'Tracking Generator' pour LF MF HF

J'avais besoin pour mon pont de mesure GR-1606B d'un ensemble générateur et détecteur portable de façon à pouvoir faire des mesures d'impédance au pied d'une antenne. Le générateur est simple à réaliser, un DDS60 fait très bien l'affaire <kit DDS60>  Le détecteur peut être un voltmètre sélectif, mais je n'en possède pas de portable pour les fréquences HF, par contre je possède un vieux transceiver IC-728 qui ne consomme pas exagérément en réception et qui a un S-mètre analogique en plus de la couverture générale 30 kHz - 30 MHz en réception
Il est apparu intéressant d'utiliser le bus CI-V de l'IC-728 pour piloter la fréquence du générateur DDS60. On fait ainsi l'économie d'un afficheur et d'un encodeur puisqu'on utilise ceux du transceiver. Un simple PIC 16F628 est capable de décoder les signaux CI-V à 9600 bauds et de faire le calcul du FTW 32 bits pour le chargement de la fréquence dans les registres du DDS.
L'alimentation du DDS60 et du PIC est faite à partir du connecteur ACC(1) du transceiver IC-728. Il est impératif de bien la filtrer pour éviter le signal du DDS de remonter vers le récepteur. Il est également IMPERATIF de ne jamais passer en émission. Il serait judicieux de modidier le transceiver en ce sens ... 


Schéma + code PIC sur demande

Mesure du Q de la self d'accord antenne

Pour la prochaine saison LF 2010-2011 j'ai amélioré la self d'accord en utilisant du fil de Litz pour la bobine mobile du variomètre. L'inductance maxi est passée à 6,0 mH ce qui devrait être suffisant pour accorder l'antenne à condition d'ajouter 20/25 m de chapeau capacitif. 
Fort bien, mais quel est le facteur de qualité de cette bobine ? ou exprimé différemment quelle est la valeur de la résistance de perte ?  
Pour le savoir, j'ai monté une petite manip dont le principe est simple: à la résonnance un circuit LC présente une impédance Rs + j0, il suffit de mesurer Rs avec un simple pont résistif.
La self est reliée au pont avec un condensateur mica de 220 pF connecté en série, la fréquence du générateur du pont est réglée au minimum d'amplitude lue sur l'oscilloscope. Après cela il suffit de tourner le potentiomètre du pont pour trouver un minimum encore plus profond. Il ne reste plus qu'à lire ou mesurer la valeur du potentiomètre .
La valeur mesurée de Rs est de 26 Ohms à 130 kHz, d'où on calcule Q = 188 (en application de la formule Q=Lw/R)

Un Q = 188 est relativement modeste. Le doubler équivaut à diviser par deux la résistance de perte. En fait il faut considérer la somme des pertes: sol + environnement + self 

Faisons un calcul rapide. Si on suppose des pertes sol + environnement = 50 ohms, on obtient pour 400 watts HF une PAR = 147 mW Avec une résistance de perte de 13 ohms la PAR passe à 178 mW soit un gain de 0,83 dB Il est clair qu'il faut faire porter l'effort sur la réduction des pertes sol + environnement. Refaisons le même calcul avec cette fois 25 ohms de perte. On obtient respectivement une PAR de 220 mW et 294 mW, soit un rapport de 1,26 dB. Le gain entre la valeur basse 147 mW et la valeur haute 294 mW est lui de 3 dB ...

Self d'accord LF à variomètre radiocommandé

La self d'accord (loading coil) est un élément essentiel dans l'accord d'une petite antenne d'émission LF. Le système d'accord doit être précis et facilement réglable du fait de la bande passante de l'ordre de 100 Hz. En pratique, la visualisation de l'accord est faite par un phasemètre situé près de l'émetteur (dans mon cas il est situé dans le coffret du filtre passe-bas) 
Un premier système utilisait un motoréducteur sous alimenté pour faire tourner la bobine mobile du variomètre. Le fonctionnement était acceptable lors des premiers essais, mais s'est avéré inutilisable en hiver à cause du froid qui figeait l'huile du motoréducteur. Donc pour la future saison LF, qui commence pour moi à la chute des feuilles des arbres qui entourent l'antenne, il fallait trouver une solution ...
J'ai commencé par mettre un gros moteur pas à pas - 200 pas / tour - directement sur l'axe de la bobine mobile. Bien sûr ça tourne mais le couple résistant du moteur est trop faible quand le courant dans le moteur est coupé après rotation. De plus le positionnement du moteur à l'extérieur de la self fixe oblige à laisser un espace dans les spires de la self fixe. Il devenait évident que le moteur devait entrainer la bobine mobile par une courroie.
J'avais récupéré un ensemble moteur pas à pas + courroie crantée provenant d'une imprimante hors d'usage, mais j'hésitais à l'utiliser car cela paraissait bien léger pour faire tourner une bobine relativement lourde. Après essai, il s'avère que le fonctionnement est bien supérieur à celui du gros moteur grâce à la démultiplication de l'ensemble. Le nombre de pas pour une rotation passe de 50 à 80, soit 1,1 ° par pas moteur.
Il ne reste plus qu'à finaliser la télécommande ...

Boucle de 20 cm pour la réception de SAQ 17,2 kHz

Cette petite boucle de 20 cm de diamètre est réalisée avec un morceau de cable coaxial 11 mm rebouclé sur lui même par deux prises PL259 et un adaptateur femelle-femelle en T (le T sert uniquement  à fixer la boucle sur une embase SO-239)
Le couplage de l'antenne au préampli faible bruit est effectué par un transformateur de courant analogue à celui décrit précédemment. Bien noter que le transformateur n'est pas relié à la masse. Le préampli utilise un LT1028 faible bruit:  Preampli_cadre_monospire_VLF.pdf

Réception SAQ du 3 juillet 2011 :  

 

    

Réception RSDN20 du 5 Octobre 2011 :  

 

    

Réception par RN3AGC

Ma première transmission DX à 2458 km (KO86NP)
Mon petit signal, la lettre K en QRSS120 apparait dans la fenêtre du bas sur la fréquence de 136178.5


La puissance apparente rayonnée est théoriquement de 50 mW pour une puissance en sortie d'émetteur de 400 watts.


Noter que les pertes d'environnement qui limitent le courant d'antenne ont été mesurées par un pont GR 1606B et par conséquent la PAR théorique devrait être proche de la valeur réelle.

Réception par DK7FC en JN49IK

Réception à Heidelberg chez DK7FC en JN49IK soit 451 km

Réception par DF6NM

Réception de ma balise QRSS120 chez DF6NM en JN59NK soit une distance de 625 km
La transmission de la lettre K prend 6 minutes

Cette fois-ci, l'indicatif complet est transmis en DFCW-60
(durée = 20 mn)

Expérimentations 137 kHz autour d'une antenne verticale (2)

Finalement, j'ai trouvé une solution relativement élégante pour passer de 5 mH à 9 mH la loading coil que j'avais utilisée au radioclub F6KBM.

Cette valeur de 9 mH peut sembler élevée, mais c'est dû à la faible capacité équivalente de l'antenne MFJ-1793. Le top loading est indispensable pour augmenter cette capacité, mais rien n'interdit d'essayer sans  (en fait elle existe sur la MFJ-1793, pour la bande 80 mètres)

Au premier essai WSPR sur 137500, avec 60 watts RF,  j'ai été "spotté" par F5VLF et M0BMU. Résultat encourageant ...

Le bouton au bas de la self sélectionne une prise parmi sept sur le transformateur d'adaptation de l'impédance de l'antenne à la ligne de transmission. Les valeurs possibles vont de 42 ohms à 100 ohms.

J'ai mesuré le terme résistif de l'impédance à la résonnance de l'antenne, le commutateur étant sur la position 100 ohms

Rmesure = 86 ohms

La valeur réelle est bien supérieure puisqu'il faut tenir compte du rapport de transformation.

Rantenne = 86 X 100 / 50 = 172 ohms

Cette valeur de 172 ohms est la somme de toutes les pertes (sol, environnement, loading coil) et de la résistance de rayonnement de l'antenne. Il va falloir améliorer tout ça et passer sous la barre des 100 ohms (ou refaire le transfo !)

DK7FC's 7th VLF kite experiment

Pour l'occasion très attendue, je suis allé planter mon cadre VLF près d'un champ de betteraves à Soignolles (77) en JN18IP


On peut dire que le signal de DK7FC était costaud: 25 dB par rapport au bruit dans une bande passante de 4,29 mHz, chapeau Stefan !


Le préampli était relié au PC par 40 mètres de cable coaxial 50 ohms au travers d'un transformateur d'isolement 1:1 mis à la terre côté PC, dans le but de ne pas transporter de bruit en mode commun.


Le gros problème dans ce genre de manip est très certainement l'automie du PC.
L'idéal serait de pouvoir alimenter le PC avec une batterie 12 volts. Ce n'était pas possible dans mon cas, et la seule possibilité passait pas l'utilisation d'un convertisseur 12 volts continus vers 220 volts alternatifs, avec toutes les mesures nécessaires pour éliminer le bruit de commutation du convertisseur statique.


En résumé il faut:
- enfermer le système d'alimentation dans le coffre de la voiture
- enfermer le PC dans la voiture également
- couper le cable de liaison PC - Préampli antenne par un transformateur 1:1 chargé sous l'impédance caractéristique du cable coaxial
- relier un côté du transfo à la terre
- positionner l'ensemble pour être orthogonal au plan du cadre.

Expérimentations 137 kHz autour d'une antenne verticale

L'automne qui commence est propice à des essais d'émission 137 kHz. Les arbres ne vont pas tarder à perdre leur feuilles et surtout l'élagage des arbustes divers va contribuer à isoler l'antenne verticale  et de ce fait améliorer le rendement.


L'antenne est une verticale 40/80 mètres MFJ-1793 de 10 mètres qui se prête à des tas d'expérimentations. Il est possible de l'utiliser en émission sur 137 kHz simplement en ajoutant une self d'accord à la base et un système d'adaptation d'impédance.


Je me propose de décrire les différentes étapes qui vont conduire à faire fonctionner cette petite verticale sur 137 kHz, avec une approche mesures de façon à pouvoir quantifier le fonctionnement.


Dans un premier temps, je vais déterminer la capacité équivalente de cette antenne et les pertes d'environnement. Le pont nécessaire à ces mesures est facile à construire, voir l'article d'Alan Melia G3NYK:

http://www.alan.melia.btinternet.co.uk/aelossbr.htm

DK7FC essai d'une 'earth electrode antenna' de 600 mètres

Réception de Stefan DK7FC sur 137715 Hz le vendredi 24 septembre.

Stefan utilisait une antenne constituée de deux réseaux d'électrodes placées en terre et reliées par 600 mètres de fil à une hauteur moyenne de 4 mètres.


Voici comment Stefan décrit son antenne:

It is a wire, 4 m above ground. It is grounded at the far end, using 20 * 0,4 m loong copper rods, about 1m spaced. The same ground electrode array is near the other end of the antenna. The RF is applied at this point, so between one earth electrode and the wire. RF power was about 100 W in this test. 

The antenna was not resonated or matched to 50 Ohm but the PA remained absolutely cold, so all the power (measured on the DC side ( P= 12,5 V * 8,5 A)) must have been applied to the antenna. I will take an Oscilloscope to the antenna soon and will measure the U/I ratio and the phase. Then i can add some C and a suitable step up transformer. If Z=R=50 Ohm i can apply my class E PA as well...

Récepteur: SDR LF-100 

Ant: cadre monospire CU 2x2 m + préampli différentiel à MOS

Antenne loop VLF

L'antenne cadre est simplement une boucle fermée de 90 cm de diamètre ou plus, constituée d'un cable coaxial semi rigide H100 pratique pour le transport ou d'un tube cuivre de gros diamètre.

Le couplage avec le préampli d'impédance d'entrée de 300 ohms est effectué par un transformateur de courant. Le nombre de spires du secondaire du transformateur dépend de la plage de fréquence à recevoir.
On peut utiliser un tore ferrite d'alimentation à découpage pour les VLF. Pour la réception VLF le secondaire comporte 70 spires. 

Préampli distant pour la réception de DK7FC sur 8970 Hertz




Le préampli comporte un premier étage avec un transistor bipolaire faible bruit suivi d'un filtre passe-bas d'ordre 7 coupant à 11 kHz (Zin = Zout = 1500 Ohms)

Un ampli op OP27  amène le signal à un niveau max de 100 mV nécessité par le module TX_FM  Aurel utilisé pour la transmission radio UHF

Le filtre passe-bas est obligatoire pour ne pas saturer le préampli sur les signaux VLF puissants (HWU, FTA ..)