F6HCC
Emetteur 472 kHz
(avec balise QRSS, modifiable en WSPR)
Une bande historique qui rappelle des souvenirs à de nombreux marins !
C'est en effet autour de ces fréquences que s'écoulait le trafic télégraphique "500 kilohertz" avec des stations comme "Le Conquet - FFU", "Boulogne Radio - FFB" et bien d'autres...
Ce montage a trouvé son inspiration dans les excellentes descriptions de GW3UEP.
Le but était de monter un émetteur CW simple avec balise QRSS permettant des portées intéressantes à partir de composants classiques.
La principale difficulté consistait à générer la fréquence sans avoir recours à un synthétiseur.
Il fallait donc tenir compte des quartz disponibles et utiliser un diviseur programmable comme le 74HC193.
Les 3 quartz mentionnés sur le schéma sont largement diffusés (voir "Sélectronic" ou "électronique diffusion" par exemple).
Cependant si vous trouvez des FT243 vous obtiendrez davantage de fréquences. Vous pourrez même les "retailler":
http://f6hcc56.free.fr/quartz.htm
En QRSS l'idéal est d'émettre vers 476,175 kHz. Un quartz FT243 7140 kHz décalé de 2,6 kHz au papier de verre fait parfaitement l'affaire (division par 15).
L'oscillation pilotée par quartz permet d'obtenir une excellente stabilité en fréquence indispensable au fonctionnement en mode QRSS.
Le signal récupéré sur l'émetteur du transistor est appliqué via un circuit de polarisation à l'horloge du 74HC193 (br. 4 basculement à Vcc/2).
En fonction de la position des cavaliers C1, C2 et C3 le diviseur programmable 74HC193 fournit la fréquence du quartz divisée par 12, 13, 14, 15 ou 16 (ou par 4 sur la broche 2 pour la bande 1,8 MHz).
(NB: les 74C193 74HCT193 74LS193 40193 ne conviennent pas parce que leurs tensions ou fréquences de fonctionnement sont différentes)
Le signal 472 kHz disponible sur la broche 7 est appliqué à la porte (G) du transistor MOS à travers un circuit de dosage du niveau (résistance ajustable de 470 ohms) et de polarisation (470 nF, 1N4148 et 5,6 K).
Ce circuit assure une protection du transistor en cas d'arrêt de l'oscillation qui pourrait maintenir la sortie du 74HC193 au niveau haut et détruire le MOS en le saturant.
Un filtre passe-bas double pi atténue fortement les harmoniques de façon à produire un signal sinusoïdal.
La puissance de sortie est d'environ 50 watts.
La partie "pilote" et logique est câblée sur un circuit genre "Veroboard".
La disposition suit celle du schéma. Prévoir un fil de masse tout autour du circuit. Les entretoises métalliques qui le fixent sur le radiateur assurent la continuité électrique de la masse.
Le transistor MOS est fixé au radiateur avec un isolant. On récupère la connexion du drain (D) sur son boîtier.
Disposant de MOS IRLZ24N de récupération j'ai constaté qu'ils fonctionnent très bien et délivrent une cinquantaine de watts avec une alimentation de 12 volts.
Attention: la tension d'alimentation de l'IRLZ24N de doit pas dépasser une quinzaine de volts et sa tension d'attaque doit être de 6 volts.
Conseil: pensez à acheter quelques MOS supplémentaires au cas où... (vu leur prix vous ne serez pas ruiné).
Certains transistors comme les IRF520 nécessitent une tension d'attaque de 10 volts minimum. Comme le 74HC193 ne supporte pas une alimentation supérieure à 6 volts il faudrait utiliser la technologie CMOS classique alimentée en 12 volts (dans ce cas voir les montages de GW3UEP).
Les 2 bobines sont réalisées sur du tube PVC de 20 mm de diamètre. Le fil émaillé a un diamètre de 1 mm (pas moins à cause du courant important qui y circule).
Si vous n'avez pas de tore vous pouvez remplacer la bobine d'arrêt par 35 spires de fil émaillé 1 mm sur tube PVC de 20 mm disposé verticalement.
Attention aux condensateurs du filtre de sortie qui doivent tenir la puissance (et la tension > 400 V) sans dériver. Les condensateurs céramiques récupérés dans les alimentations de PC sont à proscrire. Utiliser des condensateurs "polystyrène" ou "polypropylène".
De même le condensateur de découplage 2,2 µF et le condensateur de liaison 470 nF (drain du MOS) sont du même type (en aucun cas un "chimique" pour le 2,2 µF).
Ne pas oublier le fusible (surtout si l'émetteur doit fonctionner comme balise en votre absence)
Une fois le montage terminé on connecte l'émetteur à une charge de 50 ohms.
On connecte un oscilloscope (calibre 20 V / division) à la sortie antenne.
60 volts crête correspondent à 37 watts
70 volts crête correspondent à 50 watts
On ajuste la résistance de 470 ohms pour un maximum de tension de sortie.
Avec une deuxième sonde d'oscilloscope on vérifie que le signal sur le drain du MOS présente des impulsions propres comme sur la photo suivante (calibre 10 V / division):
On réajuste éventuellement la résistance de 470 ohms pour corriger le signal.
Si nécessaire on ajuste la valeur des condensateurs des filtres en pi de façon à obtenir le maximum de puissance pour le minimum d'intensité d'alimentation.
Pour 5 ampères d'alimentation en 12 V j'obtiens une puissance HF de 50 watts soit 80 % de rendement.
L'utilisation comme charge d'essai d'une ampoule 220 volts 60 watts nécessite d'élever la tension dans un rapport de 4 (adaptation par transfo sur tore de ferrite: primaire 7 spires, secondaire 28 spires).
Pour connecter l'antenne on utilise un rapport inférieur. Ici c'est un secondaire de 12 spires qui a donné la meilleure adaptation.
Le réglage se faisant à la spire près, le mieux est de prévoir un secondaire avec des connexions possibles sur les spires 5 à 16.
En principe une antenne efficace présente une impédance d'attaque inférieure à 50 ohms.
NB: La puissance de l'émetteur peut paraître importante par rapport au "petit" watt PIRE autorisé. Il n'en n'est rien parce que le rendement de l'antenne est faible. Un fouet "quart d'onde" ferait 160 mètres de haut. Avec une quinzaine de mètres de fil on reste largement au dessous du watt PIRE.
Prudence si vous utilisez un ros-mètre genre W520 pour vos essais en 472 kHz.
Les valeurs qu'il indique sont correctes mais j'ai lu sur internet que ses ferrites de couplages ne tiennent pas la puissance au dessous de 1,8 MHz et qu'un OM a ainsi détruit son ros-mètre...
La bobine de couplage et l'antenne 472 kHz
Elle est constituée de 7 fois 15 spires de fil 1,5 mm2 bobinées sur un tuyau PVC (ou autre support de même forme) de 20 cm de diamètre.
La bobine du variomètre placée à l'intérieur comporte 2 x 10 spires sur un diamètre de 10 cm.
L'antenne est constituée d'un fil de 16 mètres de long bien isolé de l'environnement. La partie (à peu près) verticale est importante et fait une dizaine de mètres.
La prise de terre est reliée à 4 piquets de terre (longueur 1m50) écartés d'au moins 6 mètres.
Pour alimenter l'ensemble on passe par le transformateur sur tore (7 spires au primaire, 12 au secondaire, à ajuster suivant la situation).
On réalise l'accord de l'antenne en ajustant l'inclinaison de la bobine du variomètre (et en surveillant le courant d'alimentation pour ne pas griller le PA).
On vérifie le maximum de champ électrique en plaçant un voltmètre qui monte bien en HF (mesure V ac) auquel on relie 2 fils "d'antenne" d'environ 2 mètres.
Et on surveille le courant du PA pour qu'il ne dépasse pas la valeur nominale !!!
Si le courant est trop faible à la résonance, on augmente légèrement le rapport du transformateur sur tore.
La mesure du courant d'antenne
Cette mesure permet de déterminer la puissance rayonnée par l'antenne.
Il faudrait donc monter un ampèremètre HF en série dans le fil de l'antenne, ce qui n'est pas très pratique.
Une solution consiste à réaliser un petit ampèremètre qui vient se clipser sur le fil de l'antenne.
On le réalise autour d'une bague en ferrite utilisée couramment en antiparasite.
Pour étalonner l'ampèremètre on réalise le montage suivant.
En mesurant la tension aux bornes de la charge de 50 ohms on obtient la valeur du courant en appliquant la loi d'Ohm.
avec 1 watt on obtient 141 mA
avec 5 watts on obtient 316 mA
avec 50 watts on obtient 1 A (ce qui sera suffisant pour nos mesures)
Une fois l'ampèremètre placé sur l'antenne j'ai obtenu un courant de 450 mA avec 50 watts injectés.
Le gain d'antenne (ou plutôt l'atténuation) est de -30 dB ce qui correspond à une puissance rayonnée de 50 mW (merci à Jeff F6BWO pour le calcul).
Le microcontrôleur PIC
Il s'agit d'un microcontrôleur de type PIC 16F84.
Le programme est écrit en assembleur et personnalisable avec 4 messages différents.
Vous trouverez le répertoire de travail dans le fichier "zip": balis472.zip
Avec un éditeur de texte (notepad par exemple) modifier les messages de la balise dans "BALIS472.SRC" (ne pas oublier le "!" qui termine chaque message) puis lancer "ASSEMBLE.BAT".
Une fenêtre DOS s'ouvre. On vérifie qu'il n'y a pas d'erreur.
En quittant la fenêtre on trouve un fichier "BALIS472.OBJ" prêt à être programmé dans le 16F84.
En cas d'erreur on peut vérifier l'assemblage dans le fichier "BALIS472.LST".
Utilisation du PIC
Les cavaliers C7 et C8 déterminent le mode d'émission:
Pas de cavalier = CW classique
C7 seul = QRSS 1
C8 seul = QRSS 3
C7 et C8 = QRSS 10
C9 n'est pas utilisé pour l'instant.
C10 et C11 définissent le message à émettre:
Pas de cavalier = message 1
C10 seul = message 2
C11 seul = message 3
C10 et C11 = message 4
Le signal CW/QRSS sort sur la broche 6 du PIC. Il s'agit d'un signal inversé pour commander directement la RAZ du diviseur.
La broche 1 du PIC sort le signal CW/QRSS positif.
NB: Une modification est en cours pour charger un message dans le PIC par liaison RS232.
Les principales fréquences
* Télégraphie centrée sur 472,5 kHz
* WSPR calage récepteur sur 474,2 kHz en mode USB (signaux entre 475,6 et 475,8 kHz)
* QRSS centré sur 476,175 kHz
* Différents modes numériques entre 475 et 479 KHz:
=> JT9-1 et WSQ2 calage récepteur sur 474,2 kHz USB
=> OPERA calage récepteur sur 477 kHz USB (signal sur 478,5 kHz)
Qu'est-ce que le "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, hi !)
Lorsque les signaux sont au dessous ou juste au niveau bruit on ne peut pas les "entendre". En fait la 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 "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.
Dans cet exemple (extrême, c'est en 137 kHz) la lettre X nécessite 22 minutes d'émission. Il s'agit de la balise d'une station anglaise.
En 472 kHz la transmission est beaucoup plus rapide (QRSS-3 en général).
Les premiers résultats en 472 kHz
Le 14 mars 2014, émission:
Le 15 mars 2014, réceptions:
Réception de F4DTL (émetteur NDB de 40 watts)
L'émetteur NDB de F4DTL
Réception de F5WK
Le 16 mars 2014:
Réception de F6CNI (émetteur 1 watt = 518 km !) et DK7FC
Le 21 mars 2014, émission reçue par DL4YHF près de Bielefeld = 976 km:
Merci aux différents OM qui m'ont envoyé des rapports d'écoute, notamment les amis du groupe VLF.
Voir aussi les émetteurs 472 KHz très bien décrits sur le site de GW3UEP.
Une solution de secours si vous ne trouvez pas le quartz qui convient:
Le synthétiseur QRP2000 (version CMOS) à base de Si570...
"retailler" un quartz est quand même plus sportif... hi !
Emission en WSPR sur 472 kHz
... à voir sur: http://f6hcc56.free.fr/tx472wspr.htm
Autres descriptions d'émetteurs "maison" (le "microwatt", émetteurs à "lampes", etc.) via le menu de la page d'accueil: