De la difficulté de réaliser des ensembles numériques Om’s.

Je ne m’avancerais pas beaucoup en disant que la décennie à venir va voir le sacre du numérique. Celui-ci est déjà à notre porte, et il va envahir encore plus notre vie. Est ce un bien, un mal ? Les années 2000 nous le diront.

Pour le moment, nos appareils n’ont fait qu’une timide incursion vers le DSP (Traitement numérique du signal), mais il y a fort à parier que cela va rapidement changer. La voie ouverte par la Téléphonie mobile, va permettre à nos constructeurs de profiter des avancées technologiques offertes par ce média.

Pour le moment, seuls quelques Om’s ont travaillé cette technique, mais espérons qu’il y en aura de plus en plus qui nous ferons profiter de leur expérience en ce domaine. Je ne citerais pas tous ceux qui ont été en quelque sorte des pionniers en la matière, je vous renvoie à la lecture des diverses revues consacrées au Radio amateurisme (REF, QST, QEX….) et aux divers sites Internet consacrés au DSP.

La dernière publication est celle de W7PUA "The DSP10---An

All-Mode 2-Meter Transceiver Using DSP I-F and PC Front Panel,"

QST Sept, Oct and Nov 1999.

Cet article est intéressant, c’est une tentative pour associer une carte DSP, et une électronique spécialement prévue pour le numérique. Cet article suscite divers commentaires, que je vais essayer d’expliciter afin que les Om’s (futurs utilisateurs ou futurs concepteurs) aient conscience de la difficulté de réalisation de ces ensembles.

Que peut apporter un ensemble numérique ?

On peut considérer qu’un ensemble numérique est composé de 2 parties distinctes : la partie électronique, et le soft.

- La partie électronique comprend une électronique numérique (Cartes DSP, Ordinateur,..), et une électronique analogique servant d’interface entre l’antenne et la partie numérique.

- Le software peut être divisé en 2 parties : une partie que nous ne maîtrisons pas, qui est le soft utilisé par les ordinateurs (Dos, W98, Linux,..), et une partie que nous maîtrisons, qui est le soft de gestion de l’ensemble numérique.

Nous n’avons accès qu’à 2 choses, qui sont : l’électronique analogique, et le soft de gestion. Les cartes DSP, et la conception de l’ordinateur, sont ce qu’elles sont, on doit en tenir compte lors de l’étude de l’ensemble. Il est évident qu’un Om qui calcule un ensemble pour un Ordinateur équipé d’un Pentium III cadencé à 500 Mhz, et tournant sous Windows 98, n’aura pas les mêmes performances que l’Om équipé d’un vieux 386 tournant sous Dos !

Ce qui ne veut pas dire que l’on ne peut pas réaliser un ensemble s’adaptant à la plupart des Ordinateurs. La question étant de savoir si celui qui mène l’étude, la fait pour optimiser sa propre station, ou s’il la mène pour le plus grand nombre. Nous verrons par la suite qu’il y a un certain nombres de contraintes qui vont se poser avant même d’écrire une ligne de programme.

Sur le plan électronique, un ensemble numérique n’apporte rien de nouveau. Ce n’est qu’une adaptation simple entre les signaux issus (ou émis) de l’antenne, et les mêmes signaux numérisés qui seront traités par le soft. On va devoir s’accommoder de la conception un peu spéciale du traitement des signaux numériques, et il va se poser les mêmes questions fondamentales concernant le bruit, les produits de mélange,… que celles qui se posent lors de la conception d’un ensemble analogique classique.

Sur le plan du soft, le Traitement numérique du signal va nous permettre de nombreuses avancées dans les domaines suivants :

- Filtrage numérique, nettement plus performant que le filtrage à quartz utilisé dans les transceivers actuels.

- Utilisation de techniques permettant l’élimination ou la réduction drastique des bruits de fond, et des interférences.

- Utilisation de procédés mathématiques complexes, comme les Transformées de Fourier, permettant d’extraire du bruit des signaux faibles, qui normalement ne seraient même pas soupçonnés par un récepteur analogique.

- Visualisation du Spectre des signaux reçus, que cela soit par l’utilisation de Spectrogrammes BF, ou d’écrans Waterfall.

- Traitement des modulations numériques comme le BPSK, le QPSK, le QAM,…

- Réalisation d’oscillateurs contrôlés numériquement (NCO), qui représentent un net progrès par rapport à leur collègues analogiques.

- Utilisation de techniques permettant la compression de modulation.

- Etc,…

De plus le soft est aisément reproductible, ne vieillit pas, se modifie, ou se remplace facilement. L’ensemble que vous allez réaliser aujourd’hui, qui sera la version 1.0, pourra être électroniquement identique à celui que vous utiliserez dans 5 ans, qui aura pourtant le soft 5.0. La différence sera un soft complètement modifié, refondu de nombreuses fois, sans que l’électronique ait variée d’un Iota ! Que seront dans 5 ans nos connaissances en Traitement numérique du signal ? Aujourd’hui cela paraît une montagne pour la plupart d’entres nous, comme paraissait une montagne la programmation Basic pour tous ceux qui ont acquis des ordinateurs avant les Années 80 !

Que seront devenus nos ordinateurs actuels dans 5 ans ? Seront-ils considérés comme des dinosaures, comme sont considérés actuellement les vieux AT286. Et que dire des Oric’s, Commodores, Atari’s, et Z80 des années 80 !

Il y a quand même une question à se poser. Ce fameux soft, comment l’écrire ?

J’ai parlé d’une électronique numérique équipée de Cartes DSP, et d’un Ordinateur. Comment écrit’on des softs pour ces matériels ?

Pour les Cartes DSP, il existe tout un ensemble de logiciels (Assembleurs, Simulateurs, Compilateurs C), capables de nous permettre d’écrire un programme structuré et performant. La difficulté étant de comprendre les algorithmes de Traitement des signaux numériques, et de transformer ces algorithmes en programmes susceptibles d’être digérés par le Processeur DSP équipant la Carte. Sur le Plan pratique, il n’est pas plus difficile d’écrire, et de déboguer, un programme conçu pour un Processeur comme l’ADSP2181, ou conçu pour un microprocesseur PIC. La difficulté consiste à écrire un programme correct. La seule manière de contourner cette difficulté est de lire ce que les pionniers cités en début d’article ont programmés. Il existe des sites Internet où l’on peut trouver quantité de soft disponible pour tous les Processeurs existant à l’heure actuelle. Il faut lire ces softs, les disséquer, essayer de les tester sur une Carte DSP. Et on va progresser autant dans l’écriture que dans la compréhension de cette forme de programmation.

Pour le PC, il ne manque pas de programmes permettant d’écrire des programmes de gestion, soit de cartes DSP extérieures, soit de cartes son internes (La carte son d’un ordinateur permettant de se passer, dans certaines conditions, d’une carte DSP externe). Je mets en garde contre l’utilisation du Basic interprété, qui n’est quand même pas assez rapide pour ce genre de traitement. Il reste quand même le choix entre le Pascal et le C. La préférence allant au langage C, car l’utilisation de l’assembleur direct sur les PC n’est pas chose facile. Il faut connaître parfaitement les Instructions des processeurs utilisés, ce qui demande d’avoir les notices techniques de ces processeurs. Internet vous permettra de les avoir sous forme de fichier « .pdf », si vous voulez vous lancer dans ce genre de programmation qui n’est ni simple, ni facile.

Essayons de déterminer ce que peut être un ensemble numérique.

La composition d’un ensemble numérique se compose d’un élément de base incontournable qui est le micro-ordinateur. Compte tenu de la composition actuelle du Parc, on va dire que c’est un PC assez rapide tournant sous un système d’exploitation Windows, mais pouvant accepter des fenêtres Dos.

Il est possible de s’en passer et de tout monter dans un coffret, mais il va falloir des microprocesseurs, pour gérer les diverses commandes et l’interface avec la carte DSP. Comme nous voulons Spectrogrammes et Waterfall, il faudra monter des écrans LCD 4 pouces couleur, et faire l’interface correct ! C’est possible, mais pour le moment le micro-ordinateur est préférable.

Ensuite le deuxième élément à déterminer c’est l’utilisation ou non de Carte DSP externe. On peut choisir entre 3 formules :

- Carte DSP externe (Analog Devices, Motorola, Texas,…) Cela permet de relier cette carte, soit à un ensemble existant, en l’utilisant en tant que Processeur Audio (cf. QEX. A DSP-Based Audio Signal Processor KC7WW 9-1996), ou bien en tant que FI d’un transceiver dédié, comme vient de le faire W7PUA.

- Carte son interne. Il faut utiliser une très bonne carte son (Créative Labs AWE64, ..) Cette carte peut être utilisée comme processeur audio, comme FI additionnelle, ou comme récepteur binaural (Sm5bsz,…).

- Carte extérieure, utilisant des composants modernes, et transportant le traitement numérique au plus prés de l’antenne. Si les 2 premières cartes existent dans le commerce, celle ci reste à créer, et il n’est pas si facile que cela d’utiliser des composants qui sont largement utilisés en téléphonie portable.

La formule de Traitement DSP est directement dérivée du choix que l’on vient de faire, et nous conduira soit à travailler directement sur le Processeur DSP, soit à travailler directement avec l’ordinateur. Cela dépend des performances envisagées, et de la possibilité que l’Om aura à digérer la programmation de son ensemble.

Une fois ce choix réalisé on rentre dans la conception de l’ensemble électronique d’adaptation, on va voir ce qu’il est possible de réaliser.

1- Processeur Audio à partir d’une carte DSP.

C’est le cas le plus simple et qui permet de se lancer tout de suite dans des essais. La carte DSP est reliée à la sortie BF d’un récepteur existant, et le programme de gestion audio est chargé dans la mémoire du DSP, à supposer qu’il existe comme c’est le cas avec les programmes de KC7WW ou de W7PUA.

Le PC est relié à la carte par une liaison RS232, et si un programme de gestion pour PC existe il suffit de le lancer. Ensuite la carte DSP va se charger de la gestion de la réception CW ou SSB. Il faut seulement faire attention à ne pas surcharger l’entrée de la carte par la sortie du récepteur. Certains programmes ont des bargraphes pour régler le niveau. La bande passante du récepteur sera réglée plus large que celle du DSP pour ne pas perturber son fonctionnement.

Un certain nombre d’essais vont permettre de se faire une idée de ce que valent de tels processeurs audio, qui bien que limités donnent d’excellents résultats.

Noter que seule la réception est possible (pour le moment), et que les résultats obtenus par de tels programmes sont quand même bons, et doivent inciter à aller un peu plus loin. Dans ce genre d’essais, il n’y a que pas ou peu d’action de CAG, et on devra faire attention aux surcharges. La présence d’un scope en sortie BF de la Carte permet de ne jamais saturer l’entrée si les bargraphes sont absents.

On remarquera aussi qu’à ce moment là des essais, rien n’a été construit par l’Om. Cela va vite changer.

2- Processeur audio à partir d’un carte électronique extérieure.

La Carte DSP est toujours considérée comme un processeur audio, mais elle va être reliée à une carte qui va faire la liaison avec l’antenne. Le système le plus simple est l’adaptation d’un système R2 de KK7B. (High-Performance, Single-Signal Direct-Conversion Receivers QST 1-1993) A l’origine, ce système était utilisé (comme Rx ou Tx) à partir d’une conception de type « phasing ». L’astuce consiste à conserver l’entrée de la carte (mélangeurs et amplis BF faible bruit), à déconnecter tout le système de déphasage BF qui sera remplacé par la carte DSP dont les entrées stéréo vont être raccordées aux sortie des amplis BF à faible bruit. On va considérer qu’à la sortie de ces amplis, il existe une bande de base BF (0-20 kHz), que le processeur audio va pouvoir traiter de la même manière que précédemment. Cette façon de faire est possible à condition que le programme de gestion du DSP ait une commande permettant de décaler la fréquence d’entrée (Une sorte de BFO fonctionnant en BF).

On peut utiliser de cette manière les softs précédents, mais surtout cela va permettre de concevoir ses propres softs. On peut utiliser ce que les Om’s ont déjà fait (la plupart du temps ils donnent les sources), pour les améliorer, les modifier, ou les simplifier. Ne pas oublier si vous distribuez vos œuvres, de mentionner (par correction) leur provenance, et les modifications que vous avez apportées. Le système R2 est très intéressant, conçu pour la HF on peut le faire fonctionner en VHF avec les convertisseurs ad hoc.

3- Processeur FI avec carte électronique extérieure .

La carte électronique peut être toujours issue d’un système R2 précédé ou non par un convertisseur VHF, mais ici le DSP va traiter une FI, dont la fréquence peut varier (par un oscillateur numérique) entre disons 10 et 20 kHz.

(la fréquence maximale est celle que la carte supporte, la plupart du temps c’est 22 kHz). C’est ici que les choses vont se compliquer. Le soft de W7PUA est conçu pour la carte qu’il a étudiée, il n’a aucune chance de fonctionner avec le montage que je viens de décrire. On va donc devoir impérativement faire du soft. Pourquoi ne pas adapter celui de W7PUA ? Si on a mené sa barque en suivant les étapes décrites précédemment, on doit pouvoir y arriver.

Faut quand même se gratter la tête, et regarder ce qui se passe côté hardware.

La DSP a la fâcheuse habitude de générer des alias (copies du spectre BF) qui sont fonction de la fréquence d’échantillonnage (ici 48khz max.). Pour supprimer ces alias on fait précéder le DSP par un filtre qui les élimine, et qui détermine la bande passante totale du récepteur. Ici, il n’y a rien de tout cela, et la bande passante est seulement déterminée par les filtres qui précédent les mélangeurs (s’il y en a). Si cela a une importance relative en HF, avec un convertisseur VHF ce sera un peu différent, c’est pour cela que W7PUA a monté un filtre à quartz sur 20 Mhz en première FI. L’électronique a tendance à se compliquer, et à ressembler à un système à double conversion classique, la FI à 15 kHz venant en 3ème position.

Autre chose qui va vite poser problème : l’oscillateur local.

Si en HF on utilise un oscillateur normal, pour attaquer après déphasage les 2 mélangeurs (On peut en construire de stables, pourquoi ne pas utiliser un DDS ?), en VHF c’est une toute autre histoire. On peut résoudre cela de 3 manières :

- Un synthétiseur pour fournir une première FI (Ex : 133,3—135,3 Mhz pour une FI à 10.7Mhz). Ce synthétiseur ayant des pas de 5 kHz, l’interpolation sera réalisée par le NCO du DSP qui couvre la bande 10-20 kHz (centrage à 15Khz).

- Un synthétiseur du même type que le premier, mais dont la fréquence de référence est pilotée par un DDS variable. (Elimination des pas de 5 kHz difficiles à traiter en continu par le soft).

- Un système à mélange comportant soit un oscillateur à quartz (130 Mhz) mélangé à une sortie de DDS (3.3—5.3 Mhz), soit un VCO synthétisé pour remplacer l’oscillateur à Quartz.

Les inconvénients de ces systèmes sont multiples : Le premier synthétiseur génère dans sa bande passante des raies à 5 kHz (issues de la fréquence de référence). Ces raies vont passer dans la suite de l’électronique et se retrouver à l’entrée du DSP. Comme l’harmonique 3 de 5 kHz est 15 kHz, il va être détecté par le DSP qui va fournir un oiseau tous les 5 kHz ! Bon, cet oiseau n’est pas très élevé, W7PUA qui est l’initiateur de ce système le signale à –140 dbm. C’est très peu, mais comme avec une FFT on arrive à décoder des signaux CW de

–170 dbm, la raie est plus qu’audible et gênante, et impossible à éliminer. Il y a un moment où les filtres de boucle des PLL, si bien conçus soient-ils, ne réagissent plus. Diminuer la référence augmente le nombre d’oiseaux, l’augmenter les diminue, mais impossible de dépasser 10 kHz sans sortir de la variation de gamme de la 3ème FI.

L’emploi de DDS nécessite un oscillateur pour leur fonctionnement. Cet oscillateur, surtout s’il est TTL, va fournir des harmoniques et du bruit. A partir du moment où le système est créé pour traiter des signaux aussi faibles que –170 dbm, il est sensible à tous les bruits, qu’il faut éliminer autant que faire ce peut.

L’emploi d’un DDS en référence d’un PLL nécessite un filtrage sévère du signal sortant du DDS (La conversion numérique-analogique n’étant exempte ni de bruits, ni d’alias) On utilise souvent pour ce faire des filtres monolithiques 10.7 Mhz, placés à l’entrée référence du PLL.

Le système à mélange est générateur de produits de mélange, qui vont venir perturber notre réalisation, les fréquences devront être rigoureusement étudiées pour n’en produire aucune susceptible de venir tomber dans la bande reçue.

On voit que tout est le résultat de compromis, entre le rapport signal/bruit total du récepteur, les produits de mélange, les raies parasites,…, et que commence à se justifier le titre de l’article.

4- Traitement au moyen de la Carte son de l’ordinateur.

Une bonne carte son possède des caractéristiques voisines de celles d’une carte DSP, en ce qui concerne les Convertisseurs Analogiques-Numériques qui l’équipe. On peut donc l’utiliser, soit en processeur audio, soit en FI derrière un ensemble électronique tel que celui décrit au paragraphe précédent. On peut également l’utiliser derrière un Rx classique en tant que processeur audio. Il existe quelques programmes professionnels comme « Chroma sound » qui sont utilisables pour cela. Citons aussi la réception binaurale des faibles signaux réalisée par SM5BSZ. La carte son est précédé par 2 récepteurs VHF identiques, dont la sortie s’effectue au niveau de la bande de base, en mixant le 10.7 Mhz des Rx avec un BFO 10.7 légèrement décalé. L’oscillateur local et le BFO étant commun aux 2 Rx, qui sont identiques. L’ensemble est relié à une antenne 144 Mhz à éléments croisés, chaque Rx étant relié à un plan, on a donc 2 signaux de sortie déphasés de 90°. Chacun de ces signaux est transmis à une des 2 entrées stéréo de la carte. L’écoute de la CW se fait en stéréo sur les haut-parleurs, par régénération des signaux au moyen de la table d’ondes de la Carte son. Ce système améliore nettement le confort d’écoute, et diminue le rapport signal/bruit du Rx. (Cf. A Binaural I-Q receiver KK7B QST 3-1999).

Le problème est uniquement celui du soft. Il est impératif d’avoir les caractéristiques de la carte son, de connaître son adresse, ses interruptions. En principe il n’y a aucune difficulté avec des concepteurs comme Créative Labs pour les obtenir. Se méfier comme de la peste des cartes sons exotiques, dont on ne connaît pas la provenance, et qui se révèlent assez désastreuses à l’écoute de la musique (midi ou wav). Si vous utilisez une AWE64, que ce soit la normale, la « Gold », ou la « Live », vous n’aurez aucun problème. J’ai un petit faible pour la « Live value », qui en plus d’être excellente pour nos applications, a des qualités musicales assez sensationnelles, et un prix très abordable.

Pour le soft, il existe des bouquins où l’on traite des algorithmes vus au niveau du PC. On peut ainsi consulter quantité de programmes en langage C, concernant le filtrage, les FFT,… On peut aussi avoir les sources du programme de SM5BSZ (http://ham.te.hik.se/homepage/sm5bsz). Le problème majeur, que l’on va rencontrer dans la programmation au niveau de la carte son, est l’utilisation des Instructions MMX (Multimédia extensions). Elles vont nous rendre la vie plus facile au niveau de la programmation, et du temps de traitement. Mais où trouver ces instructions et comment les utiliser ? Les MMX ont été implantées dans les Pentium, il y a quelques années par Intel. Et les autres constructeurs comme AMD les ont adoptées. Il faut donc connaître le Processeur utilisé dans l’ordinateur (C’est assez facile, il y a qu’à demander à Windows), aller sur le site Internet du constructeur concerné, et télécharger la notice technique convenable. C’est généralement un assez gros fichier qui demande un peu de temps, mais on a tout ce qu’il faut.

Le problème étant ensuite de gérer correctement ces instructions dans le programme. Tant que l’on est sur le site, en profiter pour regarder si le Constructeur fournit des exemples de soft (on trouve chez Intel, un exemple de FFT utilisant les instructions MMX).

Ensuite, il faut un compilateur (ou un Assembleur) qui les supporte. Je peux vous dire que « Watcom 32 » peut les gérer. Qu’en est-il chez Microsoft ? Il faudrait poser la question à la Société. La lecture des sources de SM5BSZ permet de comprendre la programmation à l’aide de ces instructions, ce n’est pas une lecture facile « Leif » est un programmeur de haut niveau, ses sources sont assez bien commentées, et on peut se faire une idée précise de la programmation sous MMX.

5- Traitement à l’aide d’une carte extérieure .

La conception d’une carte extérieure de traitement est possible, il existe à l’heure actuelle suffisamment de processeurs spécialisés, capables de traiter le signal en le numérisant au plus prés de l’antenne. C’est un développement de la téléphonie mobile. C’est avec ce type de matériel que les concepteurs de la prochaine décennie, vont nous concocter nos prochains équipements radio.

Pour l’instant au niveau du radio-amateurisme, cela reste du domaine de l’expérimentation. Quelques Om’s, comme KC1HR, ont testés ces processeurs. Et il faut quand même dire que le prochain Phase III D en emportera quelques exemplaires dans l’espace.

Citons le Processeur de chez Harris, le HSP56016 pour la réception, que j’ai testé et qui a fait l’objet d’articles dans les colonnes de cette revue. Ce processeur est limité au traitement de signaux ne dépassant pas 35 Mhz, ce qui est largement suffisant en HF, ou en FI derrière des convertisseurs VHF.

Citons également toujours chez Harris, l’ensemble HSP56210 et HSP56214, spécialisés dans la réception de la PSK entre 0 et 26 Mhz et capables de traiter des gammes dynamiques supérieures à 100 dB.

Il existe aussi des Processeurs DSP comme le Texas TMS320C6x capable de traiter 1600 MIPS (Million d’instructions par seconde) et qui peut travailler jusqu’à 200 Mhz.

Il devient donc possible de concevoir des cartes pouvant traiter le 144 Mhz (et demain le 435, il existe déjà des convertisseurs A/N de caractéristiques convenables) au plus prés de l’antenne, sans que la partie analogique de la carte dépasse le niveau d’un amplificateur (que ce soit à l’émission comme à la réception). Le soft se résumant à gérer un certain nombre de broches sur un processeur, il n’est même plus nécessaire d’avoir un PC pour cela ; un microprocesseur classique correctement programmé est capable de le faire aussi bien.

Bien sur, en fin de 1999, le prix de ces composants est encore assez élevé, mais on peut raisonnablement espérer les voir baisser d’une manière assez importante, pour que nous puissions les utiliser d’une manière courante.

Ensemble de test simple pour cartes DSP’s .

On trouvera en annexe les schémas d’un ensemble simple permettant de tester des programmes écrits pour les DSP. Cet ensemble fonctionne en HF, mais on peut le faire précéder par un convertisseur pour lui permettre de traiter les VHF.

Il s’adapte à n’importe quelle carte du commerce, que les entrées soient Stéréo ou Monaurales.

La figure 1 représente la tête HF issue de la carte R2 de KK7B modifiée. Le signal HF est injecté dans un splitter dont le rôle est d’attaquer symétriquement les 2 mélangeurs. On peut utiliser un circuit PSC2-1 de chez Mini-Circuits, ou un TK2518 de chez Toko, ou bien en réaliser un sur une perle de ferrite #43 en bobinant 2 tours en bifilaires pour réaliser le secondaire, et 4 tours pour le primaire (prise à 3 tours à partir de la masse). Un splitter de réalisation maison fonctionne bien jusqu’à 20 Mhz, au dessus il vaut mieux prendre une réalisation commerciale. J’ai utilisé des mélangeurs RMS1, c’est la version CMS des SBL1. L’oscillation locale issue de la Carte 2, amène 2 signaux déphasés de 90°. La sortie des mélangeurs attaque des diplexeurs, de manière à pouvoir utiliser cette carte en HF avec de forts signaux, diplexeurs suivis d’un filtre de bande LC dont la fréquence de coupure se situe autour de 3000 Hz. Le préamplificateur à faible bruit du R2 a été conservé. Des Amplificateurs TL 082 ont été montés sur chaque canal afin d’atteindre un niveau suffisant, pour attaquer n’importe quelle carte d’évaluation DSP.

La figure 2 représente un oscillateur local pour fonctionnement en HF. Ici on utilise un DDS AD9832 produit par Analog-Devices. Ce système fait partie d’un ensemble de chips dérivés de l’AD9850. L’AD9832 accepte des horloges de 25 Mhz, il peut donc délivrer des fréquences entre 0.0058 Hz et 12.5 Mhz par pas minimum de 0.0058 Hz ! (5.8 milliherz). Le chip délivre du bruit et des harmoniques issus du Convertisseur N/A 10 bits intégré, on doit donc filtrer au moyen d’un filtre à structure de Butterworth coupant à 12 Mhz. Un ampli Minicircuits MSA 0404 permet d’obtenir une sortie suffisante pour attaquer correctement les mélangeurs après déphasage. La programmation s’effectue par un PIC 16C84. Remercions ici Victor F1BIU qui a travaillé avec bonheur à écrire une partie de cette programmation, la lecture de la fréquence se fait par un écran LCD classique à une ligne de 16 caractères. La fréquence de travail peut être mémorisée dans l’Eeprom du PIC, la vitesse de recherche des BP (f+ et f-) peut être modifiée par appui sur le BP ‘Pas’. On peut remplacer les BP de modification de la fréquence, par un ensemble utilisant un encodeur rotatif, mais outre que le prix de ces engins est prohibitif, ils n’apportent rien de particulièrement excitant par rapport aux boutons poussoirs.

La réalisation de l’ensemble a été effectuée sur un circuit imprimé époxy en utilisant des composants miniatures de surface. Une réalisation en composants classiques est possible sur des cartes d’étude disponibles chez Radiospares.

Je peux fournir un mylar aux Om’s qui désireraient câbler l’ensemble en CMS, ainsi que le fichier binaire pour programmer le PIC.

La figure 3 représente ce que l’on peut utiliser comme déphaseurs pour l’oscillation locale. Le circuit simple représenté en ‘A’ a été utilisé par DL7IY dans un article paru dans Funkamateur 8/96 « Breitband-Phasenshifter BPS1 fur den DDS1 » L’auteur donne des oscillogrammes des signaux déphasés, mais aucun renseignement sur l’écart de phase entre les signaux. On peut penser que le système est à large bande, mais que la précision de l’écart de phase n’est pas très élevée, néanmoins cela doit suffire pour des essais rapides.

Le circuit représenté en ‘B’ est beaucoup plus précis, mais il a l’inconvénient d’être à bande relativement étroite (20% de Fc). Les valeurs données dans l’exemple ont été calculées pour la bande 7 Mhz, le transfo est réalisé en bifilaire, en torsadant 2 fils ensemble très serrés (12 tours bifilaires sur un tore CF-101 Q2 ou équivalent). On peut obtenir des écarts de phase de l’ordre du degré avec ce montage, l’écart d’amplitude des signaux étant de ± 1dB. On peut trouver un exemple de calcul dans l’article « Twisted-wire Quadrature Hybrid Directional Couplers W2CQH QST 01-1979 ».

Le circuit de la figure ‘C’ est du à KC1HR « A different Weave of SSB Receiver QEX 09-93 » Ce genre de circuit permet d’obtenir des signaux de même amplitude, déphasés parfaitement sur une bande importante, mais cela se paye par une division de la fréquence. Ici la division est de 3. Avec un VFO couvrant de 10.5 à 12 Mhz on couvre seulement la bande 3.5 – 4 Mhz ! C’est le prix à payer, KC1HR a étudié un circuit diviseur par 3, car la plupart des schémas courants utilisent une division par 4.

Il y a une autre solution qui consiste à faire attaquer chaque mélangeur par un VFO différent, l’un de ces VFO étant déphasé par programmation de 90° par rapport à l’autre. L’AD9832 ( le 9850 aussi) supporte cette solution, on peut programmer la phase relative du signal issu du DDS, c’est pourquoi le schéma comporte un BP réglant la phase. Dans cette configuration, on doit synchroniser exactement les 2 DDS, en utilisant la même horloge pour les deux PIC’s. Cette horloge pouvant même être externe et dérivée de l’horloge principale du DDS par division (25 Mhz / 8 par exemple). On remarquera dans l’exemple issu de KC1HR que les mélangeurs sont attaqués par des signaux logiques, les SBL1 (ou leur version CMS) fonctionnent parfaitement dans ce cas de figure. Mais il y a la possibilité de remplacer ce genre de mélangeurs par des mélangeurs digitaux comme le fait DL7IY en utilisant des 74HC4066.

La carte, une fois réalisée, s’accommode facilement des cartes DSP’s existantes. J’ai fait des essais concluants, que ce soit avec EZ-Lite ou DSP56002. On notera que le système permet de fonctionner en dernière FI d’un appareil fonctionnant en 10.7 Mhz ou en 9 Mhz (et même en 455 kHz). Il faut prélever la FI a un niveau correct pour l’injecter directement sur la carte. Un exemple est l’utilisation d’un ATR2400 d’Alcatel, modifié selon les conseils de F1DIW pour la bande 70 cm avec des pas de 12.5 kHz. Le 455 est prélevé au niveau de la sortie du filtre céramique de BP ± 10 kHz. Un Circuit AD 604 (qui a sa propre CAG) assure l’adaptation, et on peut ainsi copier les satellites PSK de cette façon. C’est étrange mais ça fonctionne parfaitement. Autre façon d’accommoder les restes !

 

Conclusion.

Les lignes qui précèdent nous ont montrées quelques difficultés rencontrées pour passer au tout numérique. Ce n’est quand même pas infaisable, c’est du même niveau de compréhension que le passage de l’émission en modulation d’amplitude des années 60, à la Bande latérale unique, ou du tube électronique au transistor. Ce n’est pas une révolution, mais une évolution vers quelque chose qui va donner une autre façon de traiter les communications. Il est évident que les communications numériques vont se trouver favorisées, mais on a vu que des signaux CW très faibles pouvaient aussi être extraits du bruit. Or des signaux faibles on en rencontre surtout dans les communications EME, où à la réception des signaux émis par les Satellites. En HF, cela apporte un surcroît de confort à la réception, chose qui ne peut être négligée.

Lorsque cet article paraîtra, nous serons déjà à l’an 2000. C’est à dire au début de l’ère de la radio numérique. A nous d’en profiter.

 

JP Mallet F5MI

Villa ARGIA

64120 BEGUIOS.

 

 

Bibliographie.

Traitement Numérique du Signal. P. Nus Publitronic Elektor

Comprendre le Traitement Numérique de Signal Publitronic Elektor

Digital Signal Processing in Communication Systems Marvin E. Frerking

Digital Filter Designer’s Handbook with C++ Algorithms C. Britton Rorabaugh

Documentation DSP’s Analog devices, Motorola, Texas Instruments.

Documentation MMX Intel

Sites ARRL pour fichiers issus de QEX et de QST

Sites Internet DSP Motorola, Texas Instruments, Analog devices

Sites Internet Aleff Null et Om’s travaillant les DSP’s (Site de W7PUA,…)


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