F6HCC
Mini balise CW et QRSS
Le but de cette description est de réaliser une balise CW et QRSS de faible puissance et facile à construire.
Le schéma
L'originalité de ce schéma est d'utiliser un circuit logique comme PA.
J'ai trouvé l'idée sur le site de 5Z4FT en remplaçant le 74HC240 par un 74HC245
(plus répandu et facile à souder)
et en utilisant un oscillateur à transistor.
Evidemment, c'est le souhait d'expérimenter ce PA à circuit CMOS qui m'a orienté, mais tout autre montage d'émetteur peut convenir (PA à BS170 par exemple).
Si vous ne souhaitez pas monter la partie émetteur, vous pouvez vous contenter de la moitié supérieure du schéma et connecter les contacts du relais à la place du manipulateur de votre émetteur favori...
Fonctionnement
L'alimentation est régulée en 6 volts par un 7806 (on peut mettre un 7805 avec 2 diodes 1N4148 dans le pied).
Les 2 diodes 1N4148 qui suivent font chuter l'alimentation du microcontroleur à 4,8 volts.
Quatre broches du microcontrôleur reliées à des cavaliers (ou bien à une roue codeuse) permettent de choisir un des 10 messages préenregistrés.
Une sortie commande le relais 12 V destiné à un émetteur extérieur.
La broche 1 commande la partie émission (avec un signal inversé).
L'oscillateur à transistor piloté par quartz est un montage classique sans self.
Le condensateur ajustable permet de décaler la fréquence de quelques centaines de hertz à environ 2 kHz en fonction du quartz.
Le signal récupéré sur l'émetteur du transistor est appliqué via un circuit de polarisation à l'horloge du 74HC4040 (br. 10 basculement à Vcc/2).
En fonction de la fréquence du quartz on choisit une division par 2 ou par 4. Par exemple un quartz standard de 14,318 MHz peut ainsi produire du 7,159 MHz ou du 3,579 MHz.
Pour émettre sur des fréquences plus basses (MF LF voire VLF...) il suffit de choisir la sortie de division correspondante sur le 74HC4040.
Une autre possibilité pour émettre directement sur la fréquence du quartz consiste à connecter le signal de l'oscillateur aux entrées du 74HC245, en veillant à la bonne symétrie du signal en sortie.
Le 74HC245 est composé de 8 amplificateurs logiques bidirectionnels, habituellement utilisé pour piloter les bus de données des montages à microprocesseurs.
Dans ce montage les 8 portes sont connectées en parallèle.
Le filtre LC atténue les harmoniques du signal carré (environ -50 dB) et assure l'adaptation à l'antenne.
Sur une charge de 50 ohms, la tension de sortie est de 8 volts crête à crête ce qui correspond à une puissance de 160 milliwatts. Le courant d'alimentation est de 90 mA en émission.
Le montage
L'ensemble est câblé sur un circuit genre "Veroboard".
J'ai monté 2 circuits LC commutables. L'un permanent pour la bande 40 mètres, l'autre sur les morceaux de supports de circuits intégrés de façon à pouvoir adapter ou remplacer les composants du filtre.
Pour estimer la valeur des composants j'ai utilisé le logiciel de simulation "LT-Spice" (gratuit et disponible sur internet).
* bande 3,5 MHz:
entrée 2 x 470 pF, self 6 spires (tore violet ou rouge/gris), sortie 2,2 nF
* bande 7 MHz:
entrée 150 + 33 pF + CV, self 5 spires = 3 µH (tore violet ou rouge/gris), sortie 470 + 470 + 470 pF
* bande 10 MHz:
entrée 150 + 47 + 10 pF + CV, self 4 spires = 1,4 µH (tore violet ou rouge/gris), sortie 470 + 150 + 82 pF
* bande 14 MHz:
entrée 82 + 10 pF + CV, self = 1,4 µH, sortie 470 + 150 + 82 pF
Exemple de simulation du filtre avec LT-Spice
* bande 18 MHz:
entrée 47 pF + CV, self = 1,4 µH, sortie 150 + 150 + 100 pF
* bande 21 MHz:
entrée 39 pF + CV, self = 1,4 µH, sortie 150 + 150 + 100 pF
Evidemment les réglages doivent être effectués à l'aide d'un oscilloscope, d'un ondemètre
http://f6hcc56.free.fr/ondemetre.htm
ou mieux d'un analyseur de spectre.
Pour le niveau maximum, si le condensateur ajustable est en "butée" (ouvert ou fermé) il faut ajouter ou retirer quelques dizaines de pF aux condensateurs fixes.
Attention au 74HC245 lors des réglages. Sa tension d'alimentation est limitée à 6 volts et surveiller le courant d'alimentation qui ne doit pas dépasser 100 mA
(s'en procurer plusieurs au cas où...)
Le microcontrôleur PIC
Il s'agit d'un microcontrôleur de type PIC 16F84 ou 16F628 (plus courant en 2019).
Le programme est écrit en assembleur et personnalisable avec 10 messages différents.
Vous trouverez le répertoire de travail dans le fichier "zip": minibalise.zip
Avec un éditeur de texte (notepad par exemple) remplacez l'indicatif et le locator des messages de la balise dans "MINIBALI.SRC"
(ne pas oublier le "!" qui termine chaque message, vous pouvez insérer des pauses de 5 secondes par des # )
puis lancer "ASSEMBLE.BAT".
Le programme du microcontrôleur étant assez chargé, ne pas augmenter la longueur des messages d'origine.
Les OM habitués des PIC pourront certainement revoir le programme et l'améliorer pour gagner de la place.
Une fenêtre DOS s'ouvre. On vérifie qu'il n'y a pas d'erreur.
En quittant la fenêtre on trouve un fichier "MINIBALI.OBJ" prêt à être programmé dans le 16F84.
En cas d'erreur on peut vérifier l'assemblage dans le fichier "MINIBALI.LST".
Les messages préenregistrés
message 0: appel simple suivi d'une pause de 10 secondes
CQ CQ CQ DE F6XYZ F6XYZ F6XYZ +K##!
message 1: identique avec QRP
CQ CQ CQ DE F6XYZ F6XYZ F6XYZ /QRP +K##!
message 2: message de test reconnu par "Reverse Beacon" avec pause de 50 secondes
TEST CQ F6XYZ BEACON VA ##########!
message 3: message de balise
F6XYZ / BEACON IN87ZZ PWR 50MW !
message 4: autre message de balise
F6XYZ / BEACON IN87ZZ PWR 150MW !
message 5: message en QRSS 1
F6XYZ IN87ZZ 150MW !
message 6: message en QRSS 3
F6XYZ IN87ZZ !
message 7: message en QRSS 10
F6XYZ !
message 8: message en QRSS 30
XYZ !
message 9: message en QRSS 100
YZ !
Le signal CW/QRSS sort sur la broche 1 du PIC. Il s'agit d'un signal inversé pour commander la RAZ du diviseur.
La broche 2 du PIC sort le signal CW/QRSS positif pour commander le relais si le cavalier de la broche 10 est en place. Dans ce cas la sortie 1 reste à 1 (pas d'émission interne).
La broche 18 sort le signal CW/QRSS positif en permanence (et commande la LED).
Qu'est-ce que le mode "QRSS" ?
Contrairement à ce qu'on pourrait penser il ne s'agit pas vraiment d'un mode "numérique" (sauf à considérer que le morse est un mode numérique composé de 1 et de 0 !)
Lorsque les signaux sont au dessous ou juste au niveau bruit on ne peut pas les "entendre". En fait cette transmission morse se fait à une vitesse extrêmement lente appelée QRSS (QRS signifie "transmettez plus lentement" d'où le QRSS pour une transmission encore plus lente).
En QRSS-1 un point morse dure 1 seconde (donc le trait dure 3 secondes).
En QRSS-3 le point dure 3 secondes... et en QRSS-60 le point dure 1 minute.
Un logiciel comme "ARGO" ou "SpectrumLab" analyse et intègre le "bruit" sur plusieurs secondes, voire plusieurs minutes et arrive à en extraire le signal.
Ainsi on peut "lire" le message morse qui apparaît à l'écran du PC (comme dans l'antiquité sur une bande de papier).
On comprend aisément la raison pour laquelle les messages de la mini balise sont raccourcis proportionnellement à l'augmentation de l'indice QRSS...
On trouve des sites "Grabbers" sur internet. Ce sont des récepteurs de QRSS qui affichent périodiquement leur réception de telle ou telle bande.
Voir notamment le site:
http://www.swharden.com/qrss/plus/
Certaines fréquences sont préconisées comme le 7039,900 kHz pour la bande 40 mètres.
En dehors de ces fréquences vous devrez prendre rendez-vous avec un correspondant qui se calera sur votre fréquence.
Les fréquences
Le montage étant piloté par un quartz, on n'a pas trop de choix.
Il existe des quartz standards peu coûteux:
- 14,318 qui produit du 7,159 et du 3,579 MHz
- 14,745 qui produit du 3,686 MHz
Chez MOUSER j'ai trouvé du:
- 14,050 qui produit du 7,025 et du 3,512 MHz
- 14,070 qui produit du 7,035 et du 3,517 MHz
Ils ont également du 7020, 7030, 7040, 5355, 10116 et d'autres fréquences intéressantes dans les bandes amateur.
Tous ces quartz doivent osciller en fondamentale. Au delà de 20 MHz on tombe la plupart du temps sur des "overtone" qui se mettront à osciller sur leur fréquence de base (/3 ou /5).
Il peut être intéressant d'essayer des quartz marqués vers 42 MHz ou 70 MHz qui oscilleront sur 14 MHz...
La très faible puissance de cette balise a peu de risque de gêner un trafic en cours. Toutefois on essaiera de limiter la durée d'émission à l'expérimentation et de choisir la fréquence à un endroit de la bande peu utilisé (éviter notamment les fréquences QRP, SOTA, 7030 7032 etc.).
Une solution intéressante si vous ne trouvez pas le quartz qui convient:
Un synthétiseur du genre QRP2000 (version CMOS) à base de Si570...
Ou tout autre synthétiseur que l'on trouve facilement sur internet...
Les résultats
A ma grande surprise, l'émission de la mini-balise 150 mW a été reçue en CW sur 40 mètres par W3LPL
(avec le message n°2 reçu via Reverse Beacon):
(depuis j'ai monté la fréquence de quelques kHz pour ne pas gêner les SOTA)
Et sur 20 mètres:
Par moment des signaux parfaitement copiables à l'oreille !
Ce qui prouve l'efficacité du trafic en QRP lorsqu'on a un peu de patience...
Donc veillez les fréquences QRP 7030 kHz, 10116 kHz, 14060 kHz et s'il n'y a personne n'hésitez pas à lancer appel en QRP maximum 5 watts, ou bien tentez l'expérience en QRPP 150 mW !
Les résultats en QRSS:
Merci aux différents OM qui m'ont transmis des rapports d'écoute, notamment:
F5IHN, F8BBL, F5JBS, F4EUL, F6DRA, F1SNB et bien d'autres.
J'ai surtout réalisé ce montage pour son aspect expérimental qui permet de bien comprendre la fonction de chaque composant.
... à chacun de prendre tout ou partie du montage, le générateur CW QRSS à microcontrôleur, l'oscillateur à quartz, l'amplificateur à 74HC245, etc.