Labo: Convertisseur HF pour clé SDR

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pejive
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Message par pejive » 14 juin 2020, 18:54

But: recevoir les ondes dites décamétriques (fréquences 3 à 30 MHz) avec une clé SDR.
En effet ces clés ne fonctionnent correctement que pour des fréquences élevées (VHF et UHF) supérieures à 24 MHz, plutôt 50 MHz en pratique.
Il est parfois possible de recevoir les fréquences inférieures (voir expérimentations en cours de @Lambda ) en utilisant l'échantillonnage direct, mais il semble que les résultats dépendent fortement des clés. Celle en ma possession ne donne rien dans ce type de fonctionnement.
L'écoute de ces fréquences en astronomie peut permettre des observations radio principalement de Jupiter , ou du Soleil.
Petit bémol: les antennes accordées sur ces fréquences deviennent très encombrantes; malgré tout des solutions existent: antennes actives par exemple.

Principe de la conversion de fréquence: la technique n'est pas nouvelle; elle remonte aux débuts de la TSF avec le superhétérodyne de Lucien Lévy.
Les tubes électroniques, les transistors, présentent des phénomènes de non-linéarité qui font que lorsqu'ils reçoivent 2 fréquences F1 et F2 ils restituent non seulement ces deux fréquences, mais aussi leur somme (F1+F2) et leur différence (F1-F2) ou (F2-F1), ainsi que d'autres combinaisons entre les multiples de ces fréquences !
Un tel circuit s'appelle un mélangeur ou mixer. Il existe maintenant des circuits intégrés performants qui effectuent ce mélange
Quel intérêt ? la plupart du temps on cherche à diminuer la fréquence de travail, car il est plus facile d'amplifier les fréquences basses que les hautes; la différence des 2 fréquences est donc celle qui va être sélectionnée au moyen d'un filtrage adequat. Si pendant de nombreuses années le simple changement de fréquence était la règle on trouve maintenant de récepteurs à double ou triple changement de fréquence.
Soit F1 la fréquence à recevoir; par exemple F1= 20 MHz Si on mélange cette fréquence avec celle d'un oscillateur local à 15 MHz, on trouvera à la sortie du mélangeur du 15 MHz, du 20 Mhz , du 5 MHz et du 35 MHz, et aussi peut-être du 10 (15x2-20) du 25 (15x3-20), etc...Si ces fréquences sont suffisamment éloignées il est facile de filtrer pour récupérer seulement ici le 5 MHz
Cas des clés SDR Au contraire nous allons élever la fréquence pour l'amener dans la zone de sensibilité de la clé; on sélectionnera F1+F2 à la sortie du mélangeur;
on dit que l'on a un up-converter (sorry mais le terme français équivalent est peu utilisé :mrgreen: )
Par exemple en choisissant une fréquence F2 = 135 MHz environ on pourra transposer la gamme HF dans la gamme VHF.
Pourquoi 135 MHz ? simplement parce que cette fréquence s'obtient facilement avec des composants électroniques classiques:
un quartz type radiocommande sur 27MHz oscille en réalité sur son 3e harmonique (9 x3 =27) et il peut osciller sans difficultés sur le 5e: 5x9 =45 MHz (voire même sur le 7e !)
A partir de là on peut x3 la fréquence: 3x45= 135 MHz Revers de la médaille: dans un circuit tripleur, il subsiste un peu d'harmonique 2 (soit 90 MHz); il faudra donc prévoir un bon filtrage avant d'injecter F2 dans le mélangeur.
On pourrait évidemment utiliser un oscillateur à quartz oscillant directement sur la fréquence souhaitée; mais c'est comme en astronomie, le coût augmente avec la fréquence!
converter.jpg
converter.jpg (49.47 Kio) Consulté 393 fois
Notons que le 45 MHz, le 90 MHz, et les autres harmoniques rayonnent autour du circuit et pourront peut-être être captés par la clé SDR ou l'antenne et faire apparaître des signaux indésirables sur certaines fréquences.
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Message par pejive » 14 juin 2020, 18:55

Le schéma
dès que j'aurais réussi à le mettre au propre :mrgreen:
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Message par pejive » 14 juin 2020, 19:14

Genèse du circuit imprimé
Le dessin est fait à partir d'un montage dont la plupart des éléments ont déjà été testés.
Sitôt gravé il faut déjà corriger quelques erreurs et apporter des améliorations :mrgreen:
ci-01.jpg
ci-01.jpg (125.05 Kio) Consulté 42 fois
ci-02.jpg
ci-02.jpg (140.34 Kio) Consulté 42 fois
L' oscillateur
Tout beau tout fini
IMG_0205.JPG
C'est la 1ère zone à câbler et à tester; l'oscillation démarre facilement sur 45 MHz dès lors que l'on a un transistor "qui va bien" et la bonne bobine .
Un grid-dip facilite bien l'accord préalable des circuits accordés et permet de détecter l'oscillation.
Le tripleur ne demande qu'à tripler (ou doubler) ; il faut un peu de pif pour trouver les dimensions et le nombre de spires des bobines
Contrôle de la fréquence:(fréquencemètre fabrication maison....dans les années 1980 ;) )
IMG_0201.JPG
IMG_0201.JPG (167.99 Kio) Consulté 386 fois
IMG_0202.JPG
IMG_0202.JPG (159.8 Kio) Consulté 386 fois
:dance:
J'ai utilisé un quartz 27,315 MHz soit 3 x9105 kHz; x5 ==> 45,525 MHz
45,525 x3 =136,575 MHz
On pourrait faire une petite balise pour régler une antenne satellite météo ...avec un quartz 27,5MHz on obtient du 137,5 MHz
Le grid-dip détecte bien le 135MHz en sortie du tripleur
IMG_0203.JPG
IMG_0203.JPG (153.77 Kio) Consulté 386 fois
Normalement le plus dur est fait.
Il ne reste que le passe-bande d'entrée, tout passif; le mélangeur tout intégré et le filtre de sortie, qui va ressembler à celui du tripleur
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Message par bemo47 » 14 juin 2020, 20:03

T'ain.... Tu nous fais quoi là ?
Un vrai labo électronique !!!!
Je savais même pas que l'on pouvait faire ses circuits imprimés !
Uhh j'ai dû louper quelques étapes... Le dernier que j'ai fait était en soudant les éléments entre eux .. enfin je sais même plus...
Alors j'ai pas tout compris mais c'est super intéressant car super bien expliqué !
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Message par pejive » 14 juin 2020, 20:42

çà c'est la méthode préhistorique: dessin au feutre et gravure au perchlorure de fer :mrgreen: mais j'ai toujours fait comme çà; la difficulté c'est de trouver des feutres de bonne qualité qui résistent bien. Sinon les amateurs éclairés travaillent avec des plaques de cuivre présensibilisées, des typons et une insoleuse, avant le bain de perchlo.
On peut aussi utiliser des plaques d'essai avec des pastilles de cuivre, çà évite la gravure, mais c'est moins adapté aux VHF car on ne peut pas avoir de plan de masse.
Le fin du fin en VHF ce sont les circuits double face; j'en ai fait quelquefois mais c'est plus compliqué.
Pour préparer les circuits (en faisant les tracés à la main; sinon il existe des routeurs )
Express PCB
https://www.electroschematics.com/expresspcb-download/
Pour les schémas et simulations: Microcap 12
http://www.spectrum-soft.com/index.shtm
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Message par pejive » 17 juin 2020, 11:23

Après pas mal de simulations j'ai abandonné le filtre passe-bande calculé par divers logiciels; même ceux trouvés sur les montages circulant sur internet s'avèrent décevants dans la simulation.
Pour la préamplification avant le mélangeur un transistor NPN est supérieur à un FET : il ne dégrade pas la courbe de réponse du filtre.
Après optimisation j'ai adopté ce schéma:
HF-01.jpg
HF-01.jpg (28.88 Kio) Consulté 338 fois
Courbe de réponse:
BP3-30MHz.jpg
BP3-30MHz.jpg (73.17 Kio) Consulté 338 fois
Plus de 25dB de gain, il faudra peut-être prévoir un réglage de l'injection du signal dans le mélangeur, surtout si on place une antenne active à l'entrée...
Pour le prototype pas de préamplification: le signal sera prélevé directement à la sortie du filtre
Je n'ai pas réussi à supprimer les 2 bosses :mrgreen:
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Message par Lambda » 17 juin 2020, 13:38

Cela avance bien, ton projet! :) :clap: Toujours très instructif à lire. Merci! :)

Juste deux/trois remarques rapido:

- Ton préampli npn est un montage émetteur commun, et ton impédance de sortie est de 1 kOhms, si je ne dis pas d'âneries

Hors, les entrées du NE602, en mode asymétrique, ont une impédance d'entrée de 1,5 kOhms me semble t'il.
Je crois que pour la propreté de la FI sortante et la dynamique du mélangeur, c'est important de respecter l'adaptation d'impédance LO-> Mixer, RF-> Mixer et Mixer -> IF.

- Niveau gain, c'est costaud, surtout pour du décamétrique avec en entré un filtrage passe bande aussi large (3-30 MHz).
Le NE602 n'aime pas trop, me semble t'il les signaux forts et là, filtre large bande + gain, il y'a peut-être un risque de perdre en dynamique et générer pleins de produits d'inter-modulation/signaux fantômes?

Ton idée de prélever directement en sortie de filtre pour injecter le signal dans le NE602 me semble intéressante et moins risquée sur ce plan.
Par contre du coup tu pourrais mettre la gomme sur un ampli FI large bande (avec toujours adaptation d'impédance sortie Mixer FI -> entrée ampli FI), en terme de gain et avec un max de dynamique.


Dans le cas ou tu tiens à utiliser ton préampli actuel, pour les bosses, cela fait penser à un la présence d'un surcouplage quelque part dans le schéma de la simulation....
Peut-etre à jouer sur la valeur de C18 et diminuer un peu le gain de ton montage?

Juste quelques idées comme ça en passant...

Beau boulot encore une fois en tout cas...


à+,
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Message par pejive » 17 juin 2020, 14:01

On ne peut rien te cacher :mrgreen:
Oui l' adaptation d'impédance n'est pas parfaite; et si je ne mets pas le transistor je ne peux pas simuler grand chose avec un filtre bien calculé pour sortir en 1500 ohms....Beaucoup d'auteurs attaquent directement le NE602 en sortie de filtre, d'autres intercalent un FET...Seule l' expérimentation permettra de trancher
J'ai fait du stepping sur tous les composants sans arriver à éliminer les bosses; mais une simu ce n'est qu'une simu...

edit: et je crois avoir trouvé l'origine de mes résultats bizarres: je n'avais pas mis la résistance de 50 ohms pour la source sinusoïdale :doh:
çà va tout de suite mieux en la rajoutant :D
170620aa.jpg
170620aa.jpg (113.15 Kio) Consulté 323 fois
çà serait quand même mieux d'avoir un gain réglable :lol:
in-fet.jpg
in-fet.jpg (99.53 Kio) Consulté 321 fois
:dance: mais la valeur de R2 est très critique...
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Message par pejive » 22 juin 2020, 16:53

Le prototype avance quand je ne fais pas autre chose :D (j'ai un récepteur VLF sur le feu )
J'ai reçu des inductances miniatures pour câbler les filtres.
Il faut que je mette le blindage de l'oscillateur avant de souder le NE602 et passer aux essais
up-converter2206.jpg
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Message par clouzot » 22 juin 2020, 19:42

Juste une question de béotien : pour ton oscillo serait-il jouable d’utiliser ces merveilleux oscillateurs céramique ou cela pose t’il un souci (fréquence fixe ou je ne sais pas quoi) ?
(J’avais galéré pas mal avec ce genre de montage, utilisé pour donner le La à un micro contrôleur, avant de tout virer et de mettre un de ces minuscules trucs japonais)
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Montures : Evolution — AVX
Réducteurs/Correcteurs : HyperStar v4 (f/2.2) — EvoFF — Celestron x0.63
Caméras : ZWO ASI183MC — Altair 294c ProTec
Focalisation : Focuser MicroTouch — Celestron Motor Focuser
Equipement et logiciels : NUC 8i5 (RDP) — Sharpcap — CPWI — PHD2 — HNSKY — ASTAP
Conditions : Avex Magenta, Bortle 8 (en ville) — Avex Orange, Bortle 5 (colline)

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Message par pejive » 22 juin 2020, 20:25

Oui on pourrait mettre un oscillateur tout intégré type TCXO.; je ne sais pas si on en trouve à 135 Mhz et à quel prix...
J'essaie d'utiliser mes stocks un peu anciens en évitant de faire de nouveaux achats de composants; j'avais fait des provisions en prenant ma retraite pour des projets
qui n' ont jamais vu le jour :mrgreen: et puis je comprends l'électronique d' il y a 25 ans, moins bien celle de 2020
Sinon on trouve des up-converter miniatures chez les chinois :lol:
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Message par clouzot » 22 juin 2020, 20:36

pejive a écrit :
22 juin 2020, 20:25
Sinon on trouve des up-converter miniatures chez les chinois
Ah non ça c’est pas du jeu :mrgreen:
Mais un petit oscillo Murata on a le droit
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Message par pejive » 23 juin 2020, 06:24

Je n'ai pas vu de TCXO au-dessus de 40 MHz; donc çà ce fait pas gagner grand chose, à part un peu de place; il faudrait quand même mettre un tripleur derrière
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Message par Lambda » 23 juin 2020, 09:23

Rhooo, le joli projet, encore une fois! :)

Un truc sympa aussi, c'est l'usage d'un oscillateur DDS, bon pour la stabilité il faut de toute façon un TCXO et ledit projet utilise aussi un multiplieur de fréquence, donc pas mieux que ton projet dans le principe de base, mais par contre, grosse flexibilité d'usage et monitoring précis et ergonomique d'un OL/VFO basé sur cette architecture...

Et puis le côté modulaire, transposable d'un projet à l'autre, c'est sympa.

https://www.giangrandi.org/electronics/ ... 150MHz.pdf

à+,
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Message par pejive » 23 juin 2020, 12:01

Bon je suis prêt à tester, mais pour le moment pas beaucoup d'ionisation de l'ionosphère: je ne capte rien en ondes courtes sur un récepteur classique :(
Vaut mieux que je ne m'énerve pas à l'heure qu'il est :mrgreen: attendons la fin de journée...
upconv-ready.jpg
C'est bien ma veine, je me remets à la radio juste au moment où le Soleil est le plus poussif :(
https://abruptearthchanges.com/2019/06/ ... 200-years/
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Message par pejive » 23 juin 2020, 17:50

CREE 01Compte Rendu d'Essais Electroniques n°1 ;)

1-Mise sous tension: aucune fumée suspecte, l'alimentation ne disjoncte pas :mrgreen:

2-Vérification du régulateur de tension: ne régule rien du tout :( pour cause il est monté à l'envers :D
une fois remis à l'endroit c'est bon: 5 V avec 10 mA de débit sur une résistance 470 ohms.
Avec le mélangeur installé le débit est de 8 mA sous 9V

3-Connexion de l'ensemble à la clé SDR: on détecte bien l'oscillation sur 136,575 MHz sinon silence radio vers 140-160 MHz
Vérification du câblage: pin 1 du mélangeur (un NE612) non soudé :mrgreen:

4-nouvel essai après soudure: pas mieux :(

5-contrôle du 135 MHz au grid-dip : y en a plus; il semble que le transistor tripleur ait rendu l'âme après une probable inversion de polarité;
(pile 9V connectée avec des pinces croco; je ne sais pas qui a eu l'idée de mettre une pince rouge sur le fil noir ... :mrgreen: )
Après remplacement du transistor l'oscillation est bien détectée.
On détecte également son harmonique 2
OL136.jpg
H2OL.jpg
6-Par contre toujours rien en sortie du mélangeur même en attaquant le montage avec le générateur HF
7-Remplacement du NE612 par un NE602 au cas où... Rien à faire électroencéphalogramme plat.
Même pas une augmentation du bruit de fond à la mise sous tension du converter.
Voilà où j'en suis...
Je pense que le signal qui sort du filtre passe-bande d'entrée est trop faible; je vais tenter d'intercaler un transistor préamplificateur
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Message par pejive » 23 juin 2020, 23:04

Suite provisoire: j'ai mis l'antenne active à l'entrée....ce n'est pas mieux
Donc il y a un problème au niveau du mélangeur. Le réglage du circuit accordé en sortie du NE602 est sans effet. :( :(
Je vais examiner mon câblage à la loupe
:sleeping-yellow:
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Message par pejive » 24 juin 2020, 08:39

Après consultation de montages équivalents j'ai rajouté un condensateur , réduit fortement la capacité d'injection de l'oscillation locale, et connecté directement le filtre passe-bande sur l'entrée du mélangeur. Egalement nettoyage de quelques traces de soudure pouvant faire court-circuit.
Et miracle j'ai capté fort et clair une station sur 11620 kHz (sans utiliser l'antenne active)
:ave:
sdr11620.jpg
136.575+11.620=148.195 MHz le compte est bon ;)
Situation actuelle:
sch-upconv2406.jpg
A suivre: amélioration du filtre passe-bande de sortie du mélangeur et éventuellement mettre un condensateur variable pour doser l'injection de l'oscillation locale.
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Message par pejive » 24 juin 2020, 15:02

Pas facile de faire des réglages quand il n' y a aucune propagation :)
J'ai mis une sortie symètrique sur le NE602
balanced-output.jpg
balanced-output.jpg (28.88 Kio) Consulté 197 fois
Sur 14720 kHz fading important sur une station non identifiée.
fading.jpg
En milieu d'après-midi RFI sur 13740 kHz bien compréhensible mais il faut un peu plus de gain
RFI13740.jpg
fading sur plusieurs stations de la bande des 25m (11,7 MHz)
fading25m.jpg
L'accord du filtre 150 MHz est trop pointu si l'on veut explorer plusieurs bandes.
Deux solutions: mettre un filtre passe-haut mais les inductances nécessaires sont très faibles.
ou bien changer la fréquence de l'oscillateur pour sortir toujours dans la même bande VHF: VCO piloté par synthétiseur de fréquence;
je peux le faire :D mais c'est une usine à gaz
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Message par Lambda » 24 juin 2020, 21:40

pejive a écrit :
24 juin 2020, 15:02
ou bien changer la fréquence de l'oscillateur pour sortir toujours dans la même bande VHF: VCO piloté par synthétiseur de fréquence;
je peux le faire mais c'est une usine à gaz
C'est vrai que ca te permettrait aussi de te choisir un ue portion de bande VHF la plus calme possible et/ou celle ou la réponse du SDR semble la plus optimale avec un signal au plancher le plus bas possible.

Pour l'OL, cf peut etre le montage de type DDS cité plus haut. Tu n'échappes pas à l'usine gaz, certes, mais une fois que c'est monté de façon modulaire, tu es tranquille pour le transposer sur toutes les manips que tu veux, sans avoir à remettre les mains dans le cambouis...

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Message par pejive » 25 juin 2020, 18:45

Grosse transformation du montage!!
Sortie mélangeur dans la bande 50-70 MHz pour laquelle j'arrive encore à faire les bobines du filtre de bande.
Oscillation locale sur 45,525 MHz du coup le tripleur a été remplacé par un étage séparateur.
up-converter-v2.jpg
Le circuit imprimé n'est pas beau à voir!!
newci.jpg
newci.jpg (94.18 Kio) Consulté 178 fois
Bien galéré toute la journée à cause d'une patte du NE602 non connectée :mrgreen: (j'ai mis un support au lieu de souder directement)
Avec çà propagation quasi inexistante. Enfin sur 55,025 MHz une station à 9460 kHz (vérifié sur récepteur ondes courtes)avec beaucoup de fading.
(55025-45525=9500)
Le signal à 9480 est celui de mon grid-dip qui m'a servi pour les réglages (interruption à 18h36mn)
9460-fi55.jpg
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Message par pejive » 26 juin 2020, 07:52

Mystère de ce matin :ninja:
Deux stations puissantes vers 8575 kHz et 8795 kHz.
Mais rien sur le récepteur OC dans cette bande... :?:
je soupçonne un produit d'intermodulation mais je n'ai pas trouvé lequel :ninja:
xxradio8600.jpg
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Message par pejive » 26 juin 2020, 16:04

Réception autour de 9500 kHz
Les bandes larges sont dûes aux stations de la bande FM (fréquence image):
45,525+55,025=100,55 :(
55,025-45,525=9,5 :)
d'où la nécessité de bien choisir la fréquence de l'oscillateur, et de mettre tout le montage dans un boîtier métallique
QRM-FM.jpg
Et le test avec l'antenne active :evil:
pour amplifier çà amplifie :mrgreen:
antenne-active-01.jpg
A oublier sauf peut-être avec une antenne courte placée à l'extérieur; là j'ai conservé le même fil de quelques mètres en intérieur
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Message par pejive » 29 juin 2020, 18:56

Le point: j'ai repris le montage initial avec l'oscillateur sur 136,575 MHz.
Pendant 2 jours pas moyen de le faire fonctionner: réception nulle :( malgré tous les changements de composants
finalement j'ai découvert une énorme erreur sur mon circuit imprimé, qui existait depuis le début; :o je ne comprends pas comment les 1ers montages ont pu fonctionner.
Maintenant tout est rentré dans l'ordre. Les stations sont reçues très fort lorsque la propagation est bonne, même avec un gain réduit:
9840.jpg
bp80kHz.jpg
Par contre beaucoup de signaux parasites, il faut trier pour trouver les stations
spectrelarge.jpg
Bande des 49m en soirée: nombreuses stations puissantes
soir49m.jpg
Bande des 25m (11,8MHz): il faut mettre le gain à 0 !! et bande passante 10kHz pour avoir une bonne musicalité
11800.jpg
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Message par pejive » 30 juin 2020, 18:52

Montage en voie de finalisation avec entrée et sortie symétrisées sur le NE602
(mais la propagation semble avoir plus d'effets que le montage)
Fréquence la plus élevée reçue à ce jour: 17,880 MHz
17880.jpg
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