6m.
Les deux capa d'entrée & sortie permettent d'optimiser l'adaptation (ROS ou SWR) vers 50MHz.

Courbe de ROS Fr 1,7 à 52 MHz
 
 
Les pertes de transmission en bleu sont faibles : 1,2dB max à 50MHz.
 
Perte de transmission (TL) Fr 1,7 à 52MHz
 

Et là, la curiosité :

Les pertes en bleu atteignent 1,5dB max à 100MHz & se réduisent à 0,6dB à 137MHz :
Pas mal, non ?
A 146MHz moins de 1dB de perte !!
La courbe rouge correspond au déphasage.
Pas de capa de compensation en entrée & sortie dans ce cas.
 
Perte de transmission Fr 1 à 180 MHz
 


Conclusion :

 
   On peut utiliser ce transfo 1/1 de 160 à 2m avec des pertes modestes dans des applications diverses.

Je suis sûr que certains d'entres vous ont des idées sur la question...
Si vous avez des suggestions, mail à F6HKY.
Hopla !


* Pourquoi un câble 75 ohm ?
   Pour faire un pied de nez aux traditions populaires... Et Yoo !
   Vous avez tous compris que l'impédance caractéristique du câble n'a absolument aucune importance dans cette application.

 


 

Bonne année 2015


à suivre ...

 

73

Jacky

f6hky@sfr.fr

 

mardi 30 décembre 2014

Performance of my RF transformer to variable impedance

Rendement de mes transfo RF à rapport d'impédance variable.



Il est curieux de constater que l'on ne trouve que peu, très peu d'informations à propos de mesures d'adaptation (ROS ou SWR), et autres pertes concernant les Balun's .
On fabrique toujours encore des Balun'z avec des tores T200.x et autres trucs sans aucun test pour confirmer que ça fonctionne (ou que ça ne fonctionne pas...).  C'est vérifiable sur le Net.

Donc, pour corroborer ce que j'ai décrit sur mon Blog en juin 2014,  j'ai effectué quelques relevés de pertes TL (Transmission Loss) de mes Balun'zz à l'aide d'un mini VNA .

Deux Balun's à rapports variables à tester

Voila quelques relevés de pertes de mes Balun'zzz.


Mon protocole de mesure :

Fréquence de 1,7 à 53MHz !
Le système de mesure est un minVNA.
On place deux Balun'zz identiques tête bêche.
On sélectionne des rapports d'impédance identiques pour les deux Balun'zzz.
    ex :  50 ohm entrée      50 ohm sortie
          450 ohm entrée    450 ohm sortie



Entrée 50ohm & sortie 50ohm des Balun's sur SO239 vers mini VNA



Les sorties symétriques sont connectées ensemble
Et voila les relevés de pertes :

Le tracé bleu : les pertes de transmission TL ou transmission loss en dB
Le tracé violet : le déphasage (utile pour visualiser entre autres les résonnances parasites)


Pertes 50ohm
Pertes 50ohm à 1,8MHz    0,5dB
                           30MHz      1dB
                           52MHz   1,9dB
La perte d'insertion max est moins de 1dB à 52MHz.



Pertes 100ohm
Pertes 100ohm à 1,8MHz    0,5dB
                             30MHz    0,7dB
                             52MHz    1,5dB
La perte d'insertion max est de 0,8dB à 52MHz.



Pertes 200ohm
Pertes 200ohm à 1,8MHz    0,5dB
                             30MHz    0,6dB
                             52MHz    1,4dB
La perte d'insertion max est de 0,7dB à 52MHz.


Pertes 300ohm
Pertes 300ohm à 1,8MHz    0,5dB
                             30MHz    0,6dB
                             52MHz    1,3dB
La perte d'insertion max est de 0,7dB à 52MHz.




Pertes 450ohm
Pertes 450ohm à 1,8MHz    0,5dB
                             30MHz    0,6dB
                             52MHz    1,5dB
La perte d'insertion max est de 0,8dB à 52MHz.



Les pertes de transmission TL en  bleu  relevées sont à diviser par deux .
Evidemment puisqu'il y a deux objets similaires en série: non ? hein ?

Pour conclure, les pertes sont inférieures à 1dB à 52MHz, si si...



Eh Raoul, là tu m'fous les boules...... (d'après Muriel Robin)



à suivre ...

73

Jacky

f6hky@sfr.fr




samedi 13 septembre 2014

My home made VNA antenna

Mon analyseur d'antenne ou impédancemètre 160 à 10m 


Mon système permet de décortiquer, analyser, récupérer les composantes importantes d'une impédance. Il est particulièrement adapté pour analyser une antenne déca.
L'objectif premier de ce système a été d'élaborer l'algorithme de mon coupleur symétrique automatique décrit sur ce blog.
J'ai construit ce système il y a plus de 20 ans. Il est toujours en usage aujourd'hui.



Mon impédancemètre HF
 
Les composantes HF que j'estime être importantes :

   - Fréquence
   - Impédance Z
   - Réactance X en module & sens (+ ou -jX)
   - Rapport d'onde stationnaire ROS

Caractéristiques de l'engin :

   - Générateur HF 1,7 à 31MHz à variation continue par potentiomètre 10 tours.
   - Sortie HF 0,5W efficace soit +27dBm ! (IMD H2 -25dBc).
   - L'ensemble des relevés RF est converti en valeurs analogiques & en niveaux TTL.
   - Détermination de l'impédance (R+-jX) sur un cercle de Smith de ROS 2/1 & 10/1 commuté par inverseur.
   - Affichage des variations de Z, X, ROS sur Galva's.
   - Affichage de la fréquence du géné HF sur afficheur Led (résolution 0,1KHz).
   - Mon système détermine le module & surtout le sens du vecteur X (+ ou - jX).
   - Sortie sur connecteur DB9 des signaux décris ci-dessus au format TTL.


Face avant de l'impédancemètre
 


Face arrière

 

Les graduations des galva's ont été réalisées à l'aide du soft "Galva" de F5BU.
Les graduations du galva "REACTANCE" sont incomplètes pour l'instant.
(Ouais je sais Jean-Paul, je plancherai sur la question à l'occasion...)

Question :
Pourquoi avoir réalisé ce truc alors qu'on trouve un tas d'analyseurs d'antenne dans le commerce?

Réponse :
Les analyseurs d'antenne commerciaux génèrent un signal HF beaucoup trop faible -6 à 0dBm (moins de 1mW HF).
Le mien: +27dBm (0,5W HF) !  C'est suffisant pour mesurer des signaux HF et les convertir en signaux destinés à driver un micro contrôleur.
Les infos Z, X, ROS des VNA du commerce ne sont pas disponibles pour une application personnelle (ou alors avec du bidouillage...).

Les analyseurs d'impédance, d'antenne du commerce (mini VNA, MFJx59 & autres) ne déterminent pas le sens de la composante réactive X (charge inductive ou capacitive).
Or, pour mon application de coupleur, le sens du réactif est un élément déterminant quant au cadencement des capas & des selfs  (voir l'algorithme de recherche de mon coupleur automatique).
Je considère que l'évaluation du ROS uniquement n'est pas suffisante pour cadencer les variables L & C des coupleurs actuels. Ca peut expliquer pourquoi certains coupleurs disposent de boutons en façade pour une recherche manuelle quand ils perdent les pédales!

Par ailleurs, en 1994 n'existait pas d'impédancemètre HF public simple.
Ou alors les analyseurs de réseaux RF Pro (HP, RS, ...) avec le QSJ qui va bien !...
Un article intéressant de DB1NV est paru dans UKW Berichte de mars 1999 : "Un impédancemètre vectoriel d'antenne dans la gamme OC".


Vu de dessous

 
L'électronique
 
La carte de mesure HF évalue :

    - La fréquence d'émission divisée par 256.
Un diviseur par 256 (deux 74LS197 consécutifs) convertit la fréquence du géné HF afin d'être digérée par l'entrée T1 d'un (ancien) 8052AH Basic (voir mon coupleur automatique sur ce blog).

   - Le ROS
Le ROS mètre est automatique.
Pas de tarage direct/réfléchi.
Affichage sur galva.
Un pont de Wheatstone à résistance effectue la mesure du ROS.
Ce pont atténue la puissance de sortie du PA de 6dB (soit un rapport de 4 en puissance).
 
   - Les termes Z, X par 2 transfo sur tube de ferrite (voir mon coupleur symétrique automatique sur ce blog) .
       Un transfo I en série dans la charge.
       Un transfo U en parallèle sur la charge.
Un ampli de différence détermine la valeur de Z après détection en tension des signaux I & U.
Un comparateur de phase (74S74) entre I & U détermine la valeur & le signe de X.
 

Le PA HF :

   - Le schéma est de F6CER. J'ai modifié les contre-réactions d'émetteurs des 2 transistors pour aplanir le gain.
   - Le gain est de 40dB avec 2 transistors !
   - Les transistors sont utilisés habituellement en VHF.
   - Ce PA est en pure classe A : 1,1A sous 12,5V pour 2W HF de sortie ! Vous pouvez déterminer le rendement...
Ca chauffe bien mais c'est increvable, même en présence d'un ROS >20/1.
C'est relativement propre : IMD H2 -25dBc (deux passe bas 32MHz seulement en sortie).


La carte de conversion analogique TTL :

Les signaux analogiques sont convertis au format TTL par 5 comparateurs de tension LM324.
   - Si X inductif   = 1
         X capacitif  = 0
   - Si Z > 50 ohm = 1
         Z < 50 ohm = 0
   - 3 valeurs de ROS ajustables selon les besoins : 1,3/1  2/1  4/1
   - On visualise ces états logiques par 5 Leds en façade.



Schéma des mesures HF

 
 Le générateur HF :
 
   - Fabrication d'un signal HF entre 1,7 & 31MHz par mélange d'un VCO 73,7 à 103MHz & un oscillateur à Quartz 72MHz.
   - Le VCO est libre. Il dérive un peu.
   - Niveau de sortie constant. Un atténuateur à diode PIN (BA243) est asservi par une détection de la tension de sortie du PA (ALC).
   - Niveau d'harmonique -30dBc dans le moins bon des cas à 0dBm (1mW HF out).
 
Schéma du générateur HF
 







 
Le fréquencemètre :
 
Je n'ai pas retrouvé le schéma d'origine de ce fréquencemètre.
On trouve aujourd'hui de chouettes petits fréquencemètres à base de Pic qui montent à 50MHz.
 
 
 
L'alimentation :
 
C'est une alim à découpage.
Ca fabrique 3 tensions : +5V  +12,5V  -12V
Courant de sortie 2 à 3A maxi sous +5V & +12,5V,  je crois...
 
Vu de dessus
 
C'est tout pour l'instant.
 
 

à suivre ...

 

73

Jacky

f6hky@sfr.fr