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Radio Radios logicielles, transmissions numériques, expérimentations HF

deux superbes Picastar construits par G4LFU, le plus petit des deux utilisant un couple de cartes Combo P1(cliquez sur la photo pour agrandir)

Un impressionnant travail de tôlerie signé DK5NOA (carte combo)(cliquez sur la photo pour agrandir)

Picastar

Programmable Intelligent Computer Software Transmitter And Receiver

Le Picastar est un émetteur-récepteur de type « firmware defined radio » conçu par Peter Rhodes G3XJP. En d’autres termes une radio logicielle autonome, non liée à un ordinateur.

Son architecture est très semblable à celle d’un transceiver conventionnel, c’est-à-dire récepteur superhétérodyne (changement de fréquence aux environs de 10 MHz), amplification du signal après mélange par un étage « fréquence intermédiaire » précédé d’un filtre de toiture (comparable au principe du K3 Elecraft), chaine d’émission relativement classique reposant notamment sur un amplificateur linéaire de 150 W. On retrouve également dans le Picastar les traditionnels étages de filtrage, un présélecteur « passe-bande » à la réception, un filtre passe-bas en sortie d’ampli à l’émission.

Là s’arrête la comparaison. Toute la partie modulation/démodulation est assurée par une chaine de traitement numérique (DSP et Codec). L’ensemble des commandes est assuré par un processeur central Atmel ATMega 2560. La quasi-totalité des actuateurs situées en façade de l’appareil est paramétrable par l’usager, les interfaces possibles (affichage, clavier de commande, codeurs rotatifs) sont également à géométrie variable, laissées à la seule appréciation de celui qui construit « son » Picastar : écran couleur TFT de 5 pouces de diagonale ou afficheur LCD 4x20, clavier 4x5 ou/et encodeurs multiples... au fur et à mesure de son évolution, le Picastar, à l’instar des développements logiciels, a connu de nombreuses variations ou « fork ». A partir d’un tronc matériel et logiciel commun, il est possible de changer certains étages si l’on souhaite des performances plus élevées, des puissances différentes, une interface plus ou moins sophistiquée. La BOM (liste des composants) mesure 1500 composants au garot, certains d'entre eux comptant 80 points de soudure. Cet inventaire ne comprend pas les composants nécessaires à la construction des amplis HF, du filtre passe-bas, du Rosmètre, de l'afficheur couleur tactile, et d'extensions secondaires telles qu'un afficheur de spectre/waterfall. Le cap des 2000 composants, en majorité à montage de surface, est allègrement atteint.

En conséquence de quoi, le Picastar se définit lui-même par la formule « This is not a kit ». Attendez-vous donc à ce que le travail de montage et de paramétrage ne soit pas toujours d’une simplicité évidente. Le Picastar se mérite et résiste parfois très fort. Sa construction comporte quelques obstacles, mais rien qu’il ne soit possible de venir à bout.

  Note importante : Cela va sans dire, mais cela va mieux en le disant (dix ans et demi maximum), s'il n'est 
  en aucun cas interdit de construire un émetteur-récepteur en France, la loi conditionne son utilisation au passage
  d'un examen donnant droit à l'obtention d'une licence d'émission. L'Electrolab en général et 
  l'auteur en particulier déclinent toute responsabilité sur les conséquences d'un non-respect de ces obligations légales

L'électronique du Picastar, documentations officielles

L'un des Picastar de l'Electrolab en cours de montage(cliquez sur la photo pour agrandir)

Même réalisation, coté verso. Les deux cartes sont fixées sur une plaque séparatrice commune(cliquez sur la photo pour agrandir)

On compte au moins 6 générations différentes de Picastar depuis la naissance du projet. Ces 6 générations ont toutes été documentées par l'auteur et par d'autres participants, documentations qui se sont peu à peu déposées en strates puis fossilisés sur les différents sites Web. L'évolution technique du projet a fait que bon nombre de ces documents sont totalement dépassés, voir erronés. Il est donc nécessaire de se concentrer sur les seules indications techniques suivantes.

Les participants du projet Picastar de l’Electrolab ont tous opté pour les circuits imprimés dessinés par Glenn VK3PE en date de septembre 2013. Plus précisément de la version Portable Combo P2 (combo 2A pour l'un des participants). Une page Web lui est consacrée

http://www.carnut.info/singleboard/Ver_Porta_P1/Porta_Combo_P1.htm

La liste des composants, ou BOM, au format Excel, peut être téléchargée à l’adresse suivante

http://www.carnut.info/singleboard/Ver_Porta_P1/BOM/BOM_Vers_P1_COMBO_4_080213.xls

Les plans détaillés de cette version du Picastar http://www.carnut.info/singleboard/Ver_Porta_P1/Schematics/Combo-STAR_Schematics_updated_171214.pdf

Enfin, il est absolument obligatoire de se plonger dans la documentation originelle du Picastar, rédigée par G3XJP

http://www.tracey.org/wjt/temp/picastar-all.pdf

Attention : cette documentation n’est pas à prendre au pied de la lettre. Elle ne concerne que la toute première édition du Picastar datant de 2007, en version « 100% Home Made », pcb y compris. Depuis, plusieurs étages ont été totalement révisés et modifiés, notamment celui qui contient le processeur central : un Atmel a remplacé le PIC des anciennes époques (d’où le Picastar tire son nom), le filtre de bande a été légèrement modifié, ainsi que l’étage Fréquence Intermédiaire, l’amplificateur audio… Mais l’architecture générale et les principes de modulation/démodulation n’ont pas changé d’un iota.

Il est pratiquement impossible de construire un Picastar si l’on n’a pas lu et compris, au moins dans les grandes lignes, cette description technique.

Le logiciel du Picastar, documentations officielles

L'un des nombreux écrans du logiciels HobCat(cliquez sur la photo pour agrandir)

La configuration et le pilotage du Picastar sont assurés par un logiciel unique fonctionnant sous Windows : Hobcat. Il permet à la fois de :

configurer le firmware et les fonctions du Picastar
monitorer l'activité du transceiver durant son utilisation (un peu à la manière de HamRadioDeluxe)
de contrôler -piloter à distance- tous les élément de l'appareil depuis un ordinateur
de mettre à jour les differentes versions de firmware -y compris le code du Pic utilise dans le Timer
de pointer vers les différents liens de téléchargement nécessaires à l'installation, la configuration et la programmation du Picastar (toolchain Atmel et autres outils)

Ce dialogue entre le Picastar et l'ordinateur passe par un raccordement de l'appareil via une prise USB ou série. L'ordinateur doit être relié à Internet lors des premières utilisation, pour pouvoir récupérer les outils nécessaires à la programmation des microcontroleurs

Un site a entièrement été consacré à la carte processeur TRXAVRb

http://www.homebrew-radios.net/trxavr_picastar/trxavr_picastar.htm

et au logiciels Hobcat

http://www.homebrew-radios.net/trxavr_picastar/hobcat/hobcat_main.htm

La totalité des indications traitant de l'injection du firmware dans les microcontrôleurs se trouve sur ce site.

Les modules complémentaires « quasi officiels »

Les circuits imprimés de Glenn comprennent des étages qui n’ont pas été conçus par Peter G3XJP :

Deux amplificateurs HF (un premier de 20 W PEP, un second de 150 W PEP) dessinés par G6ALU, d’après notamment une note d’application de Motorola

Un filtre passe-bas de puissance calculé et dessiné par G4TZR

La documentation relative au filtre passe bas de G4TZR se trouve sur le site de G6ALU

http://www.radio-kits.co.uk/radio-related/G4TZR_LPF/G4TZR_LPF.htm

un document spécifique est consacré à l’amplificateur 20 W

http://www.radio-kits.co.uk/radio-related/20W_PA/20W_HF_PA_Construction_V2-1.pdf

et l’amplificateur 150 W est décrit sur

http://www.radio-kits.co.uk/radio-related/150W_PA/150w_PA.htm

Un circuit imprimé manque à l’appel : celui qui pilotera l’afficheur couleur 5 pouces 420x272. Ce pcb a été conçu et dessiné par Gerard Sexton VK3GRS.Il a été baptise

TFTa

Glenn VK3PE lui a consacré une page spécifique

http://www.carnut.info/tftpcb/tft.htm

les schémas, la BOM, les conseils de montage sont à récupérer dans la section « fichiers » de la ML Yahoo group qui lui est consacré (voir ci-après). Ce pcb est revendu par Gérard au prix de 15 Dollars Australiens la paire. Si l’on se frotte pour la première fois aux montages à composants CMS, il est chaudement conseillé de commencer par le Picastar avant que de s’attaquer au TFTa : ce circuit imprimé compte deux intégrés assez denses (boitiers QFP 80 broches au pas de 0,5 mil), un connecteur pour câble en nappe franchement miniature, et des passifs au format 0603, donc de taille assez réduite. L’usage de la loupe binoculaire est vivement conseillé.

Les groupes Yahoo indispensables

Avant de débuter la brasure de la première résistance, il est pratiquement indispensable d’être inscrit sur les quatre mailing listes suivantes :

Picaproject

http://uk.groups.yahoo.com/group/picaproject/

Aucune activité notable sur cette liste. Mais il est impossible de s’inscrire sur la suivante si l’on fait l’impasse. La section « fichiers » contient notamment le manuel d’utilisation du Star (qui est loin d’être trivial). Ces documents datent de 2008.

Picastar Users

http://groups.yahoo.com/neo/groups/picastar-users/

C’est là la mailing list « officielle » réunissant les personnes engagées dans la réalisation d’un Picastar. On y parle essentiellement des plans de G3XJP, à l’exclusion de tout autre montage. Le filtre passe-bas, les amplis, le contrôleur d’affichage de l’écran TFT sont autant de sujet qui ne doivent pas être abordés pour d’évidentes raisons de clarté des échanges

Homebrew radios

http://groups.yahoo.com/neo/groups/homebrew-radios/

Ici, l’on parle de tout ce qui n’est pas directement lié aux travaux de G3XJP, à savoir le filtre passe-bas, les amplis de G6ALU, le contrôleur TFTa, les interconnexions entre le Picastar et les programmes de pilotage externes (HamRadio Deluxe par exemple), ainsi que de certaines variantes « non officielles » du code originel.

TFTa_Central

http://groups.yahoo.com/neo/groups/TftA_Central/info

mailing list exclusivement dédiée à l’afficheur TFT, à sa carte d’interface et à ses différentes utilisation possibles, dans le cadre ou non du Picastar (cet écran étant un simple terminal I2C « intelligent », et donc adaptable à tout dispositif d’affichage).

Les outils indispensables

Outre un bon fer à souder, un jeu de pinces précelle et une bouteile de flux bien remplie, le Picastar ne peut fonctionner sans trois outils de programmation indispensables :

un programmeur d'Eprom
un programmeur de PIC

Plusieurs membres du lab possèdent encore ces deux antiquités (dont l'auteur de ces lignes). Il suffit de leur envoyer un composant vierge accompagné d'une envelope self-addressée.

un programmeur de microcontroleur Atmel AVRISP

Il est envisageable de programmer l'AVR principal avec une liaison série et le logiciel Ponyprog. Reste que les ordinateurs possédant une liaison série sont de plus en plus rares, que les convertisseurs usb/série sérieux ne sont pas legion (tous ne "passent" pas DSR et DCD)et que Ponyprog ne tourne que sous environnement 32 bits. Depuis cette époque reculée, bien des choses ont changé... on a envoyé des gens dans l'espace et il n'est plus nécessaire de frapper un silex pour se réchauffer l'hiver.

Enfin, une bidouille mal maitrisée peut "bricker" l'Atmel et soit nécessiter son remplacement -chose delicate au possible- soit obliger l'utilisateur à déployer des ruses de Sioux pour récupérer son processeur. Flasher un firmware est une operation simple mais pas anodyne, autant utiliser le bon outil pour la bonne fonction.

Les extensions matérielles « voisines » non officielles

Outre les amplificateurs, le filtre passe-bas et l’écran TFT, d’autres pans du Picastar peuvent « forker » dans le but d’améliorer encore ses performances.

Le filtre passe-bande PA3AKE

L’un des étages du Picastar, baptisé « I2C 16 Output relay driver » peut piloter un ou plusieurs filtres de bande externes. Le BPF de prédilection est celui de PA3AKE.

http://martein.home.xs4all.nl/pa3ake/hmode/index.html

il s’agit d’un filtre haut de gamme, très performant mais présentant deux inconvénients :

- la taille de l’étage, relativement « imposante», implique que le boitier devant contenir le Picastar devra être prévu en conséquence.

- Le coût, ensuite, car le filtre de PA3AKE utilise des tores de grande taille (T80 notamment), des condensateurs à Q élevé qui coûtent, selon les distributeurs, entre 1 et 2 euros pièce ainsi qu’une profusion de relais électromécaniques dont le prix alourdit d’autant la facture finale. Les performances sont à la hauteur de l’investissement. Cependant, une telle réalisation n’est véritablement avantageuse que si l’on possède l’instrumentation nécessaire au réglage de l’ensemble (analyseur de spectre avec générateur de suivi, au minimum, analyseur vectoriel au mieux)

En tout état de cause, une lecture attentive des notes de PA3KE

http://martein.home.xs4all.nl/pa3ake/hmode/bpf_all.html

montre à quel point il est possible d’obtenir des réponses de filtre exceptionnelles. Chaque filtre de bande est conçu pour offrir une réjection de la fréquence image (harmonique 2) supérieure à 130 dB.

Une page « Picastar » est consacré à cette modification et indique de quelle manière paramétrer le firmware du transceiver pour piloter le filtre en question

http://www.homebrew-radios.net/trxavr_picastar/I2C/PA3AKE.htm

Peuvent également se substituer aux étages originaux du Star le mélangeur en H de PA3AKE

http://martein.home.xs4all.nl/pa3ake/hmode/hmode_mixer.html

ainsi que le filtre de toiture (plusieurs filtres commutables), totalement réalisé à grands renforts de composants discrets et surtout de quartz triés de haute qualité qui garantissent un point d'interception très élevé

http://martein.home.xs4all.nl/pa3ake/hmode/roofer_intro.html

En poussant cette logique à l’extrême, cela revient à dire qu’il est possible de construire un récepteur PA3AKE piloté grâce au processeur, OL et firmware TRXAVR du Picastar. Il ne reste plus grand-chose du Picastar original, mais cette integration constitue la suite logique, l'évolution naturelle du Star. Tout, de l'étage de commutation à la conception du firmware, a été conçu pour que les travaux de PA3AKE servent à fabriquer un Picastar très haut de gamme.

En consequence, le boitier que l'on choisira pour abriter le Picastar devra être "confortable".

Cette liste de liens ne serait pas complète si l’on omettait les pages fort-bien documentées et illustrées de Franck F1SSF

http://dubuf.free.fr/F1SSF1/crbst_43.html

Le filtre de puissance

Actuellement constitué d’un simple « passe-bas » du septième ordre, le filtre de sortie situé en amont de l’amplificateur HF peut avantageusement être remplacé par un filtre passe-bande de puissance. Certains de ces filtres peuvent même être laissés en circuit durant la réception pour améliorer le filtrage, ceci bien entendu en fonction de l’influence des pertes d’insertion qu'il pourrait apporter.

L’un des filtres les plus performants et répandu est le fameux W3NQN (Ed Wetherhold)

http://www.bavarian-contest-club.de/projects/bandpassfilter/100W-BP.pdf

Le principal intérêt de ce filter est de presenter une attenuation supérieure à 80 dB sur les harmoniques et sous-harmoniques paires. Deux avantages à cela : une amelioration des performances du préselecteur d'entrée en reception (mise en cascade avec le bpf du picastar qui présente quelques faiblesses sur les bandes "hautes") et réjection quasi totale des signaux sur les bandes amateur adjacentes, ce qui intéressera particulièrement deux types d'utilisateurs : les amateurs de SDR à conversion directe dont la propreté spectrale n'est pas franchement glorieuse, et les passionnés de contests travaillant en "multi op"... le voisin qui lance appel sur 7 MHz ne désensibilisera pas le récepteur voisin travaillant sur 14 MHz, qui lui-même ne perturbera pas une troisième station toute proche trafficant sur le 10 metres.

Bien sur, cette logique ne concerne que le traffic sur les anciennes bandes. Les bandes Warc n'ont pas d'harmoniques sur les frequences radioamateur... ce n'est pas une raison pour ignorer leur propreté et ne pas leur faire subir un filtrage tout aussi énergique.

On peut aussi envisager l’elliptique du cinquième ordre avec diplexeur/réjecteur de WB6DHW

http://www.wb6dhw.com/KWDiplexer.html

(ce dernier ne possède aucune section de commutation à relais, celle-ci devra être conçue à part, et sera pilotée avec les sorties de l’étage « I2C 12 Output »). Le filtre de Dave est prévu pour tenir sans le moindre problème 1 kW PEP. Sa structure en diplexeur expédie vers une "charge poubelle" les frequences indésirables.

Les composants spécifiques

Le Picastar, amplificateurs et affichage TFT compris, est un projet de 2000 composants, en majorité à montage de surface, certains d’entre eux comptant plus de 80 pinuches à souder. Il est donc nécessaire de posséder l’équipement technique nécessaire (fer à souder « pointe fine » ou Minivague Weller, loupe forte ou binoculaire sur bras de déport, fil d’étain de petit diamètre, flux liquide en quantité, alcool isopropylique pour nettoyer, pinces précelle, tresse à dessouder).

La grande majorité de ces composants peut être achetée soit auprès des revendeurs traditionnels (RadioSpare, Farnell, Mouser, Digikey etc), soit sur eBay. Certains composants très spécifiques feront l’objet de commandes de groupe, ainsi les condensateurs au mica argenté ou porcelaine (Rota Franco, RF-Extra).

A ceci, il faut ajouter

L’écran TFT tactile se trouve sans grande difficulté auprès de plusieurs revendeurs Chinois sur eBay (aux environs de 18 dollars port compris). Un stock de revente a été constitué par l’Electrolab.
Un filtre à quartz 8 poles de 7 kHz de bande passante (+/-3,5 kHz) avec une fréquence centrale située entre 9 et 11 MHz. Son approvisionnement demande un peu de patience. Les prix se situent, pour des pièces de récupération, entre 7 et 15 euros pièce. Un membre de l’Electrolab en possède quelques-uns « au cas ou ». Attention, l’empreinte (footprint) de ce composant est réduite. Tous les filtres à quartz 10,7 MHz 7 kHz ne peuvent pas nécessairement convenir sans un pcb d’adaptation.
Un quartz dont la fréquence sera précisément 15 kHz plus haute que la fréquence centrale du filtre à quartz (un OM Chinois vend très régulièrement des quartz de 10,715MHz)
Un OCXO de qualité. Ces oscillateurs asservis en températures offrent une stabilité et un bruit de phase excessivement faible. Ce composant remplace avantageusement le Buttler original, plus compliqué à monter et faire démarrer. Tout autre oscillateur fixe de qualité situé entre 100 et 500 MHz pourra convenir. A noter que le DDS utilisé intègre un multiplicateur x4 ou x5, qui autorise l’utilisation de sources de fréquences plus basses (ainsi un 80 MHz multiplié par 5 fournira le 400 MHz nécessaire pour piloter le DDS). Composant relativement coûteux. Un membre de l’Electrolab en possède quelques-uns « au cas ou ».
Le codec utilisé par l’étage DSP est techniquement dépassé et n’est plus vendu dans les circuits traditionnels. Il appartenait à la génération des cartes son génération Windows XP. L’Electrolab en possède une dizaine, il est encore possible de s’en procurer sur eBay
Quatre transistors Jfet ref. J310 appariés. Un membre de l’Electrolab en possède quelques-uns triés pour l’occasion.
De la tôle étamée de 6/10eme pour réaliser sur mesure les nombreux blindages qui séparent les différents étages (ainsi qu’une bonne plieuse)
Un encodeur optique de qualité (bouton « vfo »). Environ 30 $ port compris sur eBay, origine Agilent ou Bourns. Ne pas envisager de remplacer ce composant par un encodeur mécanique à faible coût

Cette liste sera mise à jour et entretenue au fur et à mesure que le premier exemplaire du Picastar sera construit

Les "hard to find"

Pêle-mêle, quelques composants un peut difficile à dénicher, et à commander en premier

le codec ( tombé en obsolescence, génération des pc sous Windows XP, encore disponible sur eBay)
la mémoire eprom format DIL dans la section TRXAVR (composant en fin de vie, dispo chez Farnell à l'heure ou nous rédigeons ces lignes)
le régulateur de tension 50 V de l'afficheur TFTa (Farnell)
le driver d'afficheur (Farnell, délais de livraisons)
le quartz du second OL, fréquence intermédiaire,qui doit être de la valeur de la fréquence centrale du filtre de toiture plus 15 kHz. Un OM BG vends à petites quantités des 10,715, parfaits pour ceux qui ont déniché un filtre sur 10,7
l'OCXO 80 MHz, qui semble encore vendu par un marchand actif sur Alibaba (à confirmer via F1FLY)
le quartz d'horloge du DSP (16,67MHz), qui n'est pas très courant, et hors des valeurs en catalogue chez RS, Farnell, Mouser etc. MAIS dispo en quantité à la "maison jaune" pour la modique somme de 1 euro. Donc "facile à trouver à condition de savoir"

Réalisation

Errata

Le "VFO" du Picastar : De gauche à droite, le filtre de sortie du DDS et sa commutation, l'amplification par MMIC (non monté), le DDS Analog Device et sa cellule de filtrage, et l'OCXO de pilotage situé à coté de son régulateur de tension "fortement" refroidi par un L d'alu de 4 mm d'épaisseur. A l'extrême droite, l'étage "16 I/O" de commutation des filtres externs IMPORTANT : le facteur multiplicateur du DDS doit être fixé à 6 pour ne pas dépasser la limite maximale de la fréquence d'entrée du DDS (400 MHz) (cliquez sur la photo pour agrandir)

Ce qui suit regroupe les conseils et remarques (corrections de bug, variation par rapport au projet originel etc)

On y trouvera la signalisation des erreurs constatées par l'auteur ou par Glenn, les suggestions des différents participants au projet

Glenn a rédigé une page de conseils avisés

http://www.carnut.info/singleboard/Ver_B/BUILD_NOTES/combo-build-sequence.htm

Bien que reposant sur une édition ancienne du Star (le « porta combo » ), ces instructions sont en grande partie applicables à la version P2.

 A ce jour, deux bugs seulement ont été repérés sur le pcb "combo P2" : 
 - Ne pas installer, dans la section F.I., les résistances du diviseur 
   R625 et R626 (près de IC604). La polarisation à "tiers de tension"
   est effectuée par RZ7/RZ8. Modification de M0RJD 
   (voir les notes de ses modifications sur son site)
   
 - La broche 16 du connecteur JT6 (TRXAVR) est isolée. Router un petit fil
   pour la relier à la masse, ou prélever la masse sur la pin 1. Cette 
   modification n'importe que si l'on souhaite utiliser un afficheur LCD.
   
   A noter que les PCB de génération P2A corrigent cet oubli

Progression de montage

Le plus simple est de monter, dans un premier temps, la totalité des composants passifs. Puis les connecteurs divers (jacks, HE10/KK, USB…), les cavaliers, puis enfin les régulateurs de tension. Cette méthode permet d’éliminer tous les doutes concernant les tensions de service, puisqu’il sera possible de mesurer tous les points de contrôle sans craindre de griller un actif. Une fois ces doutes levés, on peut alors passer à l’installation, étage après étage, des composants actifs, transistors et circuits intégrés. Ceci dans l’ordre que l’on souhaite, bien qu’il soit conseillé de débuter avec l’amplificateur BF, le filtre de bande, les drivers de commutation (carte I/O, timer…), le DSP, puis la F.I.

Les blindages peuvent être installés après la phase d’installation des passifs s’ils ne sont pas prévus trop hauts.

Pour des raisons de hauteur "hors tout" de certains composants (selfs, capas variables notamment), les blindages coté composants peuvent difficilement être d'une hauteur inférieure à 18 mm (exception faite du blindage du BPF qui doit être plus "haut")

Les blindages coté piste doivent mesurer 6 mm environ (hauteur qui dépend de celles des entretoises de fixation que vous emploierez). Ces 6 mm sont conditionnés par la hauteur de tête des vis et écrous servant à supporter l'autre PCB du coté opposé de la plaque de séparation/blindage.

Notes de montage

  Avant de souder le tout premier composant, il est nécessaire d'utiliser les deux circuits imprimés 
  du Picastar pour repérer, marquer et percer les trous de fixation des deux platines. Cette operation 
  sera considérablement plus compliquée après coup, lorsque l'épaisseur des composants empêchera de 
  plaquer le pcb sur son support (erreur de paralaxe durant l'opération de perçage). l'on peut soit 
  fixer chaque plage sur deux étages différents, soit les assembler côte à côte, soit encore les 
  positionner tête-bêche (voir chapitre  Liaison Inter-cartes)

Les différentes photos sont accessibles en haute resolution en 2000x2000 environ. Le temps de chargement est donc nécessairement assez long. Un premier "clic" souris ouvre le document dans son espace de stockage avec une resolution d'environ 800x800, un second "clic" sur la photo vous ouvre l'original en haute def, et si vous titillez une fois de plus le bouton gauche de votre mulot, l'image est "zoomée" (vous pouvez alors compter les gouttes de flux et critiquer la qualité de mes soudures)

Platine AVR, vue de dessus

La platine AVR, vue de dessus(cliquez sur la photo pour agrandir)

Dans le coin supérieur gauche, les deux filtres du DDS, montés pour l'occasion sur des tores Amidon T50-6
Dans ce cas précis, le DDS utilisé est un AD9954, parfaitement compatible avec le montage de G3VPX
L'oscillateur principal a été remplacé par un TCXO Vectron adopté dans les modification "semi officielles".
Dans le coin inférieur gauche, le régulateur adjustable LM317 chargé d'alimenter le TCXO chauffe énormément en raison de la DDP importante entre la tension amont de 13,8 V et la tension aval de 3,3V. Un radiateur consequent (ici une équette d'alu de 4 mm d'épaisseur) assure le refroidissement. La languette du régulateur étant au potentiel de sortie, un ensemble "canon-isolant et semelle" doit être utilisé pour fixer le régulateur à son radiateur. Le radiateur mesure 2 cm de hauteur pour ne pas dépasser la hauteur moyenne des différents blindages
Tout en bas, l'extension "pilotage 9 filtres". Les connecteurs males "molex kk" doivent être légèrement retaillés pour pouvoir être soudés.

Dans la section F.I., on remarque, en haut à droite, emaillotté dans un tube de thermorétractable, la triplette "résistance CTN/Quartz F.I./TIP122 de chauffage". Attention, ces composants passent très près des contacts de masse de la capa adjustable servant à caller le quartz sur sa fréquence (lire remarque suivante). Il est conseillé de monter les blindages AVANT d'installer le filtre à quartz. Dans le cas contraire, il n'est plus possible de glisser la panne du fer à souder pour braser le clinquant au PCB. Les deux potentiomètres multitour de la CAG doivent être des potentiomètres classique "un tour"... c'est ce que j'avais sous la main au moment du montage. Certains condensateurs chimiques ont été remplacés, dans la mesure du possible, par des tantales qui, eux, ne vieillissent pas (ou moins). Les condensateurs d'accord des transformateurs d'impédance du filtre à quartz (des 0/30 pf Tekelec) sont poussés aux environs de 50 pf avec des capas montées en parallèle. Les capas en question sont des ATC en porcelaine, pour ne pas impacter le Q des variables utilisés. Une note spécifique (voir chapitres suivants) explique comment calculer le transformateur de sortie dudit filtre à quartz.

le système de regulation en temperature du second oscillateur local (F.I. à 10,715kHz)(pas de meilleure résolution)

La languette du transistor de puissance TIP122 doit être "rognée" pour ne pas entrer en contact avec le capot du blindage. Attention, cette plaquette est sous potentiel, elle pourrait provoquer un court-circuit. Une fois cette languette réduite, il reste assez de surface de contact pour chauffer le quartz.

Dans la section AVR : ne pas monter les connecteurs Jtag et de liaison avec le TFTa avant d'avoir soudé le processeur.

Platine AVR, vue de dessous

Platine AVR vue de dessous(cliquez sur la photo pour agrandir)

Les blindages de la partie inférieure mesurent 6 mm de haut

Les deux tores "protégés" par du thermorétractable dans la section F.I. (en haut, au centre) ont été bobinés sur des T50-43. Il s'agit des selfs du filtre passé-bas 15 kHz de la sortie F.I.. Il est conseillé d'utiser des self surmoulées du commerce. Attention, ces selfs sont données pour une tolerance inférieure à 5%. Un contrôle au selfmètre (ou VNA) est donc conseillé

Les coaxiaux de liaison HF et BF sont maintenus par des agraphes de cuivre soudées (fil de 2,5 carré d'électricien). Sans cette precaution, les soudures subiraient les incessantes contraintes de manipulation lors des réglages et du montage.

Dans la section AVR (centre bas) la self LT1 de 10 uH a été faite avec une VK 200 (1,5 tour, à verifier au selfmètre, toutes les VK200 n'ont pas le meme AL)

La résistance RT6 de 10 Ohms devant supporter l'intensité d'alimentation de l'horloge temps reel a été "fabriquée" avec 4 resistances de 40 Ohms posées sur la tranche.

Sur le bord du blindage inférieur de l'AVR, une languette de clinquant relie la masse et la zone isolée par erreur située sous RT112. Cette modification n'est pas obligatoire (uniquement pour les utilisateur d'afficheur LCD. Ce problème n'est pas à prendre en compte si l'on envisage d'utiliser un afficheur TFT).

Sur l'extrême bord inférieur doit du pcb, une "verrue" comprenant deux condensateurs tantale et un régulateur 7809 a été ajoutée. Elle sert à répartir la DDP entre le 13,8V et le LM317 d'alimentation du TCXO. Avec ce "step down", la temperature du LM 317 est moins élevée, et celle du 7809 evacuée par l'entretoise de fixation prevue à cet emplacement

complètement au coin à droite, le PCA9555 du driver "16 Sorties/9 filtres". Ce circuit intégré est soudé APRES que l'on ait installé les ULN2803 situés sur l'autre face. Deux rangées de pattes de ces ULN2803 ressortent littéralement "sous" le PCA9555. Il est conseillé de les couper au raz du pcb, si possible avant meme d'avoir soudé les traversées, afin que le point de soudure ne vienne pas surélever le 9555 et ne le décolle du circuit imprimé.

La platine AVR, vue de dessus(cliquez sur la photo pour agrandir)

Platine BPF vue de dessus

Les blindages du filtre de bande sont prévus pour mesurer environ 25 mm, qui est également la hauteur du relais principal de mise sous tension (blindages non encore installés sur cette photographie)

Sur le bord gauche du filtre de bande, prendre garde, au moment du montage du blindage supérieur, à ne pas trop serrer les connecteurs SMA d'entrée/sortie du filtre.

Si l'on regarde attentivement la structure des filtres de bande, on remarquera la presence d'une résistance de 0 ohms qui remplace la capa série de "sortie" du filtre (C"x" E) . Les condensateurs d'accord du filtre sont installés directement sur les cartes-filles supportant les tores.

Coin supérieur gauche, zone "amplificateur BF/optocoupleurs" : les deux optocoupleurs étant montés de part et d'autre du pcb et se chevauchant, il faudra penser à couper les pattes des CI avant de les souder afin qu'ils afleure le pcb et que la goutte de soudure ne fasse aucune sur-épaisseur.

Section DSP (Centre) : aucun commentaire particulier, cette partie se monte facilement. On Remarque que ici aussi, les condensateurs chimiques ont été, lorsque possible, remplacés par des tantales "case B".

La fabrication des transformateurs du mélangeur "magic roundabout" a été décrite avec precision par Franck F1SSF. Se reporter à son blog.

Dans la section "Matrice de diodes", évitez de boire trop de café avant de souder les 9 diodes LED format 0604.

Le connecteur situé en bas à droite de la carte est un connecteur coudé. Les connecteurs femelle pour cable en nappe possèdent un détrompeur central qui interdit toute inversion : le détrompeur crée une sur-épaisseur coté pcb qui rend toute insertion impossible. Vérifier à deux fois avant de sertir le connecteur situé sur l'autre extrémité : deux des fils transportent le 13,8V d'une carte à l'autre, et une inversion a de fortes chances d'être fatale au montage. Un ferrite d'arrêt pour cable en nappe doit être glissé sur ledit cable pour bloquer tout risque de perturbation HF.

Platine AVR vue de dessous(cliquez sur la photo pour agrandir)

Platine BPF vue de dessous

La face inférieure de la platine BPF est essentiellement occupée par les routages des cables de liaison.

Les cables coaxiaux ont étés prévus, dans la conception du pcb, pour être soudés "old school", avec un âme séparée de la tresse (extrémité en Y). Cette technique n'est plus utilisée depuis que mon arrière grand-mere a perdu sa vertue. Il est conseillé d'étamer la tresse et faire en sorte que le contact de l'âme se fasse dans l'axe du cable. Cette technique nécessite de gratter le vernis-épargne (avec un pinceau en fibre de verre par exemple), de nettoyer cette surface, de l'étamer légèrement pour éviter toute possibilité d'oxydation ultérieure, et d'y plaquer le "tube" de tresse étamée coupé à la bonne longueur

Sur la droite, l'amplificateur BF. Prévoir une panne large a grande inertie thermique pour souder la languette du radiateur

Le blindage inférieur du filtre de bande (à droite, premier tiers bas) pas très près des points de soudure des diodes de protection d'entrée antenne et de la ressortie des pattes du relais reed (ILS) "Koto". Vérifier que l'on ne crée pas de court-circuit lors de la brasure soit du relais, soit du blindage.

Liaisons inter-cartes

Les pcb de Glenn VK3PE ont été étudiés pour que les deux cartes puissent être montées l'une au dessus de l'autre, les faces "pistes" (ou inférieures) en regard. Cette disposition implique que chaque constructeur prévoie de tailler une plaque d'aluminium ou de FR4 double face en guise de blindage de separation, de support mécanique pour les cartes et de "plancher" de fixation de toute cette électronique dans le coffret qui contiendra l'émetteur-récepteur.

Cette separation peut elle-même être montée sur charnière ou sur rail pour faciliter les operations de maintenance.

Toujours dans le but de pouvoir simplifier l'accès aux deux cartes lors des reparations et réglages, il est vivement conseillé de faire passer tous les fils de liaison d'un seul coté de la carte, y compris les cables reliant le TRXAVR et les commandes de façade.

Ce coté "fil de liaison" est par défaut celui situé coté DDS/Mélangeur/OL/16-entrées-sorties. Les liaisons coté opposé (Sortie BF, entrée CW, entrée/sortie optionnelle sérielle) sont dotés de connecteurs jack rapidement débranchés.

Ce chenal de cable, bien que plus esthétique, presente l'inconvénient de ralonger de manière importante les longueurs des liaisons électriques, et par consequent les risques d'inductions de signaux parasites. Le recours systématique à des ferrites de blindage est vivement conseillé, tant sur les torons de câbles frettés que sur les cables plats(voir photo ci-après, nappe située à gauche)

les deux cartes et leur plaque de maintient montée en sandwich. De gauche à droite, les différents câbles de liaison inter-étages (cliquez sur la photo pour agrandir)

Au centre de la photo, les câbles coaxiaux de liaison inter-cartes,à gauche le cable en nappe distribuant le 13,8V à la seconde carte et retournant les commandes de l'AVR à destination des filtres de bande, à droite le raccordement entre la sortie du DDS et l'entrée du mélangeur Magic Roundabout (attention de ne pas trop serrer le blindage contre la prise SMA pour ne pas gêner le serrage de l'écrou)

Entre le mélangeur et le DSP, on peut apercevoir le cable de raccordement J13/J14 qui traverse les deux platines et la plaque de support (fenêtre rectangulaire dans le pcb)

les entretoises soutenant chaque circuit imprimé mesurent 10 mm maximum (garde nécessaire compte tenu de l'épaisseur des blindages inférieurs qui font entre 6 et 7 mm de haut)

Au total la hauteur hors tout des deux cartes assemblées, blindages compris, ne dépasse pas 7 cm :

25mm de hauteur de blindage coté pcb filtre BPF
2x10 mm de hauteur d'entretoise de fixation (20 mm)
3x1,6 mm d'épaisseur des 2 pcb Picastar et de la plaque de support/separation (4,8mm)
19 mm de hauteur de blindage coté TRXAVR

Soit 25+20+4,8+19 = 68,8mm

Carte TFTa

Cette carte sert à piloter l'écran TFT couleur tactile servant d'interface IHM principale au Picastar

La carte TFTa vue de dessus, connecteur fpc non monté (cliquez sur la photo pour agrandir)

Malgré la presence de deux QFP au pas de 0,5 mil, le montage de cette partie du module ne pose pas de problème particulier.

Quatre details importants sont à noter

Sur la droite du circuit imprimé

La self de 47uH de bonne taille qui doit impérativement pouvoir tenir le choc pour piloter le survolteur du TFT
le connecteur d'alimentation AVEC DETROMPEUR (haut, droite) à deux contacts. Le pcb est prévu pour recevoir un connecteur molex kk 3 contacts, la broche la plus à droite permettant de ressortir le 5V de l'alimentation (située donc en aval du régulateur). Si l'on oublie de coller un détrompeur ou si l'on se trompe dans le montage du connecteur femelle, on envoie du 13,8V sur l'ensemble de la carte, qui est prevue pour fonctionner en 5V et en 3,3V. Chaleur et lumière... vous êtes prévenu. Un connecteur à deux broches est donc un peu moins dangereux, avec détrompeur si possible pour éviter d'inverser les polarités.
Le connecteur P3 (ainsi que P7/P2) sont fermés par des jumpers conformément à la documentation disponible sur le groupe Yahoo TFTa_Central (Files/Build/interconnect+ts.pdf). L'on peut être tenté d'y poser des broches HE10 et jumpers... dont on aura totalement oublié la configuration quelques années plus tard lorsqu'il faudra intervenir sur la section affichage

Sur la gauche du circuit imprimé

les 4 résistances formant un pont de mesure avec l'écran tactile (deux pour l'axe des X, deux pour l'axe des Y). La methode de calcul de ces resistances est détaillée dans le document Files/Build/How-to-determine-TS_resistor-values.pdf , toujours dans la section fichier du groupe Yahoo TFTa_Central. Les valeurs par défaut indiquées dans cette documentation sont parfaites pour les afficheurs Innolux achetés sur eBay (100 Ohms pour R22 et R23, 33 Ohms pour R24 et R25)

La carte TFTa vue de dessous(cliquez sur la photo pour agrandir)

L'autre face, bien qu'en apparence moins complexe, demande une certaine dose de patience et de minutie.

Tous les passifs sont en 0605. Après avoir monté près de 1500 passifs en 0805 sur le Picastar, cela ne devrait pas trop vous faire peur.
C12 (sur la gauche, association de 3 capas en // en raison d'une pénurie personnelle de composants) est une céramique 0605 de 1 uF 50 V mini (100 V conseillés, la tension crète du survolteur frise les 50 V). Avec un peu d'adresse, une capa 0805 peut être soudée sur les pad (la preuve, j'en ai collé 3)
Attention, un train peut en cacher un autre.... C37 est un empilement de deux condensateurs (100 nF et 10 uF 6,3V).
Les deux selfs L1 et L2 ont été montées "coté piste" afin de ne pas gêner le soudage des VLSI format QFP. Elles sont montées en dernier, lorsque toutes les capas et resistances sont à leur place
Il faut beaucoup de flux, une bonne bino et une panne très fine pour souder les 16 (oui !) pistes de U9 (à droite du Circuit Imprimé), C.I. au format QFN ne mesurant que 3 mm de coté.
Il n'est absolument pas nécessaire (voir déconseillé) d'installer le quart de 32 kHz et ses capas talon.

Ordre de montage

- Compter une bonne journée pour souder tous les passifs et les régulateurs. Installer la self de 47uH, le régulateur 5V, les capas de filtrage de la face supérieure, mais aucun des quatres circuits intégrés principaux (Atmega, Sanyo, mémoire, interrupteur électronique)

- Vérifiez la presence de toutes les tensions possible, y compris le 50 V fluctuant en sortie de U7 (au scope, un voltmètre ne réagit pas assez rapidement)

- Soudez ensuite le SOIC, les deux QFP, le connecteur FPC 40 contacts puis le QFN (gradation dans la miniaturisation)

- Ajoutez enfin le connecteur P10 pour pouvoir flasher l'Atmel.

Modification de l’étage d’adaptation d’impédance du filtre à quartz

Le filtre à quartz 10M4D ou le filtre d’origine ITT utilisé dans le schéma original du Picastar ne sont pas des composants faciles à se procurer. L’on est donc en général contraint d’utiliser ce qui nous tombe sous la main, tant que le filtre se situe sur une fréquence proche de 10,7 MHz et que sa bande passante se situe entre 7 et 8 kHz.

Mais « n’importe quoi » aura très peu de chances de présenter une impédance identique à celle du 10M4D. Les circuits L/C d’entrée et de sortie sont donc à modifier en conséquence. C’est ce que nous avons notamment dû faire pour les filtres Hi-Q qui présentent une impédance très élevée (3,3 kOhms,) comparée à celle du filtre d’origine (900 Ohms).

Pour ce qui concerne le circuit d’entrée, la question ne se pose pratiquement pas : il suffit d’installer le filtre à quartz sur un « DUT holder » adéquat, d’en extraire les paramètres S à l’aide d’un analyseur vectoriel et de calculer les valeurs de L et C soit en utilisant les extensions logicielles de l’analyseur, soit en utilisant le fichier Touchstone avec un logiciel de simulation spice. L’impédance d’entrée théorique est de 50 Ohms en entrée de la cellule de filtrage.

Ce qui donne 6µH pour la self L601 et 34 pF de capa shunt (22 pf et une 1/20 pf variable par exemple)

Le fichier Touchstone du filtre peut être téléchargé.

Le circuit de sortie, en revanche, n’est pas d’une simplicité évidente. Il est constitué d’une cellule L/C, mais la composante L est prolongé d’une bobine d’arrêt HF, et sert de circuit de polarisation/blocage aux diodes de commutation D607/D608/D609 et alimentation du transistor J310 d’amplification.

Un condensateur de blocage CC (C12x) coupe toute composante continue susceptible de remonter vers le filtre à quartz.

La résistance R605, de 560 Ohms, présente une charge adaptée à l’impédance du FET. C’est donc à cette impédance que doit « sortir » la cellule d’adaptation, et non sur un 50 Ohms « universel et théorique ». Cette impédance a été déterminée par G3GXP au moment de la conception de cet étage, et le circuit d'adaptation d'impédance a été modifié -amélioré- par G6ALU

Il faut donc passer d’une impédance de (par exemple) 3,3k à 560 Ohms. Le rapport de transformation de TR601 est déterminé par la racine carrée du rapport de transformation (puisque l’impédance d’un tore progresse au carré du nombre de tour)

Dans notre cas, ce rapport sera égale à la racine de 3300/560 , soit 2,4275.

L’on choisit alors une inductance capable de résonner sur cette fréquence (10,7) et présentant la capacitance la plus élevée possible. Conservons la self d’origine qui comporte 34 tours. 34/2,4275=14. La prise de sortie sera situé sur la 14 eme spire côté « froid »(donc à 20 spires du point chaud situé à la jonction du condensateur variable)

Le réglage des CV s’achèvera par une mesure de la courbe du filtre à l’analyseur vectoriel ou à l’analyseur scalaire.

Cette méthode, pourtant, donne des résultats très moyens. Le passage de 3300 Ohms à 560 Ohms est d’autant plus délicat que l’impédance affichée sera très décalée dans la partie droite de l’abaque de Smith. Les erreurs de mesure sont alors importantes si l’on ne possède pas de tête RF-IV (et encore). Enfin, si l’on se réfère aux différents écrits de DK5NOA et de DK5LV, les performances de l’amplificateur bidirectionnel d’origine sont assez piteuses, résultat d'une "inspiration" de l'auteur ayant reutilisé pratiquement « tel que » un shcéma publié dans Radcom. Plus l'impédance du filtre à quartz est élevée, plus l'adaptation de l'auto-transfo d'origine deviant acrobatique.

Mesure du filtre de toiture avec l'adaptation d'impédance calculée selon la methode de G6ALU. Après une série de réglages minitieux, les pertes d'insertion frisent les 7 dB, l'ondulation de plateau est très importante, le filtre est "amorti" avec un réjection ne dépassant pas 60 dB.

Une autre solution consiste à suivre la voie tracée par DK5LV (qui, par le plus grand des hasards, utilise lui aussi un filtre à quartz Hi-Q), lequel DK5LV a développé un amplificateur bidirectionnel plus complexe, certes, mais qui a l’énorme avantage de présenter 50 Ohms coté filtre à quartz. De cette manière, il est possible de régler quasi parfaitement l’adaptation d’impédance et la courbe de réponse du filtre. Grâce à ce montage, non seulement l’amplificateur bidirectionnel joue enfin son rôle et fait gagner largement les 3 dB perdus par l’ancien ampli « bidi » d’origine, mais en outre il permet au filtre de fonctionner dans des conditions optimales. Les pertes d’insertion du Hi-Q ne dépassent pas 2,5 dB dans le pire des cas, et l’ondulation de plateau est pratiquement inexistante. Ce qui était impossible à obtenir avec l’ancien montage.

La courbe réelle du filtre Hi-Q telle que mesurée sur le picastar de test. Cette fois, la perte d'insertion est considérablement plus faible (2,2 dB), l'ondulation acceptable (0,4 dB en centre de plateau), la rejection fortement améliorée à plus de 90 dB(cliquez sur le document pour agrandir)

L’amplificateur utilise un push-pull de transistors bipolaires faible bruit. Plutôt que d’utiliser un seul ampli qui servira dans un sens et dans l’autre (émission/réception), Henning DK5LV a préféré utiliser deux amplificateurs identiques dont les alimentations seront commutées par un jeu de diodes excitées ou non par les tensions +TX ou +RX.

Un pcb par amplificateur 10,7 MHz, et un montage relativement dense (cliquez sur le document pour agrandir)

Les deux amplificateurs sont montés l’un au-dessus de l’autre, en lieu et place de l’ancien « bidi » (qu’il faut absolument éliminer pour gagner de la place). L’espace entre les deux blindages étant assez restreint, le couple d’amplificateurs rentre au « chausse pied ». Il faut en permanence realiser un "montage à blanc" pour bien être certain que toute cette électronique ne dépasse pas du blindage. L’opération est délicate mais pas impossible.

|Les amplificateur montés "pour test physique" (cliquez sur le document pour agrandir)

Avant que l’amplificateur ne soit installé et soudé définitivement, il est nécessaire d'assembler la cellule L/C d’adaptation d’impédance de sortie du filtre. Elle est identique à celle calculée pour l’entrée : 6µH/34pf –soit une capa de 27 pf et un variable de 10 pf par exemple-.

Le second transformateur d'impédance n'est pas installé exactement en lieu et place de l'ancien pour ne pas gêner l'insertion des circuits d'amplifications -lesquels occupant toute la place disponible. Prévoir une petite longueur de fil de câblage entre la self et les trous de raccordement sur le pcb principal(cliquez sur le document pour agrandir)

La modification achevée et opérationnelle. Les fils d'alimentations peuvent être chokés par des perles de ferrite. Le raccordement "signal" a nécessité de percer un trou de 3 mm pour y passer un fil soudé sur l'un des pads de sortie de l'adaptateur 50 Ohms. Le fil de sortie vers l'AD603 utilise le passage pratiqué dans le blindage et vient se souder directement sur le bord de C665 (cliquez sur le document pour agrandir)

Sans même effectuer le moindre réglage sur la F.I., sans le moindre filtre passe-bande, antenne branchée directement sur l'entrée du mélangeur "magic roundabout", l'un des membres du groupe "picastar" situé en Bretagne lançait appel et était reçu en Haute Savoie. Sans mesure plus precise, on peut affirmer que le gain -ou plus exactement l'élimination des pertes par désadaptation- est supérieur à 6 dB, par le seul fait d'avoir changé l'amplificateur.

Réalisation du présélecteur (filtre passe-bande)

Le circuit "Picastar P2" conçu par Glenn est conçu pour recevoir les bobines Toko conseillées par G3XJP ou un équivalent fabriqué par Coilcraft. Que l’on choisisse les unes ou les autres, il faut s’attendre à d’importances pertes d’insertion, de l’ordre de 3 à 7 dB selon la bande et la marque d’inductances choisies. Si l’on souhaite cascader un autre filtre permanent, les pertes vont s’additionner et le Picastar deviendra sourd comme une théière.

L’on peut considérer que les pertes ne sont pas si importantes sur décamétrique. Argument à quoi l’on peut rétorquer deux choses : un filtre n’est pas un atténuateur –d’ailleurs le Picastar en possède déjà un dans la commutation du filtre passe-bas- et cette atténuation n’est supportable que sur les bandes basses, inférieures à 21 MHz. Au-dessus de cette fréquence, seul le bruit galactique « prend la relève » et une dynamique importante est alors appréciée.

D’où l’idée de remplacer les filtres Toko par des tores, plus aisés à se procurer. Plusieurs Picastareux, notamment DK5NOA et AC6AO, ont opté pour cette solution, en soudant directement les fils de sortie des tores sur la carte principale. Principal inconvénient de cette approche, les condensateurs de réglage doivent être installés coté « pistes », sur l’autre face du circuit. Ce qui ne simplifie pas les opérations de réglage des filtres.

Glenn VK3PE a donc développé une petite « carte fille » http://www.carnut.info/singleboard/Ver_Porta_P1/TOROID_BPF/Toroid_adapter_pcbs.htm capable de supporter 3 tores de diamètre T50, les capacités shunt et série, ainsi que les CV d’ajustement. Cette carte est taillée en hauteur pour tenir entre chaque rangée de circuits de commutation.

Il est également possible de concevoir un pcb tout en largeur, reposant sur les circuits de commutation (donc moins « haut » et ne nécessitant pas un blindage trop imposant de la section BPF).

Cette approche offre trois avantages.

* En premier lieu, de pouvoir utiliser des tores très imposants –T68- dont l’IMD est bien meilleur que celui des T50 (se reporter à l’article 
de PA3AKE sur ce sujet http://martein.home.xs4all.nl/pa3ake/hmode/bpf_all.html )

* Ensuite de pouvoir diminuer le couplage entre bobinage en dessinant une « coupure » du plan de masse entre chaque étage du filtre. 
A noter également que la bobine centrale doit être bobinée de manière contrarotative par rapport aux deux autres tores situés sur les extrémités, 
et ceci toujours dans le but de minimiser les inductions entre étages (qui de toute manière existent… ne nous faisons pas d’illusion.

* Enfin de garantir une réjection hors bande au minimum de 70 à 80 dB au-delà de 200 MHz. La topologie de filtre choisie par G3XJP ne permet pas plus.
Si de meilleures performances sont recherchées, il est conseillé de ne pas installer le bpf du picastar et le remplacer par un PA3AKE, 
totalement compatible avec les bus de commande du TRXAVR et du « diode matrix »

Chaque tore central est bobiné de manière contrarotative par rapport aux deux autres, dans le but de limiter les inductions entre éléments. Les plans de masse entre chaque section du filtre sont coupées d'un point de vue HF mais reliés galvaniquement.

Les pertes pour chaque filtre peuvent alors être limitées et se situent entre 0,3 et 1,5 dB maximum. On est très loin des 7 dB des Toko. Ajoutons que, dans bien des cas, il peut être souhaitable de reprendre la modélisation des filtres avec le logiciel Elsie (Tonne Software) (http://www.tonnesoftware.com/elsie.html) pour trouver le meilleur compromis « largeur de bande/atténuation/réjection ». Cocher « Mesh capacitor-coupled bandpass » et « Constant K ». C’est le cas notamment pour la bande 20, 40, 60 et 160m qui ont besoin d’un petit coup de pouce.

Les mesures ci-dessus ne sont pas des simulations, mais les véritables analyses des filtres réalisés sur le premier prototype de l'Electrolab. Les filtres sont mesurés les uns après les autres à l'analyseur vectoriel.

Une fois installés, viennent s'ajouter les pertes d'insertion des circuits de commutation et l'influence mutuelle des filtres. On notera l'efficacité du "notch" 10,7 MHz réalisé avec des condensateurs porcelaine et un tore T68. Le Q élevé de l'ensemble joue énormément en faveur d'une fréquence de coupure franche. A ce stade, il est possible de modifier à nouveau les réglage pour chasser encore quelqques dB et diminuer les pertes d'insertion.

Réalisation du filtre de sortie(passe bas)

Ce montage conçu par G4TZR n’appelle que très peu de commentaires. L’ensemble de la documentation relative à la réalisation du filtre est disponible sur le site Web de G6ALU (http://www.radio-kits.co.uk/radio-related/G4TZR_LPF/G4TZR_LPF.htm).

Le cuivre de Glenn VK3PE peut être renforcé au niveau des deux bus de distribution de la HF afin de supporter sans broncher les 150 W de l’amplificateur. Avec des capas 500 V et des tores T80, ce filtre passe-bas peut probablement tenir les 300 W sans chauffer.

Pour atteindre les performances annoncées par G4TZR, chaque self doit être réalisée et mesurée avec le plus de précision possible(analyseur, selfmètre). La chose n’est pas aisée notamment sur les bandes hautes, car parfois un décalage des spires d’un ou deux millimètres sur du matériau 10 peut faire varier l’inductance de 30 ou 50 nanoHenry.

Le résultat final est plus que conforme aux promesses de l'auteur. La mesure a été effectuée sur un spectre de 50 MHz.

Modification de la chaine d’amplification linéaire

Ce qui suit est le fruit du travail d’Harold W4ZCB.

Cette modification risque, precise l'auteur de l'amplificateur G6ALU, de trop faire travailler les transistors de sortie du Magic Roundabout, ce qui pourrait provoquer des problèmes de linéarité.

Les 1487 utilisés dans l’ampli de 150 W (51,7 dBm) offrent un gain de 17 dB dans des conditions optimales de réglage assurant une linéarité maximale. Un niveau d’excitation de 1W suffit déjà pour obtenir un signal de 50 W (parfait pour les utilisateurs d’amplis de forte puissance) et 3W (35 dBm) de signal HF font « cracher » à l’ampli son maximum de puissance. Or, le premier amplificateur de G6ALU est étudié pour fournir 20 W PEP, soit 43 dBm. Ce qui, en sortie d’amplificateur, devrait donner 43+17dBm… oui, 60 dBm, soit 1 kW. L’ampli tentera de les sortir… très brièvement, et l’expérience a de fortes chances de se conclure par un dégagement exothermique aussi intense que bref, accompagné d'une élégante fumée bleue.

Il est donc fortement souhaitable de faire chuter d’environ 43-35 =8 dB le niveau d'excitation.

Ajoutons que le gain général de l’ampli 20 W frise les 70 dB et qu’il est déjà précédé d’un atténuateur résistif de 5 dB destiné à adapter l’impédance d’entrée sur 50 Ohms.

Porter cet atténuateur à 13 dB, dissiper la puissance d’excitation en chaleur serait une solution… relativement peu élégante, et qui n’exploiterait pas au mieux la dynamique de l’ampli.

Harold a donc estimé qu’il était préférable de porter l’atténuateur d’entré à environ 6 dB, de supprimer purement et simplement le premier étage (T1, Q1 et tous les passifs de polarisation) et d’attaquer directement sur T2. Le bobinage de T2 doit être modifié pour offrir un rapport de transformation de 1/1 : 4 spires au primaire, 4 spires au secondaire. Le gain de l’ampli chute aux environs de 49 dB avec un VSWR inférieur à 1,5/1 sur toute la bande.Si l’on ajoute un condensateur de 43 pf (mica argenté) en parallèle sur le primaire, le ROS tombe à 1.,05 /1 de 1,8 à 30 MHz. L’adaptation est parfaite avec le PBF

Sur 160 mètres, le transformateur de sortie ne risque plus de saturer. Le réglage « 8.1 » du Picastar gravite autour de 90 sur toutes les bandes, quasiment tous les bits sont « utilisés ».

Un grand merci à Robert G3WKU qui a exhumé les notes originales de W4ZCB

Notes de réglage

Procédure rapide de réglage des fréquences

La procedure de réglage que l'auteur indique dans sa documentation comporte quelques erreurs. Ce qui suit est une procedure rapide et precise d'accord.

Le callage du DDS s'effectue comme suit :

Faites chauffer un générateur stable (OCXO, TCXO, GPS-do) Durant une bonne demi-heure,
Réglez le vfo pour qu'il affiche la fréquence exacte du générateur (ex : 10,000 000MHz)
Entrez le code de réglage 33. Le DDS fonctionne alors en mode géné HF et ne tient plus compte du décallage de la fréquence intermédiaire. A partir de ce moment, la fréquence affichée ne peut plus être modifiée, mais l'encodeur du VFO peut faire varier la fréquence générée
Mesurez la fréquence générée en sortie de DDS (après le filtre situé en aval du MMIC) ou en entrée de mélangeur Magic RoundAbout
Ajustez avec le bouton du VFO jusqu'à ce que le fréquencemètre indique la fréquence affichée correspondant à celle de l'étalon de fréquence.
Sauvegardez ce réglage avec le code 933

Le callage de la porteuse USB s'effectue comme suit :

Entrez le code 31 au clavier. Une fenêtre s'affiche sur le TFTa, avec une fréquence inscrite
Tournez le bouton du VFO jusqu'à ce que la fréquence affichée corresponde à celle de la fréquence centrale du filtre à quartz, plus 1500 Hz (soit, pour un filtre 10,7 MHz, 10,701500).
Validez avec la sequence 931

Le callage de la porteuse LSB s'effectue comme suit :

Entrez le code 37 au clavier. Une fenêtre s'affiche sur le TFTa, avec une fréquence inscrite
Tournez le bouton du VFO jusqu'à ce que la fréquence affichée corresponde à celle de la fréquence centrale du filtre à quartz, moins 1500 Hz (soit, pour un filtre 10,7 MHz, 10,698500).
Validez avec la sequence 937

Réglages des paramètres matériel destinés au DSP

Ces opérations utilisent les programmes QBasic tel que Cal_IF13.bas et le fichier Standard.xjp. Ce dernier est un fichier de configuration absolument « neutre » et correspondant à la configuration du Picastar « par défaut ». Il est important qu’il demeure inchangé. Par défaut, le fichier de configuration est User2b2.xjp. Il se modifie à chaque changement de paramètre et après sauvegarde des paramètres stockés dans la mémoire du TrxAVR

Pour désactiver User2b2.xjp et le remplacer par Standard.xjp, il faut en informer le fichier de configuration général, xjp.ini (cela se fait à partir de Hobcat notamment, menu Setup=>Select DSP Parameter File=>Standard.xjp

 Ne surtout pas oublier de rétablir User2b2.xjp comme fichier de paramètre par défaut, 
 sous peine de corrompre le fichier de référence Standard.xjp 
 (et accessoirement perdre les réglages effectués précédemment)

Paramétrage de la configuration Standard

Accordez le tranceiver sur la bande des 20mètres (14 MHz)
Paramétrez le Magic Roundabout en mode « Best NF »
Déconnectez toute antenne, installez une charge 50 Ohms sur l’entrée antenne par mesure de précaution.
Reliez votre ordinateur et le Picastar en mode « liaison série » (prise jack avant gauche)
Reliez votre ordinateur et le Picastar en mode "liaison USB"
Sous Hobcat, modifiez le fichier de parametres par défaut (user2b2.xjp) en sélectionnant le fichier Standard.xjp
Toujours sous Hobcat, chargez ce fichier en mémoire du TrxAVR avec la commande du menu "Tools=>DDS EEprom Loaders (USB)=>Params only to TrxAVR

Réglage de l’AD604

Vérifiez que les conditions du « paramétrage de la configuration standard » sont bien réunis
Positionnez RV601, RV602 et RV605 à mi-course(601 et 602 se trouvent à coté du filtre à quartz)
Positionnez RV603, RV604 complètement dans le sens des aiguilles d’une montre
Chargez le programme Basic de Test
Branchez un micro, parlez normalement, tout en réglant RV605 pour un signal mesuré à l’oscilloscope en sortie de C695 (ou broche 4 de J14 ou J14). Ne pas dépasser 2V crête. Quittez le programme de Test.
Réglez un générateur HF aux environs de 14 MHz, pour un signal d’environ -70 dBm (+/- 10dBm d’amplitude nécessaire pour parfaire les réglages)
Basculez l’interrupteur situé près des 3 jacks dans la position « programmation » (vers l’intérieur)
Lancez le programme CalIF13.bas, suivez les instructions pas à pas. Cette procédure est très importante pour la suite des opérations. Une fois cette procédure terminée,

En fin de procedure

basculez l’interrupteur de programmation en position « normale » (vers le bord extérieur du pcb)
Relancez Hobcat, paramétrez le fichier User2b2.xjp comme fichier de paramètre DSP par défaut
Téléchargez les paramètres (DDS EEprom Loader=>Param Only to TrxAVR)
Rebootez le DSP (commande 999 ou M/A du Picastar). Cette opération recharge le code du DSP, cette fois avec un fichier d’étalonnage valide de l’AD604
Effectuez une sauvegarde de votre EEMEM et des paramètres sous Hobcat

Réglage du S-Mètre

La procédure est décrite pas à pas au fil du programme Cal_ S_7.bas.

Elle nécessite l’usage d’un générateur HF couvrant de 1 à 30 MHz et pouvant sortir +10 dBm (max, pour la bande 10 MHz… un 0dBm suffit pour toutes les autres fréquences), d’un atténuateur (ou série d’atténuateurs) pas à pas de 0 à 80 dB par pas de 1 dB.

Une sauvegarde en mémoire EEmem est effectuée en fin de procédure. Sauvegarde nécessaire en fin de réglage donc.

Comme pour les réglages précédents, Cal_S_7.bas doit être lance une fois chargé le fichier de paramètres "Standard.xjp". L'interrupteur doit être bascule en position "programmation", les atténuateurs cascades et le générateur étant branches sur l'entrée antenne, Picastar totalement monté, afin de prendre en compte tous les éléments pouvant contribuer à l'atténuation du signal (relais d'émission-réception, filtres de bande, connecteurs et câbles etc)

Projets:Lab:2011:Picastar

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