Un convertisseur pour HRPT et METEOSAT

Ce convertisseur est le premier élément d’une chaîne complète composée de la parabole, d’un récepteur numérique et d’une interface PC. Il a été étudié pour capter les images transmises par les satellites défilant HRPT. Néanmoins, il peut également être utilisé pour recevoir les images envoyées par les satellites METEOSAT. Toutes les images de cet article ont été reçues à l’aide de ce convertisseur.


Depuis longtemps, de nombreux lecteurs nous sollicitent pour publier dans la revue des récepteurs HRPT capables de capter les images haute définition des satellites NOAA.
Si nous n’avons pu, jusqu’à aujourd’hui, leur donner satisfaction, c’est parce que nous savions que pratiquement personne ne dispose ou n’a accès à un générateur pouvant fournir en sortie un signal identique à celui transmis par le satellite. Cet instrument est pourtant indispensable pour régler le récepteur.
Pour résoudre ce problème, nous avons étudié un tel générateur, d’abord pour notre laboratoire mais avec l’intention de le publier. Sa réalisation achevée, nous nous sommes rendu compte que son prix de revient aurait été 10 fois supérieur au prix du récepteur à régler !
Considérant qu’une fois ledit récepteur réglé, ce générateur ne serait plus utilisé, nous n’avons pas retenu cette solution comme valable.
Comme les composants sont tous des CMS, il ne nous restait plus guère qu’une solution, vous proposer ce récepteur déjà monté et réglé. C’est celle que nous avons choisie en confiant la commercialisation du TV.970 à certains annonceurs de la revue.

Figure 1a : Une image HRPT du Nord de l’Italie. Nous voyons clairement la neige sur les Alpes et sur les Appenins, le Lido de Venise, le fleuve Pô et les situations des villes le long de la voie Emilia.

Figure 1b : Vue du convertisseur prêt à être monté sur la parabole.

Faire de la réception satellite
Pour capter les signaux transmis par les satellites défilants, il est nécessaire de suivre leur orbite avec une parabole équipée d’une source ayant une polarisation circulaire.
De nombreux lecteurs, après avoir constaté comme il est simple de recevoir les satellites METEOSAT, pensent qu’ils sont devenus de supers experts pour le HRPT. Hélas, il n’en est rien. Pour obtenir des résultats satisfaisants, il faut, en premier lieu, énormément pratiquer la traque aux satellites.
Le premier accessoire indispensable pour capter les signaux transmis par les satellites NOAA est le convertisseur, qui permet de convertir le signal de 1,7 GHz, en une bande de fréquence comprise entre 141 et 150 MHz.
Un convertisseur valable pour les satellites NOAA doit être en mesure de couvrir une gamme comprise entre 1690 MHz et 1 710 MHz et avoir une figure de bruit inférieure à 0,6 dB.
Le convertisseur TV.970, que nous avons étudié pour les satellites NOAAHRPT, peut également être utilisé pour les satellites géostationnaires METEOSAT car il dispose des caractéristiques suivantes :

Bande passante ......................... 1670 - 1 710 MHz
Gain moyen ............................. 50 dB
Figure de bruit ........................ max 0,6 dB
Tension d’alimentation ................. 15 - 18 V (max 20 V)
Consommation ........................... 160 mA

Les fréquences des signaux des satellites NOAA-HRPT et celles de METEOSAT sont toutes converties sur ces fréquences :
1er canal METEOSAT ....... 1691,0 MHz ....... sur 134,0 MHz
2e canal METEOSAT ........ 1694,5 MHz ....... sur 137,5 MHz
NOAA-HRPT ................ 1698 MHz ......... sur 141,0 MHz
NOAA-HRPT ................ 1707 MHz ......... sur 150,0 MHz

Ainsi, le récepteur pour les satellites NOAA que nous vous proposons, couvrira une gamme de fréquences comprise entre 139 MHz et 151 MHz environ.
Par contre, le récepteur pour les satellites METEOSAT, comme nous le savons, couvre une gamme comprise entre 133 MHz et 138 MHz environ.

Figure 2 : En enlevant le couvercle supérieur du boîtier, vous verrez apparaître le circuit imprimé, avec tous les composants CMS. Pour l’entrée du signal 1,7 GHz, nous avons utilisé un connecteur femelle type “N” afin de limiter le bruit au maximum.

Figure 3 : En enlevant le couvercle inférieur, vous verrez, soudé sur le circuit imprimé, le seul quartz de 4 MHz utilisé par le circuit intégré PLL (voir IC4 sur la figure 5) pour obtenir la fréquence de référence.

Figure 4: Une stupéfiante image du détroit de Gibraltar. Précisons que les images transmises par les satellites NOAA-HRPT sont toutes en noir et blanc. Elles ont été colorisées par nos soins.

Le schéma électrique du TV.970
Avant de procéder à la description du schéma électrique du TV.970, nous tenons à préciser, pour les lecteurs qui auraient souhaité la publication de l’implantation du montage en CMS et son circuit imprimé que, si nous ne pouvons leur donner satisfaction, ce n’est certes pas pour les garder secrets, mais simplement parce que cette réalisation ne pourrait être entreprise que par un très petit nombre et que dans ce très petit nombre, le nombre d’échecs serait très grand !
En effet, dans les montages SHF, on rencontre toujours des différences entre le schéma électrique théorique et le schéma pratique définitif, parce qu’en phase de réglage, il est nécessaire de modifier la valeur de différents composants pour obtenir les caractéristiques définies.
En fait, une fois le montage terminé, si l’on constate que le convertisseur ne présente pas les caractéristiques requises, il faut rechercher les composants à modifier et nous pouvons vous assurer que de dessouder et de ressouder des condensateurs et des résistances CMS n’est pas réellement une chose simple, surtout si on ne dispose pas des outils adéquats.
Passons au schéma électrique donné sur la figure 5. Le signal, prélevé de la source fixée sur la parabole (figure 14), est amplifié par GFT1, un PHEMT référencé ATF36163 fabriqué par HP, qui a un gain d’environ 16 dB avec une figure de bruit de 0,6 dB jusqu’à 4 GHz.
Le signal préamplifié par GFT1 rejoint la gate du second étage préamplificateur GFT2, un ATF13284, lui aussi fabriqué par HP, qui a un gain d’environ 15 dB.
Les inductances L1, L3 et L4, insérées dans ces deux étages, servent uniquement à atténuer tous les signaux en dehors de la gamme des 1 690 à 1710 MHz, qui sont celles émises par les téléphones cellulaires et par les émetteurs TV.
Le signal présent sur le drain de GTF2, avant d’entrer par la broche 4 du circuit intégré IC3, un mélangeur pour satellites TV référencé TDA8010, passe à travers un filtre passe-bande composé des condensateurs C15, C20, C21 et C22 et des inductances directement gravées sur le circuit imprimé que nous avons appelé L5, L6 et L7.
Pour convertir les signaux allant de 1691 à 1707 MHz dans la gamme des 134 à 150 MHz, nous utilisons un oscillateur présent dans IC3, que nous accordons de l’extérieur sur 1557 MHz à l’aide de l’inductance L14 et de la diode varicap DV1.
Si, de la fréquence qui entre dans IC3, nous soustrayons ces 1 557, sur la broche de sortie 11, nous prélèverons les fréquences suivantes :
1691,0 – 1 557 = 134,0 MHz
1694,5 – 1 557 = 137,5 MHz
1698,0 – 1 557 = 141,0 MHz
1707,0 – 1 557 = 150,0 MHz

Pour maintenir stable la fréquence de l’oscillateur local sur 1557 MHz, nous utilisons le circuit IC4, un PLL type MB15E07 fabriqué par Fujitsu et le quartz XTAL de 4 MHz qui fournit la fréquence de référence.
De la broche 20 de IC3, est prélevée, à travers le condensateur C41, la fréquence de l’oscillateur local divisée par 2 par un étage interne.
De cette broche, nous prélevons une fréquence de 778,5 MHz, pour l’appliquer sur la broche 8 d’IC4, qui précède un diviseur par 64/65. Un diviseur interne à double module programmable permet de sélectionner la fréquence de capture du PLL.
A la broche 5 d’IC4, à laquelle se trouve relié un comparateur de phase interne, est connecté un loop-filter (filtre de boucle) composé de R17, R18, C45, C46 et C47 qui nous permet d’obtenir une tension qui, appliquée sur la diode varicap DV1, corrige la plus petite variation de fréquence de l’oscillateur IC3.
Le circuit IC5, qui est un microcontrôleur PIC12C508, est utilisé pour la programmation des diviseurs internes du PLL, afin qu’il puisse convertir sur 134 à 150 MHz, les fréquences appliquées sur l’entrée.
Le signal converti sur 134 à 150 MHz, que nous prélevons de la broche 11 de IC3, est transféré, par un câble coaxial pour TV de 75 ohms, vers le récepteur pour METEOSAT ou pour HRPT.
Pour alimenter tous les circuits intégrés du convertisseur, il faut une tension stabilisée de 5 volts et, du fait que de la prise d’entrée du récepteur est issue une tension continue qui peut varier de 15 à 18 volts, celle-ci est stabilisée sur 5 volts à l’aide des deux circuits intégrés IC2 et IC1.
Même si le convertisseur est en mesure de fonctionner avec des tensions comprises entre 12 et 20 volts, nous conseillons de ne pas utiliser une tension inférieure à 14 volts et supérieure à 19 volts afin de ne pas faire chauffer IC2 inutilement.

Figure 5 : Schéma électrique du convertisseur. Les bobines à lignes sont gravées sur le circuit imprimé.

Figure 6 : Schéma synoptique du circuit intégré TDA8010/M, que nous avons utilisé comme mélangeur dans ce convertisseur.

Figure 7: Schéma synoptique du circuit intégré MB15E07 fabriqué par Fujitsu, utilisé comme PLL dans ce convertisseur.

Liste des composants
R1 = 10 Ω
R2 = 68 Ω
R3 = 39 Ω
R4 = 68 Ω
R5 = 47 Ω
R6 = 47 Ω
R7 = 100 Ω
R8 = 3,3 kΩ
R9 = 1,5 kΩ
R10 = 8,2 kΩ
R11 = 8,2 kΩ
R12 = 8,2 kΩ
R13 = 47 kΩ
R14 = 47 kΩ
R15 = 47 kΩ
R16 = 8,2 kΩ
R17 = 1 kΩ
R18 = 20 kΩ
R19 = 20 kΩ
C1 = 1 pF
C2 = 100 nF
C3 = 4,7 μF
C4 = 10 nF
C5 = 1 nF
C6 = 1 pF
C7 = 3,9 pF
C8 = 100 nF
C9 = 10 nF
C10 = 10 nF
C11 = 1 nF
C12 = 1 nF
C13 = 1 nF
C14 = 1,2 pF
C15 = 5,6 pF
C16 = 1 nF
C17 = 100 nF
C18 = 100 nF
C19 = 10 nF
C20 = 1 pF
C21 = 1 pF
C22 = 1,2 pF
C23 = 10 nF
C24 = 15 pF
C25 = 12 pF
C26 = 10 nF
C27 = 10 nF
C28 = 22 pF
C29 = 1 nF
C30 = 33 pF
C31 = 27 pF
C32 = 22 pF
C33 = 10 nF
C34 = 10 nF
C35 = 1 nF
C36 = 10 nF
C37 = 1 nF
C38 = 1 nF
C39 = 100 nF
C40 = 100 nF
C41 = 100 pF
C42 = 1 pF
C43 = 1 pF
C44 = 2,7 pF
C45 = 1 μF
C46 = 1 nF
C47 = 100 pF
C48 = 1 nF
C49 = 15 pF
C50 = 15 pF
L8 = 1,5 μH
L9 = 0,039 μH
L10 = 1 μH
L11 = 1,5 μH
L12 = 0,1 μH
L13 = 0,033 μH
DS1 = Diode BAS216
DS2 = Diode BAS216
DS3 = Diode BAS216
DS4 = Diode BAS216
DV1 = Varicap BB811
XTAL = Quartz 4 MHz
GFT1 = Transistor ATF36163
GFT2 = Transistor ATF13284
IC1 = Régulateur 7805
IC2 = Régulateur 7812
IC3 = Intégré TDA8010M
IC4 = Intégré MB15E07
IC5 = μC PIC12C508


Quelques remarques importantes
Pour relier le câble coaxial à l’entrée du convertisseur, nous avons utilisé un connecteur type “N”, parce que ce type de connecteur, permet de réduire de quelques dB les pertes HF sur le signal de 1,7 GHz.
Le convertisseur sera enfermé dans un boîtier en métal de préférence. Les photos des figures 1, 2 et 3 donnent un bon aperçu de la réalisation terminée.
Ce boîtier est fixé à l’arrière de la parabole à l’aide de deux colliers en plastique ou bien à l’aide d’une pièce métallique serrée à l’aide de deux vis et écrous.
Ayez à l’esprit, que les fréquences que nous avons mentionnées sur le boîtier du convertisseur peuvent varier légèrement en fonction de la température et de la tolérance du quartz.
Ainsi, le signal du premier canal de METEOSAT qui, une fois converti, devrait se trouver sur 134,00 MHz, peut être reçu sur 134,050 MHz ou bien sur 133,960 MHz.
En hiver, si vous avez gardé le convertisseur non alimenté durant plusieurs semaines avec une température inférieure à 0 °C, il sera nécessaire d’attendre environ 5 minutes avant que la température du quartz se stabilise sur 20 °C, la température choisie en phase de réglage.
De toute façon, ne vous inquiétez pas, car chaque récepteur est équipé d’un système efficace de contrôle de fréquence, qui permet de corriger ces variations.
Précisons encore, que ce convertisseur sert également pour recevoir les signaux des satellites METEOSAT et, en considération de sa faible figure de bruit, vous noterez que les images reçues seront plus propres et plus parfaites que celles que vous aurez reçues jusqu’à présent.

Figure 8: Une image de la Scandinavie, que nous avons colorisée en bleu. Notez la définition des fjords et de tous les lacs présents sur le territoire. Nous vous rappelons que pour recevoir ces images, il faut utiliser une parabole qui suive l’orbite du satellite défilant.

Figure 9 : En suivant l’orbite du satellite avec une parabole d’environ 1 mètre de diamètre, il est possible de capter les images en partant de la Scandinavie, jusqu’à la Lybie et l’Egypte. Sur cette photo de la Sicile, les îles Eolie et Malte sont bien visibles.

Figure 10 : Image du canal de la Manche et du Nord de la France. La tache sombre, visible en haut, est la vile de Paris. Egalement bien visibles, tous les fleuves et les rivières qui coulent dans le Nord de la France. Cette photo a été colorisée manuellement par nos soins.

Figure 11: Une photo en noir et blanc du Péloponnèse et de la Crête transmise par un satellite NOAA-HRPT. Notez la très bonne définition de toutes les îles de la mer Egée. Des images aussi bien définies se captent lorsque le satellite passe sur la zone.

Figure 12: Profitant de l’orbite d’un satellite HRPT qui passait au-dessus des Balkans, nous avons mémorisé une image infrarouge pour voir s’il était possible d’apercevoir les incendies des villes du Kosovo provoqués par les missiles. Dans cette photo, on peut voir, au centre, des petits points qui apparaissent plus sombres que les villes, car les incendies provoquent une augmentation de la température et sont, de ce fait, mis en évidence (figure 13).

Figure 13 : Même si la zone est couverte de nuages, en faisant un zoom du territoire du Kosovo, on peut voir très distinctement les villes et les villages en flamme. Il aurait été possible de zoomer encore plus l’image, mais nous ne l’avons pas fait pour maintenir quelques points de référence, comme par exemple le golfe de Salonique (en bas à droite) et le fleuve Danube (en haut à droite).
Nous avons colorisé la photo, reçue du satellite en noir et blanc.




Figure 14 : Une vue de la parabole en situation. Remarquez l’aspect de sa source différent des LNB classiques et l’emplacement central de son bras.

La parabole
Il y a peu de choses à dire sur cet élément, essentiellement mécanique. Le réflecteur est réalisé en grillage spécial très rigide. La source, placée au centre, est évidemment prévue pour fonctionner sur les mêmes fréquences que le convertisseur.
La figure 14 donne un bon aperçu de ce premier élément de notre chaîne de réception HRPT/METEOSAT.

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