F6HCC
10 GHz... hyper-simple !
Page modifiée le 21 juillet 2021 en raison d'une erreur de position du module sur le LNB (voir les photos).
Dans le "bon vieux temps" on bricolait des émetteurs 10 GHz à diodes "gunn".
Il s'agissait de montages simples réalisés à partir de cavités oscillatrices équipant les détecteurs de passage (ouvertures des portes automatiques, etc.) calés sur 9,9 ou 10,5 GHz.
Outre l'émission des 10 mW de l'oscillateur, celui-ci "éclairait" partiellement une diode mélangeuse sur laquelle on récupérait une FI (fréquence intermédiaire) que l'on envoyait dans un récepteur FM 30 ou 100 MHz.
L'évolution de la technique permettant de réaliser des oscillateurs 10 GHz à transistor, les cavités à diode Gunn ont peu à peu disparu.
On trouve maintenant, pour quelques euros, des modules à transistor, de puissance équivalente et surtout beaucoup plus stables en fréquence (modules HB100).
Leur oscillateur (DRO: Oscillateur à Résonateur Diélectrique) est stabilisé par une céramique.
Comme les oscillateurs à diode Gunn, ces modules se laissent moduler en fréquence par une légère variation de leur tension d'alimentation.
De plus nous disposons d'ensembles de réception extrêmement sensibles depuis la diffusion des paraboles et des têtes de réception pour satellites TV (celles à PLL notamment).
Alors pourquoi ne pas tenter l'expérience d'une liaison 10 GHz "hyper-simple" ?
Principe de fonctionnement
A l'émission on n'utilise que la partie oscillateur du module HB100.
On alimente ce module à partir d'un montage qui fournit une tension réglable autour de 5 volts à laquelle est superposée la BF provenant du microphone (ou de l'oscillateur BF de balise).
L'émetteur ainsi constitué rayonne du 10 GHz modulé en fréquence.
Côté réception, le signal arrive à la tête satellite (LNB) qui le convertit en UHF vers 600 MHz.
On alimente la tête satellite en 12 volts à travers un filtre sur lequel on récupère le signal UHF.
L'amplification du LNB étant importante (sortie à plus de 5 mW) on place un atténuateur d'au moins 20 dB dans la liaison au récepteur.
Le modulateur
Un régulateur 7808 stabilise l'alimentation du montage en 8 volts.
Le transistor de droite monté en collecteur commun assure une amplification en courant de la tension appliquée à sa base. Les résistances de 1,2 kiloohm et 3,9 kiloohms et le potentiomètre de 1 kiloohm polarisent la base pour obtenir la tension d'alimentation du module autour de 5 volts.
Le potentiomètre ajuste la tension continue, donc la fréquence de l'émission sur +/- 1 MHz.
Le transistor précédent amplifie la BF du micro électret. La tension BF obtenue appliquée à la base du transistor de droite se superpose au 5 volts.
Le circuit intégré 4011 constitue un générateur de "bips" qui sert à caler la réception.
Les résistances variables permettent d'ajuster la tonalité et le rythme des "bips"
Ce montage peut être alimenté par des piles puisqu'il ne consomme qu'une cinquantaine de milliampères en 12 volts.
L'indicateur de champ
C'est un élément bien utile pour la mise au point de l'ensemble et notamment le positionnement de la parabole.
Le plus simple est de trouver une cavité équipée d'une diode mélangeuse 1N23. Cette diode fournit une tension de quelques millivolts proportionnelle au signal 10 GHz qui "l'éclaire".
Un montage à amplificateur opérationnel permet de commander un indicateur à aiguille (à défaut on peut utiliser un volmètre sensible).
Une autre possibilité consiste à modifier un module HB100 dont on utilise la partie réception (sans alimentation).
Court-circuiter l'antenne d'émission et isoler la réception en coupant la piste indiquée.
La tension (quelques millivolts) est prélevée au bornes d'un condensateur de 22 nF soudé sur la sortie "IF" du module.
L'antenne imprimée est directive, mais pas exactement à 90° du circuit.
On peut installer le module, légèrement incliné, dans un boîtier en plastique.
La réception
Le mieux c'est de se procurer un LNB à PLL (Marque "Octagon", "Avenger" ou bien quelquefois marqué "spécial pour télévision numérique").
Ce genre de LNB est beaucoup plus stable que les modèles à DRO classiques.
Avec un récepteur calé vers 618,2 MHz il permet d'entendre également les balises et les émissions BLU (principalement lors des journées d'activité).
Le coupleur atténuateur est indispensable pour alimenter le LNB et aussi pour protéger le récepteur.
En effet, le LNB peut sortir un signal de près de 10 mW s'il reçoit une émission proche
(n'y connectez pas un analyseur de spectre sans atténuateur ! )
.
On peut monter les composants sur une plaque de verre époxy cuivré dont on aura isolé des pistes au cutter.
Le tout doit rester compact avec un large plan de masse (l'idéal est d'utiliser des CMS).
(Si nécessaire augmenter la valeur de la résistance de 330 ohms pour obtenir davantage d'atténuation)
Les réglages
Pour bien faire il faut disposer d'un analyseur de spectre qui monte à 1 GHz.
A défaut un récepteur en mode WFM (FM bande large) ou une clé SDR avec un PC peut convenir.
On le connecte à la sortie de l'atténuateur.
Une fois l'ensemble du matériel alimenté, on doit retrouver (en principe) l'émission du module autour de:
10,5 GHz - 9,75 GHz = 750 MHz
(les modules que j'ai reçus étaient calés sur... 10,4 GHz)
Attention: en raison du niveau élevé plusieurs signaux peuvent apparaître. Dans ce cas ajouter un ou plusieurs atténuateurs côté récepteur, éloigner le LNB, ou l'envelopper dans du papier d'aluminium...
En dévissant la petite vis du module HB100 (clé Allen) faire descendre la fréquence sortant du LNB vers 600 MHz.
Après ce réglage le module HB100 émettra donc sur 600 + 9750 = 10350 MHz.
Le blindage du module étant en aluminium, ne pas trop chatouiller la vis qui risque d'user le filet.
Bloquer ensuite la vis avec une goutte de colle.
(De même si vous démontez le blindage, attention aux ergots de fixation qui risquent de casser après plusieurs manoeuvres).
Les résultats
Dans un premier temps j'ai comparé la puissance rayonnée du module seul par rapport à celle de la cavité équipée du cornet.
Pour ce faire j'utilise le mesureur de champ équipé de la diode 1N23. Je prends un niveau de référence et je note la distance obtenue pour afficher ce niveau.
Le module HB100 seul rayonne bien plus faiblement, mais diffuse dans une zone plus large que l'émetteur à cornet.
Placé au foyer d'une parabole de 60 centimètres le constat est bien différent. Son angle de rayonnement étant très ouvert, le module HB100 "éclaire" correctement la surface de la parabole et le gain est important (environ 30 dB). Pour le niveau de référence la portée passe de quelques dizaines de centimètres à 8 mètres.
La portée de l'émetteur à diode Gunn avec le cornet est de 2 mètres.
En résumé:
- HB100 seul: environ 30 cm
- Gunn + cornet: 2 mètres
- HB100 + parabole: 8 mètres
La puissance rayonnée par le module HB100 et la parabole est donc 16 fois supérieure à celle de l'émetteur à cornet.
Par contre l'angle d'ouverture passe de 30° à environ 5° ce qui exige un positionnement précis de la parabole.
On peut estimer la puissance rayonnée à:
5 mW (module) x 30 dB (gain de la parabole) = 5 watts
Côté réception rien de compliqué, sauf que le LNB monté normalement (et alimenté en 12 volts) reçoit la polarisation verticale.
Il faut le tourner de 90 degrés (départ du coaxial sur le côté) pour recevoir la polarisation horizontale (utilisée notamment par les balises et en BLU) !
(NB: au dessus de 15 volts le LNB change de polarisation)
En positionnant le module de cette façon on peut utiliser la parabole alternativement en émission / réception (avec une faible atténuation).
Sur l'air
A moins de monter une balise et de partir l'écouter à quelques kilomètres, il faut trouver un correspondant intéressé par l'opération (en parler lors de QSO locaux, sur internet, dans un radioclub, etc).
(Régulièrement les "hyperistes" organisent des "journées d'activité". L'un d'entre eux proche de chez vous est peut-être équipé pour recevoir la FM bande large).
En principe la liaison s'établit entre deux points en visibilité, mais dans la pratique c'est un peu différent et des réflexions peuvent conduire les ondes sur des trajets différents (essayer en ville par exemple).
Sur un parcours maritime nous avons obtenu une portée bien au delà de l'horizon.
Une carte et une boussole sont indispensables pour orienter la parabole,
et le mesureur de champ pour vérifier que le faisceau part horizontalement.
Pour trouver un point haut:
http://fr-fr.topographic-map.com/places/areas/France-97644/1/
(le site doit être dégagé de toute végétation ou obstacle dans la direction concernée)
F6HCC, F1NYN et F5NVE lors d'un premier essai depuis Larmor-Plage (30 km)
Lors du deuxième essai, le 15 octobre 2016 cet équipement nous a permis d'atteindre une portée de 50 km...
... avec une excellente modulation (FM bande large) comme vous pouvez le constater:
> Audio : extrait du QSO (mp3 260 ko)
Contrairement à ce qu'on pourrait penser, la modulation principale (presque Hi-Fi) de cet enregistrement est bien celle captée côté réception de la liaison 10 GHz.
On entend en fond sonore la voie de retour sur 433 MHz qui revient par le micro de l'émetteur 10 GHz (et a donc fait 2 fois le trajet).
Lors d'un troisième essai, le 29 octobre 2016 l'émetteur à diode Gunn a été reçu sans difficulté à 80 km...
Avec ses 12 dB de plus, l'émetteur à module HB100 (parabole 60 cm) pourrait certainement dépasser les 100 km...
Précision:
Le DRO est beaucoup plus stable qu'un oscillateur à cavité Gunn qui dérivait de 10 MHz ou plus...
mais il arrive qu'il glisse quand même un peu (jusqu'à environ 2 MHz).
Dans ce cas il faut recaler légèrement la fréquence à la réception.
Pour une communication ponctuelle pas de problème mais on ne peut pas utiliser ce système pour une liaison permanente.
Merci à F5LWX et F1SRC qui assuraient la réception.
Ainsi qu'à F1NYN, F5NVE pour leurs encouragements et Bab pour les photos.
Egalement à F8EBL qui a lancé le sujet dans le forum "radioamateur.org".
* Calcul du cap et de la distance:
cap_distance.xls
* D'autres informations sur les LNB à PLL:
http://www.hb9afo.ch/articles/pll-lnb/10ghz_pll-lnb.htm
* Petit générateur 10 GHz à base d'HB100 par KI5WL:
http://www.arrl.org/files/file/QEX_Next_Issue/2015/May-Jun_2015/Wadsworth.pdf
* Autre montage à base d'HB100 par W6IZJ:
http://www.ham-radio.com/sbms/presentations/Walt_Clark/DROplexer.pdf
* Voir aussi (un peu plus compliqué):
http://www.revue-hyper.fr/
http://hyper.r-e-f.org/
* Documentation sur le module HB100:
hb100datasheet.pdf (800 ko)
Attention au délai de livraison des modules HB100 (2 mois sur certains sites). Pour 2 euros de plus vous les trouvez en Europe livrés en quelques jours.
* Voir aussi: Le module HB100 en TELEVISION par F5ELY
hb100television.pdf