Down-Converter pour la DATV de l'ISS
Dans la cadre de la réception de l'émetteur DATV de l'ISS, on se trouve confronté à divers problèmes.
En premier lieu, on constate que la puissance du signal émis sur 2395 MHz depuis sa remise en route à bord est sérieusement réduit. D'autre part il est clair que l'environnement spectral autour de la bande 2400 MHz s'est sérieusement enrichi depuis 2017, WIFI, GSM et autres signaux qui perturbent la réception et le décodage de la DATV par des récepteurs large bande comme le Minitiouner, décodeur bien connu des amateurs de DATV sur QO-100.
Balise DATV de l'ISS sur 2395 MHz en DVB-S, SR2000
Filtrer la bande directement sur 2395 MHz pour obtenir une bande passante de 2 MHz n'est pas possible par des moyens simples pour éliminer toutes les perturbations proches, WIFI, GSM etc..
La description qui suit est venue d'une discussion avec F5OEO sur ce problème.
Il m'a proposé d'utiliser un mini SDR de type PLUTO en « down-converter ».
Synoptique d'un SDR de type « Pluto »
Réalisation du Down-converter.
Il en existe de nombreuses versions du Pluto ayant pratiquement toutes le même synoptique.
Pour réaliser notre conversion de fréquence, on injecte le signal 2395 MHz reçu de l'ISS sur une entrée RX et on le ressort en TX sur 1200 MHz pour cette utilisation en DATV. Bien sur, pour un autre usage, les fréquences d'entrée et de sortie peuvent être changées sans difficulté.
Mais entre les deux fonctions réception/émission, on configure par software un filtre 2,5 MHz sur la bande de base, ce qui fait que le signal de sortie 1200 MHz vers le Minitiouner est débarrassé de toutes les perturbations adjacentes.
Évariste F5OEO a programmé des scripts qui remplissent ces fonctions Réception/Filtrage/Émission sur ce Pluto.
Sur table, ça fonctionne, c'est même assez spectaculaire.
En local, on émet avec par exemple une station QO-100 sur 2395 MHz en SR2000.
On met une petite antenne sur l'entrée RX du Downconverter et on connecte la sortie TX sur le Minitiouner réglé sur 1200 MHz sans offset.
Le décodage de l'émission sur 2395 MHz se fait sans problème sur 1200 MHz. L'ensemble à beaucoup de gain et il peut être adapté par software.
Le spectre de sortie du Pluto est alors très propre, et en dehors des 2 MHz de la fréquence de réception de l'émetteur DATV de l'ISS, on ne retrouve plus rien de perturbant pour le Minitiouner.
Il est nécessaire de rajouter un petit LNA sur l'entrée RX du Pluto pour avoir un bon facteur de bruit.
Le modèle de SDR choisi est celui-ci, disponible sur la plateforme Aliexpress autour de 60€.
Pour le LNA , j'ai aussi sélectionné un modèle de la même provenance et qui m'a été conseillé par des spécialistes.
L'injecteur « Tee-bias » est un modèle bien connu. Il sert à récupérer la tension 13 ou 18V que peut générer le Minitiouner pour alimenter par le câble coaxial un LNB et ici servir à alimenter en 5V après régulation le SDR et le LNA.
Synoptique
Un régulateur linéaire 78M05 est préférable à une alimentation à découpage pour alimenter le SDR. Le raccordement d'alimentation 5V du SDR se fait par la prise USB-C auxiliaire en utilsant un câble de chargeur, sans les fils de données.
Un filtre SAW-2,4 GHz a été intercalé entre la sortie du LNA et l'entrée RX du SDR, voir photos ci-dessous.
Un boitier en impression 3D à été conçu par Lev, F4NJJ pour abriter le down-converter à l'extérieur lorsqu'il est placé juste derrière la source 2G4.
La mécanique se résume ensuite à la découpe d'une feuille d'aluminium de 10 x 14 cm et de 8 x 8 cm pour le support du Pluto, ainsi que la fixation du régulateur.
Software
On voit qu'avec ce script de quelques lignes, le SDR est configuré pour assurer la translation des fréquences ainsi que la bande passante du filtre.
Le script
#!/bin/sh
killall -9 watchconsoletx.sh
# TX
echo 2 > /sys/kernel/debug/iio/iio:device0/loopback
echo 0 > /sys/bus/iio/devices/iio:device0/out_altvoltage1_TX_LO_powerdown
echo 3000000 > /sys/bus/iio/devices/iio:device0/out_voltage_rf_bandwidth
echo "-30" > /sys/bus/iio/devices/iio:device0/out_voltage0_hardwaregain
echo 1200000000 > /sys/bus/iio/devices/iio:device0/out_altvoltage1_TX_LO_frequency
# RX
echo 3000000 > /sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_voltage_sampling_frequency
echo 2395000000 > /sys/bus/iio/devices/iio:device0/out_altvoltage0_RX_LO_frequency
echo 3000000 > /sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_voltage_rf_bandwidth
Explications de cette configuration d'un AD936x d'Analog Devices.
Explications traduites et commentées par l'IA de Google-Gemini.
Les fonctions utilisent l'interface du noyau Linux Industrial I/O (IIO),
Ces commandes configurent la chaîne de signaux RF en définissant les fréquences d'échantillonnage, les bandes passantes et les fréquences des oscillateurs locaux. Voici un aperçu de ce que fait chaque ligne du script :
La commande killall -9 watchconsoletx.sh arrête immédiatement et de force toutes les instances du script watchconsoletx.sh, présent dans la version TEZUKA de ce firmware, qui surveille la commande de PTT que peuvent fournir des logiciels externes comme SDR-Console. Script inutile et perturbant dans cette application.
Configuration de transmission (TX)
Ce bloc configure l'émetteur et définit ses paramètres physiques.
Mode de bouclage : echo 2 > .../bouclage
Le réglage sur 2 active généralement le bouclage RF. Le signal TX est renvoyé en interne vers le chemin RX avant d'atteindre l'antenne, ce qui est idéal pour l'auto-test.
Gestion de l'alimentation : echo 0 > .../TX_LO_powerdown
Cela programme l'oscillateur local TX (LO).
Bande passante RF : echo 3000000 > .../out_voltage_rf_bandwidth
Règle le filtre passe-bas analogique sur 3 MHz.
Gain matériel : écho "-30" > .../out_voltage0_hardwaregain
Règle l'atténuation à -30 dB. Dans le pilote IIO de ces puces, le gain est souvent exprimé sous forme d'atténuation à partir de 0 (puissance maximale), ce qui réduit la force du signal de sortie.
Fréquence TX : écho 1200000000 > .../out_altvoltage1_TX_LO_ Frequency
Règle l'émetteur sur 1200 MH.
Configuration de réception (RX)
Ce bloc définit la manière dont l'appareil « écoute » le signal entrant.
Fréquence d'échantillonnage : echo 3000000 > .../in_voltage_sampling_ Frequency
Règle la fréquence d'échantillonnage numérique sur 3 MSPS (Mega Samples Per Second).
Fréquence RX : écho 2395000000 > .../out_altvoltage0_RX_LO_ Frequency
Règle le récepteur sur 2,395 GHz.
Bande passante RF : echo 3000000 > .../in_voltage_rf_bandwidth
Règle le filtre analogique RX sur 3 MHz pour correspondre à votre taux d'échantillonnage du signal.
Firmware du SDR.
Il sera configuré avec ses fonctions basiques et pour que le script soit automatiquement lancé à la mise sous tension, puisque la fonction de downconverter sera le seul usage de ce SDR.
L'image du firmware configuré est téléchargeable ici : https://github.com/F5OEO/tezuka_fw/releases/download/v0.3.10/tezuka-nano-v0.3.10-1800067.zip
Sur cette version hardware, il est nécessaire de flasher ce firmware par le protocole habituel :
-Extraire le fichier pluto.frm et le copier dans la racine du répertoire qui s'affiche sous Windows à la connexion du port USB-C principal du Pluto-nano.
-Ejecter ensuite le device USB pour lancer le flashage du Pluto.
Une fois le flashage terminé et le Pluto-Nano reconnu par une connexion SSH sur le port 22, copier ou éditer le script dans le répertoire /mnt/jffs2 en le nommant autorun.sh. Puis ensuite lui appliquer les droits d'exécution par la commande : chmod +x /mnt/jffs2/autorun.sh
Mesures
Mesure de la bande de filltrage sur analyseur Rhode & Schwarz
Capture du signal à l'entrée du Minitiouner
Nous distinguons bien la bande passante du filtre sur la variation du bruit de fond induit par le gain de conversion, un peu plus de 25 dB.
Ici un signal DATV émis sur 2395 MHz en SR500 et convertis par le SDR sur 1200 MHz. Aucune perturbation en dehors de la bande filtrée.
Voici une capture similaire faite sur la sortie d'un downconverter DB6NT qui transpose la fréquence 2395 MHz sur 1267 MHz
On voit parfaitement des signaux de type WIFI dans le même espace de 20 MHz analysé.
Conclusion
L'avantage d'une telle configuration est la facilité de faire une conversion de fréquence, simplement en programmant les fréquences d'entrée et de sortie ainsi que le filtrage adapté au besoin, sans ressortir le fer à souder ni changer le moindre composant, ceci dans une plage de fréquences très variée entre 60 MHz et 6 GHz.
Cette configuration semble parfaitement convenir dans le cadre de la réception DATV de l'ISS.
Mais dans le cas présent, il convient parfaitement et pour moins de 100€.
Cette architecture à base de SDR offre d'autres perspectives à tester, comme des relais passifs 144->432 MHz ou l'inverse, 1260->437 MHz, il suffirait juste de rajouter l'ampli de puissance correspondant à la fréquence de sortie.
Une simplification hardware considérable car nous avons là le coeur d'un système très souple pouvant s'adapter à toutes nos fréquence VHF-UHF-SHF jusqu'à 6GHz.
Bien sur, le système à ses limites et les puristes trouveront toujours quelque chose à dire.
Merci à F5OEO pour m'avoir incité à explorer cette voie.
73, Lucien F1TE