Un récepteur pour la HRPT

Pour recevoir les images haute définition HRPT émises par les satellites polaires, il faut un récepteur spécial qui, jusqu’aujourd’hui, n’a pas été produit industriellement car, la demande étant limitée, il serait peu avantageux de le fabriquer. Afin de sortir de cette impasse regrettable, nous en avons conçu un qui, certainement, comblera toutes vos attentes.


Après vous avoir expliqué, dans les numéros 24 et 25 d’ELM, comment utiliser le logiciel contenu dans le CD HRPT de démonstration pour visualiser toutes les images haute définition des satellites polaires émettant en HRPT, il était à prévoir que beaucoup allaient s’amuser à colorer les RAW mémorisés et c’est ce qui s’est passé.
Tous ceux qui ont appris comment on manie les images RAW sont désormais impatients de voir le schéma du récepteur HRPT que nous avons conçu et utilisé pour recevoir les émissions haute définition des satellites polaires.
A ce propos nous devons toutefois tempérer votre enthousiasme car un bon récepteur ne suffit pas : comme nous l’avons expliqué dans les numéros précités, il faut aussi une parabole à grille pourvue d’un illuminateur à antenne hélicoïdale.
En outre, il faut aussi un double moteur (figure 2) capable de mouvoir la parabole verticalement et horizontalement.
Ce moteur, un YAESU G-5500, est disponible dans le réseau de distribution de la marque.
Enfin, il faut aussi un logiciel adéquat comme “WXtrack” indiquant les horaires de passage des satellites polaires ainsi que leur direction (venant du Nord ou du Sud) de façon à orienter la parabole en site (verticalement) et en azimut (horizontalement).
Pour pouvoir recevoir les images, il est en effet indispensable d’apprendre à viser les satellites et à suivre leur orbite. Pour être tout à fait honnête, si la possession d’un bon récepteur résout 90 % des problèmes, ceux qui restent relèvent du manque de pratique : par conséquent nous ne vous cachons pas que les premiers essais seront décevants car suivre un satellite avec une parabole motorisée dans les deux directions sans le perdre n’est pas simple.
Il faut donc être en mesure d’effectuer les premiers essais avec l’aide d’un ami possédant une certaine pratique de la poursuite d’un satellite polaire NOAA.
De notre côté, nous vous aiderons à chercher les satellites polaires NOAA et à suivre leur orbite en vous apprenant à utiliser le programme “WXtrack” (figure 3) que l’auteur, David-J. TAYLOR, d’Edimbourg, a bien voulu offrir à la revue et à ses lecteurs.
Au programme original, nous avons fait ajouter diverses fonctions supplémentaires, comme, par exemple, la possibilité d’imprimer les valeurs de site et d’azimut afin de pouvoir positionner la parabole ; la possibilité de voir les passages les plus significatifs, même sur plusieurs jours, ainsi que diverses villes d’Europe.
Nous décrirons plus tard, par le détail, le fonctionnement de ce programme.
Faisons un pas en arrière pour revenir aux satellites polaires HRPT et préciser que ce sont les mêmes qui émettent les images normales basse définition en APT.
Tous les satellites polaires NOAA émettent en HRPT sur la bande de fréquence comprise entre 1 698 et 1 708 MHz et, comme il s’agit de fréquences très élevées, il n’est pas possible de prélever le signal directement sur la parabole et de l’appliquer à l’entrée du récepteur car d’importantes atténuations du signal seraient causées par la longueur du câble coaxial.
C’est pourquoi il est préférable de convertir ces fréquences élevées de 1 698 et 1 708 MHz en fréquences de 141 et 150 MHz.
Dans le numéro 23 d’ELM (page 22 et suivantes) nous vous avions déjà proposé un convertisseur, le TV.970, conçu pour convertir les signaux HRPT ainsi que ceux de METEOSAT dans la gamme des 141 et 150 MHz.
Pratiquement, le TV.970 convertit les fréquences des satellites HRPT en celles reportées dans le tableau ci-dessous :



Note : Comme le satellite NOAA15 a des problèmes d’émission d’images, il ne tardera pas à céder sa place au nouveau NOAA17.

Même si le convertisseur TV.970 fournit en sortie un signal converti en gamme VHF, ne croyez pas pouvoir appliquer ce signal à l’entrée d’un quelconque récepteur accordable sur des fréquences comprises entre 141 et 150 MHz car vous ne pourriez entendre aucun son puisque les signaux HRPT, modulés en phase, sont inaudibles.
Les signaux HRPT sont de type numérique codifiés Manchester et, partant, ils sont “muets”.
Pour savoir si le récepteur capte un de ces signaux HRPT, vous pouvez regarder la déviation de l’aiguille du S-mètre (figures 14, 15 et 16) ou alors, vous pouvez contrôler le signal apparaissant sur l’écran d’un oscilloscope (figures 17, 18 et 19).

Figure 1 : Aspect extérieur du récepteur HRPT. Les 4 poussoirs placés au-dessus de la mention “MEMORY” permettent de visualiser les fréquences des satellites polaires encore en activité.
Les 6 poussoirs placés de part et d’autre servent au balayage des mémoires ou au balayage des fréquences ou encore pour mémoriser les fréquences des futurs satellites HRPT.


Figure 2 : Pour mouvoir la parabole dans le sens vertical (site ou élévation) ou horizontal (azimut) afin de suivre l’orbite du satellite, il faut un moteur spécial ainsi qu’un boîtier de contrôle.
Ces derniers, fabriqués par YAESU, sont disponibles dans le réseau de l’importateur (voir publicité dans la revue).
Si on agit sur les 4 poussoirs du contrôleur, on peut suivre l’orbite du satellite passant au-dessus de nos têtes.


Figure 3 : Pour connaître l’heure de passage des satellites, leur orbite et leur provenance (du N ou du S), il faut un logiciel adapté comme “WXtrack”. David-J. TAYLOR, d’Edimbourg, nous l’a offert très aimablement (voir texte de l’article).
La ligne en bas reporte, outre les degrés d’azimut (ici 183°) et d’élévation (ici 36,3°), d’autres données fort utiles.


Le schéma électrique
En se reportant à la figure 4, commençons par la prise d’entrée en haut à gauche.
C’est à elle qu’est appliqué le signal venant du convertisseur TV.970 placé sur la parabole de réception.
Le convertisseur TV.970 est alimenté par l’intermédiaire du câble coaxial lui-même, avec une tension de 15 V présente sur la prise d’entrée du récepteur.
En utilisant le câble coaxial pour, à la fois, transporter le signal et l’alimentation, on fait l’économie d’un câble séparé d’alimentation, ce qui n’est pas négligeable dans le cas présent.
Ce système est fréquemment utilisé, que ce soit dans les réalisations amateurs ou dans les réalisations professionnelles.
L’alimentation, copieusement découplée, est séparée des circuits de sortie du convertisseur et du circuit d’entrée du récepteur, par une capacité (C1 dans les deux cas).
Quand vous fixerez les connecteurs aux deux extrémités du câble coaxial, contrôlez bien qu’il ne reste pas des débris de tresse sur l’isolant entre l’âme et la masse car cela pourrait provoquer un court-circuit et faire sauter le fusible F1 (c’est d’ailleurs pour protéger l’alimentation d’un court-circuit que la présence de F1 se justifie !).
Rappelons que, le convertisseur TV.970 n’étant pas étanche, il est indispensable de l’installer dans un boîtier plastique prévu pour l’extérieur. De grandes marques de produits pour l’électricité générale disposent de coffrets étanches de toutes tailles.
Dès que le signal du convertisseur TV.970 arrive sur la prise d’entrée, il est transféré par l’intermédiaire du condensateur C1 sur le filtre passebande, constitué par L1/C3, C4 et L2/C5, réglé pour laisser passer la seule gamme de fréquences comprise entre 139 et 152 MHz environ.
Cette gamme de fréquences, après avoir été préamplifiée par le MOSFET MFT1, est appliquée, par l’intermédiaire du condensateur C9, sur la broche d’entrée 1 du circuit intégré IC1, un NE602, constitué d’un étage oscillateur HF et d’un mélangeur symétrique (figure 13).
Si nous connectons à la broche 6 de l’étage oscillateur de IC1 la self d’entrée du transformateur MF1, nous obtenons l’oscillation de l’étage interne du circuit intégré NE602 sur une plage de fréquence comprise entre 177,3 et 186,3 MHz par l’intermédiaire du condensateur C17 et de la diode varicap DV1.
Grâce au mélange de la fréquence que le MOSFET MFT1 applique sur la broche 1 et de celle produite par l’étage oscillateur interne (broche 6) on obtient une troisième fréquence de 36,3 MHz :

177,3 – 141 = 36,3 MHz
186,3 – 150 = 36,3 MHz

que nous prélevons sur les broches de sortie 5 et 4 de IC1.
Pour ce récepteur, on a choisi une valeur de moyenne fréquence inhabituelle de 36,3 MHz car c’est la fréquence d’accord du filtre FC1.
La poursuite de notre description nous conduit à l’étage constitué par le circuit intégré IC2 et le transistor TR1 constituant un excellent synthétiseur PLL de type sériel capable d’accorder le récepteur sur la fréquence du satellite et de la maintenir verrouillée, même quand la fréquence du satellite varie à cause de l’effet Doppler.
La figure 7 montre le schéma interne par sous-ensembles du circuit intégré IC2, MB1502 de FUJITSU. A l’intérieur se trouvent tous les étages nécessaires pour réaliser un PLL à contrôle sériel.
Sur les broches 9, 10 et 11 de IC2 entrent les signaux :
 9   Synchronisation
10 Données Sérielles
11 Latch/Enable

que nous prélevons sur le microcontrôleur programmé IC9 lequel, géré à partir du clavier à poussoirs, permet de piloter les 6 afficheurs LCD du fréquencemètre par l’intermédiaire du circuit intégré IC10.
La fréquence de 8 MHz du quartz XTAL1 relié aux broches 1 et 2 de l’étage oscillateur de IC2, est divisé par 8 000 par un diviseur interne.
Ainsi, on obtient la fréquence de référence de 1 000 Hz (F2 dans la figure 7) appliquée sur une des broches d’entrée du OR exclusif.
Sur la broche opposée de ce OR exclusif arrive la fréquence F1 que le transistor TR1 prélève sur le secondaire de MF1 et qu’il applique ensuite sur la broche 8 de IC2 afin qu’elle soit aussi divisée par les étages internes 8 000 fois, de manière à obtenir 1 000 Hz.
Quand les deux fréquences F2 et F1 ont chacune 1 000 Hz, des impulsions à onde carrée à rapport cyclique très précis sortent de la broche 5 de IC2 puis sont converties par un étage avec filtre passe-bas appelé “loop filter” (filtre de boucle : condensateurs C24, 23, 22 et 21 et résistances R12, 11 et 10) en une tension parfaitement continue de 4,5 V environ.
Cette tension est appliquée par l’intermédiaire de la résistance R9 à la diode varicap DV1 et fait varier la capacité de celle-ci de telle façon que le circuit d’accord MF1/DV1 oscille sur la fréquence qui, divisée ensuite par 8 000 par IC2, nous permette d’obtenir pour F1 la même fréquence que F2.
Si la fréquence de F2 ou de F1 vient à varier, immédiatement la broche 5 du OR exclusif produit des ondes carrées avec un rapport cyclique différent ayant pour effet d’augmenter ou de réduire la tension sur la diode varicap DV1.
Admettons que pour régler l’accord du récepteur sur la fréquence de 141 MHz il faille appliquer à la diode varicap DV1 une tension de 4,5 V car c’est seulement avec cette valeur de tension que l’étage oscillateur interne de IC1 oscillera sur la fréquence exacte de 177,3 MHz donnant, on le sait, une valeur de fréquence de :
177,3 – 141 = 36,3 MHz.

Si, pour une raison quelconque, cette fréquence monte jusqu’à 178 MHz, instantanément le rapport cyclique de l’onde carrée sortant de la broche 5 de IC2 (figure 9) varie et, par suite, la tension sur la diode varicap chute de 4,5 à 4,3 V, ce qui fait passer la fréquence de 178 MHz à sa valeur initiale de 177,3 MHz.
Pour accorder le récepteur sur d’autres fréquences, on applique à la diode varicap DV1 une valeur différente de tension en agissant sur les poussoirs P4, 5, 6 et 7 du clavier relié au microcontrôleur IC9 pilotant les broches 9, 10 et 11 du circuit intégré IC2. Sur les broches 5 et 4 du circuit intégré IC1, nous prélevons la fréquence de 36,3 MHz que nous appliquons aux broches d’entrée 1 et 2 du filtre FC1 qui (voir figure 11) a une largeur de bande d’environ 5 MHz avec une atténuation de –10 dB.
Donc ce filtre laisse passer, avec une atténuation de –10 dB, toutes les fréquences comprises entre 33,8 et 38,8 MHz et atténuées de –40 dB, c’est-à-dire plus de 100 fois en tension, toutes les fréquences latérales.
Ce filtre résout le problème le plus critique posé par ce récepteur car pour réaliser un étage MF avec une largeur de bande de seulement 5 MHz et avec une courbe d’atténuation comme celle de la figure 11, nous aurions dû utiliser une infinité d’étages atténuateurs MF et assumer tous les problèmes inhérents à leur réglage.
La fréquence centrale de 36,3 MHz sortant des broches 4 et 5 du filtre FC1 est directement appliquée sur les broches d’entrée 1 et 2 du circuit intégré IC3, un récepteur FM complet construit par PHILIPS et nommé NE615.
Comme vous pouvez voir sur le schéma interne par sous-ensembles, le circuit intégré NE615 comporte 7 étages (fig. 12) :
Préamplificateur d’entrée ......................... broches 1-2
Etage oscillateur HF .............................. broches 3-4
Mélangeur symétrique .............................. broche de sortie 20
Amplificateur MF .................................. broche de sortie 16
Etage de sortie du signal RSSI .................... broche 7
Détecteur signal FM ............................... broches 8-9-10-11
Etage limiteur .................................... broches 12-13-14

Sur la broche 7 de IC3, c’est-à-dire à la sortie RSSI (Received Signal Strength Indicator), on a une tension proportionnelle au signal HF entrant broches 1 et 2 du circuit intégré NE615.
La tension RSSI est appliquée sur l’entrée non inverseuse 5 de l’amplificateur opérationnel IC6/B utilisé pour faire dévier l’aiguille du S-mètre en présence du signal HRPT capté par le satellite polaire.
Si nous revenons à notre circuit intégré NE615 (IC3) vous voyez que sur les broches 3 et 4 de l’étage oscillateur sont connectésun quartz de 44,545 MHz (XTAL2) et un circuit accordé (JAF5, C40 et C41) nous permettant d’obtenir un signal HF d’une fréquence de 44,545 MHz exactement.
L’étage mélangeur situé à l’intérieur du circuit intégré NE615, convertit la fréquence d’entrée de 36,3 MHz en une troisième fréquence de :
44,545 – 36,3 = 8,245 MHz

Sur la broche de sortie 20 du mélangeur nous retrouvons une fréquence de 8,245 MHz que, après l’avoir filtrée par C43, 44, 45 et 46 et la self JAF6 afin d’éliminer d’éventuelles fréquences indésirables, nous appliquons sur la broche 18 de IC3 à l’intérieur duquel elle est amplifiée par l’étage amplificateur MF.
Sur la broche 16 (à gauche de IC3) est prélevé le signal amplifié, ensuite appliqué à travers le condensateur C39 au démodulateur de phase constitué par le circuit intégré IC4, un mélangeur symétrique NE602 de nouveau.
Sur la broche de sortie 4 on prélève le signal démodulé Manchester se présentant sur l’écran d’un oscilloscope (figures 18 et 19) comme une succession de 0000.
Le signal démodulé est tout de suite filtré par C51, JAF8 et C55 et la tension continue obtenue est appliquée au circuit d’accord constitué par les diodes varicap DV2 et DV3 et la self JAF9 en parallèle avec le condensateur ajustable C57.
Ce circuit permet de maintenir verrouillée en phase l’oscillateur interne de IC4 (broches 6 et 7) avec le signal appliqué sur les broches d’entrée 1 et 2.
Le signal démodulé sortant du filtre constitué par C51, JAF8 et C55 est appliqué à travers le condensateur C62 de nouveau sur l’entrée non inverseuse 5 de l’amplificateur opérationnel IC4/B et prélevé sur sa broche de sortie 7 pour être envoyé sur 3 points :
– Sur la BNC de sortie oscilloscope : sur cette sortie, vous pouvez connecter un oscilloscope pour visualiser à l’écran “l’oeil” du signal démodulé (figure 19) dont la netteté augmente en fonction directe de l’intensité du signal capté.
Pour savoir quand le récepteur capte un signal HRPT, il n’est pas nécessaire d’avoir un oscilloscope : il suffit de regarder la déviation de l’aiguille du S-mètre (figures 14 à 16).
– Sur le connecteur CONN.1 à 9 pôles (en bas à gauche de la figure 4, noté “SORTIE”) à connecter, au moyen d’un câble série, à l’interface EN.1497 (qui sera décrite dans le prochain numéro) installée à l’intérieur de l’ordinateur.
– Sur le transistor TR2 pilotant le circuit intégré IC7 utilisé en comparateur de phase.
Ce circuit intégré, un 4046 (figure 30), est utilisé pour signaler au microcontrôleur IC9 que le signal reçu est effectivement celui d’un satellite émettant en HRPT.
Si on a appuyé, sur le clavier du récepteur, sur le poussoir P2 (balayage des mémoires) ou P3 (balayage des fréquences), dès que le signal du satellite est capté, la recherche automatique mémoire ou fréquence s’interrompt.
A la sortie du démodulateur de phase, le signal démodulé dispose d’une tension “d’offset” faisant varier en plus ou en moins le centrage de l’accord par rapport au signal d’entrée.
Le circuit intégré IC4/A a pour fonction d’éliminer le signal démodulé Manchester tout en maintenant sa tension “d’offset”, laquelle est envoyée à l’amplificateur opérationnel IC6/A pour régler le centrage de telle manière que le microcontrôleur puisse exécuter le contrôle automatique de fréquence d’accord, c’est-à-dire l’AFC.
Grâce à cette régulation, l’accord du récepteur est toujours centré, même quand la fréquence varie par effet Doppler.
En effet, quand un satellite arrive du Nord ou du Sud pour s’approcher de votre installation, sa fréquence d’émission diminue d’environ –2 800 Hz puis, quand le satellite est à la verticale de chez vous, sa fréquence n’est pas décalée et quand le satellite s’éloigne, sa fréquence augmente de +2 800 Hz environ : c’est l’effet Doppler.
Nous verrons l’allure de cette variation de fréquence plus en détail dans le logiciel “WXtrack”, quand nous suivrons un satellite sur son orbite.

Note : Si vous avez choisi la solution du récepteur déjà monté et réglé, vous ne devez surtout pas retoucher le curseur du trimmer R27 ni déplacer le “strap” J1 connecté à la broche 10 de IC9 car ils ne servent qu’à centrer l’AFC en laboratoire.

Figure 4 : Schéma électrique du récepteur HRPT sans l’étage d’alimentation que vous trouverez à la figure 6.

Figure 5 : Schéma électrique de l’étage afficheur LCD, du microcontrôleur, du clavier et du S-mètre. Les composants de la page de gauche sont montés sur le circuit imprimé de la figure 20 et ceux de cette page sur les circuits imprimés des figures 21 et 22.

Liste des composants
R1 = 68 kΩ
R2 = 39 kΩ
R3 = 33 Ω
R4 = 1,5 kΩ
R5 = 100 Ω
R6 = 220 Ω
R7 = 100 Ω
R8 = 10 kΩ
R9 = 47 kΩ
R10 = 10 kΩ
R11 = 2,2 kΩ
R12 = 470 Ω
R13 = 100 kΩ
R14 = 12 kΩ
R15 = 1,5 kΩ
R16 = 100 Ω
R17 = 100 Ω
R18 = 680 Ω
R19 = 100 Ω
R20 = 22 kΩ
R21 = 470 Ω
R22 = 47 kΩ
R23 = 100 kΩ
R24 = 100 kΩ
R25 = 22 kΩ
R26 = 22 kΩ
R27 = 10 kΩ trimmer
R28 = 39 kΩ
R29 = 22 kΩ
R30 = 100 kΩ
R31 = 1 kΩ
R32 = 100 kΩ
R33 = 1 kΩ
R34 = 100 Ω
R35 = 100 Ω
R36 = 1,5 kΩ
R37 = 22 kΩ
R38 = 100 Ω
R39 = 27 Ω
R40 = 470 Ω
R41 = 33 kΩ
R42 = 820 Ω
R43 = 10 kΩ
R44 = 15 kΩ
R45 = 4,7 kΩ
R46 = 22 kΩ
R47 = 10 kΩ
R48 = 2,2 kΩ
R49 = 10 MΩ
R50 = 100 kΩ
R51 = 100 kΩ
R52 = 100 kΩ
R53 = 1,5 MΩ
* R54 = 10 kΩ
* R55 = 47 kΩ trimmer
* R56 = 100 kΩ trimmer
* R57 = 470 Ω
* R58 = 2,2 kΩ
* R59 = 470 Ω
* R60 = 2,2 kΩ
C1 = 4,7 pF céramique
C2 = 100 nF céramique
C3 = 4,7 pF céramique
C4 = 4,7 pF céramique
C5 = 4,7 pF céramique
C6 = 10 μF électrolytique
C7 = 27 pF céramique
C8 = 10 nF céramique
C9 = 47 pF céramique
C10 = 10 nF céramique
C11 = 10 nF céramique
C12 = 10 nF céramique
C13 = 10 μF électrolytique
C14 = 6,8 pF céramique
C15 = 10 pF céramique
C16 = 1 nF céramique
C17 = 220 pF céramique
C18 = 100 pF céramique
C19 = 10 μF électrolytique
C20 = 1 nF céramique
C21 = 100 nF céramique
C22 = 47 μF électrolytique
C23 = 1 μF électrolytique
C24 = 1 nF céramique
C25 = 1 nF céramique
C26 = 15 pF céramique
C27 = 1 nF céramique
C28 = 15 pF céramique
C29 = 4,7 μF électrolytique
C30 = 10 μF électrolytique
C31 = 22 pF céramique
C32 = 22 pF céramique
C33 = 10 nF céramique
C34 = 10 nF céramique
C35 = 10 nF céramique
C36 = 10 nF céramique
C37 = 10 nF céramique
C38 = 10 μF électrolytique
C39 = 1 nF céramique
C40 = 1 nF céramique
C41 = 22 pF céramique
C42 = 5,6 pF céramique
C43 = 1 nF céramique
C44 = 6,8 pF céramique
C45 = 6,8 pF céramique
C46 = 1 nF céramique
C47 = 10 nF céramique
C48 = 22 pF céramique
C49 = 10 μF électrolytique
C50 = 100 nF polyester
C51 = 68 pF céramique
C52 = 27 pF céramique
C53 = 27 pF céramique
C54 = 1 nF céramique
C55 = 68 pF céramique
C56 = 100 pF céramique
C57 = 2-27 pF ajust. (rouge)
C58 = 22 pF céramique
C59 = 470 nF polyester
C60 = 22 nF polyester
C61 = 100 nF polyester
C62 = 470 nF polyester
C63 = 100 nF polyester
C64 = 100 nF polyester
C65 = 1 μF électrolytique
C66 = 1 μF polyester
C67 = 1 μF polyester
C68 = 1 nF céramique
C69 = 2,2 nF céramique
C70 = 100 nF céramique
C71 = 100 nF polyester
C72 = 56 pF céramique
C73 = 100 nF polyester
C74 = 100 nF polyester
C75 = 10 μF électrolytique
C76 = 100 nF polyester
C77 = 150 nF polyester
C78 = 10 μF électrolytique
* C79 = 2,2 μF électrolytique
* C80 = 1 μF électrolytique
* C81 = 22 pF céramique
* C82 = 22 pF céramique
* C83 = 100 nF polyester
* C84 = 1 nF polyester
* C85 = 100 nF polyester
* C86 = 100 nF polyester
* C87 = 100 μF électrolytique
L1-L2 = voir fig. 27
MF1 = Transfo. MF 110-180 MHz
JAF1 = Inductance 47 μH
JAF2 = Inductance 0,15 μH
JAF3 = Inductance 47 μH
JAF4 = Inductance 0,15 μH
JAF5 = Inductance 2,2 μH
JAF6 = Inductance 22 μH
JAF7 = Inductance 10 μH
JAF8 = Inductance 330 μH
JAF9 = Inductance 10 μH
FC1 = Filtre SAW type G3956
XTAL1 = Quartz 8 MHz
XTAL2 = Quartz 44,545 MHz
* XTAL3 = Quartz 8 MHz
DS1 = Diode 1N4148
DS2 = Diode 1N4148
DZ1 = Zener 2,7 V 1/2 W
* DL1-DL8 = Diodes LED
* DISPLAY1-6 = Afficheur BSA 302 RD
DV1 = Varicap BB222
DV2 = Varicap BB222
DV3 = Varicap BB222
TR1 = NPN BFR90
TR2 = NPN BC547
* TR3 = PNP ZTX753
* TR4 = PNP ZTX753
MFT1 = MOSFET BF966
IC1 = Intégré NE602AN
IC2 = Intégré MB1502P
IC3 = Intégré NE615N
IC4 = Intégré NE602AN
IC5 = Intégré TL082
IC6 = Intégré LM358
IC7 = Intégré 4046
IC8 = Intégré LM358
* IC9 = Intégré EP1495
* IC10 = Intégré GM6486
F1 = Fusible 0,5 A
* P1-P10 = Clavier moulé
* J1 = Cavalier
CONN.1 = Connecteur DB9
CONN.2 = Connecteur 10 br. pour ci
* S-METER = Galvanomètre 100 mA

Les composants sans astérisque se réfèrent au schéma électrique de la figure 4 et ceux avec astérisque (*) au schéma électrique de la figure 5.


Figure 6a.


Figure 6b.

Figure 6 : Schéma électrique de l’étage d’alimentation et liste des composants.
Cet étage est monté directement sur le circuit imprimé de la figure 20.


Liste des composants de la partie alimentation
C88 = 2 200 μF électrolytique
C89 = 100 nF polyester
C90 = 100 nF polyester
C91 = 470 μF électrolytique
C92 = 2 200 μF électrolytique
C93 = 100 nF polyester
C94 = 100 nF polyester
C95 = 470 μF électrolytique
RS1 = Pont redres. 100 V 1 A
RS2 = Pont redres. 100 V 1 A
F2 = Fusible 0,5 A
IC11 = Intégré L7812
IC12 = Intégré L7805
T1 = Transfo. 25 W (T025.01) sec. 14 V 1 A – 8 V 1 A
S1 = Interrupteur


Figure 7a.


Figure 7b.

Figure 7 : Pour réaliser un synthétiseur PLL de type sériel, nous utilisons le circuit intégré MB1502 de FUJITSU. Le schéma interne par sous-ensembles du circuit intégré où apparaît le OR exclusif pilotant la diode varicap DV1 est donné en 7a. Le brochage est donné en 7b.

Figure 8 : Quand les deux fréquences F1 et F2 sont parfaitement identiques, sortent de la broche de sortie du OR exclusif des ondes carrées avec un rapport cyclique précis qui, filtrées par le filtre passe-bas, nous permettent d’obtenir une tension continue de 4,5 V environ, pilotant la diode varicap DV1.

Figure 9 : Si, pour une raison quelconque, la fréquence de l’étage oscillateur IC1 augmente, les ondes carrées sortant du OR exclusif se modifient à la baisse et, de ce fait, la tension sur la diode varicap DV1 s’abaisse à 4,3 V, ce qui fait diminuer la valeur de la fréquence.

Figure 10 : Si, en revanche, la fréquence de l’étage oscillateur IC1 diminue, les ondes carrées sortant du OR exclusif se modifient à la hausse et, de ce fait, la tension sur la diode varicap DV1 augmente de 4,5 à 4,7 V, ce qui fait augmenter la valeur de la fréquence.

Figure 11 : Le filtre FC1 est centré sur 36,3 MHz. Le graphe montre que sa largeur de bande est de 5 MHz avec une atténuation de –10 dB et de 7 MHz avec une atténuation de –40 dB.

Figure 12a.


Figure 12b.

Figure 12 : Le NE615 utilisé pour ce montage est un récepteur FM complet.
En 12a on peut voir le schéma interne par sous-ensembles du circuit intégré et en 12b, on trouvera son brochage.


Figure 13a.


Figure 13b.

Figure 13 : Le schéma interne par sous-ensembles du circuit intégré NE602 utilisé comme mélangeur (IC1) et comme démodulateur de phase (IC4) est visible en 13a. En 13b, son brochage.

Figure 14 : Le galvanomètre S-mètre relié à la sortie de l’amplificateur opérationnel IC6/B (figure 4) sert à suivre le satellite sur son orbite. Quand la parabole ne capte aucun signal, l’aiguille du S-mètre indique environ 20 μA.

Figure 15 : Quand le signal HRPT du satellite est capté par la parabole assez bas sur l’horizon, l’aiguille indique entre 20 μA (figure 14) et 50 μA, puis au fur et à mesure que le satellite se rapproche, l’amplitude du signal augmente.

Figure 16 : Si le satellite est bien centré, l’aiguille du galvanomètre dévie vers le fond d’échelle. L’habileté de l’opérateur consiste à maintenir l’aiguille dans une déviation maximale en agissant sur les touches du boîtier de contrôle (figure 26).

Figure 17 : Si vous disposez d’un oscilloscope, connectez-le à la prise “sortie oscilloscope” (figure 4) et réglez la sensibilité sur 0,5 V/division et la base de temps sur 1 μs. En l’absence de signal HRPT, une bande apparaît à l’écran.

Figure 18 : Dès que le signal HRPT du satellite est capté, des ondes en forme de “0000” un peu flous apparaissent à l’écran. En agissant sur les 4 touches du boîtier de contrôle (figure 26) tachez de ne pas perdre le signal et, au contraire, d’améliorer sa netteté.

Figure 19 : Quand le satellite est bien centré, les “0000” deviennent plus nets. Comme pour un jeu vidéo, l’opérateur doit agir sur les 4 touches du boîtier de contrôle (figure 6) pour suivre le satellite sur son orbite.

Figure 20 : Schéma d’implantation des composants de la platine principale du récepteur HRPT. L’appareil est disponible monté et réglé. Si vous faites ce choix (voir la raison en lisant le paragraphe “La réalisation pratique”), vous disposerez d’un récepteur au fonctionnement garanti. Si vous ne parvenez pas à capter un signal, il va de soi que vous devrez accorder la plus grande attention à la parabole, au convertisseur, au câble coaxial et au PC mais ne touchez surtout pas aux réglages du récepteur : vous ne pourriez pas les rétablir seul.

Figure 21 : Schéma d’implantation des composants de la platine de commande de l’afficheur LCD du récepteur HRPT. On aperçoit le microcontrôleur IC9 EP1494, déjà programmé en usine et le circuit intégré IC10 GM6486 pilotant les 6 afficheurs LCD de couleur verte du fréquencemètre.
Cette platine, accolée au dos de la platine afficheur LCD qu’elle pilote (figure 22), est reliée à la platine principale (figure 20) par une nappe.


Figure 22 : Schéma d’implantation des composants de la platine afficheur LCD du récepteur HRPT. On aperçoit le S-mètre, les 6 afficheurs LCD du fréquencemètre et les 10 poussoirs P1 à 10 (figure 24). Ces deux platines sont également disponibles montées et réglées, le tout étant installé dans un boîtier plastique (figure 23).

Figure 23 : Photo d’un des prototypes du récepteur HRPT, partie supérieure du boîtier déposée. Le circuit imprimé principal est fixé à plat horizontalement à l’aide de 8 vis auto-taraudeuses. Les deux autres circuits imprimés sont fixés verticalement derrière la face avant. On notera, en bas, la nappe servant à relier le circuit imprimé principal (figure 20) au circuit imprimé de commande de l’afficheur LCD (figure 21).

Figure 24 : Parmi les 10 poussoirs de la face avant : TEST sert au réglage du récepteur ; les deux SCAN M et SCAN F servent au balayage des mémoires et au balayage des fréquences ; les 4 poussoirs MEMORY servent à visualiser sur l’afficheur LCD à 6 chiffres les fréquences des satellites HRPT mémorisés dans le microcontrôleur ; le poussoir de droite STEP F sélectionne les centaines, les dizaines et les unités des kilohertz de la fréquence apparaissant sur l’afficheur LCD ; alors que les poussoirs FREQ + et FREQ – font varier la fréquence (voir texte).

Figure 25 : Sur la face arrière vous trouvez, à gauche, le fusible secteur et, à droite, celui de l’alimentation du convertisseur TV.970 fixé à la parabole. Dans le connecteur PC OUT, on insère le câble série allant vers l’interface EN.1497 qui vous sera présentée dans le prochain numéro d’ELM. La BNC centrale permet de connecter un oscilloscope pour visualiser les signaux reçus (figures 17 et 18).

Figure 26 : Pour suivre l’orbite d’un satellite polaire, il faut un moteur de type YAESU et son boîtier de contrôle. Le signal capté par la parabole est converti en gamme VHF par le convertisseur TV.970, déjà présenté dans le numéro 23 d’ELM.
Le signal détecté présent sur le CONN.1 à 9 pôles est appliqué à l’interface EN.1497 (qui sera décrite prochainement) à fixer à l’intérieur de l’ordinateur.


Figure 27 : Si vous vous lancez dans l’aventure du montage et du réglage du récepteur, vous aurez besoin des caractéristiques des selfs L1 et L2.

Figure 28 : Brochage, vu de dessus et de dessous, du transistor BF966.
On notera la petite protubérance indiquant la broche de source.


Figure 29 : Brochages, vus de dessous, du transistor BFR90 et du transistor ZTX753.

Figure 30 : Brochages, vus de dessus, des circuits intégrés TL082, LM358 et 4046 utilisés dans ce récepteur. Le repère-détrompeur est orienté vers la gauche.

Figure 31a.


Figure 31b.


Figure 31c.

Figure 31 : Brochage, vu de dessus, du circuit intégré GM6486 (31a). Brochage, vu de derrière, de l’afficheur LCD BSA302/RD (31b) ; les lettres a, b, c, d, e, f, g sont celles des segments ; la lettre A indique l’anode ; les symboles dp1 et dp2 désignent les points décimaux. Brochage d’une diode LED (31c).

L’accord du récepteur
L‘accord du récepteur est de type numérique et il est géré en interne par le microcontrôleur IC9, un ST62/T65-EP1495, déjà programmé en usine.
Ce microcontrôleur gère les 10 poussoirs du clavier ainsi que le circuit intégré IC2 utilisé pour faire varier la fréquence d’accord du récepteur et le circuit intégré IC10 permettant de visualiser sur l’afficheur LCD à 6 chiffres la fréquence d’accord et d’allumer les 7 LED DL1 à 7.
Les fonctions des 10 poussoirs du clavier sont les suivantes :
P1 TEST : ce poussoir ne sert qu’au constructeur pour le réglage du récepteur et donc, même si vous le pressez, cela n’aura aucun effet.
P2 SCAN M : si l’on presse ce poussoir, on allume la LED DL6 et le balayage automatique des 4 fréquences mémorisées est effectué (voir les poussoirs de mémorisation des fréquences des satellites P4 à 7).
Quand le signal d’un satellite polaire est reçu et qu’il a la fréquence d’une des mémoires, le balayage s’arrête automatiquement.
Pour sortir du balayage des mémoires, il suffit de maintenir appuyé quelques secondes ce poussoir.
Quand vous le relâcherez, vous verrez la LED DL6 s’éteindre.
P3 SCAN F : si l’on presse ce poussoir, la LED DL7 s’allume et le balayage automatique de 250 kHz au-dessus et au-dessous de la fréquence mémorisée est effectué.
Si vous avez pressé le poussoir P4 appelant la fréquence d’accord de 141 000 kHz, en pressant P3 un balayage des fréquences de 140 750 à 141 250 kHz sera effectué. Quand le récepteur capte le signal HRPT d’un satellite polaire, le balayage s’arrête automatiquement. Si, en revanche, vous avez pressé P5 appelant la fréquence d’accord de 145 500 kHz, en pressant P3, un balayage des fréquences de 145 250 à 145 750 kHz est effectué.
Quand le récepteur capte le signal HRPT d’un satellite polaire, le balayage s’arrête sur cette fréquence.
Pour sortir du balayage des fréquences, il suffit de maintenir appuyé quelques secondes ce poussoir.
Quand vous le relâcherez, vous verrez la LED DL7 s’éteindre.
Les 4 poussoirs sont initialement mémorisés sur les valeurs de fréquence suivantes :



Note : Rappelons que les poussoirs P4 à 7, outre l’appel des fréquences mémorisées, servent aussi à mémoriser d’autres valeurs de fréquences : mais cela est expliqué ci-dessous.

P8 STEP F : si l’on presse ce poussoir, on sélectionne une des 3 décimales de la fréquence visualisée sur les afficheurs LCD.
Ensuite, le chiffre choisi peut être modifié en plus ou en moins par les poussoirs P9 et 10.
Admettons que le LCD affiche 141 000 ; si l’on presse ce poussoir P8 une seule fois, on sélectionne les unités des kilohertz c’est-à-dire 141 000.
Si l’on presse ce poussoir une autre fois, on sélectionne les centaines de kilohertz c’est-à-dire 141 000.
Si l’on presse ce poussoir à nouveau, on sélectionne les dizaines de kilohertz c’est-à-dire 141 000.
P9 FREQ + : ce poussoir permet d’augmenter manuellement la fréquence d’accord à partir du chiffre décimal choisi précédemment par P8.
P10 FREQ – : ce poussoir permet de réduire manuellement la fréquence d’accord à partir du chif fre décimal choisi précédemment par P8.
Les poussoirs P8, 9 et 10 sont surtout utiles initialement car, même si c’est le constructeur qui a mémorisé ces 4 fréquences de conversion, soit :
141 000 - 145 500 - 150 000 - 137 500 kHz

il faut considérer que le quartz situé à l’intérieur du convertisseur TV.970 a une tolérance et donc il n’y a rien d’étonnant à ce que la fréquence convertie soit légèrement supérieure ou inférieure par rapport au nombre mémorisé.
Outre cette tolérance, il faut encore considérer les variations dues à la température.
En hiver, avec des températures négatives, le quartz oscillera sur une fréquence plus élevée qu’en été, avec des températures supérieures à 30°, où il oscillera sur une fréquence plus basse.
Donc, si l’on presse ce poussoir P4 et si le LCD affiche 141 000, le convertisseur TV.970 pourra avoir converti cette fréquence sur des valeurs plus hautes (par exemple 141 123 kHz) ou plus basses (par exemple 140 950 kHz).
Voici l’explication de la présence des 3 poussoirs P8, 9 et 10 : ils permettent d’ajuster la valeur des fréquences mémorisées.
Comme nul ne sait par quelle valeur corriger ce nombre, ni dans quel sens (en plus ou en moins ?), la solution la plus simple consiste à attendre le satellite polaire puis, en regardant le S-mètre, presser P8 et ensuite P9 et 10 jusqu’à la déviation maximale de l’aiguille.
A ce moment, on pourra lire sur l’afficheur LCD la valeur de la fréquence désormais mémorisée.
Il existe encore une seconde solution, peut-être plus simple.
Si vous savez que le satellite polaire qui passe ou va passer est, par exemple, un NOAA12 émettant sur 141 000 kHz, il suffit de presser P4 pour sélectionner la fréquence mémorisée de 141 000 kHz puis P3 (balayage des fréquences) et automatiquement le récepteur explorera la gamme de fréquences comprise entre 140 750 et 141 250 kHz.
Dès que le signal du satellite sera capté, le balayage s’arrêtera sur l’exacte fréquence de conversion.
Si vous savez que le satellite qui va passer est le NOAA14 ou le NOAA16, tous deux reçus sur la fréquence de 150 000 kHz, il suffit de presser P6 (sélectionnant la fréquence de 150 000 kHz) puis P3 et automatiquement le récepteur explorera la gamme comprise entre 149 750 et 150 250 kHz.
Dès que le signal du satellite sera reçu, le balayage s’arrêtera sur l’exacte fréquence de conversion.

Comment mémoriser les fréquences
Même si les fréquences les plus utilisées par les émissions HRPT, déjà converties sur ces valeurs :
141 000 - 145 500 - 150 000 - 137 500 kHz

sont mémorisées d’origine dans le récepteur, il n’est pas exclu (à cause de la tolérance du quartz du convertisseur TV.970) de devoir l’accorder sur une fréquence légèrement différente, par exemple :
141 090 - 145 590 - 150 090 - 137 590 kHz

Après avoir corrigé la fréquence en agissant sur les poussoirs P9 et 10, pour mémoriser ces nouvelles valeurs, vous devez maintenir pressé le poussoir de mémorisation correspondant jusqu’à voir clignoter la nouvelle fréquence sur les afficheurs LCD.
Admettons que l’on veuille modifier la valeur en mémoire associée à P7 pour une fréquence de 142 500 kHz, on devra presser P8 puis P9 pour afficher sur le LCD 142 500 ; après quoi il faudra maintenir pressé P7 jusqu’au clignotement du nombre 142 500.
A ce moment, vous pourrez relâcher P7 car la fréquence aura été mémorisée.
Note : La gamme de ce récepteur est de 135 à 155 MHz.
Par conséquent, il ne sera pas possible de mémoriser des valeurs inférieures à 135 MHz ou supérieures à 155 MHz.
Pour la même raison, il ne sera pas possible de faire descendre le balayage des fréquences au-dessous de 135 MHz ni de le faire monter au-dessus de 155 MHz.
Donc, si vous avez mémorisé 135 000 kHz, le balayage ira de 135 000 à 135 250 kHz.
De la même manière, si vous avez mémorisé 155 000 kHz, avec P3, le balayage ira seulement de 155 000 à 154 750 kHz.

L’alimentation
La figure 6 présente le schéma du circuit d’alimentation monté, avec son transformateur T1 et les deux circuits intégrés IC11 et IC12, directement sur le circuit imprimé du récepteur (platine principale).
La tension non stabilisée de 15 volts va, à travers le fusible F1 et le câble coaxial TV de 75 ohms, au convertisseur TV.970 fixé à la parabole.
La tension de 12 volts stabilisée par IC11 alimente tous les points du schéma électrique notés +12 V (étage d’entrée MFT1, amplificateurs opérationnels IC5 et IC6 et zener DZ1 reliée à IC2).
La tension de 5 volts stabilisée par IC12 alimente tous les points du schéma électrique notés +5 V.

La réalisation pratique
Nous publions les schémas d’implantation des composants (figures 20, 21 et 22) mais pas de description détaillée de la réalisation pratique.
En effet, le montage ne poserait guère de problème à la plupart d’entre vous mais, pour les réglages, il vous faudrait disposer d’un générateur HF équipé de la modulation Manchester NRZ (celle utilisée par les satellites HRPT) ce qui, pour le moins, n’est pas fréquent chez l’amateur d’électronique !
D’autre part, après les réglages “au banc”, il est également nécessaire de faire des essais en situation, c’est-à-dire au passage d’un satellite polaire, puis de recalibrer le récepteur.
Cette opération est également très compliquée si on ne dispose pas de la mesure adéquate.
Ceux qui décideront de se lancer seuls dans l’aventure, donc, ceux qui ont accès à un laboratoire doté d’un générateur HF Manchester NRZ n’ont pas besoin de description détaillée pour mener à bien la construction de ce récepteur !
Pour les mêmes raisons et pour économiser de la place dans la revue, on trouvera les circuits imprimés double face à trous métallisés, à l’échelle 1, en format .zip, à l’adresse : http://www.electronique-magazine.com/telechargement.asp

Note très importante : Si vous faites l’acquisition du récepteur "Un récepteur pour la HRPT" avec son interface "Une interface pour les images HRPT" (dont la description suivra prochainement) montés et réglés et si vous ne parvenez pas à capter un satellite polaire (aucun signal), consacrez toute votre attention à la parabole, aux horaires de passage des satellites ou à l’ordinateur utilisé pour cette fonction mais, surtout, ne déréglez rien sur ces deux éléments car vous ne pourriez pas les rerégler seul et il vous en coûterait un retour en usine.

1 commentaires:

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...