Évolution du répéteur ON0LG VHF 145,650 MHz en 2019 et expérimentations sur un duplexeur à cavités BpBr avec Stubs

Le relais VHF 2 m ON0LG est situé actuellement en 2019 sur un sommet bien dégagé près du lieu-dit « Les Biens Communaux » sur la commune de Seraing en province de Liège (QTH Locator : JO20SN), à une altitude d’environ 245 m AMSL (Above Main Sea Level, au-dessus du niveau moyen de la mer) et son antenne est située sur un pylône installé au sommet d’un immeuble de 24 étages dominant toute la région habitée environnante.  L’antenne du relais ON0LG se retrouve ainsi installée à une hauteur d’environ 110 m par rapport au sol.  Cette localisation est stratégique car elle se situe à peine à quelques kilomètres du centre de la ville de Liège et le relais ON0LG peut aussi assurer une relativement large couverture sur toute la province (voir la carte de couverture sur la figure ci-dessous).  Remarque : cette carte reste relativement théorique.

Fig. 1 : Carte de couverture du relais ON0LG VHF 2 m, 145,650 MHz, canal RV52, CTCSS 74,4 Hz.  La zone colorisée en vert clair représente une couverture d’au moins de 90 % et la zone colorisée en jaune représente une couverture comprise entre 50 % et 70 %.  Source : ON6DP ; carte établie selon le logiciel Radio Mobile dont la propriété intellectuelle appartient à Roger Coudé VE2DBE.

Vues vers les quatre points cardinaux à partir de l’antenne de ON0LG (JO20SN)

Fig. 2 : Vue vers le Sud sur la rue de Plaineveaux et la route de Rotheux en direction de Plainevaux, Rotheux, Anthisnes, Hamoir, Barvaux, La Roche-en-Ardennes, Bastogne (où a eu lieu la bataille des Ardennes à partir du 16 Décembre 1944 ; hommages aux soldats US !) et Diekirsh (Luxembourg).  Photo : ON4IJ.

Fig. 3 : Vue vers l’Ouest en direction de Flémalle-Haute, Saint-Georges-sur-Meuse, Tihange, Huy, Namur, Charleroi, Mons, Tournais et Lille (France).  Photo : ON4IJ.

Fig. 4 : Vue vers le Nord sur la rue de Plaineveaux et l’avenue des Joncs en direction de Seraing, de la vallée de la Meuse, Saint-Nicolas, Bierset, Alleur, Tongres, Genk et Maastricht (Hollande).  Photo : ON4IJ.

Fig. 5 : Vue vers l’Est en direction d’Ougrée, le Sart-Tilman où l’on peut observer sur la gauche la tour des télécommunications de Belgacom (devenu Proximus) et vers le centre la tour du « Bol d’Air » où se situent les antennes de la RTBF (Radio Télévision Belge Francophone), ensuite en direction d’Embourg, Chênée, Chaudfontaine, Trooz, Verviers, Aachen et Monschau (Allemagne).  Photo : ON4IJ.

Lien vers l’historique de ON0LG VHF 2 m

Vous trouverez toute l’histoire de ON0LG ici :    https://on5vl.org/naissance-relais/

En bref :

La licence ON0LG a été obtenue le 23.10.1975 auprès de la RTT (Régie des Télégraphes et des Téléphones), devenue par après l’IBPT (Institut Belge des Postes et des Télécommunications).  L’inauguration de la première version du répéteur a eu lieu à Trooz au lieu-dit « Les Croisettes » le 15.11.1975.

Le relais VHF ON0LG a été finalement transféré à Seraing où il est opérationnel de nos jours en 2019.

La dernière version matérielle du répéteur VHF ON0LG datait de 2016 et était constituée d’un rack répéteur avec un amplificateur HF de 50 W et d’une alimentation 13,8 V.  La configuration comportait deux antennes distinctes (dipôles verticaux) situées sur un axe vertical l’une au-dessus de l’autre.  Deux feeders coaxiaux de section de ½ pouce établissaient le raccordement des antennes vers l’entrée RX et la sortie TX respectivement par l’intermédiaire de deux cavités passe-bande (c’est-à-dire quatre cavités en tout).

Pourquoi vouloir changer en 2019 du matériel datant à peine de 2016 et qui fonctionnait parfaitement ?

Réponses :

• ajouter au mode FM analogique du relais ON0LG VHF le mode C4FM Digital Voice avec une commutation automatique de mode (AMS Automatic Mode Select) ;
• disposer d’un système intégré d’alimentation secourue avec une commutation automatique sur une batterie externe maintenue en permanence par un système de charge intelligent ;
• maintenir le relais opérationnel en cas de coupure du réseau de distribution d’énergie électrique et pouvoir être ainsi disponible en situation d’urgence, par exemple B-EARS (Belgian Emergency Amateur Radio Service) ;
• ajouter sur le même site un relais ON0LG UHF FM analogique et C4FM ;
• profiter des deux précieux emplacements qui sont actuellement octroyés aux radioamateurs sur le pylône du relais ON0LG à Seraing afin de remplacer deux antennes mono-bande VHF existantes par des antennes bi-bande VHF et UHF permettant ainsi l’installation des relais 2 m et 70 cm et de privilégier indistinctement le fonctionnement d’un de ceux-ci en cas de défectuosité majeure d’une des deux antennes ;
• promouvoir l’évolution du relais ON0LG en le maintenant à la hauteur des progrès techniques des radioamateurs à notre époque.

Dans cet article, nous vous proposons tout le cheminement de plusieurs expérimentations typiques de l’activité technique radioamateur qui a été engagée dans ce projet pour le répéteur ON0LG VHF 2 m.

Que nécessite l’évolution du relais ON0LG VHF en relais VHF et UHF ?

Les nouveaux éléments constitutifs des répéteurs ON0LG ont fait l’objet du choix concerté suivant :

• deux racks répéteurs Yaesu DR1X, le 1^er pour la VHF, le 2^ème pour l’UHF ;
• une alimentation 13,8 V ;
• une batterie pour l’alimentation secourue ;
• un duplexeur VHF BpBr (Band-pass Band-reject) haut de gamme ;
• un duplexeur UHF Notch;
• deux antennes bi-bandes VHF/UHF Diamond X50N.

Deux nouveaux feeders sont installés en câble coaxial faible perte équipés de connecteurs type N neufs et de qualité professionnelle.  Les feeders d’origine ont dû être remplacés car les antennes sont situées actuellement plus haut sur le pylône.  Le câble coaxial pour la partie VHF est d’une section de 1/2 pouce et celui pour la partie UHF est d’une section de 7/8 de pouce.  Les raccordements des feeders du côté des antennes et du côté des duplexeurs sont effectués par l’intermédiaire de courtes longueurs de câble coaxial souple à faible perte et à haute efficacité de blindage (double blindage) du type Ecoflex 15 Plus équipés de connecteurs type N de très bonne qualité.

Fig. 6 : Pylône sur lequel étaient installées les anciennes antennes de ON0LG.  Ici, on peut observer vers le bas de la figure deux antennes dipôles mono-bande VHF.  On peut constater au sommet du pylône la présence d’antennes appartenant à un autre service de télécommunication présent sur le même site ; il s’agit d’une station de radiodiffusion FM très puissante.  Source : ON5VL.org.

Fig. 7 et 8 : Pylône sur lequel sont installées les nouvelles antennes bi-bandes VHF/UHF de ON0LG.  On observe à la figure de gauche sur la partie inférieure du pylône la présence de nombreuses antennes d’autres services de télécommunications.  Vue de détail des antennes bi-bandes X50N de ON0LG sur la figure de droite.  Photos : ON4IJ.

Fig. 9 : Répéteurs ON0LG VHF et UHF avec alimentation 13,8 V et vue du duplexeur UHF en haut à droite (la petite boite noire avec les six vis de réglage.  Photo : ON4IJ

Qu’est-ce qu’un duplexeur ?

Un des premiers buts de cet article est de vous expliquer tout l’enjeu de ce dispositif critique dans un répéteur, qu’il soit VHF ou UHF.  Le fonctionnement d’un duplexeur sera analysé en détail dans cet article.

Pour vous familiariser avec cet élément particulier, je vous invite à lire l’article « Intégration et réglage de duplexeurs pour répéteurs UHF » disponible en ligne sur le site ON5VL.org.  Vous en saurez ainsi un peu plus en ce qui concerne certaines généralités sur la constitution d’un répéteur et vous pourrez découvrir ce qu’est un duplexeur et à quoi il sert dans un relais radioamateur.

Un duplexeur VHF 2 m avec une séparation des fréquences de 600 kHz

Voici un véritable défi car la séparation des fréquences entre l’entrée et la sortie d’un répéteur VHF 2 m est très faible comparée à celle des répéteurs UHF.  Il s’agit d’une contrainte non négligeable dont il faudra tenir compte pour arriver à un rapport de protection suffisant entre la sortie TX et l’entrée RX du répéteur.  Comme vous venez de prendre la peine de lire l’article sur le réglage des duplexeurs UHF, vous connaissez à présent ce qu’est le rapport de protection que doit offrir un duplexeur pour un répéteur donné.

Tout commence par un calcul.  Hé oui, les radioamateurs doivent bien parfois effectuer quelques additions et soustractions pour déterminer les performances du matériel dont ils ont besoin pour réaliser un répéteur (relais) qui fonctionne d’une manière optimale.

Calcul du rapport de protection nécessaire pour un duplexeur raccordé à un rack répéteur Yaesu DR-1X :

Données du DR-1X :

• sensibilité (MDS) en FM : 0,2 µV @ 12 dB SINAD, ce qui correspond à ‑120 dBm ;
• puissance TX : 50 W, ce qui correspond à +47 dBm ;
• réjection du canal adjacent : 65 dB ;
• IMDR3 : 65 dB.

En ce qui concerne la réjection du canal adjacent, celle-ci a fait l’objet de mesures et un article a été publié à ce sujet sur ON5VL.org : Proposition d’un protocole de mesure sur la réjection du canal adjacent de la partie réceptrice d’un répéteur VHF en FM analogique.

En outre, une étude sur les interférences entres les relais (répéteurs radioamateurs) a été réalisée par ON7PC en 2012.  Cette étude fait aussi l’objet d’une publication sur ON5VL.org en 2019 : Interférences entre relais radioamateurs.

Dans ce qui suit, nous proposons donc dans une première approche un calcul grossier du rapport de protection d’un duplexeur pour le relais VHF ON0LG avec un rack Yaesu DR-1X (MDS = -120 dBm et réjection du canal adjacent de 65 dB).

Pour une sensibilité RX de -120 dBm et une réjection du canal adjacent de 65 dB, on ne doit pas dépasser à l’entrée RX un signal provenant de l’émetteur via le duplexeur de : ‑120 dBm + 65 dB = -55 dBm ;

La différence entre ce niveau à ne pas dépasser à l’entrée RX et le niveau à la sortie TX, donne donc par calcul un résultat à l’avance d’un rapport de protection minimum de +47 dBm – (-55 dBm) = 102 dB.  Il y a lieu de remarquer que si les performances de réjection du canal adjacent d’un DR‑1X étaient meilleures que 65 dB (par exemple de l’ordre de 80 dB comme dans des bons transceivers dignes de ce nom), alors le rapport de protection du duplexeur dans ce cas ne devrait être que de l’ordre de 87 dB.

Si le rapport de protection du duplexeur n’est pas suffisant, on subit de facto un phénomène de désensibilisation (blocage) de la partie réceptrice du répéteur et le fonctionnement correct de celui-ci est alors compromis.

Pour obtenir d’un duplexeur VHF un rapport de protection de l’ordre de 100 dB sur un Shift de 600 kHz, on n’a pas d’autre choix technologique que d’opter pour une configuration BpBr (Band-pass Band-reject, passe-bande et éliminateur de bande) avec 6 cavités, c’est-à-dire 3 cavités sur la voie TX et 3 cavités sur la voie RX.

Une opportunité d’un duplexeur performant pour ON0LG VHF et des conseils reçus grâce à l’expérience d’autres OM

Il est fréquent que des radioamateurs se rassemblent en équipe pour prendre part à un projet commun.  Cette équipe désire aussi élargir son expérience avec celle d’autres OM ayant participés à des projets similaires dans d’autres sections de radioamateurs.  C’est ainsi que ON0LG a reçu un duplexeur Wacom WP-641 de ON4LUC.  Merci Luc.

L’équipe de ON0LG a aussi reçu des conseils de ON7PC suite à son expérience acquise lors de sa participation sur l’installation d’un duplexeur sur un répéteur DR-1X au relais ON0UBA à Bruxelles (voir plus loin dans cet article).  Merci Pierre.

Le duplexeur Wacom WP-641

Il s’agit à l’origine d’un duplexeur à quatre cavités BpBr d’une construction particulière dont la conception a été établie par la société Wacom située jadis à la ville de Waco au Texas, USA.

Fig. 10 et 11 : Duplexeur WP-641 (à gauche) à 4 cavités et duplexeur WP-642 (à droite) à 6 cavités.  Source : Wacom Products Inc., feuillets des caractéristiques des duplexeurs WP-641 et WP-642, Texas USA, Mars 1997.

La première particularité des cavités de ce duplexeur réside dans une seule boucle de couplage au résonateur passe-bande.  En général, les cavités BpBr et les cavités passe-bande sont équipées de deux boucles de couplage au résonateur : une pour l’entrée de la cavité et une seconde pour la sortie de celle-ci.  L’entrée et la sortie de chaque cavité du duplexeur WP-641 s’effectue donc par l’intermédiaire d’un « Té » coaxial.

La deuxième particularité du duplexeur WP-641 est que le circuit éliminateur de bande (Notch) est constitué d’un Stub coaxial situé le long de la cavité à l’extérieur de celle-ci.  Pour les lecteurs qui souhaitent en savoir un peu plus sur ce qu’est un Stub, je vous invite à consulter l’article sur l’abaque de Smith à partir de la page 77, article disponible en ligne sur le site ON5VL.org.

Le duplexeur WP-641 est très performant pour une configuration à quatre cavités : la perte d’insertion est de l’ordre de -1,5 dB et la réjection de la fréquence non désirée se situe entre -85 dB et -90 dB par rapport à la fréquence désirée pour un écart de 600 kHz entre ces deux fréquences.  Cette performance tient aussi du facteur de surtension très élevé que l’on peut obtenir grâce à des cavités d’un très large diamètre : 8 pouces, c’est-à-dire 203 mm.  Il est à remarquer que toutes les interconnexions de ces cavités sont réalisées avec des câbles coaxiaux à double blindage (haute efficacité de blindage du câble coaxial) qui sont tous équipés de connecteurs type N de qualité professionnelle.

Le rapport de protection (isolation) de ce duplexeur est certes excellent mais il n’est pas suffisant dans sa configuration d’origine pour être utilisé tel quel sur un DR-1X.  La solution proposée par ON4IJ, auteur de cet article, est de rajouter deux cavités BpBr prélevées sur un second duplexeur identique et racheté grâce à une opportunité de revente de ce type de matériel présent sur le marché de seconde main en Mai 2018.

Le duplexeur WP-641 d’origine avec 4 cavités peut facilement être transformé en duplexeur à 6 cavités qui sont toutes issues du même type de fabrication.  On obtient de la sorte un système cohérent et non pas hybride.  Le dispositif ainsi constitué se rapproche d’un duplexeur d’un autre type à 6 cavités (WP-642) du même constructeur Wacom et dont l’isolation (meilleure que 100 dB) entre la partie TX et RX  peut ainsi atteindre les performances attendues pour l’application du relais ON0LG dans son évolution en 2019.  Les deux cavités restantes du second duplexeur WP‑641 dépareillé pourront ensuite être revendues afin d’alléger le budget de l’installation ou pourront être utilisées dans le cadre d’une autre expérimentation.

Comme cet excellent article est relativement long je vous propose de le télécharger et ainsi le regarder à votre aise.
Évolution du répéteur ON0LG VHF 145,650 MHz en 2019 et expérimentations sur un duplexeur à cavités BpBr avec Stubs (364 téléchargements )

 par Jean-François Flamée | ON4IJ