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F5ZRB, le projet de balise « nouvelle génération »… 144,405 MHz – IN87KW
F6ETI, Philippe MARTIN, mai 2013
Ce projet est la reprise de ce qui a été conçu pour GB3VHF « New Generation » en 2005 par G4JNT et G4DDK, et particulièrement la partie DDS (hard et soft). Tous les circuits (DDS, verrouillage TC-VCXO, filtre à quartz et doubleur, driver PA) ont été redessinés et adaptés/complétés. Elle comprend un pilote DDS (AD9852 + PIC 16F628) qui génère Fout/2 (72,2025 MHz). La programmation du PIC contrôle le récepteur GPS, détermine la fréquence de sortie, la synchronisation horaire, les messages CW, le type de modulation numérique et les messages. Suit un filtre à quartz en échelle 3 pôles 72,2025 MHz dont la bande passante est de l'ordre du kHz, qui a pour but de nettoyer le signal fourni par le DDS. C'est redoutablement efficace ! Puis un doubleur à diodes, un filtrage 144 MHz et une chaine d'amplification dont le PA est un hybride RA08H1317M capable de sortir quelques watts pour pas cher. Le DDS est référencé sur un 12,8 MHz fourni par un TC-VCXO. Le TC-VCXO est verrouillé par la sortie 10 kHz du récepteur GPS associé(Jupiter TU-60). Le récepteur GPS fournit également le 1 Hz et les trames nécessaires au séquençage des séquences d'émission. La balise transmet en JT65 les minutes paires, elle transmet en CW les minutes impaires. Le séquencement et la fréquence d'émission sont synchronisés sur GPS. Le mode numérique et les séquences horaires ne sont transmis que si le récepteur GPS est accroché (idem pour le verrouillage de la référence). Pendant le temps d’acquisition des satellites, ou en cas de perte de signal GPS, seule la CW est transmise, la référence de fréquence n’est pas asservie.
GÉNÉRATEUR DDS C’est le cœur de la balise, basé sur un AD9852 piloté par un 16F628. Il génère Fout/2 avec un niveau d’environ – 7 dBm. Pour les détails, voir la bibliographie originale (en cours de traduction en Français…)
D62 D53
D44D3
5
MR71
D08
D17
D26
D71
WR/SCLK21
I/O UD CLK20
A0/SDIO19
A1/SDO18
A2/IO RESET17
A316
A415
DG
ND
72
DG
ND
76
AG
ND
34
AG
ND
39
AG
ND
40
AG
ND
41
AG
ND
45
AG
ND
46
AG
ND
47
AG
ND
53
AG
ND
33
DG
ND
75
DG
ND
77
DG
ND
78
DG
ND
28
DG
ND
27
AG
ND
66
AG
ND
67
RE
FC
LK
69
RE
FC
LK
B6
8
DACRSET56
FS
K/B
PS
K/H
OL
D2
9
VOUT36
AG
ND
59
VINP 42
AG
ND
62
VINN43
S/P
SE
LE
CT
70
DG
ND
26
OS
K3
0
DG
ND
64
A514
RD/CS B22
DG
ND
11
DG
ND
12
IOUT148
IOUT1B49
IOUT252
IOUT2B51
DACBP55
PLL FILTER61A
VD
D6
0A
VD
D5
4A
VD
D5
0A
VD
D4
4A
VD
D3
8A
VD
D3
7A
VD
D3
2A
VD
D3
1
AV
DD
65
DV
DD
24
DV
DD
23
DV
DD
10
DV
DD
9
DV
DD
25
DV
DD
79
DV
DD
73
DV
DD
74
DV
DD
80
NC
13
NC
57
NC
35
NC
63
NC
58 U3
AD9852
Vout 1
Gn
d3
Vin8
Gn
d6
Gn
d2
Gn
d7
Gn
d5
Gn
d4
REG1 L7805
A21
A32
A43
MCLR4
VS
S5
B06
B17
B28
B39
B410
B511
B6 12
B713
VD
D1
4
CLKOUT15
CLKIN16
A017
A118
U116F628
R12220
R11220
R143k9
R15 51
R131k3R8
330
R7330
R6 330
R5 330
R4
10k
R9330
R25k6
R35k6
R15k6
C11 50pF (47pF+3,3pF)
C9 89pF (82pF+6,8pF)
C10 89pF (82pF+6,8pF)
C6
4,7nF
C210nF
C5100nF
C3100nF
C1
10nF
C4
100nF
C7
4,7nF
1 3
24
U2MAR-2
1J18
Ext clock
1
J22
1
J21
1
J20Ext keying
+3,3V
Q1
10 MHz
1
J23RF OUT
1
J19V Buff
1
J21PIN
L2
167nH (7sp diam 5mm wire 0,5mm)
L3151nH (7sp diam 5mm wire 0,5mm)
L1151nH (7sp diam 5mm wire 0,5mm)
C8 50 pF (47pF+3,3pF)
F5ZRB DDS
v0F6ETI_110124
F6ETI
1
J17B0
1
J16B1
1
J15B2
1
J14B3
1
J12B4
1
J11B5
1
J9B6
1
J8B7
1J6
Vpp
1J5
Pgc
1J4
Pgd
1J1
Gnd
1J7
+12V
1
J10
IN
1
J3GND
1
J13OUT
D1
1N4148
LM1117T-3.3
R10270
+3,3V
C13220pF
C14220pF
C12220pF
C15220pF
C16220pF
C17220pF
C18220pF
C19220pF
C20220pF
C21220pF
R1610k
C2210µF/35V
C2322µF/16V C24
100nF
1 4
2
3 5T1
C255,6pF
C26Cx
C275,6pF
MODULE GPS C’est un NAVMAN TU-60 qui fournit les données NMEA, le 1 PPS et le 10 kHz nécessaire au circuit de verrouillage de la référence. La dernière position et les infos satellites étant sauvegardées dans une EEPROM, le temps d’acquisition après une coupure d’alimentation est réduit. Ce module se trouve (à ce jour) facilement sur Ebay. L’antenne active associée est télé-alimentée en 5 V par le récepteur GPS.
RÉFÉRENCE 12,8 MHz ET VERROUILLAGE L’oscillateur de référence est un TC VCXO 3001B de NDK sur 12,8 MHz. L’asservissement est réalisé en comparant le 10 kHz issu de la division par 1280 du 12,8 MHz (U2-U4A) avec le 10 kHz provenant du récepteur GPS. La sortie 12,8 MHz du TC VCXO est divisée par 128 (U2) puis par 10 (U4A) pour obtenir du 10kHz. Une porte Ou-Exclusif (U3A) le compare avec la sortie 10 kHz du récepteur GPS afin de produire une tension de commande de la PLL. Un commutateur analogique (U1) contrôlé par le PIC ouvre la boucle si le récepteur GPS n'est pas accroché, ce qui laisse le VC TCXO à sa propre fréquence. Cela évite les bonds brutaux de fréquence lorsque le récepteur GPS n’est pas accroché. Le PIC contrôle en permanence l'état du récepteur GPS et commande le commutateur analogique lorsque les données en provenance du récepteur GPS indiquent qu’il est accroché. La PLL a une constante de temps de 4 secondes, il y a donc un glissement de fréquence perceptible lorsque cette commande passe à l'état actif et que la PLL commence à agir. La stabilité de fréquence sera atteinte environ 30 secondes à 1 minute après que le récepteur GPS soit accroché. L’ensemble loge dans un boîtier Shubert 55x55x37mm.
Y02Y11
Z1 3
Z4
VCC16
Z05
EN 6
X113
VEE7 GND 8
X0 12
C 9
B 10
A 11
Y15
X14
U1
CD74HC4053M
1
23
U3A
MM74HC86M
Q9 13
Q5 5Q47
Q6 4
Q10 15
Q12 1
Q7 6
GND8 Q13 2
Q8 14
Q143
CLK010CLK09
RST12
CLK111
VDD16
U2
CD4060BM
R2 330k
R3
330kR6
8,2k
R5
1,5k
R73,9k
R8
3,9k
R41,5k
C8
1nF
1J1
+12V
1J2
REF Out
1J5
Lock enable
1J4
10 kHz IN
R1330k
CLR2
A1
QA3
B4
QB 5
QC 6
QD 7
U4A
SN74LS390D
1J3
GND
VCC
C7
100 nF
C3
100 nF
C5100 nF
C4
100 nF
Vout3
Gn
d2
Vin1
REG1 L7805
C6100 nF
C2100 nF
VC
C1
4C
trl V
1
OU
T8
GN
D7
OSC1
TC VCXO 12,8MHz
C11
220uF/35V
C9
4,7uF/35V
C10
4,7uF/35V
C1
4,7uF35V
C12
1nF
R91,5k
T2BC547T1
BC547
R13
1kR12100kR10
100k
R11
1k
C13
1nF
V1 17/03/2013F5ZRB DDS REFERENCE
Sortie 5 V pour RX GPS
NDK NKG3001B
FILTRE À QUARTZ ET DOUBLEUR L’ensemble loge dans un boîtier Shubert 72x72x37mm. Filtre à quartz C’est une partie délicate à réaliser, même si ici le résultat obtenu n’est pas complètement satisfaisant en matière de courbe de réponse. Néanmoins l’efficacité du filtre est remarquable pour « nettoyer » le signal 72 MHz issu du DDS. La perte est de l’ordre de 5 dB. Doubleur Le signal en provenance du filtre à quartz est amplifié dans un MMIC ERA-1, suivi d’un doubleur à diodes. De façon à améliorer le fonctionnement du doubleur, l’application une tension de polarisation aux diodes permet à l’étage d’améliorer son efficacité, compte-tenu du faible niveau 72 MHz appliqué à l’entrée (-13 dBm). Suit un filtre de bande 144 MHz et une amplification à deux étages à l’aide de MMIC ERA-1. On obtient un peu plus de 3 dBm en sortie
D1
BAT81
D2
BAT81
1 3
24
U3
ERA-1
1 3
24
U2ERA-1
1 32
4
U1ERA-1
C21
1 nF
C18
1 nF
C17
1 nF
C27220 pF
C20
1 nF
C22
10 pF
C16
1 nF
C191 nFC23
10 pF
R3
220/2W
R1220/2W
R4100
R2220/2W
L9
6s
p 5
/10
dia
m 4
mm
L10
6s
p 5
/10
dia
m 4
mm
L61 µH
L81µH
L71 µH
1J5
+12V
Filtre quartz 3 pôles + doubleur 72 MHz > 144 MHz
F6ETI 130325, d'après G4JNT/GB3VHF
4
53
6
1
2TR1
TRANS3fils
J2
IN
J4
OUT
30 pFC10
30 pFC12
30 pFC11
Q1
72,xxxx MHz
Q2
72,xxxx MHz
Q3
72,xxxx MHz
L3
95 nH
L4
95 nH
J3
OUT
J1
IN
C2556 pFC26
56 pF
C15
100 nF
C13100 nF
C14100 nF
V3 27/05/2013
C530 pF
C218 pF
C418 pF
C318 pF
C118 pF
R54,7 k
C28
10 nF
VCC
C2415 pF
L1112 sp diam 5 mm (notch 72 MHz)
C930 pF
L5
95n H
L2
95 nH
L1
95 nH
Quartz série, overtone 3, boitier HC49U
FILTRE XTAL
DOUBLEUR
câb
lé e
n l'
air
su
r p
roto
C6
30 pF
C7
30 pF
C8
30 pF
DRIVER PA Le driver de PA est un hybride RA08H1317M suivi d’un filtre passe bas 7 pôles, qui permet d’obtenir jusqu’à près de 6 watts sous 12 volts à partir des 3 dBm en entrée. La puissance de sortie est ajustée à l’aide du potentiomètre de réglage de Vgg. Pour le projet F5ZRB, la puissance de sortie est réglée à environ 1 watt, ce qui suffit pour délivrer la quarantaine de watts par le PA séparé qui suit.
L1
4 sp diam 5mm
L2
4 sp diam 5mm
L3
4 sp diam 5mm
J4
OUTJ3IN
J1+12V
C11CAPA
C12CAPA
C13CAPA
C10CAPA
C7
10 nFC3
100 nF
P1
4,7k
Vout 3
Gn
d2
Vin1
REG1
L7808
R1
0R
J2GND
C8
10 nFC4
100 nF
C1
100 nF
C2
100 nF
C5100 µF/35V
C610 µF/35 V C9
10 µF/35V
Driver PA 144 MHz RA08H1317M
F6ETI 201304111 V.0 20130411
RF
in1
V G
G2
V D
D3
RF
OU
T4
GN
D5
U1
RA08H1317M
J6
J5Strap ou cde coupure HF
Le circuit imprimé
L’implantation
SYNOPTIQUE - CÂBLAGE
F5ZRB DDS Synoptique - Câblage
F6ETI 130527 V.0
RX GPS TU-60 JUPITER
TC-VCXO 12,8 MHz NKG3001B
DDS AD9852 + PIC 16F628
PA DRIVER RA08H1317M
FILTRE XTAL 72 MHz DOUBLEUR 72>144 MHz
+ LPF 144 MHz
(8) TXD
LO
CK
EN
AB
LE
IN
ANT OUT
IN RX GPS
V
R
K
Rouge/Vert
STATUT BALISE
STATUT GPS
Jaune
72 MHz IN
72 MHz OUT 72 MHz IN
144 MHz OUT
IN ANT OUT
+ 1
2 V
Vg
g
Vg
g
J23
- 7
2 M
Hz
OU
T
J18
-12
,8 M
Hz
RE
F IN
12
,8 M
Hz
RE
F O
UT
10 kHz IN
5 V OUT
+ 5V REG GPS
(4) 10 kHz OUT
(2) 5 V IN
(6) 1 PPS OUT
+VERROUILLAGE
(9) RXD
IN ANT
J12(B4)-VERT
J11(B5)-ROUGE
Pro
gra
mm
atio
n
J15 (B2)
J16 (B1)
GND
J1
4(B
3)
GP
S L
OC
K S
TA
TU
S
J17-1 PPS IN (B0)
J6 Vpp
J5(B6) Pgc
J4(B7) Pgd
J1 GND
Vpp
Pgc
Pgd
12 V
12 V
12 V12 V
J7 +12V
TX ON/OFF
16
27
38
49
5
DB9 male
ON/OFF
+ 12 V
+ 12V
(ou strap)Tcde TX ON/OFF3
1-6 GND
4-5-9 + 12 V
8
ON
Vert
1,2 k
(3-7-10) GND
Rose
Vert
Marron
Orange
Jau
ne
330
330
560
J8 TEST (B7)
Text
TEST
-7,3 dBm
-13,4 dBm
COURBES FILTRES
Filtre passe-bas DDS
Filtre à quartz 72,2025 MHz – Span 200 kHz
Filtre à quartz 72,2025 MHz – span 20 kHz
SPECTRES
Sortie DDS 72 MHz – Span 200 kHz/div – RBW 10 kHz
Sortie DDS 72 MHz – Span 10 kHz/div – RBW 1 kHz
Sortie filtre à quartz 72 MHz – Span 10 kHz/div – RBW 1 kHz
Sortie Driver PA 144 MHz – Span 20 kHz/div – RBW 1 kHz
Bibliographie, références, liens NEW GENERATION BEACON DRIVER, As used on the new GB3VHF 144.43MHz Beacon, Andy Talbot, G4JNT, 2005/11/13, Updated Appendix B and C Jan 2011
http://www.g4jnt.com/DDSVHFBeaconDriver.pdf http://www.g4jnt.com/BeaconPres-2.ppt
http://www.g0afh.com/gb3vhf/ PHOTOS
144405,0000 kHz au rubidium….
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