Un radio microphone FM sur 423 MHz

Ce radio microphone, pouvant couvrir un rayon d’environ 300 mètres, sert aux policiers et aux détectives privés pour découvrir les trafiquants de drogue, pour démasquer les receleurs et les usuriers ou coincer des délinquants coupables de délits. Nos lecteurs pourront l’utiliser seulement pour leur usage personnel, car les lois concernant le respect de l’intimité interdisent l’écoute les conversations privées à l’insu et sans le consentement des personnes.


Quand on parle de radio microphones, notre imagination vole tout de suite vers James BOND 007, immortalisé par les films d’espionnage. Ce fameux agent de l’Intelligence Service, utilisant des radio microphones très sensibles, réussit à intercepter les conversations les plus secrètes de ses ennemis et à anticiper ainsi leurs actions.
Mais voilà, dans la réalité de nos contrées européennes, il y a des lois protégeant l’intimité des personnes… tant mieux d’ailleurs car, si elles nous empêchent parfois d’assouvir nos fantasmes (pas toujours les plus reluisants au demeurant !), elles nous protègent nous-mêmes et avouons que nous serions pour le moins furieux d’apprendre qu’un de nos voisins “s’amuse” à écouter notre intimité domestique de la même manière que si nous découvrions qu’il observe notre séjour avec une lorgnette ! Eh bien, la loi protège aussi les voisins contre nous-mêmes (ce dont nous voyons un peu moins bien l’intérêt…).

L’utilisation licite d’un radio microphone
Les passionnés d’ornithologie peuvent l’utiliser pour enregistrer à distance le chant des oiseaux. Pour cette application, il suffit d’installer l’émetteur dans l’arbre où sont perchés les volatiles ou, encore mieux, à côté de leurs nids.
Le responsable d’une agence de tourisme organisant des visites guidées de musées ou de sites archéologiques, peut confier un récepteur aux touristes ayant des problèmes d’audition afin qu’ils puissent ne rien perdre des explications du guide ayant en mains l’émetteur.
Si vous êtes installateur d’antennes, vous pouvez laisser près du téléviseur votre acolyte, lequel, en parlant devant l’émetteur, vous indiquera, sans avoir à hurler, l’efficacité ou non de l’orientation que vous donnez à l’antenne ou à la parabole.
Si vous travaillez sur un chantier de construction, vous pouvez utiliser le radio microphone pour préciser au grutier dans quelle direction il doit tourner la flèche ou quand il peut remonter la charge accrochée.
Si vous chassez au poste à plusieurs ou à la battue, vous pouvez informer vos amis de l’arrivée prochaine du gibier dans leurs parages.
Si, enfin, vous craignez pour la sécurité de votre nouveau-né, vous pouvez placer l’émetteur dans la pièce où il joue ou dans la chambre où il dort et avoir le récepteur près de vous, au bureau ou à l’atelier, écouteur à l’oreille, libre de vos mouvements et tranquille.

L’utilisation illicite d’un radio microphone
La loi de protection de la vie privée stipule qu’écouter à son insu et sans son consentement les secrets d’autrui et les divulguer est un délit. N’imitez donc pas 007 en dissimulant un radio microphone sous un lit ou sur une armoire ou dans un pot de fleurs afin d’écouter les conversations privées qui ne vous sont pas destinées. Ne cachez pas non plus un radio microphone dans un bureau ou un couloir, etc., pour écouter ce que les autres (se) disent. Les artistes eux non plus n’ont pas le droit de l’utiliser pour savoir ce que le public dit des oeuvres exposées.
Vous commettriez un délit si vous dissimuliez le radio microphone même chez vous, près du téléphone, afin d’écouter à distance et à leur insu les conversations des membres de la maisonnée (famille ou personnel). Vous violez l’intimité aussi en ayant le radio microphone dans la poche afin de faire écouter à votre ami les médisances courant sur son compte.
C’est seulement si vous y êtes expressément autorisé par un homme de loi, dans un contexte juridique très circonscrit, que vous pouvez utiliser le radio microphone afin d’obtenir des preuves pouvant s’avérer utiles pour résoudre une affaire judiciaire vous mettant en cause. Si vous êtes victime d’un chantage ou de menaces, vous pouvez avoir le radio microphone en poche et faire écouter à un membre des forces de l’ordre ou à un homme de loi chargés de l’affaire des conversations que vous avez avec celui ou ceux qui vous menacent ou vous font chanter.
Ce radio microphone peut s’avérer utile pour démasquer les trafiquants de drogue ou racketteurs de plus en plus nombreux à la sortie des collèges et lycées ou des discothèques. En effet, en camouflant le radio microphone dans la poche d’un jeune, les forces de l’ordre peuvent écouter ce qui se dit et prendre ainsi des délinquants sur le fait.

Figure 1 : Les dimensions du petit boîtier plastique choisi pour protéger l’émetteur sont très réduites (L 58 x l 35 x P 19 mm). La pile 6F22 de 9 V est extérieure. Bien entendu, si la taille de l’émetteur importe peu, vous pourrez utiliser un boîtier intégrant la pile.

Figure 2 : Les dimensions du récepteur sont relativement plus importantes (L 180 x l 60 x P 24 mm). La pile 6F22 de 9 V se trouve dans un logement à l’intérieur du boîtier plastique (figure 11). La prise BF de sortie est prévue pour le jack d’un écouteur auriculaire ou d’un casque.

L’émetteur (TX)
Pour obtenir un radio microphone de taille réduite sur 423,5 MHz, il faut utiliser des Composants à Montage en Surface (CMS). Comme de nombreux lecteurs seront intéressés mais n’oseront pas se lancer dans l’aventure de la construction CMS, nous nous sommes tournés vers une société spécialisée dotée de machines automatiques pour le montage de ces composants.
Le radio microphone (TX et RX) est donc également disponible tout monté, dans ses boîtiers, mises au point faites.
Voyons en détail comment il est conçu, comment il fonctionne et comment il est construit.

Figure 3a : Photo d’un des prototypes de l’émetteur. Le circuit imprimé double face à trous métallisés avec tous les composants CMS montés.

Figure 3b : Sur l’autre face du circuit imprimé double face à trous métallisés (plan de masse) sont montés la capsule microphonique électret préamplifiée (à FET) et le condensateur ajustable de réglage C17.

Le schéma électrique du TX
Précisons tout de suite que cet émetteur comporte un VOX, c’est-à-dire un commutateur électronique ne mettant en fonctionnement l’émetteur que lorsque le microphone détecte un son ou autre bruit. En dehors de ce cas, l’émetteur demeure inactif, jusqu’à ce qu’une personne se mette à parler ou qu’un bruit quelconque se produise. En présence d’un son, l’émetteur se met automatiquement en fonction et nous pouvons alors écouter dans le récepteur toute conversation, même à une distance d’environ 300 mètres. L’intérêt de ce VOX n’est que d’augmenter l’autonomie de la pile car, lorsque l’émetteur est inactif, tout le circuit ne consomme que 3 mA, alors que, quand il fonctionne, il consomme 30 mA.
Commençons par le microphone, à gauche, en bas du schéma électrique de la figure 4. C’est une capsule électret préamplifiée par FET interne (ne cherchez donc pas le FET sur le schéma) et alimentée à travers R1 par la pile 9 V.
Les amplificateurs opérationnels IC1-A, IC1-B, IC1-C et IC1-D sont également alimentés par la pile 9 V à travers R26, reliée à la broche 4 de IC1-D.
Quand le microphone capte un son quelconque, le signal BF, passant à travers C1, atteint l’entrée non-inverseuse + du premier amplificateur opérationnel IC1-A qui l’amplifie environ 100 fois.
Les deux diodes DS1 et DS2, en opposition de polarité (ou tête-bêche) sur R7 reliée à l’amplificateur opérationnel IC1-A, servent à limiter automatiquement la sensibilité du microphone en présence de signaux très forts.
Le signal présent sur la broche de sortie de IC1-A atteint l’entrée non-inverseuse + du second amplificateur opérationnel IC1-B qui l’amplifie environ 4 fois. Le signal capté par le microphone est amplifié 100 x 4 = 400 fois et on peut donc capter une conversation même à une distance de 4 à 5 mètres du microphone.
Le signal BF présent sur la broche de sortie de IC1-B est envoyé, à travers R21 et C18, directement sur la diode varicap DV1 de 9 pF, qui l’utilise pour moduler en FM la fréquence 423 MHz produite par l’étage oscillateur TR1.
Ce même signal BF atteint, à travers R13, l’entrée non-inverseuse – du troisième amplificateur opérationnel IC1-C, utilisé comme comparateur de tension.
En effet, quand le microphone ne capte aucun son, sur la broche 7 de IC1-C se trouve un niveau logique haut (1), c’est-à-dire une tension positive, mais dès que le microphone capte un signal, la broche de sortie 7 passe au niveau logique bas (0), c’est-à-dire que cette broche est court-circuitée à la masse et ainsi DS3 décharge l’électrolytique C8 placé sur la broche noninverseuse + du quatrième amplificateur opérationnel IC1-D.
Le quatrième amplificateur opérationnel est aussi monté en comparateur de tension, en effet, quand sur la broche d’entrée non-inverseuse + de cet amplificateur opérationnel se trouve un niveau logique bas (0), instantanément sa broche de sortie 8 est court-circuitée à la masse.
Quand la sortie de l’amplificateur opérationnel IC1-D passe au niveau logique bas (0), R28, alimentant la base de TR3, est court-circuitée à la masse.
Dans ces conditions, TR3 se met à conduire et fait passer la tension positive de 9 V de son émetteur vers son collecteur et ainsi il alimente TR1 et TR2 de l’étage émetteur.
Quand le microphone ne capte plus aucun son, la broche de sortie de l’amplificateur opérationnel IC1-D passe, après quelques secondes (le temps qu’il faut à C8, 2,2 µF, pour se décharger), au niveau logique haut (1), ce qui déconnecte R28 de la masse.
La tension de polarisation de base de TR3 venant à manquer, celui-ci “s’ouvre” (ne conduit plus) et coupe la tension d’alimentation de 9 V de TR1 et TR2 (étage émetteur).
Encore un mot à propos de l’étage émetteur constitué des deux NPN TR1 et TR2 : comme on peut le voir dans la liste des composants (figure 4), ces transistors sont deux BFR93 en CMS, capables de travailler jusqu’à une fréquence de 5 GHz maximum.
TR1 est utilisé comme étage oscillateur à quartz et, en effet, sur sa base est relié le filtre résonateur SAW accordé sur 423,22 MHz. Pour moduler en FM la fréquence 423,22 MHz, on utilise DV1.
Le signal produit, situé sur le collecteur de TR1, atteint, à travers C15, la base de TR2 qui l’amplifie avant de l’appliquer sur le court brin servant d’antenne émettrice.
Les selfs JAF1 et JAF3 de 22 nH, soit 0,022 µH, servent à accorder la fréquence de sortie sur 423,22 MHz en tenant compte de toutes les capacités parasites invisibles, constituées par le circuit imprimé et les transistors.
Le brin d’antenne émettrice doit avoir la longueur d’un quart d’onde exactement :
Longueur en centimètres = 7 200 MHz

7 200 : 423,22 = 17 centimètres

Par conséquent ne l’allongez pas davantage, pensant bien ou mieux faire ! Car vous introduiriez un TOS excessif et dégraderiez le rendement du final, la portée et feriez chauffer le “transistor de puissance” en pure perte, voire en l’endommageant irrémédiablement.
Nous l’avons déjà dit, l’émetteur en pleine activité consomme 30 mA.
Précisons tout de suite que la distance maximale de portée de 300 mètres environ dépend beaucoup de l’environnement et de la position que l’émetteur y occupe : si vous avez un téléphone portable, cela ne vous étonnera guère ! Si vous placez l’émetteur dans le sous-sol d’une usine métallique désaffectée (comme celles servant de décor à la scène finale de tant de thrillers américains), la portée risque fort de s’en trouver considérablement réduite ! Si, en revanche, vous le placez au second ou au troisième étage d’un immeuble et que le récepteur est en vision directe, vous n’aurez aucun mal à couvrir les 300 mètres annoncés.
Si vous déplacez le récepteur, vous verrez que même à l’extérieur d’un immeuble la portée n’est pas identique dans toutes les directions (le diagramme d’irradiation de l’antenne n’est pas isotropique et les obstacles ne sont ni homogènes ni semblables) : d’un côté la portée sera de 200 mètres alors que d’un autre elle atteindra 300 mètres.
C’est d’ailleurs en faisant de tels relevés, mais en utilisant comme récepteur un mesureur de champ ou champ mètre et en travaillant en terrain dégagé, qu’on établit le diagramme de rayonnement d’une antenne.

Figure 4 : Schéma électrique de l’émetteur fonctionnant sur 423,22 MHz en FM et utilisant des CMS. Si vous faites l’acquisition de l’ensemble monté, essayé et réglé, vous ne devrez pas retoucher le condensateur ajustable C17, au risque de dérégler la fréquence d’émission.

Liste des composants du TX
R1 = 10 kΩ
R2 = 27 kΩ
R3 = 100 kΩ
R4 = 100 kΩ
R5 = 10 kΩ
R6 = 10 kΩ
R7 = 1 MΩ
R8 = 10 kΩ
R9 = 8,2 kΩ
R10 = 1 MΩ
R11 = 22 kΩ
R12 = 10 kΩ
R13 = 100 kΩ
R14 = 1 MΩ
R15 = 47 kΩ
R16 = 470 Ω
R17 = 22 kΩ
R18 = 150 Ω
R19 = 10 kΩ
R20 = 82 kΩ
R21 = 470 Ω
R22 = 4,7 MΩ
R23 = 220 kΩ
R24 = 220 kΩ
R25 = 4,7 MΩ
R26 = 47 Ω
R27 = 4,7 kΩ
R28 = 4,7 kΩ
C1 = 100 nF céramique
C2 = 1 μF céramique
C3 = 100 pF céramique
C4 = 22 nF céramique
C5 = 100 nF céramique
C6 = 1 μF céramique
C7 = 1 μF céramique
C8 = 2,2 μF électrolytique
C9 = 10 nF céramique
C10 = 2,2 μF électrolytique
C11 = 1 nF céramique
C12 = 10 nF céramique
C13 = 1 nF céramique
C14 = 2,2 pF céramique
C15 = 2,2 pF céramique
C16 = 10 nF céramique
C17 = 30 pF ajustable
C18 = 100 nF céramique
C19 = 4,7 pF céramique
C20 = 4,7 pF céramique
C21 = 100 nF céramique
C22 = 2,2 μF électrolytique
C23 = 100 nF céramique
C24 = 100 nF céramique
C25 = 2,2 μF électrolytique
C26 = 100 nF céramique
JAF1 = Self 22 nH
JAF2 = Self 4,7 μH
JAF3 = Self 22 nH
FC1 = Filtre SAW 423,22 MHz
DS1 = Diode 1N4148
DS2 = Diode 1N4148
DS3 = Diode 1N4148
DV1 = Varicap BB811
TR1 = NPN BFR93
TR2 = NPN BFR93
TR3 = PNP BC857
IC1 = Intégré LM324 in SMD
MICRO = Electret préamp.


Figure 5 : Montage dans le boîtier de l’émetteur. Vous devrez pratiquer un trou dans le couvercle de ce boîtier plastique au niveau du microphone. D’ailleurs, si on omet de placer ce couvercle, le microphone est bien plus sensible.

Le récepteur (RX)
Le récepteur est un superhétérodyne FM à bande étroite fait pour capter la fréquence 423,22 MHz de l’émetteur.
Nous l’avons dit à propos de ce dernier, étant donné que le récepteur, aussi, est monté en CMS, il est également disponible tout monté sous boîtier plastique, essayé et réglé. Analysons-le en détail.

Figure 6 : Organigramme du circuit intégré MC3363. Ce circuit intégré est un récepteur complet VHF FM à double changement de fréquence. On prélève sur la broche 19 le signal BF ensuite amplifié par le circuit intégré IC2 (figure 7).

Le schéma électrique du RX
Vous trouverez le schéma électrique du récepteur figure 7. Nous avons utilisé le circuit intégré MC3363 : c’est un récepteur complet VHF-FM à double changement de fréquence, caractérisé par une sensibilité élevée (voir figure 6 l’organigramme du circuit intégré-récepteur).
Le signal reçu par l’antenne (un brin quart d’onde de 17 centimètres), arrive sur la gâchette du MOSFET MFT1 à travers un filtre passe-bas accordé sur 423 MHz constitué de C10, C11, C12, C14, JAF3 et JAF4. Le signal préamplifié, disponible sur le drain du MFT1, est appliqué sur la broche 1 de IC1, MC3363, correspondant au premier mélangeur convertisseur de fréquence.
Ce mélangeur est utilisé pour convertir la fréquence 423,22 MHz, émise par l’émetteur, en la valeur de la moyenne fréquence 10,7 MHz. Pour obtenir cette conversion, nous devons appliquer sur la broche d’entrée 26 un signal VHF égal à :
423,22 + 10,7 = 433,92 MHz

Pour obtenir cette fréquence, nous utilisons comme étage oscillateur TR1, dont la base est reliée à un filtre résonateur SAW (FC1) accordé sur la fréquence 433,92 MHz. De la broche de sortie 23 de IC1 sort par conséquent une fréquence convertie en :
433,92 – 423,22 = 10,7 MHz

passant à travers le filtre céramique FC2 accordé sur 10,7 MHz. Le signal filtré par FC2 rentre par la broche 21 de IC1, correspondant au second mélangeur convertisseur de fréquence présent à l’intérieur du circuit intégré.
Ce second mélangeur est utilisé pour convertir 10,7 MHz en 455 kHz mais, pour effectuer cette conversion, il est nécessaire d’appliquer sur les broches 5 et 6 une fréquence de 10,245 MHz, obtenue en utilisant une MF ordinaire de 10,7 MHz (MF1), retouchée pour être accordée sur 10,245 MHz. En mélangeant la fréquence 10,7 MHz avec la fréquence 10,245 MHz, sur laquelle est accordée MF1, on obtient une fréquence de :
10,7 – 10,245 = 0,455 MHz,
soit 455 kHz.

DV1, reliée à MF1 à travers C24, sert à retoucher l’accord du récepteur.
En effet, si nous prenons en compte la tolérance des divers composants, nous ne pouvons être certains que la fréquence de l’émetteur sera exactement 423,22 MHz. En tournant le curseur du potentiomètre R10 d’un bout à l’autre de sa piste, on applique à la varicap DV1 une tension continue variable de 0 à 5 V. Cette tension permet de faire varier l’accord du récepteur de 423,12 à 423,32 MHz et ainsi nous pouvons corriger les éventuelles imprécisions (dues à la tolérance des composants) du filtre SAW présent dans l’émetteur comme dans le récepteur.
La fréquence convertie en 455 kHz, prélevée sur la broche 7 de IC1, passe à travers le filtre céramique FC3. De la broche de sortie de ce dernier, le signal MF rentre sur la broche 9 pour atteindre les deux étages internes Limiteur et Démodulateur (figure 6 : organigramme du MC3363), fournissant sur la broche 19 un signal BF déjà démodulé. Ce signal BF (broche 19) est appliqué au potentiomètre de volume R14 et prélevé sur son curseur pour être ensuite appliqué sur les broches 1 et 3 de IC2, un TDA7050 en CMS, qui l’amplifie pour une écoute au casque.
La totalité du récepteur est alimentée par une pile 6F22 de 9 V mais, comme vous pouvez le voir sur le schéma électrique, cette tension est stabilisée sur la valeur 5 V par le régulateur IC3 car la tension maximale admissible par le MC3363 est de 7 V.
Comme antenne réceptrice, nous avons utilisé un morceau de fil de cuivre isolé (figure 11) de 17 centimètres, ce qui correspond à un brin quart d’onde accordé sur 423,22 MHz.

Figure 7 : Schéma électrique du récepteur FM pour la bande 423 MHz. Ce RX est disponible monté, essayé et réglé (figures 8, 9 et 10). Le potentiomètre d’accord R10 sert à accorder le récepteur sur la fréquence exacte de l’émetteur.

Liste des composants du RX
R1 = 22 kΩ
R2 = 1 kΩ
R3 = 470 Ω
R4 = 47 kΩ
R5 = 47 kΩ
R6 = 10 kΩ
R7 = 100 Ω
R8 = 10 Ω
R9 = 220 Ω
R10 = 10 kΩ pot. lin.
R11 = 100 kΩ
R12 = 1 kΩ
R13 = 10 kΩ
R14 = 47 kΩ pot. log. + inter.
R15 = 10 Ω
R16 = 22 kΩ
R17 = 4,7 kΩ
R18 = 10 kΩ
R19 = 10 kΩ
R20 = 10 kΩ
R21 = 10 Ω
C1 = 10 nF céramique
C2 = 1 nF céramique
C3 = 30 pF ajustable
C4 = 10 nF céramique
C5 = 2,2 pF céramique
C6 = 4,7 pF céramique
C7 = 100 nF céramique
C8 = 10 nF céramique
C9 = 10 nF céramique
C10 = 15 pF céramique
C11 = 5,6 pF céramique
C12 = 0,68 pF céramique
C13 = 10 nF céramique
C14 = 1,5 pF céramique
C15 = 1 nF céramique
C16 = 100 nF céramique
C17 = 10 nF céramique
C18 = 12 pF céramique
C19 = 1 nF céramique
C20 = 2,2 pF céramique
C21 = 10 nF céramique
C22 = 100 nF céramique
C23 = 100 nF céramique
C24 = 22 pF céramique
C25 = 1 nF céramique
C26 = 33 pF céramique
C27 = 33 pF céramique
C28 = 1 μF céramique
C29 = 100 nF céramique
C30 = 100 nF céramique
C31 = 100 nF céramique
C32 = 100 nF céramique
C33 = 100 nF céramique
C34 = 1,5 nF céramique
C35 = 1 μF céramique
C36 = 5,6 nF céramique
C37 = 5,6 nF céramique
C38 = 100 nF céramique
C39 = 47 μF électrolytique
C40 = 100 nF céramique
C41 = 100 nF céramique
C42 = 47 μF électrolytique
C43 = 47 μF électrolytique
JAF1 = 15 nH
JAF2 = 4,7 μH
JAF3 = 22 nH
JAF4 = 22 nH
JAF5 = 22 nH
FC1 = Filtre SAW 433,92 MHz
FC2 = Filtre céram. 10,7 MHz
FC3 = Filtre céram. 455 KHz
MF1 = MF FM 10,7 MHz
MF2 = MF AM 455 KHz
DV1 = Varicap BB811
TR1 = NPN BFR93
MFT1 = MOSFET BF998
IC1 = Intégré MC3363
IC2 = Intégré TDA7050
IC3 = Intégré TA78L05
S1 = Inter. sur R14


Figure 8 : Photo d’un des prototypes du récepteur. Le circuit imprimé double face à trous métallisés est vu côté CMS. Le circuit imprimé définitif est protégé par un vernis.

Figure 9 : Le circuit imprimé double face à trous métallisés du récepteur est vu cette fois côté plan de masse. On y a monté les transformateurs MF, MF1 et MF2, les deux filtres céramiques FC2 et FC3, le condensateur ajustable C3, les deux potentiomètres et la prise jack femelle pour l’auriculaire ou le casque.

Figure 10 : Sur les deux potentiomètres, on a monté les deux boutons en forme de disques. Le potentiomètre de droite sert à contrôler le volume casque et celui de gauche l’accord en fréquence du récepteur. Attention ! Ne retouchez sous aucun prétexte les noyaux des transformateurs MF : ils ont été réglés en usine et vous ne pourriez que les dérégler.

Figure 11 : Montage dans le boîtier du récepteur VHF FM. En ouvrant le couvercle du boîtier plastique, vous trouverez un logement pour la pile 6F22 de 9 V que vous devrez clipser sur sa prise et coucher dans celui-ci avant de refermer le couvercle.

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