Intro
Après deux mois de trafic via le satellite géostationnaire Qatar Oscar 100, je propose un petit article sur mon blog. Son objectif est de détailler ce qui est nécessaire pour installer une chaîne de réception, qui permette la réception du trafic SSB, CW, SSTV… et également de la télévision d’amateur. La solution présentée est à priori la solution la plus universelle, largement utilisée par les stations et relativement économique.
La solution consiste à utiliser une tête universelle de réception de télévision satellite avec sa parabole, ainsi que le logiciel SDR Console développé par de G4ELI. SDR Console intègre notamment une très intéressante fonction de stabilisation en fréquence qui concurrence réellement d’autres solutions plus physique.
Cet article est “multipages”, à parcourir d’une page à l’autre ou directement depuis le sommaire à la page souhaitée.
Le satellite Es’Hail 2
Le satellite Es’Hail2 est tout d’abord un satellite commercial et géostationnaire qatari. Voici quelques informations en se qui le concerne : Il pèse 3 tonnes, équipé d’une puissance installé de 15 kW en panneaux solaires et batteries Lithium Ion, il a été construit par MELCO (Japan’s Mitsubishi Electric Corporation). Il a été lancé le 15 novembre 2018 depuis le Centre spatial Kennedy, Cap Canaveral en Floride par un lanceur Falcon 9 de SpaceX. L’ouverture au trafic radioamateur a été réalisé le 12 février 2019, deux jours avant l’inauguration officielle du satellite Phase 4A en satellite opérationnel Qatar Oscar 100.
Couverture du satellite Qatar Oscar 100
Les transpondeurs du satellite
QO-100 fréquences de montées et descentes
Le satellite propose deux transpondeurs à l’usage des radioamateurs :
- Un transpondeur pour modes à bandes étroites (NB : Narrow band)
- Un transpondeur pour la transmission de télévision large bande (WB : Wide band)
Le tableau ci-dessous précise les fréquences de descente, qui seront à réceptionner pour les deux transpondeurs. Vous remarquez que les deux transmissions ne sont pas faites avec la même polarisation de l’onde.
| Polarisation | Début (MHz) | Fin (MHz) | Largeur (MHz) |
|---|---|---|---|
| Vertical | 10489,550 | 10489,800 | 0,250 |
| Horizontal | 10491,000 | 10499,000 | 8,000 |
Le synoptique
Voici le synoptique de la chaîne de réception. Il correspond à l’une des façons de réaliser la réception des signaux émis par le satellite QO-100. Elle a l’avantage de mettre en oeuvre une technologie récente et peu onéreuse, pour peut que l’on considère que vous êtes déjà équipé d’un ordinateur.
Comme rappelé plus haut, le signal émis par le satellite est sur 10 GHz.Le fonctionnement de la tête est de convertir cette fréquence en une fréquence plus basse, et donc plus facilement exploitable par les récepteurs habituels.La tête satellite
Le récepteur est constitué d’une parabole qui a pour but de focaliser les ondes incidentes. Au foyer nous allons placer une tête de réception LNB télévision. Mais attention à choisir un LNB (Low Noise Block) à technologie PLL (Phase-locked loop appelée aussi boucle à verrouillage de phase ou boucle à phase asservie). En effet, les têtes satellites à technologie DRO (Dielectric Resonator Oscillator) ne conviendront pas car elles ne bénéficient que d’une très faible stabilité en fréquence. Comparé aux LNB PLL à base de quartz, le DRO est relativement instable en fonction de la température, et subit de grandes fluctuations de sa fréquence de +/- 250 kHz à +/- 2 MHz. Le LNB PLL quand à lui va évoluer plutôt à +/- 25 kHz à +/-50 kHz.
Synoptique interne d’une tête universelle satellite, LNB
| Tension alimentation | Polarisation | Modulation (kHz) | OL (MHz) | Segment de bande Ku (MHz) | Transposé vers bande L (MHz) |
|---|---|---|---|---|---|
| 10 à 14 V | Verticale | 0 | 9750 | 10700 à 11700 | 950 à 1950 |
| 15 à 19 V | Horizontale | 0 | 9750 | 10700 à 11700 | 950 à 1950 |
| 10 à 14 V | Verticale | 22 | 10600 | 11700 à 12750 | 1100 à 2150 |
| 15 à 19 V | Horizontale | 22 | 10600 | 11700 à 12750 | 1100 à 2150 |
Pour faire travailler sur la fréquence d’émission du transpondeur bande étroite de QO-100, nous avons besoin de faire fonctionner le LNB dans sa portion basse en fréquence. Même si la fréquence est plus basse que la fréquence minimale indiquée sur les fiches de caractéristiques des constructeurs de LNB, ces dernières vont tout à fait convenir. Donc pas besoin de générer de 22kHz, et son alimentation sera sous les 15V pour activer la polarisation verticale. L’alimentation de station que vous possédez surement déjà et qui fournit habituellement du 13.8V convient donc parfaitement pour alimenter la tête via le T-Bias.
Se procurer les têtes LNB PLL
Comme indiqué plus haut, il est important de choisir un LNB PLL. Voici quelques liens qui mérite d’être complété au fur et à mesure.
L’alimentation par T bias
Le T-bias est conçu pour injecter les courant continu dans le circuit RF sans affecter le signal RF. Vous pouvez les trouvez tout fait ou pouvez évidemment le constituer.
- Bias Tee – 10MHz-6GHz
- T biais 10-6000MHz (aliexpress)
- T bias 10-3000MHz , prise SMA Male / femelle (aliexpress)
- T Bias 10-6000MHz en boitier et SMA fem/fem (aliexpress)
Le logiciel K6VHF vous permet de calculer les condensateurs et inductances nécessaires.
Le hardware SDR
Le signal va être réceptionné grâce à un “récepteur” SDR (Software Design Radio), qui va transformer le signal en échantillons numériques qui seront récupérés par l’ordinateur. Si vous souhaitez plus de détails sur le fonctionnement des récepteurs et émetteurs SDR, je vous invite vivement à écouter la présentation de Sylvain F4GKR qui est disponible sur la chaîne REF-info sur Youtube.
Pour positionner son antenne, il s’agit de pointer le plus précisément possible celle-ci en direction du satellite géostationnaire, positionné à 25,8 degrés Est, à la verticale de Kisangani, à 35 800 kilomètres au dessus de la république démocratique du Congo. Pour vous aider, vous trouverez plus bas des logiciel sur PC, ou sur smartphone qui vous aiderons à réaliser cela.
Une autre solution est de se faire aider du soleil. Cette page internet , ou cette page ci, vous indiquera à quelle heure précise le soleil est exactement dans la direction du satellite. A cette heure, vous rechercherez à centrer l’ombre de la tête sur l’axe de symétrie vertical de la parabole. Vous pouvez également vous aider en positionnant une cordelette entre le bracon et le haut de la parabole. Il ne vous restera plus qu’à régler l’élévation, en recherchant directement sur votre récepteur SDR les niveaux de signaux les plus forts
Le troisième réglage consiste à tourner la tête LNB sur elle même suivant la valeur de l’angle de skew.
Les logiciels en ligne pour aider au pointage
Après avoir indiqué votre position, et le satellite recherché, ces sites internet vous renseignent sur l’azimut, l’élévation et l’angle de skew à adopter pour pointer le satellite.
Les logiciels pour mobile
Le logiciel SDR Console
Le logiciel SDR Console
Pour exploiter les signaux d’une clé SDR, il faut un logiciel de “traitement” qui va nous permettre l’affichage du spectre reçu ainsi que démoduler les signaux. Il existe plusieurs logiciels qui permette cela. Ce qui les différencie est la liste des matériels supportés.
Pour ma part, et surtout pour l’usage en réception du satellite Qatar Oscar 100, j’ai choisi d’utiliser le logiciel “SDR Console” édité par Simon, G4ELI (HB9DRV). Il est disponible en plateforme Windows 32 et 64 bits.
Les matériels SDR supportés par SDR Console
Le logiciel SDR Console à ce jour, sait gérer dix-neuf gammes de matériels. Vous trouvez la liste complète sur le site de l’auteur sur sa page Supported Radio.
Installer le logiciel SDR Console
Télécharger la dernière version sur le site SDR-Radio.com (la version 3.0.7 ou plus récent) et lancer l’installation du logiciel.
Installer votre équipement SDR
Au premier lancement , le logiciel vous propose de rechercher vos équipements SDR, qui doit être branché sur votre ordinateur
Sur la fenêtre Radio Definitions, cliquer sur Search pour ajouter votre matériel que vous avez raccordé à l’ordinateur. Ici je recherche la clé RTL.
Le logiciel confirme avoir trouvé le hardware. Je clique alors sur Add.
La clef est alors ajoutée à ma configuration de “Radios“. Ne pas oublier de cliquer sur le bouton “Save“.
Les fréquences de conversions
Préalablement, nous allons faire en sorte que les fréquences supérieures à 9999 MHz puissent être affichées sans soucis par le logiciel :
- Cliquer sur le bandeau View puis dans General sur Options
- Dans le fenêtre des options, cocher ‘Show frequency and RX details‘ avec range = 99.9 GHz, depuis le sous-menu Spectrum.
De façon à avoir une lecture directe de la fréquence du satellite (10 489 plutôt que 739 MHz) après la conversion de fréquence réalisé par la tête LNB, nous allons indiquer au logiciel SDR Console la fréquence de 9750 MHz, qui est la fréquence de conversion de l’oscillateur du LNB.
Dans la fenêtre de définitions des matériels ‘Radios’, cliquer sur le bouton Edit positionné après la ligne “Converter selection”.
Nous allons donc à présent saisir la fréquence de conversion sous la forme de 009750.000.000 et en cochant Down-converter.
N’oubliez pas de cliquer sur le bouton Save, pour sauvegarder votre saisie. Ici, j’ai saisie plusieurs fréquences, proche du 9 750MHz. La raison vous en est expliquée plus loin.
Démarrer la réception
Après avoir brancher sur votre récepteur SDR la liaison allant à votre T-bias et votre parabole, nous allons lancer la réception avec SDR Console. Sélectionner la radio, ainsi que la fréquence du ‘Converter’. Cliquer sur ‘Start’
L’option de stabilisation de la réception
Le logiciel SDR Console intègre depuis sa version 3.0.7 une fonction très pratique de stabilisation de la réception. En effet, la tête LNB PLL dérive quelque peu en fonction de l’évolution de la température. Simon G4ELI a mis au point un système logiciel d’asservissement de la plage de réception en prenant référence à la balise modulée BPSK située en bout de bande du transpondeur. La fréquence de la balise est connue et fixe à 10 489 800 MHz.
Nous allons immédiatement mettre en route l’option de SDR Console qui permet la stabilisation de la fréquence : Dans l’onglet ‘View‘, cliquer sur Select du bouton ‘More options…‘
Cocher la ligne ‘Geostationary Beacon‘ et valider avec OK.
Redémarrer SDR Console.
La fenêtre d’asservissement à la balise BPSK de QO-100
Retourner sur l’onglet View et cliquer à présent sur le bouton ‘Geostationary Beacon’
En bas d’écran s’affiche la fenêtre ‘Geostationary Satellite Beacon‘.
- Démarrer le waterfall de l’écran Geostationary Satellite Beacon, en cliquant sur le premier bouton Start (le cercle)
Vous devriez voir apparaître la balise de limite haute de bande, modulé en BPSK. Si comme sur la capture ci-dessus, vous ne voyez pas la balise de QO-100, cela signifie que votre LNB présente un écart de fréquences trop élevé pour que la balise soit présentée dans la plage d’affichage 10489700 – 10489900 proposé par SDR Console. Pour faire apparaître la balise BPSK, il vous faudra ajouter dans la liste des ‘Down Converter’, des fréquences de conversion différentes (réduites ou augmentés), tels que cela est présenté plus haut dans le texte.
2. Sur l’image ci-dessous, et pour mon cas, en sélectionnant une fréquence de Down converter de 9 749 900, la balise BPSK apparaît bien cette fois dans la fenêtre. Cliquer à la souris sur la balise même, de façon à ce que les deux traits blancs du haut et bas de la fenêtre soit alignés avec la balise. Vous lisez alors en direct le delta de fréquences mesuré par SDR Console, delta entre la fréquence réelle et celle attendue de la balise. Ici sur cette capture, il s’agit de 13,929 kHz. En tenant compte de la conversion en place, (9749900), le delta est en réalité de 113,929 kHz.
3. Pour mettre en route la correction en fréquence, cliquer sur le second bouton Enable du bandeau latéral (le bouton avec la flèche). Le bouton est actif (en surbrillance). L’ensemble du spectre est alors automatiquement recalé par SDR Console de façon à vous présenter la balise à sa fréquence fixe de 10 489 800 kHz, et cela quelques soit la dérive réelle que l’ensemble du spectre subit par dérive du LNB.
Lors des futurs lancement de SDR Console, vous n’aurez plus à réaliser les étapes 1 et 2, mais uniquement l’étape 3 de sélection de la balise BPSK et lancement du verrouillage (clic sur Enable)
SDR Console avec stabilisation de la réception de QO-100
En plus de la fonction même de stabilisation au Hertz prêt de la bande de réception, le logiciel SDR Console permet également (et de façon accessoire, il est vrai) d’exporter les points de correction que le logiciel à apporter. Ainsi nous allons pouvoir constater les évolutions de fréquence qu’aura fait “subir” le LNB au logiciel…
Pour ce faire,
- Cliquer sur le bouton qui représente la disquette.
- Choisissez le format de sortie du fichier (ici séparateur Tabulations)
- Sauvegarder votre fichier à l’endroit souhaité sur votre ordinateur
- Cliquer sur Open file pour ouvrir directement le fichier par votre logiciel tableur habituel
- Si vous utilisez Excel, vous trouvez un tableau ouvert, dans lequel vous pouvez trouver jusqu’à 10000 échantillons.
- Nous pouvons réaliser rapidement un graphique pour représenter l’évolution de fréquence généré par l’oscillateur du LNB. Tout d’abord, nous devons reconstituer les données sous deux colonnes. Sélectionner la colonne A (cliquer sur la lettre A)
- Sous Office Excel 2010 (ou plus récent), choisir Données puis Convertir. Choisir le type de données Délimité. Puis cocher Tabulation, et cliquer Terminer. Vous constituez ainsi deux colonnes dans le tableau Excel.
A présent, sélectionner vos deux colonnes avec les entêtes Time et Offset. Cliquer sur Insertion, et choisissez un modèle de graphique de type Ligne. Le résultat s’affiche et montre bien le travail de correction de fréquences réalisé par le logiciel SDR Console.
Multiple réception
Le logiciel SDR Console est capable de réceptionner simultanément plusieurs fréquences. Cela permet de surveiller une seconde fréquence… éventuellement dans un autre mode.
Pour ajouter un récepteur, sur le menu Receive, cliquer sur Add. Vous pouvez copier les réglages de votre canal actif sur les autres canaux par la touche ‘Copy Settings’.
Depuis le bandeau Receive / Receivers, vous pourrez activer plusieurs récepteurs simultanément ou couper la réception de l’un ou l’autre des récepteurs.
On peut par exemple avoir un récepteur dédié à la réception SSTV qui envoi son signal audio vers une carte son virtuelle, que va exploiter le logiciel de décodage d’image SSTV, alors que l’on réceptionne par ailleurs de la phonie en USB. Ci-dessous, un signal est de la phonie, le second est du morse qui pourrait être en parallèle décodé par un autre logiciel (CW skimmer par exemple).
L’historique de force de signaux
Un bandeau de SDR Console permet de voir évoluer la force des signaux du canal de réception. Pour l’activer, cliquer sur Signal History de l’onglet View.
La pseudo-stéréo
Le logiciel SDR Console intègre une fonction que les utilisateurs d’émetteur/récepteur Elecraft K3 connaissent. Il s’agit d’une fonction qui crée un signal audio stéréo à partir du flux mono; Cela se réalise par la génération d’un signal avec mise en retard. Il est réglable à votre guise depuis le menu Receive / Options, puis dans le sous-menu Audio / Pseudo Stereo. Y cocher Enable pour l’activer.
Voici un exemple d’enregistrement audio réalisé avec la fonction Pseudo-stéréo de SDR Console (vous entendrez F1AZJ, Eric du département 52 en JN28NJ).
La qualité de la restitution audio est d’autant plus intéressante que l’on utilise un casque audio. Dans le cas de cet enregistrement, le filtre DSP NR1 est actif et réglé sur 6dB.
La même chaîne de réception va pouvoir servir à la réception des images de télévision numérique transmise sur le second transpondeur de QO-100, le transpondeur large bande de 8MHz.
Pour cela, il faut basculer la polarisation de réception de votre LNB en horizontale. Pour ce faire, vous allez alimenter le LNB entre 15 et 20 Volts, en conformité avec la fiche caractéristique de cette dernière.
A la place de l’équipement de réception SDR et du logiciel SDR Console, je vous conseille la mise en place la platine récepteur DATV designé par les OMs français F6DZP, F1TE : Le Minitiouner Pro et son logiciel Minitiouner.
Logiciel Minitioune V0.9 beta7, avec la vidéo 2000 SR balise de QO-100
Helmut DG3KHS en 1000 SR via QO-100
Je ne développe pas pour l’heure ce sujet dans cet article. Mais pour l’heure, je vous invite à trouvez toutes les informations utiles sur ces sites internet.
- Le forum Viva DATV : www.vivadatv.org
- La boutique du REF : boutique.r-e-f.org
- Les transmissions DATV sur bande large en direct : eshail.batc.org.uk/wb/
Voici mon premier article sur le satellite QO 100. Le logiciel SDR Console est vraiment très plaisant à l’utilisation. En outre du traitement SDR pour la réception, il est également capable de servir à l’émission avec les émetteurs SDR tel que LimeSDR ou Adalm Pluto. Mais là, cela dépasse le premier objectif de cet article, mais peut être que cela pourra faire l’objet d’un autre article à venir. Il serait : Transmettre en SSB via QO 100 avec un LimeSDR et SDR Console. J’adresse un grand merci à Simon G4ELI pour le développement de ce logiciel de très grande qualité, stabilité et fonctionnalité.
N’hésitez pas à faire part de vos expériences, remarques en utilisant directement les commentaires ci-dessous. Je tiens à vous informer que pour vos besoins de support technique, cela se réalise uniquement au travers des commentaires publiques directement sur cette page, afin que tous les lecteurs puissent y contribuer. Aucun support par contact privé ne sera assuré.
Très bonne écoute du trafic satellite sur Es’hail 2 / Phase 4A / Qatar Oscar 100 !
Références
Schéma LNB : Telesatellite.com