New Emetteur HF QRP SSB
Dernière mise à jour le 20/04/2024
Émetteur SSB HF 8W fait à partir d'un Mosfet IRF510.
Cette réalisation commencée en janvier 2023 est une modernisation et amélioration de mon premier émetteur SSB QRP. Il est prévu pour être placé avant un ampli de puissance (50W ou 100W pour moi), c'est pourquoi l'utilisation seul de cet émetteur n'est pas conseillée car il n'y a pas de filtres passe bas pour chaque bandes HF.
Cet émetteur travaillera sur les bandes 10m, 12m, 15m, 17m, 20m, 30m, 40m, 80m.
Mode LSB ou USB
Modernisation de l'affichage en face avant, avec soit :
- Un écran LCD de 20x4 connecté en I2C.
- Un écran TFT 3.5".
Modernisation du filtre à quartz afin de minimiser les ondulations importantes dans la bande passante. Après essais et comparatif le filtre à quartz ne sera pas du type en échelle 4 pôles, mais de type QER 6 pôles et 3KHz de bande passante.
Au début de ce projet je pensais mettre l'oscillateur local et le filtre à quartz à 2MHz. J'ai abandonné cette idée car elle provoquait beaucoup de fréquences parasites impossibles à supprimer.
En effet si je veux émettre sur la bande 20m par exemple, la Fol=2MHz et que Fvfo= 12MHz à la sortie du mixer j'aurai la Fol + Fvfo = 14MHz et Fol - Fvfo = 10MHz. Je vais donc émettre sur le 20m mais aussi sur le 30m !!
J'ai donc décidé de choisir comme Fol = 32MHz. Les doublons de fréquence seront plus faciles à éliminer.
En effet maintenant si je veux émettre sur la bande 20m, la Fol = 32MHz et que Fvfo= 18MHz à la sortie du mixer j'aurai la Fol + Fvfo = 50MHz et Fol - Fvfo = 14MHz. Il suffit de mettre un filtre passe bas avec une Fc de 30MHz et les fréquences parasites seront éliminées.
En effet maintenant si je veux émettre sur la bande 80m, la Fol = 32MHz et que Fvfo= 28.5MHz à la sortie du mixer j'aurai la Fol + Fvfo = 60.5MHz et Fol - Fvfo = 3.5MHz. Il suffit de mettre un filtre passe bas avec une Fc de 30MHz et les fréquences parasites seront éliminées.
En effet maintenant si je veux émettre sur la bande 10m, la Fol = 32MHz et que Fvfo= 4MHz à la sortie du mixer j'aurai la Fol + Fvfo = 36MHz et Fol - Fvfo = 28MHz. Il suffit de mettre un filtre passe bas avec une Fc de 30MHz et les fréquences parasites seront éliminées.
Synoptique de l'émetteur :
Ce synoptique montre chaque sous ensemble et leur construction sera détaillé un par un.
Le VFO version LCD 20x4
Mon VFO est construit à partir d'un Arduino nano et d'un module DDS AD9850, Il est inspiré de celui qui est décrit sur le lien suivant :
https://create.arduino.cc/projecthub/mircemk/arduino-dds-vfo-with-ad9850-module-be3d5e
Modifications effectuées :
- Un écran LCD 20x04, connecté en I2C.
- Un bouton choix de bande qui s'affichera sur l'écran et effectuera la mise à jour de la fréquence.
- Affichage du mode LSB ou USB
- Reconnaissance automatique des fréquences FT8 et FT4 et affichage correspondant.
Bande 30m en FT8
Bande 20m en FT4
Bande 40m en SSB Audio LSB
Le module DDS AD9850
La carte Arduino Nano
Voici le fichier code Arduino modifié pour ce VFO.
Attention il reste à modifier la Fréquence intermédiaire dans le prog Setup. Pour l'instant elle est à 10237220, FI de mon premier émetteur QRP. Mais comme je n'ai pas encore reçu mes quartz je ne connais pas encore précisément la nouvelle FI. La ligne à modifier est la suivante :
int_fast32_t iffreq = 10237220; // Intermedite Frequency - Amount to subtract (-) from base frequency.
Par choix personnel, au démarrage du TX la fréquence de l’émetteur affichée est celle du 20m en mode FT8 c'est à dire 14.074MHz et le pas d'incrémentation est de 1KHz.
Le VFO version TFT 3.5"
Modifications effectuées :
- Un écran TFT 3.5", driver ILI9486, connecté sur une Arduino Mega 2560. En effet l'Arduino Nano et même Uno n'ont pas assez d'entrées et sorties disponibles une fois le TFT connecté, la Mega 2560 s'impose donc.
- Un bouton choix de bande qui s'affichera sur l'écran et effectuera la mise à jour de la fréquence.
- Affichage du mode LSB ou USB
- Affichage du STEP
- Affichage de l'état en Emission
- Reconnaissance automatique des fréquences FT8 et FT4 et affichage correspondant.
- Affichage de la tension d'alimentation du TX.
Visu hors émission
Visu en émission
Le module DDS AD9850
La carte Arduino Mega 2560
Concernant la mesure de la tension d'alimentation Vcc de l'émetteur, cette mesure se fait sur l'entrée analogique A12, le potentiomètre est à régler pour qu'une tension Vcc de 15.2V donne 5V sur son point milieu. La Zener protège l'Arduino d'une éventuelle tension supérieure à 5V sur A12, le condensateur élimine la HF parasite.
Concernant l'affichage du passage en émission, il se réalise à partir de la distribution du 5V PTT, l'entrée se fait sur D40, le condensateur élimine la HF parasite. Je n'ai pas mis de zener car le 5v PTT vient d'un régulateur 7805.
Voici le fichier code Arduino modifié pour ce VFO. Version 1.5
Par choix personnel, au démarrage du TX la fréquence de l’émetteur affichée est celle du 20m en mode FT8 c'est à dire 14.074MHz et le pas d'incrémentation est de 1KHz.
L'alimentation de la carte Arduino Vin doit être d'au moins 8V et max 9V, afin d'éviter que le petit régulateur 5v de la carte Arduino ne chauffe de trop. J'ai donc fait un petit montage autour d'un régulateur LM317 que j'avais de disponible.
Support pour Mega 2560 et DDS AD9850 et TFT 3.5"
Le but de ce support et de réunir en un seul bloc l'Arduino le DDS et le TFT avec une fixation possible sur la face avant de l'émetteur.
Pour ce faire j'ai utilisé un kit support PCB bornier pour l'Arduino Mega 2560.
Ce kit comprend une carte mère sur laquelle on vient souder des connecteurs longues pattes, ce qui permet d'enficher la carte Arduino derrière la carte mère et devant l'écran TFT. J'ai ajouté une série de connecteurs longues pattes sur l'écran TFT afin de laisser un espace suffisant entre l'écran et la carte mère afin d'y placer le DDS AD9850.
J'ai percé 4 trous de 3mm dans les coins de la carte mère.
Attention de ne pas provoquer de court-circuit lors de la mise en place des écrous et de la tige filetée qui seront à la masse du boitier.
La fixation sur la face avant de l'émetteur se fera par de la tige filetée de 3mm.
Câblage et mise en place des composants sur la carte mère.
Essai de bon fonctionnement.
Sortie du VFO pour une fréquence TX de 14.074MHz en mode USB
Sinusoïde parfaite.
La fréquence Fol usb = 31.994643 MHz
Donc la Fvfo = 31.994643 - 14.074 = 17.920643 MHz
A l'oscilloscope on a 17.920650 MHz, c'est pratiquement parfait
Sortie du VFO pour une fréquence TX de 21.074MHz en mode USB
Sinusoïde parfaite
La fréquence Fol usb = 31.994643 MHz
Donc la Fvfo = 31.994643 - 21.074 = 10.920643 MHz
A l'oscilloscope on a 10.920645 MHz, c'est pratiquement parfait
L'interface FT8 vox control
Le rôle de cette interface est de faire déclencher le PTT donc le passage en émission quand la sortie audio du PC via le logiciel WSJTX transmet un message. Afin d'éviter tout retour HF vers le PC, on réalise un isolement galvanique grâce au transfo audio TR1.
Le potentiomètre RV2 se placera en face avant de l'émetteur, il sert à régler le niveau audio venant du PC et donc agit sur la puissance d'émission.
Le potentiomètre RV1 sert à régler la sensibilité du déclenchement.
Un bouton poussoir qui se placera également sur la face avant de l'émetteur permettra le déclenchement manuel de l'émission, c'est la commande PTT.
Le transistor Q2 commande en tout ou rien un relais 12V qui grâce à ses contacts alimentera la partie puissance de l'émetteur lors de la demande d'émission. Il faut mettre une diode de roue libre aux bornes du relais afin de protéger Q2.
Le PCB est réalisé en simple face de 50mm x 55mm, il est gravé à la Dremel en gardant le plus grand plan de masse possible.
Le filtre à quartz
Le signal sortant du modulateur équilibré est en DSB, la DSB ne nous intéresse pas, nous voulons de la SSB (Simple Side Band) d'où l'utilité du filtre à quartz qui supprimera une des bandes LSB ou USB, nous serons donc bien en BLU (Bande Latérale Unique).
Le filtre à quartz à réaliser est de type QER 6 pôles 32MHz et 3KHz de bande passante. Nous aurons donc besoin de 8 quartz avec des caractéristiques très proches. Pour se faire j'ai commandé 30 quartz de 32Mhz.
Il faut maintenant mesurer chaque quartz à l'aide du montage suivant.
Attention les condensateurs C2 et C3 sont de 100pF cette fois, sinon l'oscillateur ne fonctionnera pas pour 32MHz.
Personnellement j'ai réalisé ce montage sur une petite plaquette pré percée, l’interrupteur permet de mettre en série ou pas le condensateur de 30pf. Chaque quartz sera enfiché sur le petit support durant la mesure, et la sortie de montage contrôlée à l'analyseur de spectre afin de mesurer la fréquence avec et sans le 30pf. La première chose à faire avant les mesures est de numéroter chaque quartz.
Ensuite en réalise les mesures, et on note les résultats dans un tableau Excel. Pour la mesure de Cp je l'ai réalisé avec un capacimètre LC 200A.
J’ai ensuite trié le tableau dans l’ordre croissant de F0 pour examiner les groupes de quartz de fréquences identiques ou proches. La règle est que la fréquence des quartz doit se trouver dans un intervalle de 10% de la bande passante. Soit 300Hz pour une bande passante de 3000Hz. Voilà donc ma sélection des 8 quartz.
Le logiciel DISHAL de DJ6EV fournit un moyen simple et pratique de calcul des composants du filtre à quartz.
Tout d'abord, on va déterminer les paramètres des quartz grâce à la fonction "G3UUR Method" dans le menu "Xtal".
Nous renseignons le schéma avec la valeur de la capacité entre électrodes, dans notre cas 2.21 pF, la valeur de Csw (30 pF) et 100 pF pour les deux capacités C1 et C2.
Il reste à indiquer les deux valeurs moyennes de fréquence trouvées précédemment et un clic sur Calculate fera apparaître la valeur de l'inductance Lm en mH et la fréquence série en kHz.
Ensuite toujours grâce au logiciel on va calculer les caractéristiques de notre filtre de type QER à 6 pôles. On renseigne le logiciel avec la valeur de Lm=3.808mH, la Freq série Fs=31994.195kHz, la valeur de Cp moyenne des 8 condensateurs sélectionnés Cp=2.21pF, la bande passante Bp=3kHz et le nombre de pôle du filtre donc 6. Ensuite on appui sur "Calculate" et le logiciel nous donne la valeur des condensateurs pour notre filtre QER C=120.8pF et les impédances d'entrée et sortie Ze=Zs=35.7 Ω.
Caractéristiques du filtre :
Ze = 35.7 Ω et Zs=35.7 Ω
C1=C2=C3=C4=C5=120.8pF
Bande passante à -3db : 3kHz
Fréquence centrale : 31.995806 MHz
Reste à le construire et de vérifier ses caractéristiques au NanoVNA
Après plusieurs essais de valeur pour C, voici le meilleur compromis pour avoir une bande passante 2.8kHz. La fréquence centrale est de 31.99545MHz
L'oscillateur local USB LSB 32Mhz
L'oscillateur à quartz est alimenté en 12v.
Le PCB de 60mm x 48mm est gravé à la Dremel sur du simple face en gardant le plan de masse le plus grand possible.
La fréquence basse de la bande passante à -3db de notre filtre à quartz est 31.9949MHz qui est théoriquement la Fol pour le mode USB.
Le quartz choisi est le n°17 à une fréquence de 31.993550Mhz, qui sera la Fol du mode USB. J'ai dû passer les condensateur C2 et C3 à 150pF afin que l’oscillation soit entretenue.
Ce qui a modifié la fréquence d'oscillation donc maintenant quartz n°17 seul on a une Fol=31.994643MHz et avec un condensateur de 30pF en série on a une Fol=31.997509MHz.
La fréquence haute de la bande passante à -3db de notre filtre à quartz est 31.9978MHz qui est théoriquement la Fol pour le mode LSB.
Le passage du mode USB à LSB se fait grâce au relais qui vient mettre en série avec le quartz un condensateur de 30pF. Sur le graphique suivant on voit qu'il y a un petit problème, car pour le mode LSB la fréquence de L'OL est dans la bande passante du filtre à quartz.
J'ai donc modifié la Fol du mode LSB en passant le condensateur en série avec le quartz n°17, de 30pF à 20pF. Ce qui donne le graphique suivant.
C'est mieux.
Le modulateur équilibré
Le modulateur équilibré est réalisé autour d'un NE612. Le rôle de ce montage est de moduler la fréquence porteuse de l'OL (oscillateur local) avec le signal BF audio. En sortie on a un signal DSB (Double Side Band). Le montage est alimenté en 5V fourni à partir d'un petit montage autour d'un 7805.
Le PCB de 4cm x 6cm est gravé à la Dremel sur du simple face en gardant le plan de masse le plus grand possible (pas comme sur la vue).
Le NE612 est monté sur support.
Le transfo de sortie (L1 L2) est réalisé sur un tore FT37-43 (14 tours primaire et 2 pour le secondaire en cuivre émaillé 4/10). Ce transfo sert à adapter (1/49) l'impédance de sortie différentielle du mélangeur à celle du filtre à quartz qui est 36 ohms.
RV1 sert à supprimer la porteuse, pour ce réglage un analyseur de spectre est idéal, mais vu le prix on réfléchit avant d'investir dans ce genre d'appareil de mesure. Personnellement j'ai acheté un PC-Oscillo Instrustar (ISDS220B) pour 95€ en 2020 sur AliExpress. L'avantage de cet appareil est son prix mais surtout qu'il fait à la fois oscilloscope et analyseur de spectre pour une bande passante de 60Mhz. C'est avec ce matériel que j'ai fait tous mes réglages et c'est largement suffisant pour un bidouilleur radio amateur.
Pour faire le réglage suppression de la porteuse, il se réalise avec RV1 mais jouer également sur RV2 (entrée de l'OL sur le NE612) afin d'avoir le meilleur compromis possible, c'est à dire porteuse réduite au minimum et signal LSB et USB au maximum.
Pour cette mise au point l'entrée BF peut être fournit par un générateur de fréquence sur 2Khz (Le spectre BF est de 3Khz).
Pour infos, éviter ce type de réglage sur protoboard en HF (Pour un essai de bon fonctionnement à la rigueur) mais pour une mise au point précise le montage doit être sur PCB.
Le signal OL doit être également le plus pure possible (sinusoïdal).
Essai de l'ensemble Oscillateur local, modulateur équilibré et filtre à quartz :
Pour cet essai, j'ai branché l'analyseur de spectre avec la voie FT1 en jaune sur l'entrée du filtre à quartz et la voie FT2 en bleu sur sa sortie.
Le signal audio est fourni par un générateur BF en faisant varier de 300Hz à 3KHz.
En mode USB :
En mode LSB :
Tout fonctionne parfaitement, on voit bien le passage de DSB en SSB et le passage du mode USB à LSB.
Mélangeur VFO
Le rôle du mixer est de mélanger la fréquence en sortie du filtre à quartz à celle du VFO. En sortie du mixer nous aurons donc 2 fréquences, (31.99MHz BLU + Fréq VFO) et (31.99MHz BLU - Fréq VFO).
La seule qui nous intéresse est (31.99MHz BLU - Fréq VFO), il faudra donc supprimer l'autre se sera le rôle du filtre passe bas 30MHz placer derrière le mixer.
Le circuit est basé autour d'un NE612, celui-ci est monté sur support. Le rôle de Q1 est de laisser passer la fréquence du VFO vers le NE612 uniquement quand le signal PTT est présent (demande d'émission).
RV1 (multi tour) sert à doser le signal venant du VFO par rapport au signal (31.99MHz BLU), le but étant d'avoir en sortie du NE612 la fréquence (31.99MHz BLU - Fréq VFO) avec une amplitude maximum possible. On utilisera l'analyseur de spectre pour faire ce contrôle.
Le montage est alimenté en +5V venant la petite platine +5v à base d'un régulateur 7805.
Le transfo de sortie (L1 L2) est réalisé sur un tore FT50-43 (7 tours primaire et 5 pour le secondaire en cuivre émaillé 4/10). Ce transfo sert à adapter (1/2) l'impédance de sortie différentielle du mélangeur à celle de l'étage préampli qui va suivre.
Le PCB est réalisé en simple face de 65mm x 50mm, il est gravé à la Dremel en gardant le plus grand plan de masse possible.
Contrôle de la sortie VFO :
Le but de ce montage est de contrôler que la sortie VFO est effective et d'afficher le résultat sur l'écran TFT.
Le schéma :
Le montage est alimenté en 5V.
Les transistors Q2 et Q3 sont montés en commutation, leur est de fournir en sortie un +5V si la fréquence VFO est présente en entrée du montage. La résistance R7 de 10k sert également de pull up pour l'entrée Arduino n°32.
Les transistors Q4 et Q1 sont montés en étage amplificateur émetteur commun, polarisé par pont de base. Les courants Ic sont de 10mA.
Le transistor Q4 est un 2N3904. Sa résistance Re est partiellement découplée afin de limiter le gain. C8 récupère la fréquence VFO amplifiée qui sera destinée à l'entrée VFO du mixer. Le gain de cet étage est d'environ 25db.
Le transistor Q1 est un 2N2222A. Le but de cet étage est de ré-amplifier légèrement la sortie du premier étage afin de faire déclencher sur toute la bande de fréquence VFO les transistors de sortie montés en commutation. Le gain de cet étage est d'environ 9db.
La diode D1 réalise un redressement mono alternance et C3 un léger filtrage avant d'attaquer les étages de commutation.
Version 1.7 pour l'Arduino Mega 2560 :
Essai de l'ensemble Oscillateur local, modulateur équilibré, filtre à quartz, mixer et VFO :
Le montage contrôle du VFO est encore sur platine d'essai, mais tout l'ensemble fonctionne correctement sur les bandes de 10m à 80m.
Implantation sur le PCB :
Traçage des pistes au crayon papier
Le PCB de 10cm sur 5cm est gravé à la Dremel sur du simple face en gardant le plan de masse le plus grand possible.
Préampli micro
Le but de ce montage est d’être monté dans mon émetteur HF QRP pour l’entrée micro.
Le micro est de type dynamique, avec une impédance de 600Ω.
La sortie arrivera sur un potentiomètre de 10kΩ, en face avant.
Les transistors sont des BC109C avec un β = 521
Le montage est composé de 2 étages montés en émetteur commun, polarisés par pont de base.
On prendra :
- Un Ic de 10mA pour les 2 étages.
- L’alimentation Vcc est de 15V.
- Une tension aux bornes des résistances d’émetteur égale à 1/10 de Vcc.
Pour les condensateurs :
On prendra 100µF pour C4 et C5. Ces condensateurs de découplage des résistances d’émetteur jouent sur le gain de chaque étage. En effet en régime sinusoïdale elle court-circuite la résistance d’émetteur. Afin de limiter le gain du premier étage pour ne pas saturer l’entrée du second étage, on place une résistance de 15Ω en série avec C4. Ce n’est pas nécessaire pour C5.
Pour les condensateurs de liaison on prendra 47nF pour C1 et C3 et 100nF pour C2.
On réalise une contre réaction sur chaque étage grâce à C6 et C7 d’une valeur de 1nF. Afin de limiter les fréquences élevées. En effet sur un émetteur HF la bande passante pour le micro est de 300Hz à 3KHz.
Le PCB est réalisé en simple face de 75mm x 35mm, il est gravé à la Dremel en gardant le plus grand plan de masse possible.
Le gain en tension du préampli est environ 55db, pour une bande passante de 300Hz à 3KHz.
Alimentation +5V/1.5A
Montage classique autour d'un régulateur 7805. La VK200 sert à bloquer les perturbations HF. La diode D1 sert de protection du régulateur au cas où la tension de sortie serait supérieure à celle d'entrée. La diode D2 protection en cas d'inversion de polarité en sortie.
Le PCB de 32mm x 45mm est gravé à la Dremel sur du simple face en gardant le plan de masse le plus grand possible (pas comme sur la vue). Monter le régulateur sur un radiateur. Ce montage servira de source +5v dans notre émetteur.
Alimentation +12V/1.5A
Le montage est identique à celui pour le +5V, on remplace juste le régulateur 7805 par un 7812
Ce montage servira de source +12v dans notre émetteur.
Face avant
La face avant mesure 12cm x 23cm. Elle est constituée d'une partie en PCB simple face qui sert de blindage et pour la fixation de la carte Arduino à l'aide de tige filetée de 3mm.
La face avant est doublée par une plaque de Forex de 3mm, pour rattraper l'épaisseur des écrous.
Les inscriptions sont réalisées sur papier photo, puis collées à l'aide de double face sur la partie en Forex.
Face avant terminée.
Face arrière
La face arrière mesure 12cm x 23cm. Elle est constituée d'une plaque en PCB simple face qui sert de blindage et de fixation pour le radiateur. Le circuit imprimé de l'ampli de puissance sera directement gravé sur la face arrière.
Le dissipateur de chaleur mesure 8cm x 8cm et 27mm d'épaisseur, il sera fixé sur la face arrière par 4 vis de 3mm, et muni d'un ventilateur.
Mise place de la connectique.
Ampli PA 8W
Le schéma est identique à mon premier ampli QRP, la seule modification concerne les filtres passes bas. Pour ce projet il n'y aura qu'un filtre passe bas pour la bande 10m. Le but étant de laisser passer toutes les bandes de 80 à 10m et d’alléger l'émetteur. Comme cet émetteur QRP sera suivi d'un ampli 100W et d'une boite à filtres passe bas sélectif de 80 à 10m, il ne devrait pas avoir de problème.
Afin d'éviter les accrochages ou auto oscillations il faut absolument une contre réaction entre la grille et le drain de l'IRF, à l'aide d'une résistance de 1K et un condensateur de 100nF.
L'IRF doit être également être isolé électriquement du radiateur, et le radiateur relié à la masse.
La gravure du PCB pour le PA est faite sur la face arrière.
Confection de L5, 35 tours de cuivre émaillé de 3/10 sur tore T50-2.
Et le transfo d'impédance L1 L2, 10 tours bifilaires de cuivre émaillé de 7/10 sur tore FT50-43.
Soudage des composants de l'ampli de puissance.
Courant de bias de l'ampli réglé à 120mA (pour une alimentation de 15.2v) ne pas dépasser 150mA, réalisé grâce à RV1 (Multi tour nécessaire). Pour faire ce réglage l'entrée de l'ampli est mise à la masse est la sortie raccordée sur une charge 50 ohms, le filtre passe bas de sortie n'est pas nécessaire, juste garder C10. Puis en partant de 0v, on monte progressivement la tension fournis par le 7805, tout en mesurant le courant drain source, c'est ce courant qui doit être réglé à 120mA et qu'on appelle courant de bias.
Pour un réglage de 120mA de courant de bias, cela correspond pour mon essai, à une tension d'environ 4.16V en sortie du potentiomètre de 10K. Attention ce qui doit être réglé c'est le courant de bias ne pas prendre comme référence la tension de 4.16V qui peut varier d'un MOSFET à un autre.
Préampli Driver du PA
Le montage est alimenté en 15.2V PTT donc non permanent car l'étage de sortie à tendance à chauffer. La sortie, grâce au transfo d'impédance L4, L5 a une impédance de 10Ω, et attaquera l'ampli PA. L'entrée de ce préampli a une impédance d'environ 85Ω. Le transistor Q2 doit être absolument monté avec radiateur.
Le PCB de 100mm x 55mm est gravé à la Dremel sur du simple face en gardant le plan de masse le plus grand possible (pas comme sur la vue).
Essai de l'ensemble driver et PA
Pour cet essai, la sortie de l'ampli est reliée à une charge de 50Ω.
La sortie du driver est reliée à l'entrée de l'ampli.
L'ampli et le driver sont alimentés en 15.2V.
En entrée du driver un signal sinusoïdal de 14MHz d'environ 500mV crête à crête, est fournie par un générateur de fréquence.
J'ai 5W en sortie du PA tout fonctionne correctement. J'ai fait un essai de puissance sur les autres bandes.
Réponse du filtre passe bas 10m
Le boitier
Le boitier est en MDF de 6mm blindé en PCB simple face.
Dimensions : Profondeur 30cm, hauteur 13.5cm, largeur 23.3cm.
Chaque panneau est collé un par un à la colle à bois. Temps de séchage impératif de 24h entre chaque manipulation.
Mise en place des tasseaux de 13mm pour fixation des faces avant et arrière ainsi que du couvercle.
Première mise en place des faces avant et arrière.
Mise en place du blindage intérieur, et perçage d'une aération au niveau de l'emplacement de l'ampli.
Partie menuiserie du boitier terminée, mise en place du couvercle et de son blindage, ainsi qu'une aération zone arrière gauche. Mise en place des pieds. Reste donc la partie peinture pour la finition.
Pour la peinture, une couche de fond au pinceau, séchage de 24h puis léger ponçage au papier P600.
Puis trois couches de noir satiné à la bombe espacées de 20mn puis séchage de 24h.
Confection et mise en place de la séparation entre la partie puissance et la partie Arduino, traitement du signal.
Dans le compartiment puissance se logera l'ampli, le driver, le filtre passe bas et éventuellement un étage préampli avant le driver si un manque de puissance se fait ressentir.
La séparation est en PCB simple face, fixée par des petites équerres fabrication maison en tôle alu de 6/10.
Montage platine côté droit du boitier
Puis câblage avant la mise en boitier.
Câblage de la partie alimentation et mise en place des platines +5V et +12V. Afin de limiter la montée en température du régulateur 7805, la platine +5V est alimentée par la platine +12V et pas par le 15.2V.
Platine avant du blindage ampli puissance
Mise en place et câblage de l'oscillateur local et du préampli micro sur la platine avant du blindage partie ampli avant la mise en boitier.
Câblage final de l'émetteur
Premier Essai d'émission
Lors des premiers essais d'émission sur charge, un manque de puissance c'est fait ressentir. En effet en mode FT8 et même sur entrée micro je n'arrive pas à dépasser 2 à 3W. J'ai donc ajouté un étage préampli avant le driver.
Le PCB de 50mm x 35mm est gravé à la Dremel sur du simple face en gardant le plan de masse le plus grand possible (pas comme sur la vue).
Après cette modification le problème de puissance est réglé. J'arrive facilement à atteindre 8 à 10W.
Boitier terminé
Modification n°1: (Octobre 2023)
Symptôme : Boitier fermé et au bout d'environ une heure la fréquence réelle d'émission est perturbée (décalage et légère variation).
Le problème disparait boitier ouvert.
Il y a une surchauffe du VFO DDS, en effet le module DDS AD9850 est placé entre l'écran LCD qui chauffe et la carte Arduino dont le régulateur de tension dégage également de la chaleur.
Solution :
Ajouter un ventilateur au-dessus de l'ensemble VFO DDS et Arduino, et augmenter les trous d'aérations sur le dessus du boitier.
Le ventilateur mesure 8cm x 8cm et sera alimenté par le 12v permanent.
Mise en place :
Découpage de l'emplacement pour le ventilateur, juste au-dessus de l'ensemble VFO DDS et Arduino. Ajout de trous supplémentaires pour l'aération, puis retouche de peinture.
Le blindage en pcb est percé également et sert de fixation pour le ventilateur.
Mise en place de la grille de protection du ventilateur.
Modification n°2: (Avril 2024)
Symptôme : Sur les bandes 10m et 12m il y a énormément de fréquences parasites entre 3Mhz et 21Mhz, ce qui donne un SWR élevé et rend les QSO difficiles.
Dans un premier temps j'ai cherché et analysé en détail les différents circuits de l'émetteur.
J'ai décelé un problème d'adaptation d'impédance entre la sortie du mélangeur VFO et l'entrée du premier étage préampli.
En sortie du mélangeur VFO, le transformateur d’impédance est à modifier, c’est 20 tours primaire et 3 tours pour le secondaire, ce qui nous donne un transformateur d’impédance de 1/44.
Le point de fonctionnement du premier étage a été modifié et recentré afin d’éviter la saturation du signal transmis. La résistance R3 de 100Ω a été remplacée par une 270Ω.
Mesures pour mettre en évidence les fréquences parasites sur le 10 et 12m. Émission sur charge fictive 50Ω en mode FT8. Mesure de la puissance et l'analyseur de spectre est branché sur une dizaine de spires autour de la charge fictive, de ce fait la mesure précise d’amplitude des signaux sur cette voie est impossible.
Bande 10m:
Puissance mesurée : 10W
Les fréquences parasites entre 2Mhz et 15Mhz sont plus importantes que le 28.074Mhz. Ce qui fausse complétement la mesure de puissance et rend l'accord sur antenne pratiquement impossible.
Bande 12m:
Puissance mesurée : 10W
Les fréquences parasites entre 3Mhz et 22Mhz sont plus importantes que le 24.915Mhz. Ce qui fausse complétement la mesure de puissance et rend l'accord sur antenne pratiquement impossible.
Il faut donc supprimer ces fréquences parasites, la solution retenue et de placer un filtre passe-haut entre la sortie du mélangeur VFO et le premier étage préampli driver.
Synoptique :
Il y aura donc un filtre passe-haut pour le 10m et un autre pour le 12m. Ces filtres seront connectés automatiquement par le choix de bandes de la face avant. Cette automatisation sera réalisée par la carte Arduino Mega 2560, une modification de son programme sera donc nécessaire.
Il n'y aura pas de filtre passe-haut pour les autres bandes, qui de toutes façon ne posent pas de problème.
Conception et étude du filtre passe-haut pour la bande 12m pente de 30db /Octave :
Logiciel utilisé : Elsie
Essai du filtre sur la bande 12m avec les 2 bobines à 7 tours sur T50-6 soit 200nH. Ce qui donne en théorie une F0 de 21.5Mhz. Pour ce premier essai le filtre est monté directement entre la sortie du mélangeur VFO et l'entrée du premier étage préampli driver, donc pour l'intant pas de pilotage du filtre par l'Arduino.
C’est parfait pour le 12m, pratiquement pas de fréquences parasites, à part au delà de 30Mhz mais ces fréquences seront supprimées par le filtre passe bas de l'ampli 100w. Par contre on sorte qu’un petit 2W, faudra voir si cela sera assez pour faire déclencher l’ampli 100w. La mesure avec l’analyseur de spectre, pour la voie en jaune c’est l’entrée du premier préampli 2n2222 après le filtre passe haut pour le 12m, la voie en bleue correspond à la sortie de l’ampli QRP2, mesuré sur une dizaine de spires autour de la charge fictive, de ce fait la mesure précise d’amplitude des signaux sur cette voie est impossible.
Mesure de puissance sur charge fictive 50 ohms sur la bande 12m en FT8.
On sorte un petit 2W.
Essai de puissance avec l'ampli 100W derrière l'émetteur QRP :
Avec une alimentation de 15.2v, toujours sur la bande des 12m, mise en place de l’ampli 100w en sortie du QRP2 afin de voir s’il déclenche avec seulement 2W en entrée. L’atténuateur de l’ampli est en position -0.5db et le filtre passe bas en position 12m.
L’ampli déclenche bien et on sort 16W. Cette puissance réagit correctement par rapport au niveau audio en entrée.
Sur l’analyseur de spectre la voie en bleue correspond à la sortie de l’ampli 100w mesurée au niveau de la charge fictive.
Deux fréquences parasites sont présentes vers 11Mhz et 14Mhz avec un niveau important.
Essai sur le 12m en FT8 avec alim de 15.2v. Mise en place d’un filtre passe haut 30db/octave avec F0 17.5Mhz, entre la sortie du QRP et l’entrée de l’ampli 100W.
Puissance mesurée en sortie de l’ampli 100w sur charge fictive.
Sur l’analyseur de spectre la voie en bleue correspond à la sortie de l’ampli 100w mesuré au niveau de la charge fictive.
Les fréquences parasites de 11Mhz et 14Mhz ont pratiquement disparues, par contre il ne reste qu’un petit 6W sur le 12m.
Conclusion :
Pour éliminer de façon convenable les fréquences parasites, il faut un filtre passe-haut 30db/octave entre la sortie du mélangeur VFO et le premier étage préampli driver. Si l'on place un ampli de puissance derrière l'émetteur QRP il faut ajouter le même type de filtre passe-haut entre la sortie du QRP et l'entrée de l'ampli de puissance. Cela nous fait perdre de la puissance mais on gagne en qualité d'émission.
Pour augmenter la puissance de l'ampli 100W sur le 12m et 10m, j'ai modifier la valeur du condensateur de compensation sur son transformateur de sortie. Je l'ai passé de 1330pF à 470pF. Ceci fait donc l'objet d'une modification et tous les détails et mesures sont dans le chapitre Ampli 100W.
Cette modification fait passer la puissance de 6W à 8W sur le 12m, donc une augmentation de 30%.
Conception et étude du filtre passe-haut pour la bande 10m :
Ce filtre passe haut a une F0 réelle de 22Mhz et une pente de 30db/octave. Inductance 6T sur T50-6.
De même que pour la bande des 12m, un filtre sera placé entre la sortie du mélangeur VFO et l'entrée du premier étage préampli driver, et un autre entre la sortie du QRP et l'entrée de l'ampli de puissance 100W.
Ce premier essai a pour but de vérifier l'efficacité de ces 2 filtre sur la bande 10m.
Essai avec uniquement l'émetteur QRP alimenté en 15.2v et sa sortie sur charge fictive. Les deux filtres sont en place.
La voie bleue c’est la sortie du premier étage préampli 2N2222, la voie jaune est prise directement sur la charge 50Ω.
Ce n'est pas mal du tout, la fréquence de 36Mhz sera éliminée par le filtre passe bas en sortie de l'ampli 100w. Au wattmètre on mesure 1.8W.
Fabrication du filtre passe-haut extérieur pour la bande 10m :
Le filtre est placé dans un petit boitier en PVC de 8cm sur 5.5cm hauteur 3.2cm.
L'entrée et la sortie se font sur prise SMA. La platine PCB a été gravée à la dremel et fixée par 2 vis dans le boitier.
Fabrication du filtre passe-haut extérieur pour la bande 12m :
Le filtre est placé dans un petit boitier en PVC de 8cm sur 5.5cm hauteur 3.2cm.
L'entrée et la sortie se font sur prise SMA. La platine PCB a été gravée à la dremel et fixée par 2 vis dans le boitier.
Fabrication de la platine filtres passe-haut de l'émetteur :
Le PCB simple face de 9cm sur 12cm est gravé à la Dremel.
Mise en place des composants.
Les relais sont en 12V, j'ai ajouté une diode de roue libre sur chacun afin de protéger les transistors qui les commandent. J'ai utilisé des BC337 mais des 2N2222 ou équivalent iront parfaitement.
Câblage de la carte et mise en place de connecteurs pour les commandes venant de l'Arduino Mega.
Mise en place de la platine filtre passe-haut dans l'émetteur et câblage.
Essai sur charge, sur la bande 12m avec le filtre passe-haut 12m entre la sortie du QRP et la charge.
C'est pratiquement parfait, et on sorte 2W.
Essai sur charge, sur la bande 10m avec le filtre passe-haut 10m entre la sortie du QRP et la charge.
C'est pratiquement parfait, et on sorte 1.6W.
Essai sur charge, sur la bande 12m avec le filtre passe-haut 12m entre la sortie du QRP et l'ampli 100W.
C'est parfait, mais seulement 5W.
Même essai, mais sur la bande 10m.
C'est parfait, mais seulement 2.25W.
Bon malgré la modification de l'ampli 100W, ses performances sur le 10m et 12m ne sont pas terrible.
Version 1.9 du programme pour L'Arduino Mega :
