Balise HELLSCHREIBER

Brève histoire du Hellschreiber, ce système de transmission méconnu

     C'est en 1929 que Rudolf Hell, docteur ingénieur allemand, inventa ce moyen de transmission de textes lisibles sur une bande de papier. Après quelques améliorations, ce système a été utilisé fréquemment sur le terrain  par la Wehrmacht, ce qui prouve son efficacité (environ 14 000 machines construites). Son utilisation a perduré jusqu'aux années 1980 et il est tombé dans l'oubli jusqu'à ce que des radioamateurs reprennent ce mode de transmission avec des machines d'époque, peu après la guerre.

     Ces machines, devenues rares et chères, sont maintenant remplacées par l'informatique. Si le charme a disparu, l'efficacité est restée mais  le nombre de radioamateurs utilisant ce mode désuet reste malheureusement assez confidentiel. Pourtant l'informatique apporte la facilité et le discret "prrrrt prrrrt prrrrt" entendu parfois sur les bandes décamétriques, rappelle que ce mode de transmission, complètement différent des autres, existe encore.

    La machine est entièrement électromécanique avec une électronique à tubes simplifiée. Les lettres et chiffres sont décomposés en points (pixels) sur une matrice de 7 x 7. Dans cette matrice, le balayage du caractère s'effectue dans la première colonne de gauche, de bas en haut, puis dans la deuxième de bas en haut et ceci jusqu'à la septième.
    Il n'y a que des majuscules  et très peu de signes de ponctuation comme on peut le voir sur la bande ci-dessus qui représente, sur un écran, la bande de papier qui sort de la machine après impression.
    Si il y a la moitié des caractères au-dessus et en dessous des lettres transmises, c'est pour que le texte soit lisible même si les vitesses de transmission et de réception ne sont pas identiques ou s'il y a une dérive de l'une par rapport à l'autre. Le texte est alors incliné mais parfaitement lisible. La vitesse de transmission est de 2,5 caractères par seconde, soit une vitesse de 122,5 baud.

    C'est un mode de transmission très efficace et comparé à la télégraphie (appelée improprement CW) la vitesse de transmission maximum est en moyenne de 25 mots par minutes, ce qui correspond à une bonne vitesse de manipulation et la bande occupée est un peu plus large mais nettement moins que la BLU, par exemple.
    Pour la petite histoire, concernant la machine mécanique, l'opérateur était obligé de suivre le rythme d'envoi des caractères et il ne pouvait aller plus vite comme sur une machine à écrire ordinaire. Il devait donc appuyer légèrement sur la touche suivante jusqu'à ce qu'elle soit libérée mécaniquement. Cela demandait une certaine habitude que nous n'avons pas à acquérir grâce au buffer de caractères du système informatique. On peut même commencer à taper avant la fin du message du correspondant !

    La transmission peut se faire par ligne téléphonique ou bien par radio. En filaire, c'est une tonalité de 900 Hz qui est utilisée. Par voie hertzienne, on a le choix entre la modulation par tonalité (MCW) ou directement la manipulation télégraphique (CW) de l'émetteur.

     Actuellement on trouve des programmes très efficaces et nous n'en citerons que trois gratuits:

- Le premier, destiné uniquement à ce mode et très sophistiqué, a été élaboré par IZ8BLY et on le trouve à cette adresse :
     http://antoninoporcino.xoom.it/Hell
    Malheureusement, il n'est plus mis à jour.

- Le deuxième, qui a notre préférence malgré une interface à première vue déroutante, est l'œuvre de F6CTE:
    f6cte.free.fr
   Il est régulièrement mis à jour par l'auteur et permet la réception de nombreux modes de transmissions (et pour certains l'émission). Il est gratuit, sauf pour certains modes plus professionnels qui demandent la possession d'une licence.

- Le troisième, offre parmi de nombreux types de transmissions digitales, le Hell sous toutes ses formes. C'est Fldigi disponible   à l'adresse suivante :
     http://www.w1hkj.com/download.html

    L'informatique a permis de passer de ce "Fuzzy Modes" à des modes rigoureusement numériques, basés sur le même principe et d'une efficacité supérieure mais qui ne possèdent plus ce charme désuet.

      Signalons pour les fans d'iPad ou d'iPhone (si si, il y en a !) qu'un programme d'émission réception en Hellschreiber est disponible sur AppleStore à un prix dérisoire de 2,99 $ :
     http://www.blackcatsystems.com/ipad/iPad_iPhone_Hellschreiber.html

     Tout ceci n'est qu'un aperçu de ce mode de transmission si particulier et une consultation sur le web par un moteur de recherche vous apportera de plus amples renseignements.
(en particulier le site: https://www.nonstopsystems.com/radio/hellschreiber.htm#top-of-page)

La balise VHF

Copie d'écran de la réception de la balise avec le logiciel MultiPSK. On remarque un léger" slant". 

 

     Le cœur du dispositif est un Arduino Nano programmé pour délivrer une séquence en Feld-Hell puis une en morse. Ces textes sont personnalisables dans le logiciel. C'est un module Si5351 qui fait office d'émetteur. La fréquence d'émission est paramétrable dans le logiciel. On peut ainsi avoir une balise qui émet depuis les bandes décamétriques jusqu'à la bande VHF, celle que nous avons choisie. La puissance fournie est modeste, de l'ordre de 10 mW. Eventuellement on pourrait l'augmenter par un petit amplificateur et/ou moduler un émetteur FM pour la "chasse au renard".
    Un commutateur permet de mettre la balise en émission continue. Cette fonction n'agit pas immédiatement mais dès la fin de la séquence télégraphique.

     Utilisation sans le module Si5351:

     La sortie BF n'est pas une sinusoïde mais un signal rectangulaire, ce qui pourrait induire des distorsions si on l'utilise pour moduler un émetteur AM, FM ou BLU (à vérifier). Par contre la sortie KEY est parfaite pour manipuler l'émetteur, si cela est possible. Une sortie PTT permet, s'il n'y a pas de VOX, de mettre l'émetteur en route pendant les séquences et l'arrêter entre elles.

SCHÉMA

CIRCUITS IMPRIMÉS
(Côté composants, cuivre en transparence)

     Le code : balise-hellschreiber.ino :

 PROGRAMMATION

     Petite explication sur le codage des caractères :

     Prenons en exemple le chiffre 9 dont le codage est le suivant :

     {'9', {0x0786, 0x0cc6, 0x0c4c, 0x0c58, 0x07f0, 0x0000, 0x0000}},

Pour obtenir ces valeurs hexadécimales nous dessinons le caractère de la façon suivante :

Remarque : Par rapport au code d'origine, certaines lettres ou chiffres ont été redessinés.

GÉNÉRATEUR de TOP HORAIRE

Réception du signal horaire de BPM (émetteur de 10 à 20 kW situé à Pucheng en Chine) sur 10 MHz en AM

     La réception de ces émetteurs comme WWV est tributaire de nombreux facteurs et est souvent difficile voire impossible quand on en a besoin. C'est pour cela que nous avons développé un petit module très simple qui, à partir de la réception d'un GPS, va délivrer une impulsion de 10 ms toutes les secondes.
    Ce signal permet de régler la dérive éventuelle de l'oscillateur de la carte son et ainsi d'avoir, sur la pseudo bande de papier, une écriture rectiligne (400 ms exactement entre deux caractères).
    A notre connaissance, seulement deux logiciels de décodage permettent ce réglage. Le logiciel de IZ8BLY, d'une façon peu pratique, par tâtonnement et celui de F6CTE (MultiPSK) qui le permet en temps réel.

     Principe:

     Le récepteur GPS fournit un créneau positif d'amplitude 5 volts et de durée 100 ms. Ce créneau attaque l'entrée 2 d'un ATMega328 qui, sur le front montant du signal, génère sur la sortie 4 une impulsion de 10 ms, modulée à 980 Hz. En injectant ce signal dans la prise micro d'un émetteur AM ou FM on simule ainsi un émetteur de signaux horaires.

     A noter que ce générateur est l'instrument idéal pour corriger l'écart de fréquence avec la carte son de manière à avoir un timing parfait pour l'émission d'images en télévision à balayage lent avec l'excellent logiciel MMSSTV.

Idéalement il faut avoir un top (un pixel) toutes les 400 ms. On voit ici, avec MultiPSK (en décodage hellschreiber), une légère dérive vers le haut qu'il sera facile à corriger avec les flèches.

 

SCHÉMA

CIRCUIT IMPRIMÉ
(Côté composants, cuivre en transparence)

 LOGICIEL

     Le code (top-horaire.ino 2k) :   

CARTE ISOLATION AUDIO

    REMARQUE IMPORTANTE: Ce montage n'est utile que pour les transceivers qui ne possèdent pas de carte son interne. Ce n'est pas le cas de l'IC-7300 ni du FT_991(A) et de quelques autres appareils. Dans ce cas, la liaison se fait de manière beaucoup plus simple, par cordon USB. Néanmoins cette boite d'isolation a été mise au point avec un FT991.

 

Nota: Pour un autre transceiver, il faudra adapter les valeurs de R3 et R4 et le branchement sur J3
 

     Le but de cette carte est d'isoler les masses entre la carte son du PC et le transceiver. Entre ces masses, il peut se trouver des courants de fuite susceptibles de perturber le signal audio par des ronflements, ou pire, une menace de destruction de la carte son, voir du PC. Pratiquement, la seule solution est d'utiliser des transformateurs BF d'isolement 600Ω/600Ω. On les trouve facilement chez divers fournisseurs, ceux utilisés dans ce projet viennent de chez GO TRONIC.

     Le schéma est classique et fait appel à des potentiomètres et des résistances pour la mise à niveau des signaux BF. Sur connecteurs est montée une carte auxiliaire qui permet de transformer les impulsions BF composants les caractères en signal destiné à manipuler l'émetteur en CW.
    En effet, il y a deux façons de transmettre les signaux Hell, soit d'injecter la BF dans la prise micro en mode BLU, soit d'utiliser le mode télégraphique.
    Dans le premier cas, pour diminuer la bande passante, les logiciels utilisent la méthode du "raised cosine". C'est ce que nous constatons sur la forme du signal avec un oscilloscope.

       
                     MultiPSK                                                    IZ8BLY                                                      Fldigi

     Le désavantage de cette méthode est l'impossibilité (sur la majorité des transceivers) d'utiliser les filtres étroits dont on dispose en télégraphie. C'est pour cela que l'on peut s'orienter sur la deuxième méthode télégraphique.
    Certains logiciels permettent, par le connecteur RS232 du PC, de pouvoir manipuler l'émetteur. Malheureusement cette prise a disparu et il faut passer par un autre moyen qui est de transformer les signaux BF en signaux tout ou rien introduits dans la prise manipulateur de l'émetteur.
    C'est le but de cette carte auxiliaire qui va effectuer cette transformation.

     Le signal BF de la carte son est amplifié par le LM6482. Cet amplificateur est "rail to rail", c'est-à-dire que le signal de sortie peut varier entre la masse et le +5V. Contrairement à l'utilisation habituelle où il ne faut surtout pas atteindre ces deux limites sous peine d'écrêtage, on va au contraire ici, écrêter largement le signal. On a en sortie un signal pseudo-carré qui attaque un monostable retriggerable. On obtient alors un signal tout ou rien de 5V d'amplitude, qui suit la durée du signal BF. L'isolation des masses est effectuée par un optocoupleur dont le transistor de sortie permet la manipulation de l'émetteur.

     La manipulation s'effectue exactement comme avec une clef Morse et c'est l'émetteur qui se charge du "raised cosine".

Remarque: R3 & Aj1 peuvent être remplacés par une résistance de 1M
et R5 & Aj2 remplacés par une résistance de 12k comme sur le CI ci-dessous:

     IMPORTANT: Pour recevoir ces modes pseudo-numériques ancestraux mais sympathiques comme le RTTY, la SSTV, le facsimilé, le Hell et d'autres, il n'est pas besoin de construire une "usine à gaz". Il suffit de se procurer un transformateur d'isolement 600Ω/600Ω (1,80 euros chez GO TRONIC), trois condensateurs, un potentiomètre et une fiche jack, le tout soudé sur une platine à trous selon le schéma ci-dessous:

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