AN001 FR - QRP Labs

AN001Réductiondeladérivedefréquencedel'émetteurUltimate3S

1. DérivedefréquenceàlongtermeetàcourttermeÀmoyen ou long terme au cours des heures ou des jours, la dérive de fréquence estgénéralement causée principalement par les changements de température del'environnement. Cela pourrait être le changement de température entre le jour et lanuit, ou les changements de température saisonniers. Ce type de dérive peut êtreéliminédanslekitUltimate3SenutilisantunrécepteurGPSavecunesortie1pps,telquelekitrécepteurQRLLabsQLG1.LaséquencedetransmissionUltimate3Sestconfiguréedetellesortequ'ilyaunepausedanslestransmissionsàlafindechaquecycle,pendantlaquelleleGPS1ppsestutilisépourmesurerlafréquencederéférencedusynthétiseurSi5351A(cristal27MHz)etcalculerunecorrectiondanslelogiciel.Ilneserapasdiscutéplusloindanscedocument.Ladériveàcourttermeestlechangementdefréquencependantunetransmissionelle-même. Il est souventmal comprisqu’uneunitéGPSconnectéedevrait empêcher cettedérive de fréquence pendant la transmission. Cependant, l'Ultimate3S n'utilise pas leGPSenoptionpourmesurer la fréquencependant la transmission, car laprésencedefortes fréquences radio peut interférer avec la réceptionGPS ou créer un bruit sur lesignal1ppssusceptibledecorromprelesmesures.Ladérivedefréquenceàcourttermen'estdoncPASrésolueparlaconnexiond'unrécepteurGPSàl'Ultimate3S.

2. CausesdeladérivedefréquenceàcourttermeIlexistetroiscausespotentiellesdedérivedefréquence.

1)Dérivedefréquenceàl’émetteur(Ultimate3S)2)Dérivedefréquenceàlastationderéception3)Leseffetsdelapropagationsurletrajet,telsquel'effetDopplerionosphériquelorsque la hauteur des couches réfléchissantes de l'ionosphère changerapidement à certains moments de la journée, ou les effets de la dispersionionosphérique

Lestroiscausesdedérivesontgénéralementobservées,maisseulelapremièreestàlaportéedel’opérateurdel’émetteurUltimate3S.

La dérive de fréquence dans l'émetteur seproduitdans la sourceHF,dansce cas lekitdusynthétiseur Si5351A. Elle est causée par unecombinaison de composants dont la valeurchangeavec la température, et les changementsde température entraînent réellement cechangementdevaleur.Lesvariationsdetensiond'alimentationpeuventégalemententraînerunemodification de la fréquence d'oscillation. Ladérivedel’oscillateurderéférenceà27MHzestla partie critique de ce synthétiseur puisque lasortie PLL Si5351A est verrouillée sur cetteréférence.Beaucoup de gens pensent que le cristal de quartz 27MHz est le seul composantimportantdont lavaleuraunesensibilitéà la température.En fait,cen'estpas lecas.L'oscillateurestcomposéàlafoisdelacomposanterésonnante(lecristaldequartz)etdes composantes actives d'amplification et de polarisation de la puce Si5351A elle-même. Ces composantes internes ont également une sensibilité à la température etpeuvent modifier la fréquence de l'oscillateur. Par conséquent, l'amélioration de ladérivenécessitedeprendreencomptetoutescessourcesdedérive.

3. Fréquencedel’émetteuretimportancedeladériveIl est particulièrement important de comprendre que la question de la dérive defréquence est directement liée à la fréquencede l’émetteur. En effet, la dérive agit enpourcentage de la fréquence de l'oscillateur. Elle est souvent exprimée en parties parmillion(ppm)ouenpartiesparmilliard(ppb).Silaréférenceà27MHzdérivede2Hzpendantunetransmission,unetransmissionsurlabandede20m(14MHz)dériveraitd'unpeuplusde1Hz.Lafréquencedel'émetteurestunpeuplusdelamoitiédelafréquencederéférencede27MHzet,parconséquent,ladériveseraproportionnellementunpeuplusdelamoitiédeladérivedelafréquencederéférencede27MHz.Silafréquencedesortiepasseàlabande40m,lamêmedériveprovoqueraunedérivedelafréquencedel'émetteurde0,5Hz.Decettemanière,onpeutvoirquepluslafréquenceestélevée,plusilestimportantderéduire la dérive de fréquence. Si aucune mesure n'est prise, la dérive pendant unetransmissionpeutêtrede4Hzsurunebandede10m,cequipeutêtresuffisantpourempêcher le décodage dumodeWSPR (par exemple); et proportionnellement encorepiredans lesbandessupérieuresde6m,4met2m.Lamêmedérivesur160mseraenviron¼Hz,cequineseraguèreperceptible.Plusvouschoisissezunefréquencehautepour la transmission, tout devient plus difficile en ce qui concerne la dérive defréquence!

4. Quellevaleurdeladériveestacceptable?Laréponseàcettequestiondépenddevotreapplicationpourl'émetteurUltimate3S,dumode que vous transmettez et de nombreux autres facteurs.Mais discutons dumodeWSPR (Weak Signal Propagation Reporter). Les transmissions WSPR sur HF secomposentde162symboles,chacunétanttransmispendant0,68secondeetconstituédel’undes4tons.Les4tonalitéssontespacéesde1,46Hz,donnantunsignalavecunebandepassantede6Hz.Latransmissiondure110,5secondes(presque2minutes).La station réceptrice exécute un logiciel de décodage WSPR sur un ordinateur, quiapplique le traitement numérique du signal (DSP) à l'audio reçu, en recherchant lessignaux faibles des émetteurs WSPR distants. Ce logiciel est capable de décodercorrectement les signaux avecunedérive allant jusqu’à 4Hz (haut oubas) pendant latransmission.Cependant,lemodèlededériveappliquéestunedérivelinéairedudébutà la fin. Tout écart par rapport à cela entraînera des symboles manqués; le systèmeinclutlacorrectiond'erreurdirecteetlessymbolesmanquéspeuventêtretolérés,maiscelaréduitlaprobabilitéd'undécodageréussi.La quantité de dérive est signalée par la station réceptrice dans la base de donnéesInternet à l'adressehttp://wsprnet.org. La transmissionduWSPRest unmoyen idéalpour améliorer (réduire) la dérive de votre émetteur, car vous pouvez facilementvérifier sur http://wsprnet.org la valeur de la dérive signalée. Bien que, commementionnéprécédemment,ilexisted'autresfacteurs(dérivedelastationderéception,effets ionosphériques), les données en moyenne vous donneront toujours une trèsbonneidéedeladérivedevotreémetteur.LenombreindiquéestlavaleurenHzdeladérivependantlatransmissionWSPRde2minutes.LorsquedesdérivesWSPRde3ou4Hzsontsignalées,vouspouvezvousattendreàceque le nombre de décodages réussis obtenus par votre station soit compromis par ladérive de votre émetteur. En prenant desmesures simples pour réduire la dérive devotreémetteur,vouspourrezaugmenterlenombrederapportsderéceptionreçus.Ci-dessous : des transmissionsWSPRàdérivede0Hzpar JonOveLA3JJ, après avoirappliqué les techniques de dérive décrites ci-dessous. Jon Ove reçoit ici sa propretransmissionfortelocalement,maislesrapportsderéceptionendirectsontégalementuneindicationutiledelaperformancedevotreémetteur.

5. SixfaçonsderéduireladérivedefréquenceCesontdesmesurescorrectivesquiréduirontladérivedefréquencedevotreémetteurUltimate3Ss’ils’agitd’unproblème(trèsprobablementsur lesbandesHFà fréquenceplusélevéeetsurlesondesmétriques).LedernierconsisteàutiliserlekitsynthétiseurOCXO/Synth27MHzdeQRPLabsquiestcompatibleavec lekitsynthétiseurdebaseSi5351A; Cependant, cela ne devrait pas être nécessaire pour obtenir d'excellentsrésultats.Lorsquelaplupartdecesétapesontétécorrectementmisesenœuvre,lesrapportsdedériveWSPR sur la bande de 10mdoivent enmoyenne être de 0Hz.Même sur unebandede2m(144-146MHz),lesutilisateursontsignaléunedériveduWSPRà0HzenutilisantleurémetteurUltimate3S.Bonnombre desmesures énumérées ci-dessous sont basées sur le travail de JonOveLA3JJetontdepuisétérépétéespardenombreuxradioamateursdumondeentier.

a)Utilisezunebonnealimentation!Lepointd'exclamationci-dessus«!»Estincluscarlesalimentationsdéfectueusessontlacausenuméro1desproblèmesavecleskitsUltimate3S!Unebonnealimentationstableest très importante! De nombreux opérateurs ont tenté d'utiliser des chargeurs detéléphonesportables5VUSBbonmarché.Souvent,ceux-ciutilisentuncircuitrégulateurdemodedecommutationtrèsminimaliste(égalementappeléCHEAP).Pourchargerunebatteriedetéléphone,c'estbien.Mais toutproblèmede tensionpeut se convertir endérivede fréquence. Si la tensiond'alimentationchutedemanièresignificativeaudémarragedelatransmissionenraisonde la charge supplémentaire provoquée par l'amplificateur de puissance (transistorBS170),celapeutégalementprovoquerunedérive.Utilisez donc une bonne alimentation! La signification de «bien» est un peu difficile àdéfinirprécisémentdanscecontexte.Mêmelesblocsd'alimentationdelaboratoire(delaboratoire)coûteuxpeuventprésenterdesproblèmesdetensionoudescreux.Iln'estdoncpas sûrdepenserquedépenserbeaucoupd'argentest la solution.Engénéral, ilsemblequelesrégulateurslinéairessoientmoinsproblématiquesquelesrégulateursàmode commuté. Beaucoup de constructeurs ont obtenu de bons résultats avec unrégulateur linéaireàbasede7805à3bornes, avecdes condensateursélectrolytiquesappropriésàl'entréeetàlasortiedurégulateur.

b)AppliquezundissipateurthermiquesurlequartzUn dissipateur thermique sur le cristal de référence de 27 MHz ralentira leschangements de température dans le boîtier du quartz. Beaucoup de dissipateursthermiquesappropriéspeuventêtrerécupérés,iln'estpasnécessaired'utiliserquoiquecesoit.JonOveLA3JJautiliséuneentretoisehexagonaleenmétal,colléesurledessusducristal.De bons résultats ont été obtenus au QRP Labs HQ en utilisant un petit dissipateurthermiquedestyleTO-220,attachéaucristalavecunélastique.

c)InstalleruneisolationthermiqueautourduquartzL'isolationthermiqueautourducristalaidedeplusieursmanières.Premièrement,celaaideàgarder lescourantsd'air loinduquartz, cequipourraitmodifier légèrementsatempérature.Deuxièmement, le transistorPA(BS170)peutchaufferconsidérablementpendantlatransmission;Lefaitdeplacerunpeud’isolantautourducristalempêcheracettechaleurd’atteindrelecristaletdemodifiersafréquenced’oscillation.

Jon Ove a découpé un morceau de mousse pour le placer sur le dessus de la carteSi5351A.Maisdebonsrésultatspeuventmêmeêtreobtenussimplementen installantUltimate3SsurunboîtiertelqueleboîtierQRPLabsstandard.Celasuffitàmaintenirlescourantsd'airetà réduireconsidérablement ladérive.Maisà coupsûr, la solutiondeJonOveestplusapprofondieetélégante.

d)Utiliserlesfonctionnalités“Park”dumicrologicielCettesolutionestimplémentéedanslemicrologicieldumicrocontrôleurUltimate3S.Ilattaque la dérive induite par la température des autres composants du circuit del'oscillateur, qui sont les composants internes de la puce Si5351A elle-même. LecomposantSi5351Aestde3x3mm.Àl'intérieurdecettegouttedeplastiquede3x3mmse trouveuneplaquede siliciumencoreplus fine. Lorsque cettedallede siliciumproduit des oscillations, elle consomme plus d'énergie que lorsqu'elle est inactive.Consommer plus de puissance est une autre façon de dire, en dissipant plus depuissance-quisedissipesousformedechaleur,cequiélèvelatempératuredelapuceetcontribueàladérive.Laconsommationd'énergieestégalementsupérieurelorsquelafréquence est plus élevée. L'utilisation des étages de sortie ou de la conduite d'unechargeaugmenteégalementladissipationdepuissance.Bienqu'ilsoitdifficiledesavoiroudeprévoircommenttouscesfacteursinteragissent,ilestfaciledeconcluredesobservationsquel'auto-échauffementdelapuceSi5351Aestunfacteursignificatifdeladérivedel'oscillateurderéférenceà27MHz.Lafonctionnalité«Park»dumicrologicielaétéintroduitedansl’Ultimate3,quiutilisaitlemoduleAD9850DDS,pourlamêmeraison.Dansl'Ultimate3S,ilpermetdeconfigurerla sortie Clk1 inutilisée du Si5351A pour que la puce soit maintenue artificiellement«occupée»lorsdelasaisie.IlestàespérerquelaconsommationdecourantduSi5351Ane changera pas beaucoup lorsque l’émetteur est allumé (touche enfoncée), ce quisignifiequelatempératurenechangerapasetqu’iln’yauraaucunedérivedefréquence.Lesdifférentsmodesdefonctionnementdecette fonction(«ParkModes»)sontdécritsdanslemanueld'utilisationdel’émetteurUltimate3S.Lemodepardéfautestlemode0,qui définit la sortie Clk1 sur la même fréquence que la fréquence d'émission (de latransmissionsuivante).MaiscommelasortieClk1n'estconnectéeàrien,iln'yapasdecharge.LaconsommationdecourantduSi5351Aneseradoncpasaussiélevéeque latransmissionréelle, lorsqueClk0pilotel’entréePA.Parconséquent, ilestutiledefairefonctionnerClk1àune fréquencesupérieureà la fréquenced'émission.Une fréquenceplusélevéecompenseralefaitqueClk1neconduitrien.

Park Mode 2 est le plus efficace car il vous permet de régler la sortie Clk1 sur unefréquencefixedevotrechoixlorsdelasaisie.Commencezavec150MHz,parexemple.Observezladériveavantetaprèscechangement.Siladirectiondeladériveestinversée,vous saurez alors que vous avez surcompensé la dérive; dans ce cas, vous pouvezexpérimenteravecdesfréquencesdeparcageinférieures,parex.100MHz.

e)RéorganiserlesbandesdetransmissionCertaines preuves et expériences suggèrent que l'ordre des bandes transmises peutavoiruneffet sur les rapportsdedérive.Ceci s'appliquebiensûruniquement lorsquevoustransmettezuneséquencedeplusieursbandesdifférentesà l'aidedukitdefiltreoptionnelàcommutationparrelais6bandes.Commenceraveclabandedefréquencelaplus haute en premier, puis descendre progressivement vers la fin de la fréquenceinférieure, semble produire une dérive plus faible. Mais c'est quelque chose quinécessiterauneexpériencedansvotresituationparticulière.

f)InstallezlekitsynthétiseurOCXO/Si5351AComme mentionné précédemment, il devrait être possible d'éliminer la dérive enutilisantlestechniquesdécritesdea)àe).IlnedevraitpasêtrenécessairedefairetousleseffortspourutiliserlekitOCXO.Néanmoins,certainsconstructeursapprécientledéfiquereprésentelaconstructiondecekit.Onnepeutnierqu'uneréférenceOCXOest lasolution absolue ultime au problème de la dérive. Lorsque vous utilisez le kit OCXOcorrectementconstruitetréglé,battez-vousavec laréférencedefréquencede10MHzdu laboratoire, la dérive n'est pas détectable dans Argo (voir ci-dessous) qui a unerésolutiondefréquencede0,01Hz.Celasignifiemoinsde0,01Hzdedérivedansles2minutes.