Un mini micro HF sur 868 MHz et son récepteur

Cet ensemble radio est composé d’un mini émetteur audio et d’un récepteur adapté permettant la transmission depuis une scène ou la surveillance à distance d’un lieu déterminé. Il fonctionne dans la nouvelle bande UHF des 868 MHz. Sa portée est comprise entre 50 et 200 mètres selon les obstacles à franchir. Il utilise des modules Aurel classiques, employés couramment dans les systèmes de télécontrôle.


Nouvelles fréquences, nouveaux projets ! Cela pourrait être le slogan d’une campagne publicitaire, en réalité, c’est seulement le résultat de notre travail.
En fait, depuis longtemps, nous nous intéressons aux nouveautés technologiques et aux innovations en tous genres afin de proposer des idées d’avant-garde et des projets au goût du jour à nos lecteurs.
Le système de transmission et de réception proposé dans cet article suit cette ligne de pensée car il se situe dans le contexte des micros HF mais utilise une conception d’un certain niveau.
Non seulement il opère sur la fréquence des 868 MHz, relativement libre, car peu d’équipements l’utilisent actuellement mais il est réalisé à l’aide de modules hybrides étudiés pour les radiocommandes, faisant transiter le signal audio grâce à un artifice simple.

La description du système
En pratique, dans l’unité d’émission, nous avons utilisé un module HF (figure 1a et figure 10) travaillant en AM avec une modulation du type ON/OFF, réussissant, en fait, à en moduler l’émission avec un signal analogique capté par une capsule microphonique.
Vous découvrirez dans peu de temps comment nous avons fait.
Dans l’unité de réception, étudiée spécialement pour recevoir le signal transmis et le rendre audible sur un petit haut-parleur ou un casque monophonique, vous trouvez encore un module hybride (figure 1b) destiné aux systèmes pour le contrôle à distance, sur lequel une sortie particulière permet une utilisation avec des composants analogiques à la place des données numériques.
Le tout constitue un système adapté à mille exigences : de la surveillance d’un environnement précis au contrôle à distance de locaux devant être surveillés en temps réel, en passant par la surveillance de la chambre de bébé, etc.
Vous trouverez certainement la meilleure application pour ce système que nous allons décrire en détail de manière à vous donner tous les arguments nécessaires pour en évaluer la capacité et la potentialité d’utilisation.



Le schéma de l’émetteur
Voyons donc le schéma électrique de l’émetteur (figure 2), composé essentiellement d’un microphone électret, de deux étages amplificateurs à transistors, d’un driver de modulation (également à transistor) et de l’hybride d’émission.
Le tout est alimenté en 9 volts, mais un régulateur (U2) a été prévu, servant à fournir au module hybride, les 5 volts nécessaires à son bon fonctionnement.
Le microphone (MIC) capte des voix, des sons et des bruits dans l’environnement, restituant une tension variable sur les broches se trouvant à chacune de ses extrémités.
C4 transmet ce signal à la base de T1 qui constitue le premier étage amplificateur microphonique.
En cascade avec ce dernier, nous trouvons un étage identique, qui replace la composante BF en phase avec celle générée par le microphone et permet d’en élever le niveau à environ 1 volt.
Ces étages ont tous deux la même configuration : à émetteur commun avec une contre-réaction parallèle/parallèle.
Le condensateur C5 permet de supprimer la composante continue entre le premier et le second préamplificateur et C8 agit de même entre le deuxième étage préamplificateur et l’entrée du modulateur AM.
Ce dernier est, en substance, un transistor NPN réglant le potentiel d’alimentation du module hybride d’émission.
En fait, dans la configuration actuelle, U1 est toujours sous tension et génère continuellement la porteuse à 868 MHz car sa patte 2 est reliée au +5 volts (fournis par le régulateur U2, un 7805).
Le composant qui transmet l’alimentation à la patte 15 du module hybrideest l’émetteur du transistor T3, dont la base est polarisée au repos par le diviseur de tension R6/R7.
Lorsque le microphone capte un son quelconque, le potentiel variable qu’il génère s’ajoute à celui de la polarisation.
Ainsi, l’émetteur de T3 délivre un signal modulé faisant varier la tension qui alimente le module hybride.
Par la force des choses, la puissance HF émise par l’oscillateur varie légèrement suivant l’évolution du signal audio.
L’antenne connectée à la patte 11 rayonne donc dans l’éther, un signal radio modulé en amplitude.
Sur le circuit émetteur, une seule particularité est à noter, c’est le diviseur de tension placé sur la base de T3 (donc, le potentiel d’alimentation au repos du module hybride TX8LAVSA05) dimensionné afin d’obtenir le maximum d’efficacité de la modulation, avec la plupart des modules hybrides.
Toutefois, il peut arriver que dans certains cas, il soit nécessaire de retoucher la valeur des composants, en particulier, celle de la résistance R6.
Le calcul des valeurs des résistances de ce pont diviseur a été effectué sur quelques échantillons et sur les valeurs typiques fournies par le fabricant.
Il peut donc arriver que votre module demande un traitement légèrement différent.
En outre, comme le gain de la section basse fréquence est constant, le circuit n’ayant aucune CAG (commande automatique de gain), il faut faire attention de ne pas parler trop près du microphone, sinon, vous aurez un phénomène de surmodulation. En d’autres termes, les ondulations de la tension d’alimentation du TX ne suivent plus l’enveloppe de la composante audio et à la réception, la voix se trouve affectée d’une certaine distorsion.
Le propos sur la polarisation de T3 est un peu lié à ceci car, s’il est vrai qu’avec les valeurs adoptées n’importe quel module est alimenté et émet, il faut aussi préciser que lorsque le potentiel d’alimentation restitué par l’émetteur fluctue à cause du signal audio, il n’est pas certain que l’amplitude du signal HF rayonné par l’antenne puisse suivre l’ensemble des demi-ondes.
Ainsi, si l’écoute est distordue, il faut jouer sur la valeur de la résistance R6, afin d’éliminer ou tout au moins d’atténuer le plus possible cette distorsion.
L’ensemble émetteur est alimenté entre les points +/– VAL avec une tension de 9 volts, fournie par une pile, de préférence alcaline. La consommation en émission est d’environ 50 mA.
Comme vous voyez, la section basse fréquence fonctionne directement avec le potentiel en aval de la diode de protection D1. Par contre, le modulateur et le TX, pour différents motifs, ont une alimentation stabilisée, autrement, la modulation serait imprécise.

Le réglage de l’émetteur
Le module utilisé pour l’émission a été étudié pour fonctionner en commutation (ON/OFF), donc, de par sa conception, il ne voit pas d’un “bon oeil” les signaux analogiques.
Pour que cela fonctionne tout de même, nous avons eu recours à un artifice consistant à laisser le module constamment en émission, modulant la tension qui l’alimente.
Pour cela, nous utilisons T3, qui, au repos, reçoit une polarisation en mesure de fournir au module hybride un potentiel qui en permet une discrète modulation autour du point de fonctionnement.
Les composants du réseau de polarisation ont été calculés pour obtenir le maximum d’excursion de la porteuse en rapport avec les demi-ondes du signal modulant. Toutefois, si trop de distorsion se manifestait (à condition qu’elle ne soit pas causée par une trop grande proximité entre l’émetteur et le récepteur ou par des perturbations radioélectriques), vous pouvez retoucher la valeur de la résistance R6.
Pour vous simplifier l’existence, vous pouvez également remplacer R6 par un trimmer de 4,7 kilohms avec, en série, une résistance de 2,2 kilohms.
Avec un voltmètre classique, réglez le trimmer de manière à obtenir une tension de 4 volts sur l’émetteur de T3.
Cette mesure doit être effectuée avec le microphone déconnecté ou en mettant ses deux pattes en court-circuit, de façon à ce qu’aucun signal ne puisse influer sur la mesure.
Par la suite, après avoir refait les branchements corrects, retouchez de nouveau le trimmer pour un réglage fin, à effectuer à “l’oreille”.
Enfin, dessoudez le trimmer et mesurez la valeur de sa résistance afin de déterminer la valeur convenable pour R6 (tenez évidemment compte de la valeur de la résistance de 2,2 kilohms qui doit être ajoutée à la valeur trouvée), puis montez une résistance fixe d’une valeur la plus proche possible de celle mesurée.
Pour ceux disposant d’un générateur BF et d’un oscilloscope, il est possible d’effectuer ce réglage de manière encore plus précise en vérifiant l’allure des demi-ondes et en intervenant sur R6 de façon à obtenir une “coupure” parfaitement symétrique.

Le schéma du récepteur
Voyons, à présent, le récepteur, en observant avant tout le schéma électrique concerné (figure 6).
Il s’agit d’un récepteur sur 868 MHz, complet, basé sur le module hybride RX8L50SA70SF.
Ici aussi, nous trouvons un composant spécifique pour radiocommandes, lequel, avec certaines adaptations, peut devenir un étage récepteur et démodulateur pour la BF.
Le module CMS contient un récepteur superhétérodyne complet, accordé sur 868 MHz, équipé d’un étage de syntonisation à changement de fréquence, d’un démodulateur AM et d’un comparateur de sortie.
Il a une bonne sensibilité (–100 dBm) et une sélectivité de ±300 kHz, excellente, en considérant le fait que nous travaillons sur 868 MHz.
D’autre part, la sélectivité est l’apanage des circuits superhétérodyne, une technologie qui les rend supérieurs aux modèles à super-réaction.
Le module nécessite une alimentation en 5 volts pour son fonctionnement, cela explique la présence du régulateur 7805 (U2).
Le récepteur fonctionne dans sa configuration classique, sauf pour un point particulier : nous prélevons le signal démodulé sur la patte 13 qui est la sortie du démodulateur AM au lieu de la patte 14 qui, elle, est la sortie du comparateur de tension, utile uniquement lorsque le signal reçu est constitué d’impulsions rectangulaires, donc inadapté dans notre cas.
Cela est évidemment compréhensible, car le signal transmis par l’émetteur étant modulé par une composante analogique, il doit être reproduit tel quel et non remis en forme par le comparateur !
Les pattes 2, 7 et 11 sont reliées à la masse. Les pattes d’alimentation 1 et 15 sont reliées à la ligne positive, à la sortie du régulateur 7805. L’antenne est reliée à la patte 3.
De la patte 13, nous prélevons le signal audio démodulé, qui respecte celui généré par la capsule microphonique (MIC) de l’émetteur.
Ce signal est transmis aux bornes du potentiomètre R5, par le condensateur de liaison C4. Ce potentiomètre permet de doser le volume audio entrant par la patte 3 de U3.
Ce circuit intégré est un amplificateur de petite puissance (2 watts maximum sur une charge de 8 ohms avec une alimentation de 14 volts) configuré pour un gain en tension d’environ 40 fois.
Le gain de cet amplificateur dépend de la résistance R4 qui, avec la résistance interne au circuit intégré, constitue un réseau de contre-réaction.
C5 permet une suppression de la composante continue de la contre-réaction et C10, avec R2, forment une cellule de compensation de la variation de l’impédance de la charge.
Le condensateur C8 filtre les fréquences au-dessus de la bande audio. C7, quant à lui, est utilisé pour le bootstrap.
C9 permet d’isoler la tension continue de la sortie de l’amplificateur tout en laissant passer uniquement le signal BF.
Enfin, R3 protège la sortie (OUT) contre d’éventuels courtscircuits.
Si vous utilisez un casque, vous pouvez augmenter sa valeur entre 22 et 47 ohms.

Le réglage du récepteur
Le réglage du récepteur se limite à la modification éventuelle de la valeur de R3. Tout comme l’émetteur, le récepteur fonctionne sur 9 volts mais rien n’empêche de lui appliquer une tension comprise entre 9 et 14 volts aux points +/– VAL.
Le courant requis est de l’ordre de 350 mA si vous utilisez un haut-parleur de 8 ohms avec un volume poussé au maximum, 70 à 80 mA suffisent si vous utilisez un casque de 32 ohms.

Figure 1a : Le module émetteur TX8LAVSA05.


Figure 1b : Le module récepteur RX8L50SA70SF.

Figure 1 : Le système décrit dans cet article utilise, dans sa section radiofréquence, deux modules Aurel pouvant travailler sur la nouvelle bande UHF des 868 MHz.

Figure 2 : Schéma électrique de l’émetteur.

Figure 3 : Schéma d’implantation des composants de l’émetteur.

Figure 4 : Photo d’un des prototypes de l’émetteur terminé.

Figure 5 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de l’émetteur.

Liste des composants du TX
R1 = 6,8 kΩ
R2 = 120 kΩ
R3 = 120 kΩ
R4 = 1 kΩ
R5 = 1 Ω
R6 = 4,7 kΩ
R7 = 470 kΩ
R8 = 4,7 kΩ
R9 = 470 Ω
C1* = 100 μF 16 V électro.
C2* = 100 μF 16 V électro.
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 100 nF multicouche
C5 = 100 nF multicouche
C6 = 100 pF céramique
C7 = 100 pF céramique
C8 = 100 nF multicouche
C9* = 100 μF 16 V électro.
C10* = 100 μF 16 V électro.
D1 = Diode 1N4148
T1 = NPN BC547
T2 = NPN BC547
T3 = NPN BC547
U1 = Module hybride Aurel TX8LAVSA05
U2 = Régulateur 78L05
MIC = Microphone électret
* = bas profil

Divers :
1 Clip pour pile 9 V
1 Coupe 9 cm fil émail 10 à 12/10
1 Boîtier TEKO SC704


Figure 6 : Schéma électrique du récepteur.

Figure 7 : Schéma d’implantation des composants du récepteur.

Figure 8 : Photo d’un des prototypes du récepteur terminé.

Figure 9 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de récepteur.

Liste des composants du RX
R1 = 56 Ω
R2 = 1 Ω
R3 = 1 Ω
R4 = 150 Ω
R5 = Pot. 220 kΩ log. pour ci.
C1 = 100 nF multicouche
C2 = 220 μF 25 V électro.
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 100 nF multicouche
C5 = 100 μF 25 V électro.
C6 = 47 μF 25 V électro.
C7 = 220 μF 25 V électro.
C8 = 220 pF céramique
C9 = 220 μF 25 V électro.
C10 = 100 nF multicouche
D1 = Diode 1N4007
U1 = Régulateur 78L05
U2 = Module hybride Aurel RX8L50SA70SF
U3 = Amplificateur TBA820M

Divers :
1 Clip pour pile 9 V
1 Support 2 x 4 broches
1 Prise jack miniature pour ci
1 Bouton plastique
1 Coupe 9 cm fil émail 10 à 12/10
1 Boîtier TEKO SC701




Figure 10 : Le module émetteur TX8LAVSA05.

Dans l’unité émettrice, nous avons employé le module hybride TX8LAVSA05. L’étage HF final permet d’obtenir, à l’antenne, une puissance de +7 dBm sur une charge de 50 ohms, le tout, avec une tension d’alimentation de 5 volts. En abaissant la tension à 3 volts (on peut descendre jusqu’à 2,7 volts), la puissance diminue de très peu. Un filtre passe-bas, sur l’étage final, permet de réduire les harmoniques générées.
Le dispositif est actif lorsque l’entrée de contrôle est au niveau logique 1 (3 à 5 volts), il est inactif, si cette entrée est au niveau logique 0. Il est évident que cette entrée est utilisée pour moduler en amplitude en mode ON/OFF, la porteuse radiofréquence.
La tension de contrôle agit sur l’oscillateur SAW.
Les connexions avec l’extérieur se font grâce à des pattes disposées en ligne au pas de 2,54 mm, selon la configuration classique de chez AUREL :
 1 = masse
2 = entrée modulation (1 = TX actif, 0 = TX éteint)
4 = masse
11 = antenne
13 = masse
15 = positif d’alim. (2,7 à 5 V)


Figure 11 : Le récepteur a été installé dans un petit coffret plastique muni d’un compartiment pour pile de 9 volts. A l’aide du potentiomètre, il est possible de régler le niveau d’écoute sur casque ou sur un petit hautparleur.

Figure 12 : L’émetteur une fois le montage terminé. Tous les composants trouvent place à l’intérieur d’un coffret plastique dont les dimensions sont proches de celles d’une pile de 9 volts. Pour réduire le volume au maximum, la pile sera fixée au coffret.

La réalisation pratique
S’agissant de deux appareils, il faut donc vous procurer ou réaliser les deux circuits imprimés donnés, à l’échelle 1, dans les figures 5 et 9. Ces circuits sont facilement réalisables par la méthode décrite dans l'article : "Comment fabriquer vos circuits imprimés facilement ?". Les circuits professionnels sont déjà percés et sérigraphiés.
Ceci fait, vous pouvez monter tous les composants, en commençant, comme d’habitude, par les plus bas pour aller vers les plus hauts. En tout dernier lieu, mettez en place les circuits intégrés.
Pour cela, inspirez-vous des figures 3 et 4 pour l’émetteur et des figures 7 et 8 pour le récepteur. Comme d’habitude encore, veillez à la bonne orientation des composants dont le sens doit être respecté : diodes, condensateurs chimiques, transistors, circuits intégrés, etc.
Pour ce qui concerne la capsule microphonique, il s’agit d’un modèle électret préamplifié, devant être relié aux points concernés sur le circuit imprimé.
L’électrode reliée à son boîtier doit être soudée à la pastille reliée à la masse.
L’autre, évidemment, sera soudée sur la pastille marquée “+”.
Si, dans votre application, il est souhaitable de déporter le micro, vous pouvez effectuer sa liaison avec le circuit imprimé à l’aide d’un morceau de câble coaxial de 3 mm (même sur une longueur de quelques mètres que vous pourrez définir aux essais).
Pour réaliser les connexions de la sortie du récepteur, il faut utiliser une prise jack stéréo de 3,5 mm pour circuit imprimé, cela, parce que les pistes sont disposées de manière à ce que l’électrode centrale (celle conventionnellement réservée au canal droit) soit reliée à la masse et celle, plus grande, au négatif de l’alimentation.
Lorsqu’on insère une fiche mono, sa partie la plus en retrait réunit ces deux électrodes, alimentant ainsi le circuit.
Cette astuce permet d’éviter l’utilisation d’un interrupteur extérieur, garantissant la mise sous tension ou l’extinction du récepteur lorsqu’on insère ou que l’on retire la fiche jack du casque.
Naturellement, ce petit subterfuge ne fonctionne qu’avec une prise de casque mono. On peut également utiliser un casque stéréo, à condition de remplacer sa fiche par un modèle mono.
L’émetteur, ainsi que le récepteur, nécessitent chacun une antenne. Celles-ci pourront être constituées par un simple morceau de fil de cuivre émaillé de 10 à 12/10 d’une longueur d’environ 9 cm, soudé au point “ANT”.
Sur le récepteur, à la place du brin de cuivre rigide, qui autorise une portée d’environ 100 mètres en l’absence d’obstacles, vous pouvez utiliser une antenne directive ou un modèle omnidirectionnel taillé en onde entière (longueur de 36 cm). La portée s’en trouvera nettement améliorée.
Pensez à la mise en boîte, en choisissant de petits coffrets adaptés (voir les figures 11 et 12). Nous vous conseillons les modèles TEKO SC704 pour le TX et SC701 pour le RX. Procurez-vous un bouton pour le placer sur l’axe du potentiomètre.
En se qui concerne le récepteur, pour obtenir un assemblage qui évite de faire trop bouger le potentiomètre, nous vous conseillons de fixer la platine au fond du coffret, puis de percer le couvercle de façon à permettre le passage de l’axe.
Ce montage garantit que le corps du potentiomètre R5 ne tourne pas trop lorsque vous tournez le bouton.

1 commentaires:

  1. Bonjour
    le mdoule Aurel fonctionne à 868,3Mhz ?
    http://www.velleman.eu/products/view/?country=fr&lang=fr&id=349493

    sauf que si la norme n'as pas changée : http://www.portail-automatique.info/articles/ARCEP/868-870-MHZ-I.pdf

    c'est une bande à temps d'émission inférieur à 1% (pour de la data et pas pour de l'Audio permanente)

    Donc si je ne me trompe pas, ce montage est interdit à l'usage en Europe.

    Cordialement
    seb

    RépondreSupprimer

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...