Alain Bertout F6KFA, avril 2025

Sommaire

Le prototype envisagé cherche à réaliser l’affichage d’un texte court (par exemple un indicatif radio) sur les écrans waterfall de certains récepteurs ( ou clefs SDR ) opérant sur les bandes radioamateurs.

La solution décrite dans l’article génère des signaux multifréquences à l’aide d’un microcontrôleur ESP32 et son convertisseur numérique-analogique (DAC) . Le signal produit est appliqué à l’entrée du microphone de l’émetteur radio pour être modulé en FM ou AM sur l’interface air.

Le concept n’est pas nouveau, il a été imaginé en 1937 par Mr Hell pour imprimer du texte à distance. Deux modes existent et opèrent de façons différentes : le Sequential /MT-Hell et le Concurrent MT-Hell. Seul le mode CMT-Hell à fréquences multiples a été étudié dans ce prototype.

Objectif : écrire du texte sur un écran waterfall

Certains appareils radio et les récepteurs SDR connectés sur PC sont équipés d’écran waterfall offrant une représentation spectrale (FFT) de l’onde radioélectrique reçue. L’axe horizontal correspond à la fréquence et l’axe vertical fait défiler le temps.

Pour afficher du texte, la solution vise à émettre plusieurs fréquences audio (BF) simultanément, formant ainsi des motifs de points visibles sur l’écran. Les lettres sont dessinées sur plusieurs intervalles de temps en activant ou désactivant des successions particulières de fréquences.

Définition des fréquences et des lettres

Un tableau correspond à 7 fréquences fixes (F1 à F7) est mis en mémoire de l’ESP32. Elles seront choisies assez rapprochées entre elles (ici de 2000 Hz à 2600 Hz). Note :  la bande NFM limite normalement l’utilisation des fréquences audio au-dessus de 2.5kHz. La définition des lettres est de 7 points en vertical sur 5 points en horizontal. Chaque texte est défini comme une série de 30 mots de 7 bits lus sur 30 intervalles de temps. Chaque bit d’un mot de 7 bits permettra d’activer ou de désactiver une fréquence.

Pour le calcul des sinusoïdes, une table de recherche (LUT / Look Up Table) est utilisée, cette table de 4096 échantillons pré-calculés évite de recalculer l’amplitude de chaque fréquence à chaque instant. Les incréments de position dans la table des sinus à la progression du temps.

Génération du signal multi-fréquences

À chaque intervalle de temps, l’ESP32 recherche le mot actif et génère la somme numérique des fréquences (sinusoïdes) trouvées dans la table. Le signal « somme des fréquences » est ajusté en amplitude pour éviter de saturer l’entrée du DAC limité à la valeur 255. Le signal étant alternatif, il doit aussi être centré autour de 127. Le DAC intégré dans l’ESP32 convertit le signal numérique en signal analogique.

L’émission des fréquences se fait en séquence : chaque élément de la table est affiché pendant 300 ms avant de passer au suivant. Chaque fréquence active dessine un point sur une ligne de texte verticale du spectrogramme. Un délai de 1000 ms est ajouté en fin de programme pour marquer une pause avant la répétition en boucle du même texte.

Câblage de l’ESP32 (Arduino)

Le montage nécessite de réduire le niveau de la sortie du DAC (pin 25), qui est compris entre 0 et 3V. Un diviseur résistif 10k / 220 Ohm produit un signal BF d’environ 30 mV efficace, compatible avec l’entrée microphone de l’émetteur. Un condensateur de 1,5 µF est utilisé pour filtrer les harmoniques hors bande avant la modulation. Le condensateur de liaison est essentiel, car de nombreux émetteurs utilisent des micros électrets alimentés en 5V.

Schéma électrique : ESP32 + 2 résistances + 2 condensateurs

Montage des composants sur une plaque prototype

Raccordement du signal audio sur l’entrée accessoire d’un appareil VHF FM Baofeng UV-5R

Affichage sur l’écran waterfall

En activant/désactivant les fréquences au bon moment, le procédé fait en sorte que les lettres deviennent visibles et défilent sur le waterfall lors de la réception. Pour les essais, la lecture s’est faite sur un PC raccordé à une clé SDR RTL 2832 NooElec et équipé d’un logiciel SDR# (SDRSharp).

Conclusion : le prototype fonctionne facilement en utilisant un microcontrôleur ESP32 devkit dont les performances de calcul et la taille mémoire sont suffisamment élevées. Autrefois, cette fonction imposait à elle seule l’utilisation d’un PC sous Windows.

Note : Moyennant l’ajout dans le montage d’un composant ampli BF il serait possible d’adjoindre un écouteur ou un petit haut-parleur que l’on pourrait poser sur le micro du poste.

Fonctionnement AM / FM

Le procédé fonctionne aussi bien en AM / BLU qu’en FM. En BLU supérieure, il faudra simplement inverser les fréquences dans la définition des caractères alphabétiques.

Avant démodulation, au niveau d’un récepteur AM et BLU, le spectre d’un signal AM de fréquence fc modulée par un signal de fréquence fixe fm comporte :

• La porteuse : un pic à la fréquence fc,
• Une bande latérale supérieure (BLS) : un simple pic à la fréquence fc+fm,
• Une bande latérale inférieure (BLI) : un simple pic à la fréquence fc−fm.

Avant démodulation, au niveau d’un récepteur FM, le spectre d’un signal FM centré sur la fréquence fc et modulée par un signal de fréquence fixe fm comporte :

• la porteuse : un pic à la fréquence fc,
• des bandes latérales harmoniques supérieures : de multiples pics aux fréquences fc+fm, fc+2fm, fc+3fm+…
• des bandes latérales harmoniques inférieures: de multiples pics aux fréquences fc-fm, fc-2fm, fc-3fm+….

 

Lien vers le document pdf avec le code ESP32 : 

http://f6kfa.fr/wp-content/uploads/2025/04/ecrire-du-texte-sur-un-waterfall.pdf