It's raining elephants – VA2GKA

Je poursuis mes tests qualitatifs sur mon SDR modulaire et ce week-end, je me suis occupé de comparer les deux étages de mixage à base de ADG787 et de ADG704.

Diagramme général du ADG787 (utilisé dans le mixer 1) et du ADG704 (utilisé dans le mixer 2)

Les deux composants sont des multiplexeurs/démultiplexeurs analogiques pour une architecture de montage légèrement différente. Les caractéristiques techniques et la réponse en fréquence sont relativement proches sur ces deux composants, aussi, l’idée était au passage de voir s’il pouvait exister des différences par rapport au principe de fonctionnement. Une brève réflexion et une vérification par simulation semblait indiquer des performances similaires (mais non identique) et une vérification hard était la bienvenue car l’on a parfois des surprises entre la réalité et ce que l’on pensait obtenir…

Voici à présent les comparatifs visuels pour les deux types de mux :

A gauche, le mixer 1 avec le ADG787 et à droite le ADG704 du mixer 2 (oui… le rose bonbon ça pique les yeux ! promis je ne recommencerais pas :) - Autre capture d’écran ici

Test similaire au précédent avec le logiciel Rocky (qui réalise le rapport S/B automatiquement) – Autre capture d’écran ici

A la vue de ces écrans, si vous arrivez à tirer des conclusions, vous êtes plus doué que moi ! Je ne vois pas de différence significative et je rappelle que les deux mesures sont prises à des intervalles de temps différents, les échanges audio/CW et les phénomènes de propagation ne sont donc pas identique. Pour pallier à ce problème récurent de variation de mesure, je vais prochainement me bricoler un générateur couplé à un atténuateur variable. L’autre solution étant de disposer d’une carte son double et de faire des mesures simultanées avec deux récepteurs.

Mais pour l’heure, le problème initial reste entier. L’ADG787 tout comme le ADG704 donnent de bons résultats pour les gammes de fréquences visées. C’est je pense une bonne alternative au FST3253 très souvent rencontré dans beaucoup de montages SDR.

Conceptuellement, le montage avec le ADG787 me plaît plus, et c’est lui que je pense utiliser pour mon nouveau SDR intégrant un convertisseur analogique-numérique AD7762 et un microcontrôleur PIC32.

Mais avant de passer à la phase suivante, il me restait encore pas mal de compositions à tester, notamment avec les différents amplis BF. Mais voila, mon alimentation à décidée de me jouer un vilain tour. Elles s’est mise à yoyoter en faisant des pics de tension jusqu’à 19V (pour une alimentation régulée de 12V). Mon circuit n’étant pas prévu pour absorber ce genre de caprice, mes condensateurs au tantale sont partis en fumé. J’aime bien les condensateurs au tantale car ils sont très compacts. Mais je comprends bien à présent pourquoi ils sont interdits dans l’industrie automobile… Ça crache des flammes et pour mettre le feux, ça doit être pas mal !!! Après investigation, je me rends compte que le régulateur principal de mon circuit a lui aussi déclaré forfait dans la bataille. Il me sort à présent 10V au lieu de 5V :/ Les étages en aval sont donc potentiellement morts et les comparaisons à venir ont été réduites au silence en une fraction de seconde. Bon, je retrousse mes manches et je me remets au travail !

Condensateurs tantale n’ayant pas supporté la surtension appliquée…

Parmi la chaîne qui compose un récepteur SDR, le convertisseur analogique/numérique (CAN/ADC) occupe une place importante si bien que même le meilleur des SDR (avec un faible niveau de bruit intrinsèque) ne donnera que de piètres résultats avec un carte son bas de gamme.

J’en ai encore fais l’expérience et la vérification le week-end dernier. Je n’ai pas à me plaindre de ma carte son M-Audio Transit, elle donne des résultats corrects, mais en terme qualitatif, je pourrais tirer beaucoup plus de mon récepteur SoftRock RX v9. Ainsi, je suis revenu à une configuration antérieure avec la bonne vielle SoundBlaster Audigy 2 de mon frère (hop, merci au passage au frangin qui est au pays des caribous :) et bonjour à tous nos amis canadiens).

Et bien la différence est bien nette comme on peut le voir sur la capture d’écran ci dessous :

A gauche, la carte son Sound Blaster Audigy 2 (PCI), et à droite, la carte son M-Audio USB externe. (Note : Rocky effectue le rapport signal/bruit au niveau de l’affichage)

Prochainement, je devrais faire l’acquisition d’une nouvelle carte son (il faudra bien la rendre cette Audigy). La question est de savoir laquelle choisir. Dans beaucoup de projet SDR, les gens utilisent des cartes son externes USB ou Firewire. C’est une bonne idée car la carte ne subie pas les perturbations qui règnent à l’intérieur d’un PC. Ceci dit, ça ne fait pas tout comme le prouve ma carte M-Audio…

En carte interne 192kHz 24bits, j’ai relevé quelques références intéressantes :

• Infrasonic – Quartet (merci à F1JKJ pour l’info)
• Auzen – X-Meridian 7.1
• HT Omega – CLARO +
• Asus – Xonar Essence ST

La carte “Infrasonic Quartet” m’intéresse particulièrement car il y aurait apparemment moyen de connecter deux récepteur SDR (2 entrées stéréo), ce qui me permettrait de faire pour la 1er fois des comparaisons fiables en terme de performance.

Coté carte externe,  j’ai relevé ces références :

• Edirol (Roland) – FA-66
• E-MU – 0202 USB

Les prix sont néanmoins beaucoup plus plus élevés (2 à 3 fois) pour ce type d’unité externe.

Si vous avez des retours d’expériences par rapport à vos SDR et vos cartes son, je suis preneur d’info !

24 bits bien sur ! Mais faut-il encore que la carte son en soit capable. Pour ma part, ma carte externe 24 bits (M-Audio Transit) se révèle être une carte avec une précision de 16 bits seulement, comme le suggère la petite expérience suivante.

A partir de l’acquisition 24bits originale, j’ai effectué une décimation en 16 bits et 8 bits. Aussi, je ne constate aucun gain de sensibilité entre la mesure originale (24 bits) et la décimation en 16 bits.

Bande amateur pour les modes 24 bits / 16 bits / 8 bits.

Ceci confirme ce que j’avais déjà lu sur cette carte son. C’est une carte son correcte si on la considère comme une carte 16 bits. Dans ce qui se fait par ailleurs, on ne trouve pas de carte réellement 24 bits, mais certaines sont meilleures que d’autres (SNR).

Note : Un lecteur attentif n’aura pas manqué de remarquer le danger et une confusion possible dans ma petite expérience. En fonction de la bande choisie et de l’antenne utilisée, le bruit ambiant (athmosphérique, industriel, cosmique…) peut gommer le gain de sensibilité de l’ADC. C’est pour cela que j’ai fais une autre expérience avec une résistance de 50 ohms connectée à l’entrée du récepteur. Mais pour le coup, les captures d’écran sont nettement mois attrayantes :)

Sans vouloir chercher à comparer ce qui n’est pas vraiment comparable, je me suis amusé à faire un petit montage avec une capture d’écran de WebSDR et une autre de Spectrum Lab avec mon SoftRock RX v9 sur une antenne cadre.

Sur le montage suivant, en première partie haute, on peut voir WebSDR. A notre que la vue à été inversée (flip horizontal) pour être dans le même sens de défilement que Spectrum Lab. En dessous, la capture du SoftRock RX v9. Pour comparer les deux sonogrammes, il faut les reprendre tous les deux à partir de la petite bande bleu clair (Note : L’ajustement à été fait approximativement, mais on s’y retrouve).

Capture d’écran partielle de WebSDR (en haut) et de Spectrum Lab avec le SoftRock RX v9 (en bas)

Il est intéressant de noter les différences de réception à quelques 350 Km de distance. L’essentiel est là, mais il y a certaines émissions présentes sur l’une et pas sur l’autre.

La granularité me semble meilleure avec le SoftRock, ceci est peut-être du au fait que j’utilise une carte 24 bits et que WebSDR travaille avec un ADC 16 bits. Une autre explication possible pourrait être que PA3FWM utilise un traitement numérique en vue de gagner en bande passante pour le serveur. Ce petit bijou online gère tout de même plus de 100 utilisateurs simultanément ! Les tailles de FFT peuvent aussi jouer sur le rendu graphique. Beaucoup d’interrogations, il faudrait que je consulte Pieter-Tjerk.

Pour achever ma comparaison bancale, rappelons que les antennes sont différentes, avec une géolocalisation différente et des orientations différentes… Mais bon, les écrans étant tout de même relativement similaires, on peut dire qu’il y a une certaine cohérence des ces projets SDR. Les deux approches sont excellentes.

Ce week-end dernier, c’était bricolage d’antennes. La première réalisation est une antenne Zepplin avec un adaptateur d’inpédence sur tore, vu que je n’ai pas la place pour mettre 1/4 d’onde de bifilaire. Du coup, je ne sais pas si ça s’appelle toujours une Zepp ou si c’est –long– fil accordé :) Bref, j’ai 1/2 onde sur un fil de cuivre de 2.5mm carré avec une attaque à une extrémité de l’antenne. Comme je suis en impédance élevée au bout du fil, j’utilise un transformateur d’impédance selfique sur tore pour ramener tout cela sur 50 ohms.

Il est toujours difficile de faire des comparaisons précises d’antennes en raison de la difficulté de réunir pour les deux tests les mêmes conditions expérimentales (localisation spatiale, temporelle…). Je peux donc seulement dire que j’ai l’impression que la réception est un poil meilleure qu’avec mon long fil, pour la bande des 40m (bande pour laquelle je l’ai accordé).

L’autre antenne réalisée est une antenne cadre, aussi appelée boucle magnétique. J’en ai déjà réalisé un petit paquet, et cette dernière fait suite à mon échec avec ma boucle en nid d’abeille. Pour mon nouveau cadre, il y a 9 spires enroulés sur un carré de 1m de diagonale. Contrairement à l’antenne en nid d’abeille, il n’y a pas de croisement entre les fils des différentes spires.

Note : Une photo serait la bienvenue, mais je n’avais pas mon appareil… J’update donc ce post à l’occaz !

Cette nouvelle antenne cadre ne dispose pas de condensateur variable pour l’ajustement de la fréquence de résonance. L’ajustement de cette fréquence se fait en jouant sur les capacités parasites de l’antenne. Pour cela, il suffit d’augmenter ou de diminuer l’espacement des spires entre-elles. Dit comme cela, ça ne fait pas très sérieux et pas très pratique d’utilisation, mais je cherchais avant tout à limiter l’effet capacitif pour disposer de la plus grande longueur possible de fil. L’idée était de déterminer si je gagne un peu en réception par rapport à un fil plus court. Reformulé autrement : Est-ce que seul le diamètre de la boucle joue sur l’intensité de réception ? (je zappe volontairement les autres aspects comme l’orientation ou la localisation)

Les deux nouvelles antennes n’étant pas accordées sur la même bande, je n’ai pas pu réaliser de comparaison directe mais j’adapterais bientôt la 80m sur 40m afin de compléter mes tests et faire un petit –battle– :)

Cependant, je retrouve déjà certaines constatations que j’avais déjà faite lors de précédents posts. Globalement, le niveau de bruit sur l’antenne boucle est plus bas que sur l’antenne filaire. Jusqu’à maintenant, je constatais que le rapport signal/bruit était en faveur des antennes boucle. Maintenant que j’ai une antenne filaire accordée, les choses sont moins tranchées. La filaire s’en sort pas mal et il est difficile de faire une distinction visuelle avec Rocky (Rocky réalise déjà le rapport signal/bruit pour son affichage).

Voici une petite capture d’écran réalisée avec Spectrum Lab :

Waterfall antenne cadre -vs- antenne filaire

Sur le coté gauche, on peut apercevoir la légende des couleurs en dB. En première partie, à gauche, l’antenne cadre. En seconde partie droite, on peu voir l’antenne filaire accordée (la toute petite bande centrale, c’est la permutation des deux fiches BNC :) On note clairement un niveau de bruit plus fort sur l’antenne filaire. Le niveau des signaux reçus en également plus fort sur la filaire.

Il est intéressant aussi de comparer les niveaux des enregistrements pour les deux antennes. Sur le graphique suivant issus du logiciel Audacity, on peut voir en première partie l’enregistrement de l’antenne filaire. Le niveau est assez important. En seconde partie, l’enregistrement de l’antenne cadre, qui lui est en revanche très faible (l’ordre est inversé par rapport au graphique précédent).

Enregistrement antenne filaire -vs- antenne cadre (channels I et Q)

Au niveau de la conception, je pense qu’il ne faudrait pas augmenter l’amplification de l’étage final pour une antenne filaire (une marge étant toujours souhaitable car les conditions peuvent varier), par contre, pour une antenne cadre, on dispose d’une bonne marge et on pourrait augmenter l’amplification. Cela n’apportera bien sur pas grand chose si l’on utilise un ADC 24bits qui lui pourra descendre très bas en sensibilité.

Bref, encore pas mal d’expérimentations et de modifications à faire pour mieux comprendre cette chimie ! :)

Déjà dans plusieurs posts, j’ai souligné les bonnes performances des antennes cadre. J’ai observé des réceptions bien meilleures avec une antenne intérieure cadre qu’avec un long fil. Comment cela est-il possible ?! Je me suis posé la question alors même que j’avais lu la réponse dans mes livres sur les antennes.

En fait, j’utilise principalement l’excellent logiciel Rocky, qui contient un bonne quantité d’algorithmes de traitement du signal. L’analyseur de spectre ajuste le contraste automatiquement en fonction du rapport signal/bruit pour obtenir une meilleure lecture visuelle. C’est appréciable, mais du coup, je ne me suis pas aperçu de certains phénomènes.

Voici un petit comparatif entre une antenne long fil et une antenne cadre sur la bande de 40m fait à l’aide de Rocky :

A gauche, l’antenne long fil. A droite l’antenne cadre. Bande des 40m

Pour la capture ci-dessus, il n’y a pas photo, l’antenne cadre (partie à droite) laisse apparaître plus de signaux (également plus forts).

Voyons à présent une capture d’écran réalisée avec Spectrum Lab :

Les dispositions sont inversées, à gauche l’antenne cadre (non accordée précisément), à droite l’antenne long fil. Partie centrale de la bande des 80m

Ce qui intéressant ici, c’est que l’on peut voir que l’antenne long fil à un niveau de bruit bien supérieur à celui de l’antenne cadre. Les signaux des émissions amateur sont reçus un peu plus fort, mais c’est sans proportions par rapport à l’augmentation du niveau de bruit.

Le rapport signal/bruit est donc à l’avantage de l’antenne cadre. Rocky ajustant le contraste du spectrogramme automatiquement, c’était donc bien normal d’avoir l’impression de recevoir des signaux plus fort une antenne cadre. En réalité, c’est bien le rapport signal/bruit qui était meilleur. Cela va dans le sens de ce que j’avais lu dans des livres sur les antennes. L’antenne cadre recevrait essentiellement la composante magnétique, les parasites étant principalement véhiculés par la composante électrique, l’antenne serait plus ou moins immunisée contre les parasites.

Note : Je ne suis pas sur que l’on puisse séparer la composante magnétique de la composante électrique aussi facilement que cela, mais je suis bien forcé de constater une belle différence.

Voila encore une petite expérience que je trouve intéressante. La compréhension* passe pour cette fois par l’expérimentation :)

* : Compréhension certes partielle, il reste encore pas mal à faire  ^^

En photo, ce n’est pas le tout d’avoir un bon appareil, il faut aussi une bonne optique, c’est tout aussi important. De même, en radio, un excellent récepteur ne fait pas tout, il faut aussi une bonne antenne, et une situation géographique avantageuse.

L’hiver approchant, je ne suis pas franchement motivé pour faire des excursions sur les collines avoisinnantes, aussi je cherche une solution plus technique afin d’améliorer mes antennes :)

J’ai fais pas mal de tests, et j’avoue que je suis bleuffé par la qualité de réception des antennes cadre. Je préfère les appeler antennes cadre que boucles magnétiques, car je ne suis plus sur que l’on puisse séparer la composante magnétique de la composante électrique dans ce cadre d’application.

Pour mes comparatifs, je disposais d’une –pseudo– antenne long fil de 20 mètres à 5 mètres du sol, d’une autre long fil de 30 mètres, un mètre plus haut mais d’une section plus petite, et finalement de mon antenne cadre d’un diamètre de 65cm (disposé à la même hauteur.)

Résultat en réception : l’antenne cadre n’a rien à envier aux antennes long fils. Elle donne même un peu mieux. Il faut tout de même garder à l’esprit que contrairement au long fil, elle ne marche bien qu’avec une fréquence donnée.

Long fil de 20 mètres / Long fil de 30 mètre plus fin / Antenne cadre (autre screenshot “longfil -vs- cadre” ici)

Concernant les antennes cadre, j’ai l’impression que tout à déjà été découvert et/ou inventé, mais moi, je n’ai pas encore tout testé :) Aussi, je retourne à mes petites expérimentations pour tenter d’améliorer le schmilblick !

SWR pour l’antenne cadre sur la bande des 40m

Après quelques essais non concluants du à mon esprit tordu qui cherchait midi à quatorze heure, je me suis résigné à suivre les recommandations du botin de F5AD (hop, une petite vidéo des antennes de l’auteur en passant) et tout est rentré dans l’ordre. J’ai réalisé une boucle primaire d’un mètre de diamètre avec du câble d’électricien de 2.5mm^2 relié à un petit condensateur variable et une boucle secondaire plus petite reliée au câble coaxial du récepteur.

Comme je n’ai pour le moment pas le droit d’émettre (hé oui, je n’ai pas encore de licence de radioamateur), le condensateur variable n’a pas besoin de supporter de fortes tentions. Des tensions élevées (1 à 3 kV) sont en effet présentes lors de l’émission et des condensateurs à fort isolement (ex: condensateurs papillon / butterfly) sont nécessaires pour éviter des claquages (arc électrique).

Ce type d’antenne est sensé ne recevoir que la composante magnétique d’une onde électromagnétique. L’antenne est en fait un circuit accordé (self + condensateur) et la boucle secondaire joue le rôle d’un transformateur d’impédance. Cela fait bizarre de voir un transformateur aussi grand avec 1 spire au primaire et au secondaire, mais la physique et les tests montrent que ça marche :)

J’ai ensuite un peu changé la configuration du bourzinc, en utilisant du coaxial 15mm pour réaliser un blindage. Les tests montrent que cela marche tout aussi bien. Pourtant je ne suis pas sur de réaliser effectivement un blindage comme ceci. La tresse externe peu très bien se comporter comme une antenne et rerayonner la composante électrique et magnétique. Mais bon, comme je ne suis sur de rien au niveau théorie, je n’irais pas plus loin.

Le fait est que cela fonctionne bien. Voici quelques captures d’écran comparatives entre mes boucles magnétiques et mon antenne long fil qui pendouille à 4 mètres de haut vers le fond du jardin :

Comparatif de la boucle magnétique simple à gauche, et du long fil à droite (autre exemple ici pour la bouche magnétique blindée)

Contrairement à ce que je pensais, la boucle magnétique tient la comparaison avec l’antenne long fil ! Après avoir fait des comparatifs et ausculté les moindres recoins, j’estime que les deux se valent.

Quelques remarques/précisisons toutefois :
- La boucle magnétique est dans un bâtiment, le long fil cours dans le jardin.
- La bouche magnétique est accordée est ne fonctionne que sur une fréquence donnée, le long fil s’accorde un peu avec n’importe quoi…
- La boucle magnétique est plus compacte et occupe un plus petit volume.

Par ailleurs, je ne peux que confirmer que l’antenne est sensible aux effets de masse. D’ailleurs, c’est rigolo, l’antenne semble bien aimer le gros radiateur en fonte :) J’imagine qu’il doit agir un peu comme une grosse ferrite. L’antenne est aussi légèrement directionnelle, et en la faisant tourner, il n’est pas très dur  de localiser le boiter CPL…

Pour résumer, faible encombrement, faible bande passante, bonne sensibilité.
De toute façons, pas de miracle, on ne ne peut jamais avoir :
- efficacité
- large bande passante
- faible encombrement

Pour finir, une petite photo de la bêtète qui pose dans le jardin :