Généralités
Constitution
d'un relais VHF
Réalisation
-
partie radio
-
partie logique
Les
aspects administratifs
L'équipe
projet
Questions
fréquentes (FAQ)
Références
et liens utiles
Généralités
:
Le but
de cet article est de décrire une réalisation d'amateur.
Tout d'abord, au niveau du principe, on rappelle que le
relais (ou répéteur) VHF phonie est généralement placé
sur un point haut du relief. De ce fait, il "voit"
une étendue géographique importante et va permettre à
des stations éloignées d'entrer en contact. Sur le plan
radioélectrique, il écoute en permanence les signaux transmis
sur une fréquence dite "fréquence d'entrée"
du relais, et retransmet simultanément ces signaux sur
une fréquence différente, dite "fréquence de sortie"
du relais. Il existe plusieurs sortes de relais. Sous
leur forme la plus simple, la liaison entre le récepteur
qui écoute et l'émetteur qui retransmet s'effectue au
niveau audio.
Constitution
d'un relais VHF :
Un relais VHF phonie
est constitué de six parties principales dont on donnera
ci-après les principales caractéristiques:
le récepteur
Il doit être de
grande qualité. Il doit à la fois être sensible et pouvoir
fonctionner dans un environnement de signaux forts, sur
une fréquence très voisine (celle de l'émetteur associé),
ou des fréquences plus éloignées (autres émetteurs éventuellement
sur le site). De plus, pour ne pas être perturbé par des
émissions destinées à des relais éloignés travaillant
sur les canaux adjacents, la sélectivité globale du récepteur
doit être strictement adaptée à la largeur du canal employé.
l'émetteur
Les qualités attendues
sont ici, la fiabilité, une production de signaux non
essentiels à un niveau très faible, et surtout, l'absence
de fuites HF. Ce point est très important. Toute l'énergie
HF qui sort de l'émetteur, doit sortir par la fiche coaxiale
(de qualité), et nullement par le câble d'alimentation,
les liaisons audio ou de commandes.
la logique de commande
La logique de commande
assure le respect de la réglementation, au demeurant assez
peu contraignante (indicatif du relais et lieu, en phonie
ou en télégraphie) et la production de signaux de confort
ou d'aide à l'exploitation: invitation à transmettre,
niveau du signal reçu, antibavard, température du lieu,
temporisations diverses, gestion de la tonalité d'accès
éventuelle, etc... Même si les fonctions de base peuvent
être réalisées de façon sommaire, la disponibilité de
microcontrôleurs performants permet aujourd'hui d'enrichir
considérablement la palette des services offerts (gestion
vocale, retour de statistiques de fonctionnement, etc
...).
le duplexeur
Le duplexeur permet
de connecter l'antenne de réception sur le récepteur,
en affaiblissant le moins possible le signal à recevoir,
mais en apportant un affaiblissement très important au
signal issu de l'émetteur. De manière symétrique, il doit
connecter l'émetteur sur l'antenne d'émission en affaiblissant
très peu le signal à émettre et en affaiblissant de manière
importante les composantes tombant dans le canal de réception.
Ce dernier point peu paraître étrange. Ceci s'explique
par le fait qu'un émetteur , outre le signal utile, délivre
un bruit large bande, dont l'amplitude est loin d'être
négligeable. Le calcul montre d'ailleurs que le risque
de désensibilisation du récepteur est plus grand du fait
du bruit généré par l'émetteur, à la fréquence de réception,
que par la présence de la raie, à la fréquence d'émission,
à l'entrée du récepteur. Ce bruit devra être soigneusement
réjecté au moyen des cavités situées entre l'émetteur
et le connecteur d'antenne.
Les deux opérations
ci-dessus sont donc effectuées au moyen d'un filtre duplexeur.
Sur la bande VHF radioamateurs qui s'étend de 144 ,000
à 146,000 MHz *, l'usage veut que l'écart entre la fréquence
de sortie et la fréquence d'entrée du relais soit de 600
kHz, ce qui correspond à un écart relatif de seulement
0,4 %. De plus si on souhaite utiliser une seule et même
antenne pour l'émetteur et le récepteur (et c'est souhaitable
pour des questions de couverture, de coût et de maintenance),
des réjections de plus de 80 dB sont nécessaires entre
les parties à isoler, en même temps qu'une perte d'insertion
de moins de 3 dB entre les parties à connecter. L'atteinte
de tels niveaux de performance nécessite un très grand
soin dans la réalisation et le réglage. Il est indispensable
d'utiliser des câbles coaxiaux de liaison double tresse
(RG 214, ...) et des connecteurs professionnels de qualité
(fiches N).
A noter que dans
le domaine professionnel, les relais employés dans la
bande voisine des 150 MHz utilisent un écart entre les
fréquences d'émission et de réception de 4,6 MHz, ce qui
relâche les contraintes et rend la réalisation du filtre
duplexeur beaucoup plus simple (et rend accessoirement
ces duplexeurs de peu d'intérêt pour un usage radioamateurs).
* selon le plan
défini, seules les portions 145,0000 - 145,1875 MHz (entrée)
et 145,6000 - 145,7875 MHz (sortie) sont normalement utilisées
en France pour un usage "relais".
l'antenne
Elle doit être
très robuste pour pouvoir accepter les conditions climatiques
très difficiles généralement observées sur les points
hauts. De plus les performances du duplexeur peuvent être
dégradées si l'antenne n'est pas parfaitement adaptée
(ROS < 1,2). Le fonctionnement
avec une antenne unique
est souhaitable car cela permet d'avoir une zone de couverture
identique de l'émetteur et du récepteur et abaisse les
coûts. La contrepartie est un soin un peu plus grand dans
la confection du duplexeur.
l'alimentation
Elle devra supporter
sans dommages et sans interruption de service des variations
de température et surtout des chocs électriques d'origine
naturelle (foudre), véhiculés par le réseau d'alimentation
d'énergie.
On veillera à assurer
une équipotentialité sans faille (câbles de forte section)
entre les différents éléments: alimentation, duplexeur,
émetteur, récepteur, pylône, antenne, et la terre.
Réalisation
:
la partie radio
Les émetteurs récepteurs
de qualité sont abondants et peu coûteux sur les étagères
des professionnels et sur les marchés aux puces. Il est
donc inutile de vouloir les construire à partir de composants.
On a utilisé dans cette réalisation un émetteur-récepteur
mobile Sintra-Alcatel 150 CP 16 utilisé naguère en téléphonie
Radiocom 200. L'appareil de très bonne qualité a été payé
(cher) 200 Francs.
Quelques modifications
ont été apportées:
- suppression du
duplexeur interne 4,6 MHz (ne pas jeter, récupérer
les hélices en gros fil argenté)
- suppression de
la carte CPU et de la carte de gestion des
tonalités de signalisation
- remplacement
du circuit synthétiseur Motorola série 145156
par un circuit parallèle 145152. Les fréquences
de réception et d'émission ont été câblées
en "dur". De cette manière
le RX-TX fonctionne de manière autonome sur
la fréquence souhaitée
- remplacement du
TCXO d'origine, à la fréquence 9600,225 kHz
(pour fournir un décalage d'un demi canal
!) par un modèle plus classique à 12 800 kHz,
et remplacement du pré diviseur par 12 par
un pré diviseur par 16.
photographie: le
synthétiseur
De très légères
fuites de RF du boîtier radio sont décelées. Les coupables
: les câbles de liaison BF et de commandes. Le remède
radical est simple: un petit boîtier et cinq by-pass.
L'ensemble est
placé dans un tiroir 19" qui, outre l'émetteur-récepteur,
contient une adaptation des niveaux logiques vers le tiroir
logique, un amplificateur BF 1W, des commutations, des
fonctions et commandes d'exploitation (émission forcée,
blocage émission, mode émission locale avec microphone,
mode COR, normal)
photographie: le
perçage du panneau d'exploitation de l'émetteur-récepteur
L'émetteur-récepteur
Sintra-Alcatel 150 CP 16 (Radiocom 200), placé dans son
tiroir 19". La puissance de sortie a été initialement
réglée à 15 W HF, mais l'ensemble placé en émission permanente
(ce qui est proche du régime souvent observé sur les relais),
chauffait exagérément. Un travail au niveau de l'adaptation
d'impédance de la sortie du module hybride Motorola MHW613
n'a pas permis d'améliorer notablement le rendement du
PA qui s'établit aux environs de 30%. La raison en est
vraisemblablement que le module hybride était prévu pour
fonctionner dans la bande 160-170 MHz et que ses circuits
internes fonctionnent beaucoup moins bien à 145 MHz !
Donc par prudence, la puissance HF de sortie est réglée
à 10 W HF. Lors des passages en émission, un ventilateur
se met en route et assure un refroidissement énergique.
De plus, lors du
réglage du filtre duplexeur, il est apparu que celui-ci
était fortement dépendant des longueurs des câbles de
liaison. Une mesure au pont d'impédance VHF a montré un
ROS de 2,8 à l'entrée du récepteur ! Toujours le même
problème des appareils que l'on détourne de leur utilisation
initiale ! Quelques condensateurs céramiques et quelques
mesures plus tard le ROS passait à 1,050 et le problème
évoqué plus haut disparaissait.
Enfin, la courbe
de réponse audio de l'ensemble émetteur + récepteur a
été mesurée et a fait apparaître un creux prononcé entre
400 et 800 Hz (presque -10 dB à 400 Hz). Une cellule de
prédistorsion a été ajoutée et a rendu la courbe de réponse
presque plate entre 400 et 3000 Hz (à 3 dB près).
le filtre duplexeur
Le filtre duplexeur
utilise 4 cavités. La base a été récupérée sur un
émetteur commercial 420 MHz (Radiocom 2000) où elle était
utilisée en coupleur sur un mode harmonique (3 lambda/4).
Les dimensions sont voisines du modèle commercial Wacom
WP641. télécharger
la fiche technique Wacom au format .pdf (217 koctets)
Un dessoudage minutieux
et des modifications ont été nécessaires (obturation de
couplages internes et pose de platines connecteurs), mais
cette récupération nous a fait économiser beaucoup de
temps.
photographies:
les cavités ; les
tiges d'accord
Les analyses faites
par la South East Iowa Technical Society (SEITS)
et par l'ARRL dans l'Antenna Book sont très instructives.
Pour une bonne
performance d'ensemble, l'illumination des cavités par
les boucles de couplage doit être optimisée avec beaucoup
de soin (forme et position des boucles de couplage).
Une fois ce travail
réalisé, la procédure de réglage final est parfaitement
décrite sur le site de Wacom.
télécharger
la procédure de réglage au format .pdf (276 koctets)
Des description
de filtres duplexeurs existent par ailleurs dans l' ARRL
Antenna Book et en ligne sur le site français du REF.
IMPORTANT: Pour
un fonctionnement convenable du duplexeur, il est indispensable
que les trois accès (antenne, émetteur et récepteur) présentent
une impédance réelle de 50 ohms ( 50 ohms + j 0 ohms).
Si ce n'est pas le cas, le réglage tourne vite au cauchemar.
Un pont d'impédance VHF est nécessaire. Lors des mesures
on peut découvrir des choses surprenantes : dans notre
cas, le récepteur présentait un ROS de 2,8 à l'entrée
(voir plus haut) ! Le ROS du récepteur peut varier fortement
lorsqu'on modifie le réglage de l'étage d'entrée.
les
3 secrets du bon fonctionnement des duplexeurs
modification
du duplexeur R2000 "Câbles de Lyon"
la logique (by F6GSG)
La réalisation
d'une logique de relais radio-amateur est en général assez
simple. Cela consiste au minimum a gérer une détection
de porteuse et de commander la mise en marche de l'émetteur
pendant un certain temps.
Pour la réalisation
du relais F1ZGU, le choix s'est porté sur la réalisation
d'une logique autour d'un microcontrôleur
qui assure:
-
La gestion de la présence porteuse.
-
La gestion du 1750 Hz.
-
La commande TX de l'émetteur.
-
La gestion des messages CW.
-
La gestion de messages Vocaux.
-
La gestion des "timing" du relais (Temps
d'émission, Anti-bavard....)
synoptique
format JPG
La
carte de contrôle est organisée autour d'un circuit
de chez ATMEL
le AT89S53,
c'est un microcontrôleur de la famille 51 qui possède
12K de programme en mémoire flash et beaucoup d'entrées
sorties....
Il
est programmé en
BASCOM qui est un basic pour ce type microcontrôleur,
il utilise un bus
I2C pour piloter certains
éléments périphériques:
-
un DS1307, circuit horloge temps réel de chez
DALLAS.
-
un 24C08, une mémoire EEPROM qui conserve
les données de paramétrage.
Il
pilote directement un afficheur
LCD de 2 lignes de 16 caractères.
il
décode les données DTMF grâce à un décodeur MT88700
de chez MITEC et la détection du 1750 Hz est assurée
par un classique NE567.
La
gestion du reset est assurée par un DS1232 (encore
DALLAS).
Les
messages vocaux sont assurés avec un ISD2590 de
chez ISD.
schéma
électronique format jpg
schéma
électronique format drw (windraft)
photo
de la maquette
vue d'ensemble
Le relais en cours
de construction: photographie
Le relais terminé:
photographie
la couverture prévisionnelle du relais VHF F1ZGU
La couverture prévisionnelle
est établie à l'aide du logiciel gratuit Radio Mobile
développé par VE2DBE. Les résultats donnés par un logiciel
professionnel sont tout à fait comparables. Le seul défaut
est imputable, non pas au logiciel de calcul, mais à la
qualité des données (gratuites), qui ne donnent une résolution
limitée à 30'' d'arc, soit environ 1 km.
télécharger
le logiciel gratuit Radio Mobile
télécharger
les données cartographiques gratuites
la couverture prévisionnelle
du relais VHF F1ZGU
Les
aspects administratifs :
La fonction de
responsable de relais est accessible aux titulaires d'une
autorisation de classe 1 ou 2 (pas aux classes 3, indicatifs
en F0...). Le relais doit transmettre son indicatif, sa
fréquence et sa position géographique. Le projet doit
être compatible avec les installations existantes et ne
pas provoquer de brouillages.
La déclaration
d'un relais à l'ART est une formalité obligatoire mais
simple: il suffit de téléphoner à l'ART, service radioamateurs,
pour demander l'imprimé, puis de retourner celui-ci correctement
rempli. L'autorisation arrive environ trois semaines plus
tard. La démarche est gratuite.
En fonction de
leur situation géographique, les relais sont susceptibles
de couvrir des zones très étendues. Le nombre de canaux
utilisés par les relais étant de 16 (au pas de 12,5 kHz),
il est nécessaire de choisir avec soin le canal employé
et de vérifier que le nouveau relais n'apportera pas de
gêne sérieuse à ses voisins cofréquents. Il est donc fortement
conseillé de prendre contact avec la CNRR
(Commission Nationale des Relais Radioamateurs) et de
suivre son avis. De nombreuses régions ne permettent plus
d'accueillir de nouveaux relais VHF.
L'ART a récemment
rappelé que la déclaration des stations radioamateurs
à l'Agence Nationale des Fréquences n'était pas nécessaire,
y compris dans les zones de groupement (procédure COMSIS).
Toutefois, pour ménager de bonnes relations et éviter
les surprises, il est recommandé d'informer les services
locaux de l'ANFR lors de l'établissement d'un relais.
L'équipe
projet :
Les principaux
contributeurs au projet ont été:
- pour la partie
logique: un pro du domaine, Patrick,
F6GSG
- pour la transformation
du duplexeur: la gentillesse et le savoir
faire de Gérard, F9YA
- pour la partie
radio, un nouvel indicativé (HI!), Jean-François,
F4DAY
Questions
fréquentes (FAQ)
Q
:
Je reçois parfaitement le relais F1ZGU, ma puissance d'émission
est correcte, mais je n'arrive pas à enclencher le relais.
R
:
Le relais F1ZGU fonctionne dans le nouveau plan de fréquence
IARU à 12,5 kHZ. Son récepteur est équipé d'un filtre
à quartz professionnel correspondant à cet espacement
entre canaux, c'est à dire dont la largeur de bande est
de 7500 Hz. Il faut vérifier votre fréquence exacte d'émission
au moyen d'un fréquencemètre digital correctement étalonné
et procèder aux ajustements nécessaires.
Q : J'ai des reports
de modulation mauvais. Il arrive même que le relais interrompe
sa retransmission alors que je suis en émission.
R : Votre émetteur
génère probablement une excursion trop importante. Le
réglage est simple et nous vous proposons une méthode
: méthode de réglage de l'excursion.
quelques
sites généralistes
http://www.jackdaniel.com/duplex.htm
http://www.kuggie.com/rbtip/
http://www.g8sjp.demon.co.uk/pictures.htm
duplexeurs
SEITS http://seits.org/duplexer/duplexer.htm
Wacom http://www.wacomprod.com/
ARRL Antenna
book
logiciel de prédiction de couverture radio
Radio
Mobile, par VE2DBE
cartographie,
au format DTED
sites officiels
Autorité
de Régulation des Télécommunications : http://www.art-telecom.fr/
Agence Nationale des Fréquences : http://www.anfr.fr/fr/
associations
REF : http://www.ref.tm.fr/sommaire.html
CNRR : http://www.ref.tm.fr/cnrr/la_cnrr.html
Union des
Radioclubs : http://www.cfrr.org/urc/
ARRL : http://www.arrl.org/
