Récepteur SDR décamétrique 


 

1 - Présentation

En voilà un truc curieux... Un récepteur SDR ? Eh bien oui, ça existe, c'est relativement nouveau chez les radioamateurs, ça commence à dater chez les professionnels et c'est basé sur un principe vieux comme la radio, à savoir le Phasing. Les anciens qui ont connu l'avènement de la SSB dans les années 60 se souviendront du prix exorbitant des filtres à quartz à l'époque et de la méthode Phasing qui permettait de s'en affranchir avec plus ou moins de bonheur. L'équilibre des phases n'était pas aisé à réaliser ce qui provoquait une réjection de la bande latérale indésirée assez variable. Mais les temps ont changé et ce qu'on avait du mal à faire avec des composants discrets, on peut de nos jours le réaliser avec précision avec du logiciel... Le mot est lâché car l'acronyme de SDR est Software Definited Radio, pour les francophones irréductibles, on parlera de Radio Logicielle et on évitera ce terme barbare de radio définie par logiciel qui est une traduction littérale ayant moins de sens en gaulois qu'en anglais.

Bon que pouvons faire avec cela, nous radioamateurs, pas fortunés mais prêts à nous retrousser les manches et inventifs ? D'abord comprendre comment cela fonctionne, c'est le plus intéressant et ensuite réaliser notre propre récepteur pour mener des expérimentations.


2 - Principe

Si vous construisez un récepteur à conversion directe, c'est à dire un récepteur dont l'oscillateur local est à la même fréquence que le signal à recevoir, vous allez constater un phénomène étonnant. Une station qui émet bien en bande latérale unique se retrouve dotée, sur votre récepteur de deux bandes latérales... génération spontanée ? Non simple application du principe de multiplication de deux fonctions périodiques. En pratique, une station émet sur la bande 40 m un signal de 1 kHz (un inélégant sifflement). Supposons que notre radioamateur siffleur ait calé son émetteur sur 7050 kHz. Son sifflement a une fréquence de 1 kHz, on trouvera donc un signal constant sur 7049 kHz puisqu'il émet en BLI (bande latérale inférieure ou LSB). Bien jusque là, rien de nouveau, on connait.

Vous, vous utilisez votre récepteur DC (direct conversion), vous balayez la bande  40 m du bas vers le haut, en d'autres termes de 7000 à 7100 kHZ (car nous n'avons toujours pas l'extension du 40 m que le reste de la galaxie a obtenu au siècle dernier). Vous allez détecter un premier signal sur 7049  et... un autre sur 7051 . C'est fâcheux car nous avons deux stations alors qu'une seule émet. Avec un récepteur doté d'un filtre à quartz, vous n'auriez rien vu et entendu seulement un seul signal.

Nous sommes donc en présence de deux bandes latérales. Comment faire avec un tel récepteur pour éliminer celle qui ne devrait pas être là ? Imaginons que si nous pouvions faire en sorte de produire un signal identique à celui que l'on reçoit mais avec la bande latérale supérieure en opposition de phase et la bande latérale inférieure en phase et que nous additionnions les deux signaux, que se passerait-il ? Les bandes latérales en phase s'additionneraient, elles seraient donc renforcées (X2) et celles en opposition de phase s'annuleraient. Magique !

Voici graphiquement ce que cela donnerait, on retrouve exactement ce qui vient d'être décrit plus haut. Bon maintenant nous avons le principe, il ne reste plus qu'à le concrétiser dans un bon vieux montage. Il existe plusieurs façons d'obtenir ce résultat.

Donc en partant du principe que nous connaissons, examinons comment produire de la SSB avec cette méthode et à l'aide de la figure ci-dessous. On démarre avec de la classique BF, d'un côté on l'envoie vers un mélangeur alimenté par l'oscillateur de porteuse, ce sera le fameux canal I (In phase).  De l'autre côté on introduit un déphasage de 90° avant d'aller attaquer un autre mélangeur sur lequel le signal de porteuse aura été déphasé de 90 °, ce sera le canal Q (quadrature). Ce n'est pas plus compliqué que cela.
Si vous souhaitez un complément d'information, vous pouvez consulter cette page écrite en 2004.

 

Les récepteurs SDR utilisent ce principe. Sur le plan de la réalisation il y a différentes façons d'obtenir le résultat souhaité, tout dépend des composants utilisés et de la technique retenue. Pour en savoir plus sur le sujet et obtenir une vue d'ensemble des réalisations actuelles dans le monde amateur, je vous encourage à visiter la page de F4DAN. Ce dernier a établi une classification des SDR, vous aurez en outre de nombreux liens disponibles. http://f4dan.free.fr/sdr.html

 

En pratique on peut réaliser cela de différentes manières, il existe de nombreux procédés. Concernant les récepteurs SDR simples que l'on trouve en kit type SoftRock, SDR66B2, ou YU1LM (pas de kit concernant le dernier modèle), l'objectif sera de produire à partir du signal incident deux signaux déphasés de 90° l'un de l'autre et de fréquences compatibles avec la carte son du PC. Car c'est ce dernier qui va effectuer la démodulation et le traitement du signal. C'est ce qui explique qu'en général la partie HF soit fréquemment réduite à peu de choses. Bon le décor est planté, il ne reste plus qu'à voir un cas concret, ce que je vous propose ci-dessous avec le kit de JA7TDO.

 

 

 


3 - le kit soft66db2

Le kit est une réalisation de JA7TDO, vous obtiendrez toutes les informations utiles sur ses pages. Manifestement il a beaucoup travaillé le sujet. Vous pouvez vous procurer le kit simple, il vous permettra d'écouter deux portions de bande ou le kit complet dans lequel le quartz de l'OL est remplacé par un DDS. J'ai opté pour la version complète mais nous aurons l'occasion d'en reparler.


Donc une fois les formalités Paypal effectuées (le kit de base doit revenir à 16 euros et le kit complet à 40 !), vous allez recevoir ce que vous voyez à gauche. Il y a peu de composants et aucun n'est CMS, c'est donc un kit accessible à tous. Concernant le montage proprement dit, on est loin de la notice du K2, il faudra vous aider des pages sur Internet. Tout y est expliqué mais un peu en vrac. Soyez quand même rassuré, il n'y a rien de compliqué, quelques condensateurs, trois résistances et deux CI à souder. En outre il faudra réaliser trois bobinages, ceux du filtre de bande, sur tores, du gâteau.

Une fois le montage effectué il faudra choisir un programme de traitement du signal. J'en ai testé trois mais il doit y en avoir d'autres. Donc pour info vous pouvez télécharger :

WINRAD : Le plus efficace, le plus complet en termes de filtrage

ROCKY : très joli, est doté d'un waterfall exceptionnel, le CAG me semble moins réussi que sur Winrad mais à vérifier par vous-même

KGKSDR : très bien pensé en termes d'ergonomie, vraiment réussi

Alors idéalement le programme qui me ravirait emprunterait les caratéristiques de filtrage de Winbrad, serait commode à utiliser comme KGKSDR et esthétique comme ROCKY. Ce n'est plus la quadrature des vecteurs mais celle du cercle :-)

Bon vous avez installé les trois et pas encore essayé Soft66b2. Reliez par un cordon stéréo la sortie BF du récepteur à l'entrée de votre carte son (ligne ou micro), connectez une antenne, alimentez et lancer un programme simple comme rocky par exemple. Si tout va bien vous devriez voir le waterfall s'animer et commencer à entendre quelques stations

Pour le plaisir de l'expérimentation, vous pourrez placer un oscillo bi-courbes sur les sorties BF stéréo qui vont attaquer la carte son et injecter avec un générateur un signal sur la bande 40 m. Une fois synchronisé, vous devriez voir deux signaux déphasés de 90° comme le montre l'image ci-dessous de mon oscillo..

4 - Quelques exemples

C'est assez étonnant ce que l'on peut entendre et avec quel confort, avec un récepteur composé de deux mélangeurs réalisés avec des composants ultra-courants et de deux ampli op... Alors pour vous donner une petite idée de la chose voici quelques enregistrements réalisés les 05 et 06 juillet 2008 exclusivement sur 40 m et avec Rocky, Winrad ne sachant pas enregistrer ce qui est dommage car comme déjà indiqué, à mon avis les algos sont supérieurs sur ce dernier. Par ailleurs la qualité de la carte son impacte fortement les résultats, j'ai fait les essais avec un PC portable doté d'une très médiocre carte.

07-07-2008   40 m 10h18  SSB 06-07-2008   40m   SSB    ** carte son légèrement saturée
06-07-2008   40 m  10h20 SSB 06-07-2008   40 m  SSB  ** bande passante réduite à 2200 Hz
06-07-2008   40 m  17h46 CW 05-07-2008  40 m   ** en balayant la bande

Les enregistrements ne traduisent pas le confort d'écoute, la qualité de la BF et les possibilités quasi infinies de filtrage. C'est plutôt pas mal pour un récepteur à 16 euros même si nous savons que l'essentiel du travail est réalisé par le PC. Vous noterez de temps à autre une saturation de la carte son, c'est de ma faute,  je n'y ai pas prêté l'attention qui aurait convenu. J'ai utilisé le CAG manuel de Rocky au lieu de laisser faire le CAG automatique...

Après le son, voici quelques images, la bande visible sur le waterfall et l'analyseur de spectre couvre à peu près la bande 40 m made in France.

 

5 - Extension DDS

Un quartz centré dans la bande 40 m c'est bien mais pouvoir écouter autre chose, c'est mieux. Donc JA7TDO a pensé remplacer ce quartz par un DDS. Il convient de préciser qu'avec ce type de mélangeur, pour produire les signaux I/Q, il faut que la fréquence d'OL soit 4 fois supérieure à la fréquence à recevoir d'ou le fameux quartz de 28,224 MHz qui permet de centrer la bande sur 7,056 MHz.

Donc pour quelques dollars de plus, on peut acquérir le module DDS qui se pilote par le PC. Il suffit de télécharger sur le site de JA7TDO le programme idoine, de supprimer un strap sous le circuit imprimé, d'enlever de son support le 74AC04 et de le remplacer par le module tout câblé, de relier l'ensemble par un cordon mini-USB au PC et hop, on indique la fréquence centrale et ça roule. Pour être franc j'ai beaucoup ramé avec une erreur récurrente du programme avant de trouver la solution... :-). Au cas où l'auteur n'aurait pas effectué la correction, ce programme utilise comme séparateur décimal le point, et nous les français, nous avons une addiction forte pour la virgule. Donc pensez dans vos paramètres régionaux à effectuer la modification, cela vous économisera un peu d'adrénaline.

 

6 - Et pour conclure

Il était difficile d'envisager il y a encore dix ans que nous pourrions réaliser des montages aussi simples et aussi performants. Les lois de la radio demeurent, ce mélangeur aime bien, comme ses congénères, ne pas voir trop de signaux à son entrée, il conviendra donc de réaliser des filtres de bandes ou mieux un préselecteur (qui arrivera peut-être bientôt sur ces pages). Il vous restera encore beaucoup des choses à découvrir (l'équilibre des phases et des amplitudes par exemple), ce montage astucieux et économique vous procurera de très nombreuses heures de plaisir, car la radio, avec la technique SDR/PC atteint une nouvelle dimension avec le traitement graphique. Elle est à même de séduire les juniors (on parle édulcoré de nos jours) qui ne peuvent plus vivre sans un écran et un clavier.

Je vous invite à fréquemment visiter le site de JA7TDO, ce garçon est très prolixe, il vient de sortir un nouveau kit qui ravira les réfractaires au bobinage de tore. Il utilise désormais sur ses kits des selfs moulées ( oui comme les grands constructeurs japonais :-)

La radio est un loisir, c'est fait pour se distraire et apprendre. Bonnes expérimentations !

Révision 01 du 26/08/2008
Révision 02 du 05/09/2008

 

 

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