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….