Après midi studieuse à la SHTSF, Jacques F1EDC, répondait à la demande de nombreux copains qui s’interrogeaient sur le principe de fonctionnement d’un relais phonie.

Tous réunis dans les locaux de la SHTSF, autour d’un tasse de café, nous écoutons « le maitre Jacques » passer en revue les différents éléments composant cette station un peu particulière.

La verve de Jacques et son approche imagée, ont rendu plutôt sympathiques les dB, dBm et autres vocables généralement rébarbatifs !

J’ai compris qu’une telle installation, même si elle a fait  fait l’objet des plus grands soins de la part de ses concepteurs, ne pouvait rivaliser avec une station personnelle normalement équipée.

Le bruit généré par le TX fonctionnant à 600 kHz de la fréquence du récepteur et les interférences dues à l’environnement participent négativement au bilan de la liaison.

Un support documentaire a été remis aux OM’s présents, vous pourrez en prendre connaissance ci-dessous :

   LES RELAIS PHONIE FM VHF -UHF en FRANCE

1-     à quoi servent les relais

Les relais phonie sont destinés à retransmettre à partir d’un point haut toutes les émissions phonie en mode FM ou apparenté sur les bandes VHF ou UHF, provenant des stations ayant une faible couverture radio (petite puissance ou  dégagement défavorable).

2-  de quoi se compose un relais phonie

Un relais VHF ou UHF est composé essentiellement des éléments suivants :

–          un récepteur

–          un émetteur

–          une logique de télécommande permettant la mise en route et l’arrêt de l’installation

–          une logique de gestion

–          un duplexeur ou filtres dites cavités

–          une ou deux antennes omnidirectionnelles

–          une alimentation ad hoc

–          d’une autorisation d’utilisation fixant l’indicatif du relais et les conditions d’exploitation.

       3- conditions d’exploitation

Un relais dûment autorisé est placé au regard de l’administration ( ANFr)¹ sous la responsabilité d’une personne physique possédant un indicatif correspondant à la bande dans laquelle le relais est exploité. Il doit entre autres obligations et sauf disposition contraire, être ouvert à toutes stations autorisées à trafiquer via relais, sans distinction, 24 heures sur 24, 365 jours par an. Le relais doit au début et à la fin des QSO transmettre son indicatif, au moins, en graphie ou phonie (certains transmettent les deux…) Le responsable du relais doit veiller aux règles imposées par l’administration, quand à son utilisation, et devra, si ces règles n’étaient pas respectées en  particulier si les contenus des messages retransmis sortaient du cadre assigné par l’administration, pouvoir arrêter à distance les retransmissions.

4- fréquences utilisées

Les fréquences dépendent d’abord de la bande choisie VHF ou UHF

Par exemple en VHF 144.00 – 146.000 MHz sur recommandations de l’ IARU²les émetteurs de relais doivent se situer entre 145.000 et 145.775 MHz. La fréquence sera proposée par le responsable et sera choisie de façon à s’harmoniser avec les fréquences des autres relais « voisins ».

La fréquence de réception est fixée à – 600 kHz en dessous de la fréquence d’émission.

Par exemple pour F5ZEV émission (du relais) 145.725 MHz réception 145.125 MHz. Depuis quelques années les canaux sont de type 12.5 kHz .

Les relais UHF la fréquence réception est supérieure de 1.600 MHz à la fréquence d’émission.

Dans les deux cas  il s’agit de FM (ou apparenté modulation de phase). En FM le standard 12.5 kHz impose de limiter à 2.7 kHz pour 80% l’excursion en fréquence.

5-  Description du fonctionnement d’un relais phonie : la logique

Le « module d’autorisation » étant en position ‘marche’ le récepteur va piloter l’ensemble des modules ou fonctions présentes

Sur réception du signal BF de décodage dit accès relais le récepteur envoie la BF reçue vers le décodeur d’accès . Ce signal BF provenant de la station initiatrice de l’appel sera suivant le choix effectué par les concepteurs du relais être le 1750 Hz, une tonalité subaudible (CCTSS) ou DTMF.

Ce signal reçu, les fonctions suivantes sont quasi simultanément activées

–          mise en route de l’émetteur

–          démarrage de l’ « antibavard »

–          démarrage du comptage temps si le squelch est refermé

–          transmission de l’indicatif (phonie ou graphie)

–          si le squelch est maintenu ouvert, mise en ligne de la BF vers le modulateur de l’émetteur

l’enchaînement des messages des stations trafiquant sur le relais devra se faire avec une légère attente de façon à permettre au détecteur de squelch de rafraîchir le compteur temps de l’ «antibavard» et l’envoi d’un signal dit de séparation de trafic. Ce ‘blanc’ permet par ailleurs aux autres stations présentes voulant utiliser le relais de se pouvoir se signaler. Si un message est trop long ou si l’enchaînement des messages a été trop rapide le compteur temps de l’ «antibavard coupe la retransmission par l’arrêt de l’émetteur et pour la plupart des relais la reprise du « service » ne sera autorisée qu’après que la fréquence réception aura été libérée un certain temps (généralement 10 ou 15 secondes) (voir note en fin de texte)

En fin d’utilisation le circuit « Fin de transmission » déclenche la logique de fin de transmission, en envoyant, avant fermeture son indicatif, puis en arrêtant l’émetteur via le circuit de contrôle Tx) Une remise à zéro (RAZ) est alors effectuée sur tous les modules le nécessitant par exemple le détecteur d’accès relais

Lorsque l’appel initial n’aura pas été suivi dans les 5 ou 6 secondes, d’une autre ouverture de squelch, le relais est mis au repos selon la procédure décrite ci-dessus.

6– Description du fonctionnement d’un relais phonie : la partie radio

Les relais sont constitués d’un émetteur et d’un récepteur. Le fait de mettre en fonctionnement un récepteur et un émetteur sur le même lieu physique nécessite que l’on prenne un certain nombre de précautions pour éviter que le récepteur ne soit gêné par l’émission toute proche en distance et en fréquence (600 kHz d’écart).

De plus situé par nature sur un point haut, le récepteur pourra recevoir des émissions de d’autres installations radioélectriques plus ou moins proches ainsi que l’association de plusieurs fréquences émises que l’on appelle « produits d’inter modulation »

Touts ces éléments parasites constituent un bruit radioélectrique qui limitera, quoi que l’on fasse, la sensibilité du récepteur du relais et donc l’efficacité de l’installation. En effet si le bruit radioélectrique est mesuré à -110 dBm ³ aucune réception ne pourra se faire en dessous de ce niveau.

Pour concrétiser les choses, supposons que l’émetteur fournit 35 watts (+45 dBm)

(puissance moyenne de la plupart des relais VHF). et que le récepteur a une sensibilité de -125 dBm (128 nano V ou encore 0.2 µV) pour un rapport signal sur bruit de 12 dB⁴.

Malgré la sélectivité du récepteur, l’émission provenant de l’émetteur du relais et autres signaux indésirables vont se superposer aux signaux sensés être reçus par le récepteur. Il y a une désensibilisation du récepteur sur la fréquence où il est prévu de fonctionner.

Pour essayer de palier à ces inconvénients on devra mettre en place des filtres qui auront tous pour rôle d’éliminer, autant qu’il sera possible, les gêneurs, tout en gardant au récepteur la meilleure sensibilité possible. Ces filtres sont constitués de cavités ¼ d’onde.

Elles prennent, lorsque on utilise une antenne unique, le nom de duplexeur

Certains relais utilisent ces duplexeurs avec des fortunes diverses (stabilité dans le temps et dérives dues aux variations de température et à la  moindre apparition de TOS sur la ligne de transissions et ou de son antenne.

Le niveau de protection nécessaire du récepteur est bien sur beaucoup plus important dans le cas du duplexeur puisque les signaux de l’émetteur et ceux du récepteur se trouvent être sur la même antenne et le même câble coaxial. En oubliant les signaux « parasites » des autres stations, nous avons un émetteur qui va cracher 45 dBm tandis que notre récepteur devra être sensible à des signaux de -125 dBm. Cela veut dire que l’on doit pouvoir obtenir une protection  minimale de :

45+125= 170 dB  et toujours en laissant passer au mieux les signaux de réception qui ne sont qu’à 600kHz de la fréquence du Tx.

Les protections gratuites

1– la sélectivité du récepteur qui selon les normes ETSI⁵devra être de 70dB sur les canaux adjacents. C’est-à-dire à 12.5 kHz de part et autres de la fréquence du Rx.

2- la séparation des antennes :le meilleur découplage entre deux antennes omnidirectionnelles polarisées verticalement est obtenue en les superposant aussi précisément que possible, dans le plan vertical et aussi loin l’une de l’autre. Pour exemple : 20 mètres de séparation verticale permet un découplage de 30 dB. Malheureusement il rare de disposer d’un pylône permettant ce montage. L’autre solution est de les éloignées dans le plan horizontal. Du fait de leur polarisation (verticale), le découplage ne sera pas aussi efficace : toujours pour 20 mètres on tombe à 20 dB (plus de 3 fois moins efficace)

Néanmoins ces deux paramètres permettent dans tous les cas de soulager le « boulot » des cavités.

Si on reprend les points 1 et 2 on aura dans le meilleurs des cas obtenu une protection de 70 + 20 = 90dB sur les 170 dB de départ….Restent donc 170-90 = 80 dB.

les protections onéreuses

Les cavités sont de deux types :

Dites BAND PASSelles laissent passer au mieux les signaux récepteur en atténuent le plus possible les signaux du Tx. Elles sont représentées sur les schémas, équipées d’un condensateur entre l’entrée et la sortie de chaque cavité. Ces cavités sont en nombre variable, en général deux à trois. Elles sont reliées entre elles par un harnais constitué[1] de câbles coaxiaux sur blindés taillés de façon à apporter le maximum d’efficacité à l’ensemble. Ces cavités BAND PASS  sont montées dans le circuit d’antenne du récepteur.

L’autre type est appelé NOTCH  c’est dire destiné à atténuer sur l’émission du Tx la partie du spectre située aux alentours immédiat de la fréquence de réception. En fait on nettoie le spectre de l’émission du Tx à l’endroit ou cela est le plus gênant pour le Rx.

Ces filtrages sont délicats à réaliser puisque d’une part les signaux Tx et Rx sont très proches, ceux de l’émetteur sont puissants et d’autre part il faut conserver à chacun la possibilité d’être sensible (pour le récepteur) et puissants ( pour le Tx)

Hormis le niveau de bruit radioélectrique ‘général’ du site, les bons réglages des ces cavités sera essentiel quant aux performances de l’installation.

Un maximum de précautions devront être prises durant l’installation pour éviter tout élément qui pourrait varier soit physiquement soit électriquement (ex. mise à masse vieillissante, contacts douteux au niveau des connecteurs, retours HF crées par câbles flottants aussi bien HF que BF)

7– Que peut on attendre d’un relais ?

Vu ce qui précède et qui ne constitue qu’un survol de la question…….. et donc dans la mesure ou le relais fonctionne intrinsèquement correctement quelle sera sa zone de couverture ?

Cette zone d’exploitation est largement conditionnée par le chois des antennes du relais bien sûr, mais aussi fonction de leurs dégagements et leurs propres lobes de rayonnement.

Un relais surplombant de 200 mètres une plaine dont le niveau moyen est faible aura la possibilité de fournir un champ électrique quasi uniforme et de niveau confortable.

Par contre un relais situé en zone urbaine en particulier lorsqu’il s’agit d’un relais VHF fournira un champ électrique irrégulier parce certains endroits seront situées dans des zones d’ombre (vu du relais) et donc les transmissions seront parfois difficiles dues au QSB (variations rapides de niveau par déplacement d’une station  mobile (véhicule ou pédestre).

Lors de périodes de propagation favorable, des liaisons « grande distances » pourront être réalisées. A noter que cela n’apporte pas quand même, les satisfactions obtenues lors d’un QSO DX en  direct.

De toutes façons la propagation théorique VHF et encore plus UHF, sont limitées par l’horizon et même s’il est radioélectrique, assez rapidement devient délicat, bien sûr sauf exception que certains chassent avec délectation.

Pour égayer le sujet, on peut dire que les QSO effectués via un relais ressemble à un ménage à trois…. (situation par ailleurs souvent difficile à gérer….) :une station appelante, le relais et l’autre station présente.

Pour que le ménage fonctionne il faut que les trois protagonistes aient eu le souci d’éviter de se singulariser. Combien de stations fonctionnent à la du bout, antenne dans le coffre, dans une cave ou sous un toit, portatif dans la voiture, des niveaux de modulation tonitruants  ou des puissances inadaptées, sans parler des fréquences approximatives (de moins grâce aux synthétiseurs).

Combien de fois a-t-on entendu « le relais est sourd » c’est peut être vrai (à cause d’un problème de désensibilisation encore mal résolu), mais cela peut être qu’une surdité normale qui est crée par un déséquilibre au niveau de cette station. Par exemple elle possède un Tx de 10 ou 15 watts et au pied de l’antenne, d’un préamplificateur, entendra mieux le relais qu’elle ne sera reçue par celui et inversement si le récepteur est médiocre.

Les relais sont des points de regroupement dont le bon fonctionnement tient à de nombreux de paramètres. Compter trafiquer via un relais dans des conditions approximatives ne pourra pas donner de bons résultats. Ils est de la responsabilité (un grand mot car l’émission d’amateur si elle reste une passion pour certains, n’est qu’un loisir pour d’autres) de chacun de trafiquer avec du matériel correct et bien sûr toujours avec bonne humeur et courtoisie.

Notes :

Anti bavard : Ce dispositif est à l’origine destiné à limiter la durée d’émission continue. En effet le relais ayant été normalement déclenché, le squelch peut resté bloqué par d’une émission elle-même continue ou un parasite quelconque. Ce dispositif est réglementaire.  Accessoirement cela peut éviter des QSO fleuves ou le maintien du relais du fait de malfaisants.

1-  ANFr : Agence Nationale des Fréquences

2-  IARU : International Amateur Radio Union

3- dBm :  unité de mesure de puissance référencée au milliwatt

0dBm = 1mW

dBm= 10 x Log Puissance (en milliwatts)

Exemple : 35 Watts exprimés en dBm è P dBm= 10 x Log 35000

= 10 x 4.54406…….

= 45.4406 soit arrondi +45 dBm

4- dB :     unité exprimant un gain ou un affaiblissement (signes + ou -)

en puissance  dB = 10 x log P1/P2

ou

P1 = puissance de sortie en Watts

P2 = Puissance d’entrée en Watt

Exemple : puissance à l’entrée d’un amplificateur        10 W

Puissance à sortie 40 W

Gain en dB= 10 x log  40/10

= 10 x log           4

=           10 x 0.6020599….

=  6.02020… arrondi  donne 6 dB soit un point de l’échelle S mètre

En reprenant l’exemple note 3  et en utilisant les dB pour exprimer le gain obtenu facteur 4 :

De 35W on aurait 35 x 4= 140 Watts ou +45 dBm  + 6dB = 51dBm

Que l’on peut vérifier en convertissant 140 W en dBm par le calcul note 3 :

P en dBm = 10 x log 140000

= 10 x 5.1461280….

= 51.1461280 soit arrondi +51 dBm

L’utilisation de ces unités facilitent beaucoup les calculs lorsqu’il s’agit de faire un bilan d’un appareil parce qu’il se limite à des additions et soustractions.

En tension on aurait dB=20 x log V1/V2

Pour information : 0 dBm = 1 mW= 0.228 V  sur 50 Ω

0 dBm = 1 mW = 0.778 V sur 600 Ω

Tags: antenne, cavité, duplexeur, f1edc, relais, shtsf

This entry was posted on 10 octobre 2009 at 10:23. You can follow any responses to this entry through the RSS 2.0 feed. Both comments and pings are currently closed.

Posted in Expositions et manifestations Technique radioamateur by F1BGI 3 Comments