Un micro-émetteur HF téléphonique en 433 MHz



Ce petit émetteur en modulation de fréquence à 433,75 MHz, est relié à la ligne téléphonique de laquelle il "tire" son alimentation. Normalement éteint, il est automatiquement activé en présence d’une conversation, rayonnant alors une porteuse qui peut être captée avec un récepteur dédié ou avec un appareil commercial UHF. Sa portée maximale est de 300 mètres.

En feuilletant les pages de notre revue, il n’est pas difficile de trouver des projets ou des dispositifs dédiés aux systèmes radio. Il ne manque pas, en outre, de systèmes de transmission miniaturisés en VHF ou en UHF qui peuvent être utilisés pour réaliser de petits émetteurs pouvant diffuser de la musique, mais également des systèmes destinés à effectuer du contrôle à distance.
Avec cet article, nous vous présentons un appareil miniature, en mesure de satisfaire aux exigences de l’entreprise ou de la personne qui doit retransmettre à destination d’un ou plusieurs auditeurs une conversation téléphonique pour en étudier le contenu, l’enregistrer à distance ou bien simplement pour l’écouter de vive voix dans une autre pièce. Il n’est pas rare, lorsque vous téléphonez dans certains services de maintenance par téléphone (télé-assistance), que vous entendiez la voix numérique vous dire que votre conversation sera écoutée et enregistrée à des fins de formation. En fait, cette écoute est destinée à l’étude comportementale des télé-assistants, à la détection des erreurs à ne pas commettre avec le client et à la correction de ces erreurs.
Ce travail se fait généralement en groupe et, bien sûr, la source d’étude la plus réaliste reste l’enregistrement "in situ".

Comment ça marche ?
Il s’agit en fait d’un petit circuit électronique relié, en parallèle, en un quelconque point de la ligne téléphonique, dans une boîte, une prise ou un boîtier de dérivation, etc.
Le prélèvement de la phonie est réalisé par l’intermédiaire d’un petit transformateur d’accouplement ayant un rapport de transformation de 1/1, il permet la séparation galvanique de l’entrée BF, mais surtout le transfert optimal de l’audio.
Avec un pont redresseur, nous prélevons un peu de courant sur la paire téléphonique avec lequel nous rechargeons la batterie à laquelle est confié le soin d’alimenter l’émetteur.
Dans les avantages offerts par cette solution, il y a la possibilité de connecter le circuit en n’importe quel point de la ligne téléphonique mais, bien plus important, on aura à redresdisposition, en émission, une réserve d’énergie suffisante sans que cela ne provoque une surcharge de la ligne.

Le schéma électrique
Figure 1 : Schéma électrique du micro-émetteur téléphonique.

Voyons immédiatement le schéma électrique de la figure 1, très simple et fonctionnel, que nous pouvons subdiviser en quatre blocs.
L’interface vers la ligne téléphonique, le commutateur ON/OFF, l’émetteur radio proprement dit et l’alimentation.
L’interface de ligne est réalisée avec le transformateur TF1, dont le primaire est alimenté uniquement par le signal BF (audio, tonalité, etc.), grâce au condensateur de liaison C1.
Si C1 n’existait pas, la résistance de l’enroulement serait tellement faible que la ligne serait constamment prise, car celle-ci serait toujours chargée en courant continu faisant "voir" au central téléphonique une condition de décrochement du combiné.
Mais pour nous, il faut qu’au repos le circuit soit complètement inactif et qu’il n’influence en aucune manière le fonctionnement de la ligne. Ainsi, avec C1, nous nous mettons à l’abri d’un quelconque dysfonctionnement, en nous assurant toutefois du passage du signal variable qui, par la suite est transféré, au secondaire de TF1.
De ce dernier, à travers la cellule de protection composée de R1, D3 et D4, la phonie rejoint l’entrée audio du module émetteur, un hybride dont nous parlerons brièvement.



Quant à la protection, il est évident que celle-ci sert pour limiter à 0,6 volt la tension appliquée sur la broche 7 de U1 et qu’elle est, de plus, indispensable en présence de la tension alternative de sonnerie.
En fait, durant l’arrivée d’un appel, la ligne est soumise à une différence de potentiel qui atteint 80 volts efficaces.
Si cette tension, après être passée à travers le transformateur TF1 (rapport 1/1, 600/600 ohms) atteignait telle qu’elle le module hybride, elle l’endommagerait irrémédiablement.
D3 et D4, disposées tête-bêche, empêchent que la tension n’excède 600 millivolts positifs ou négatifs.
Dans ce cas, R1 limite le courant dans les diodes à une valeur non destructrice pour elles.
A ce point, la BF arrive sur la broche 7 de U1 mais ne produit (pour l’instant) aucun effet car, pour minimiser la consommation, nous maintenons l’émetteur au repos jusqu’au moment où nous en avons effectivement besoin.
Le bon moment est le début et le déroulement d’une conversation téléphonique proprement dite. En effet, au repos, cela n’a aucun sens de transmettre, étant donné que tout ce que l’on peut entendre dans le récepteur est un peu de bruit ou, au mieux, la tension alternative à 50 hertz qui arrive sur la ligne au moment d’un appel.
Donc, pour garantir que l’émetteur hybride ne soit mis en fonctionnement que dans les moments utiles, nous avons mis au point une cellule capable de s’activer avec le décrochement du combiné téléphonique (que ce soit pour effectuer un appel ou pour répondre à un appel) et d’allumer en conséquence l’émetteur.
Cette cellule est substantiellement un commutateur ON/OFF statique basé sur l’emploi d’un transistor.
Le fonctionnement est vite décrit. La tension continue présente aux bornes de la ligne au repos est de l’ordre de 48 volts (cela dépend du type de central). Ensuite, elle s’abaisse à environ 10 volts lorsqu’une prise de ligne est effectuée.
Cela peut être une personne qui décroche le combiné, un MODEM, un serveur vocal ou un fax.
Le fait de rendre le transistor PNP T1 conducteur, permet la mise en service du module hybride.
Pratiquement, lorsque la ligne est au repos, le pont redresseur PT1 reçoit une différence de potentiel de 48 volts, qui par l’intermédiaire de R3 et R4 est appliquée à la base du transistor T1.
La base se retrouve ainsi plus positive que l’émetteur du transistor, alimenté par la batterie rechargeable de 9 volts, pour cette raison le transistor reste bloqué.
Notez que la diode D2 limite la tension Vbe à –0,6 volt, sinon la tension pourrait endommager la jonction du transistor.
Aux bornes de R5, nous avons une tension nulle et la broche de contrôle de U1 (2) est au niveau bas. De cette façon, même si le module hybride est normalement alimenté par la batterie, il ne transmet pas et ne consomme donc pas de courant.
Dès que la ligne est prise, la tension entre les points + et – du pont redresseur descend à environ 10 volts continus, ainsi la base devient plus négative que l’émetteur du transistor (notez que le pont diviseur R3/R4 maintient le potentiel de base à un niveau inférieur à celui présent sur le + du pont PT1) et le transistor passe du mode bloqué au mode conducteur.
Maintenant, son collecteur est au niveau haut, environ 8 volts, potentiel qui, sur la broche 2 du module hybride, équivaut à un état logique 1 :
le transmetteur est ainsi activé. La broche 2 contrôle en effet la mise en ser vice de l’émetteur radio. Au "0" logique, l’émetteur est maintenu au repos, au niveau logique "1", il est activé. A présent, l’hybride peut envoyer dans l’éther la porteuse HF à 433,75 MHz modulée en fréquence par le signal audio prélevé des fils de la ligne téléphonique grâce au condensateur C1 et au transformateur d’accouplement TF1.
Clairement, si le combiné a été décroché pour effectuer un appel, initialement, la tonalité est tout d’abord émise par le central, par contre si le décrochage a eu lieu suite à l’arrivée d’une sonnerie, la conversation commence aussitôt.
Notez également une particularité de notre appareil. La sor tie pour l’antenne, en fait la broche 15 de l’émetteur FM audio, n’a pas été connectée au traditionnel brin de fil rigide coupé à une fraction de longueur d’onde, mais, par l’intermédiaire d’un condensateur de quelques picofarads (C2), elle rejoint un des fils de la ligne téléphonique. Même si la méthode peut paraître étrange aux puristes, à la suite de nombreux essais effectués dans des lieux de natures très diverses, elle s’est avérée être la méthode la plus efficace et celle ayant le meilleur rendement pour la transmission du signal dans notre application.
En fait, en utilisant un des fils de la ligne téléphonique comme antenne, nous obtenons une por tée qui peut atteindre 300 mètres en absence d’obstacles. L’impédance reste acceptable même avec plusieurs téléphones reliés en parallèle. Les tubes dans lesquels sont encastrés les câbles téléphoniques sont généralement en plastique.
Ils ne constituent donc pas un obstacle pour la propagation des ondes radio.
Un système vraiment original, vous ne trouvez pas ?
Quant à U1, c’est l’émetteur radio sous forme de module hybride TX-FM-Audio de la société AUREL. Le composant contient un oscillateur SAW très stable, opérant sur 433,75 MHz modulable en fréquence entre ±75 kHz par l’intermédiaire de l’application d’un signal d’une amplitude ne dépassant pas 100 mV efficaces sur la broche d’entrée 7 (input) par rapport à la masse (broches 3, 5, 9, 13, 16).
La puissance du TX est de 10 mW sur une charge (antenne) de 50 ohms. Sa bande passante audio, s’étendant entre 20 Hz à 30 kHz, permet des transmissions en haute fidélité.
Certes, pour une transmission de conversations téléphoniques, elle est trop importante (la bande passante téléphonique n’est que de l’ordre de 300 à 3 000 Hz) mais c’est tout de même une caractéristique appréciable.

Particularités de l’alimentation
Voyons maintenant le "bloc" alimentation, qui est matérialisé par une batterie rechargeable de 9 volts (BATT) maintenue en tampon. Quand la ligne est au repos, la batterie prélève de celle-ci un faible courant (inférieur à 1 mA) par l’intermédiaire du pont redresseur et de la résistance R2.
En fait, 48 volts sont disponibles entre + et – du pont PT1 (le pont sert pour relier le micro-émetteur à la ligne téléphonique sans avoir à ce soucier de sa polarité et pour être à l’abri des effets de la tension alternative de sonnerie).
La résistance R2 limite la consommation lorsque la batterie est très déchargée mais permet également le transfert d’un faible courant de maintient, même si l’accumulateur est suffisamment rechargé.
La diode D1 sert à éviter que, lorsque la ligne téléphonique est occupée, la batterie doive alimenter le réseau R3/R4 et la base de T1. Si cette précaution n’était pas prise, le transistor PNP ne pourrait détecter le décrochage du combiné, car la tension entre le + et le – du pont redresseur descend difficilement au-dessous de 9 volts.
Donc la diode assure la mise en service de l’émetteur dans chaque situation.

Le module émetteur

Le transmetteur (TX-FM-Audio) utilisé comme étage HF du micro-émetteur téléphonique est le TX433-SAW de la société AUREL, réalisé avec un résonateur SAW accordé sur 433,75 MHz au lieu des traditionnels 433,92 MHz.
En outre, il est conçu pour être modulé en fréquence par des signaux analogiques (mais aussi numériques) audio, dont la valeur est comprise entre 20 000 et 30000 Hz.
Comme tous les dispositifs pour transmissions radiophoniques et, de même que les systèmes FM traditionnels, notre module permet une profondeur de modulation comprise entre 0 et ±75 kHz. Cela signifie que le signal rayonné par l’émetteur peut varier entre 433,675 et 433,825 MHz, à condition, évidemment, que le niveau de l’audio (broche 7) n’excède pas les 100 mV efficaces spécifiés par le constructeur. Au-delà, il se produit un phénomène de surmodulation, phénomène qui se traduit par une distorsion du signal basse fréquence.
Le module hybride se présente sous la forme d’un boîtier SIL à 16 broches.
La 1, est la broche d’alimentation positive, les broches 3, 5, 9, 13 et 16 sont à la masse, la broche 2 est l’entrée de validation (mise à “0” elle éteint le module, mise au potentiel positif, elle permet la mise en fonction du module).
La broche 4 est l’entrée du signal audio, la 6 et la 7 sont respectivement la sortie du préamplificateur BF et l’entrée du second amplificateur interne.
La broche 15 est le point de connexion de l’antenne, laquelle doit être chargée par une impédance de 50 ohms.
La chaîne d’amplification BF interne est interrompue de manière à pouvoir insérer un réseau de compensation en fréquence pour effectuer une préaccentuation, ou pour intercaler un autre circuit comme un DNR (Dynamic Noise Reduction) (réducteur de bruit dynamique).
Toutefois, comme dans notre cas nous devons transmettre des signaux en bande étroite (en téléphonie, on ne dépasse pas la marge des 300 à 3000 Hz) qui sont par nature déjà légèrement perturbés, nous n’avons adopté aucun filtre passe-haut et n’avons pas utilisé la préaccentuation.
Le niveau des signaux téléphoniques étant plutôt élevés, nous avons laissé en l’air le premier étage préamplificateur en utilisant comme entrée BF non pas la broche 4, mais la broche 7, attaquant ainsi directement le deuxième amplificateur de tension à la place de celui d’entrée. Cela est techniquement incorrect mais, dans notre cas, c’est la bonne solution.

Caractéristiques


- Conforme aux normes CE : .......................... ETS 300 220
- Fréquence de travail : ............................ 433,75 MHz ±100 kHz
- Oscillateur : ..................................... SAW
- Modulation de fréquence avec Δ: ................... 0 à ±75 kHz
- Bande passante :................................... 20 Hz à 30 kHz
- Tension d’alimentation (Vcc) : .................... 9 à 12 V continus.
- Consommation avec TX en service : ................. 15 mA (broche 2 à Vcc)
- Consommation au repos :............................ nulle (broche 2 à 0 V)
- Sensibilité BF (broche 4) :........................ 100 mV efficaces
- Impédance de l’antenne : .......................... 50 ohms
- Puissance HF de sortie :........................... 10 mW sur 50 Ω (±2 dB)


La construction
A présent que nous savons comment fonctionne le micro-émetteur, nous pouvons poursuivre avec les indications de construction, sûrs qu’au terme de la réalisation vous saurez déjà comment l’utiliser en fonction de vos besoins.
Comme d’habitude, la première chose à faire est de préparer ou de se procurer le circuit imprimé.
Commencez le montage, par la mise en place des résistances et des diodes (attention à la polarité de ces dernières, la par tie colorée indique la cathode).
Poursuivez par la mise en place du pont redresseur (c’est un modèle rond) en veillant au sens indiqué sur le dessin du plan pratique de câblage des composants.
Montez à présent tous les condensateurs en ayant soin de placer dans le bon sens l’unique modèle électrolytique.
N’oubliez pas le transformateur téléphonique 1/1 (TF1) que vous pouvez insérer sur le circuit imprimé, sans vous préoccuper du sens de l’enroulement primaire ou secondaire, ceux-ci étant identiques.
Le montage se poursuit par la mise en place du transistor T1 (un BC557 ordinaire) et par la mise en place du module hybride TX-FM-Audio, qui ne peut être inséré, sur le circuit imprimé, que dans un seul sens.
Pour ce qui est de la batterie, prenez un modèle muni de sa prise à clips équipée de fils rouge et noir connectés respectivement aux pastilles positive et négative marquées BATT.
Vous pouvez maintenant réaliser la liaison avec la ligne téléphonique sans vous préoccuper de la polarité, la présence du pont redresseur permet au circuit de fonctionner correctement dans tous les cas.



A ce point, le micro-émetteur est prêt à fonctionner, le circuit ne requiert en fait aucune opération de réglage ou de mise au point. Donc, à peine connecté, il doit fonctionner immédiatement.
Si vous êtes en possession d’un LPD ou d’un émetteur-récepteur UHF tel que l’appareil de la photo de la première page de cet article, calez-le sur la fréquence de 433,75 MHz et vous recevrez l’émission sans problème.
A la limite, vérifiez la largeur de la bande passante des canaux, car certains récepteurs en FM sont prévus pour une déviation de fréquence inférieure aux ±75 kHz prévus sur le TXFM- Audio.
Mais de toute façon la seule chose qui peut arriver est une surmodulation des canaux voisins qui laisse apparaître une légère distorsion de l’audio écoutée, surtout si le signal prélevé de la ligne téléphonique est plutôt for t.
Il peut arriver que les voix les plus fortes soient légèrement distordues, dans ce cas vous ne pouvez pas faire grand-chose.
Quant à la batterie, il s’agit d’un modèle rechargeable du format d’une pile 9 volts (6F22XC). Celle-ci fournit en réalité un peu plus de 8,5 volts et presque 9 volts à pleine charge.
Les modèles disponibles dans le commerce, garantissent une capacité de 120 à 150 mA/h, suffisants pour permettre le fonctionnement du microémetteur durant une période d’environ 5 à 10 heures.
Evidemment, durant les pauses, lorsque le combiné est raccroché, la batterie est rechargée lentement.
Pour que le système puisse rester opérationnel durant un temps pratiquement indéterminé, il convient que durant toute une journée, la période de conversation ne dépasse pas 2 heures. Sinon, à terme, la batterie sera déchargée plus rapidement que ce qu’elle ne pourra se recharger et, après un temps plus ou moins long, le système ne sera plus opérationnel.
Ceci devra être pris en compte avant l’installation, afin d’éviter de perdre une conversation au meilleur moment.

Figure 2 : Schéma d’implantation des composants du micro-émetteur téléphonique.



Figure 3: Dessin du circuit imprimé du micro-émetteur téléphonique à l’échelle 1.

Liste des composants
R1 = 1 kΩ
R2 = 47 kΩ
R3 = 100 kΩ
R4 = 33 kΩ
R5 = 10 kΩ
C1 = 220 nF 250 V polyester pas 15 mm
C2 = 22 pF céramique
C3 = 100 μF 25 V électrolytique
D1 = Diode 1N4007
D2 = Diode 1N4007
D3 = Diode 1N4007
D4 = Diode 1N4007
T1 = Transistor PNP BC557B
U1 = Module Aurel TX-FM-Audio
PT1 = Pont redresseur 100 V 1 A
TF1 = Transfo. de ligne rapport 1/1

Divers :
1 Prise pile 9 V
1 Pile rechargeable 9 V
1 Circuit imprimé réf. S320



Le signal radio généré par notre circuit peut être capté sur un récepteur spécialement dédié, ou sur un émetteur-récepteur UHF couvrant la bande des 430 à 440 MHz ou encore, sur un LPD couvrant la bande 433,050 à 434,790 MHz.

Un petit mot sur l’utilisation du système
Ce micro-émetteur téléphonique peut être utilisé en toute légalité lorsqu’il est mis en fonction dans le cadre de cet article, c’est-à-dire utilisé "en bon père de famille".
Tout comme il est possible d’utiliser un bulldozer comme bélier pour défoncer la vitrine d’une bijouterie, il est possible de détourner l’utilisation de cet appareil pour en faire un micro-espion. Dans un cas comme dans l’autre, vous sortez du cadre légal à vos risques et périls !

Un petit mot sur les LPD
Ces émetteurs-récepteurs miniatures de faible puissance (Low Power Device), vous permettent de rester en liaison à l’occasion de vos activités de loisir. Ils sont conformes à la norme IETS- 300-220 et sont agréés pour un usage libre de plein droit. Ils couvrent la bande UHF 433,050 à 434,790 MHz. Ils ne nécessitent ni licence, ni déclaration, ni taxe à payer. Ils constituent l’équipement idéal dans toutes les occasions où une liaison de proximité est nécessaire. Ils remplaceront avantageusement des liaisons interphoniques filaires, toujours complexes à mettre en place.

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