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Mesures des valeurs de bobines créées par F. Thobois

Afin de connaître les valeurs des bobines utilisées dans le récepteur, nous avons effectué des mesures. Celles-ci permettront plus tard de pouvoir réaliser nous-mêmes nos selfs.

Les mesures ont été effectuées en recherchant la valeur de la fréquence de résonance d'un circuit RLC parallèle dont les valeurs de C et R étaient connues. Le montage revient au schéma suivant avec R = 100KW et C fonction de la fréquence de résonance à trouver :

La valeur de l'inductance est ensuite donnée par l'équation:

L = [ 1 / (2p Fo Ö C) ] ²

Il semblerait que les inductances fabriquées par F. Thobois ont été bobinées sur des carcasses de type RF 7.1 disponibles chez le fournisseur Euro-composants. Les caractéristiques de chacune des bobines sont données dans la partie réalisation.

La valeur d'inductance calculée d'après le nombre de spires est donnée par l'équation :

L = A_l . n²

Mesure de la valeur de L1 (1^er filtre d'entrée):

* résonance parallèle :

C=18pF Fo = 51.8MHz L1 = 522nH

Remarque : la valeur théorique de L1, sans tenir compte de l'antenne c'est-à-dire uniquement pour faire un filtre passe bande, devrait avoir une valeur de 837nH. Si maintenant le circuit se charge en plus d'effectuer l'allongement de la longueur d'antenne (étude faite dans le chapitre partie HF) la valeur devrait atteindre un peu plus de 1µH.

Réalisation de L1 :

Bobine type 7TK-F40, fréquence prévue : 20-60MHz, A_l=5.5nH.

10 spires fil émaillé 0.2 sous soie, avec placement au point milieu de la prise antenne.

Soit L = 5.5^E-9.10² = 550nH

Mesure de la valeur de L2 (2^ème filtre d'entrée):

*résonance parallèle du primaire (secondaire en l'air):

C=18pF Fo = 44MHz L2 = 727nH

*résonance parallèle du secondaire (primaire en l'air):

C=18pF Fo = 34MHz L2 = 1.2µH

Réalisation de L2 :

Primaire:

Bobine type 7TK-F40, fréquence prévue : 20-60MHz, A_l=5.5nH.

5 spires fil émaillé 0.2.

Soit L = 5.5^E-9.5² = 137nH

Secondaire:

Bobine type 7TK-F40, fréquence prévue : 20-60MHz, A_l=5.5nH.

10 spires fil émaillé 0.2 sous soie.

Soit L = 5.5^E-9.5² = 137nH

Mesure de la valeur de L3 (1^er oscillateur local pour f osc = 30.4MHz):

*résonance parallèle:

C=39pF Fo = 44.37MHz L3 = 330nH

* résonance série :

C=39pF Fo = 27MHz L3 = 890nH

Réalisation de L3 :

Bobine type 7TK-F40, fréquence prévue : 20-60MHz, A_l=5.5nH.

6.5 spires fil émaillé sous soie 0.2.

Soit L = 5.5^E-9.6,5² = 232nH

Mesure de la valeur de L4 (discriminateur):

*résonance parallèle:

C=270pF Fo = 450KHz L4 = 460µH

* résonance série :

C=220pF Fo = 410KHz L3 = 560µH

Réalisation de L3 :

Bobine type 7TK-F40, fréquence prévue : 20-60MHz, A_l=14nH.

fil émaillé sous soie 0.1.

Soit n² = L / 14nH

n = 181 spires

Réalisation d'une plaque d'essais du circuit d'entrée

Afin de tester l'efficacité des bobines crées par F. Thobois nous avons réalisé, après avoir calculé les valeurs des bobines, une plaque regroupant simplement un 1^er circuit L // C un amplificateur grille commune à FET suivi d'un 2^ème circuit L // C. En sortie de ce circuit nous avons remplacé l'impédance caractéristique série d'entrée du MC 3362 (450 –j 350) par une résistance en parallèle avec une capacité.

La première remarque, que nous avons faite lors des tests, était qu'il fallait ajouter une résistance de 100W sur l'entrée CAG pour créer le courant nécessaire à la modification du courant de drain et donc à l'amplification.

Ensuite, les tests nous ont amenés à conclure que le filtre d'entrée n'était que très peu sélectif, et les mesures effectuées nous ont permis de remarquer que la bande passante du filtre était d'environ 10MHz.

Enfin, l'impédance d'entrée série du circuit MC3362, telle que nous l'avions calculée d'après les caractéristiques MOTOROLA, ne correspondait pas à l'impédance d'entrée réelle du circuit puisque les tests que nous avons pu faire par la suite sur la plaque finale ne donnaient pas les mêmes résultats. Plus précisément, la plaque de test du circuit d'entrée semblait être accordée sur une fréquence d'environ 28MHz, alors que la réalisation finale semble être accordée sur 41MHz (fréquence à recevoir).

 Réalisation finale

Aspects électroniques :

La réalisation finale a été réalisée entièrement en technologie CMS sauf, en raisons des tests, le PIC 16C84. Grâce à cette technologie, la plaque a pu être réalisée sur une surface de 35 * 55 mm, en superposant la partie synthèse de fréquence à la partie HF. Du fait de cette superposition, nous avons dû prendre garde aux interférences HF entre les plaques en ajoutant un plan de masse sous la plaque synthèse de fréquence. Celle-ci constitue alors une barrière pour les ondes électromagnétiques.

Les premiers tests sur cette plaque nous ont amenés à conclure sur différents aspects:

•  
• La fréquence d'oscillation fournie par le quartz à 10.245MHz fonctionne parfaitement (test effectué à l'entrée de la PLL : amplitude 400mV (Vpp), quelques parasites sur l'amplitude).

•  
• La bande passante du circuit d'entrée a été testée à l'aide du générateur RF ainsi qu'avec un émetteur de radiocommande. Ce test nous a permis de confirmer que la bande passante du circuit d'entrée était large et donc qu'il fallait assurer une sélection parfaite du signal à l'aide d'un double changement de fréquence et surtout à l'aide d'un filtre très sélectif au niveau de la deuxième FI (CFW455G voir IT).

•  
• L'inductance du premier oscillateur local a en fait été réglée par F. Thobois pour osciller à une fréquence de 50MHz. F. Thobois, dans cette conception, a donc voulu faire fonctionner son récepteur en supradyne (41MHz + 10.7MHz) ce qui nous a surpris et nous a obligé à modifier la valeur de la capacité C14 (47pF). En fait, nous avons ajouté une capacité de 4.7pF en parallèle sur la première. Cette modification permet d'atteindre une fréquence de 30MHz avec l'oscillateur local et donc de faire fonctionner le récepteur en infradyne comme prévu à l'origine.

•  
• Un test de réception nous a permis de visualiser la différence du signal sur l'entrée du MC3362 sans alimentation, et avec alimentation, c'est-à-dire avec le contrôle automatique de gain. Une légère différence est observée, surtout sur des signaux faibles.

•  
• Les premiers tests de la synthèse de fréquence n'étaient pas très concluants. En fait, le signal fournissant la référence au MC145170 n'était pas suffisamment fort. Ceci a été détecté en le remplaçant par un GBF: pour une tension inférieure à 800mV (Vpp), la synthèse de fréquence ne fonctionnait plus. Après divers tests, et en remarquant que des signaux parasites perturbaient le systèmes, nous avons remplacé l'alimentation de laboratoire par un bloc d'accus, ce qui a permis de résoudre le problème.

•  
• A ce jour, seule la démodulation n'a pas été testée. Ce test sera fait à l'aide d'une radiocommande en modifiant la position du noyau de L4 pour obtenir le maximum de tension à la sortie RX du MC3362. On retrouvera alors sur chacune des voies une information codée en durée fonction de la séquence PPM envoyée.

Aspects mécaniques :

•  
• N'ayant pas trouvé de vis métaux de diamètre inférieur à 2 mm, nous nous sommes limités à celles-ci pour la fixation des deux plaques. Remarque : Nous avons dû isoler les vis par de la gaine thermorétractable afin d'éviter des courts-circuits.

•  
• Nous avons dû réduire de quelques millimètres la plaque synthèse de fréquence pour pouvoir accéder facilement aux sorties.

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• Afin de réduire au maximum les parasites, les fils reliant la plaque HF à la plaque synthèse de fréquence ont été coupés au plus court.

 Le boîtier

Pour éviter toute perturbation extérieure, le montage doit être protégé contre les ondes électromagnétiques par une cage de Faraday.

La façon la plus simple de réaliser d’une part une cage de Faraday et d’autre part un boîtier solide est encore de fabriquer celui-ci à l’aide d’une plaque d’aluminium d’épaisseur assez fine.

Après une recherche dans divers magasins de bricolage ou revendeur d’aluminium, nous avons constaté que nous ne pourrions obtenir que des plaques d’une surface minimale de 1m² (épaisseur environ 8/10^ème) pour un prix avoisinant les 200 FF.

Pour éviter l’achat d’un telle plaque, nous avons recherché des boîtiers aluminium dans les catalogues de composants électroniques :

Eurocomposant : dimension 53/50/26 22.00F

Radio / Spare : dimension 60/40/20 39.69F

Pour conserver la compacité de l’ensemble telle que nous l’avions définie dans le cahier des charges, nous avons retenu la solution de la plaque d’aluminium à découper et à plier soi-même suivant des plans que nous avons réalisés aux dimensions de la plaque de circuits imprimés ‘HF RX 41 MHz’ (cf annexe 7).

Notre projet restant un prototype, ce boîtier n'a pas été effectué car il nous paraissait inutile d'augmenter le prix du récepteur.

Technologie CMS

A l'heure actuelle, la miniaturisation des circuits est devenue chose courante. Il suffit pour cela de regarder l'évolution des matériels actuels et en particulier des téléphones portables dont la taille fait partie des arguments de vente. Il suffit aussi d'ouvrir un ordinateur actuel pour se rendre compte qu'un technicien en électronique ne peut pas évoluer sans avoir quelques connaissances en technologie CMS.

Il nous paraissait évident de nous mettre, nous aussi, à cette miniaturisation pour nous accoutumer à une technologie qui deviendra sans doute banale dans quelques années.

Commençons par quelques sigles fréquemment utilisés :

CMS : composants de montage en surface

SMT : (surface mount technology) technologie de montage en surface

La technologie met à disposition deux types de boîtier :

Le PLCC (Plastic leaded chip carrier) dont les broches sont bien protégées et dont la gamme s'étend du 18 au 84 broches.

Le SO (small outline) dont la hauteur est plus petite que le modèle PLCC.

Avantage d'une technologie CMS:

Mis à part la miniaturisation des circuits, cette technologie permet d'obtenir des montages solides, légers et beaucoup moins sensibles aux variations mécaniques. Pour en venir aux avantages économiques, la réduction de la taille implique bien évidemment une réduction des coûts de conception.

Le fait d'utiliser une SMT permet aussi de superposer les composants qui n'ont pas besoin de traverser la plaque.

L'utilisation de la SMT:

Certains diront qu'il faut de la patience, d'autres qu'il faut éviter de trembler… Nous pensons qu'il faut surtout un fer dont la panne est fine et propre, une pince à épiler et de bons yeux.

Au début de l'année, ceux qui semblaient avoir eu affaire à la technologie CMS nous parlaient de soudure à air chaud, les livres parlent de soudure en phase vapeur ou de soudure infrarouge. Pour notre part, ce genre de technique nous a semblé totalement inutile et, pour la petite production que nous avons faite, le fer nous a paru suffire.

Conclusion

Finalement, ce projet nous a permis essentiellement de nous familiariser avec les techniques utilisées dans les récepteurs et, par la même occasion, dans les émetteurs.

Plus particulièrement, l'étude bibliographique nous a amené à découvrir les structures de récepteur, les microcontrôleurs, la propagation des ondes, les accords d'antenne, les filtres de bande et la synthèse de fréquence. La partie pratique nous a ensuite permis de mettre en œuvre un système à microcontrôleur, d'étudier les inductances utilisées en hautes fréquences, et d'analyser tous les problèmes possibles de la réception hautes fréquences. Enfin, la revue Modèle Réduit d'Avion nous a offert l'occasion d'analyser les principes de la chaîne de radiocommande grâce à une série d'articles qui s'est étalée durant un an.

Ainsi, à la fin de ce projet, nous voyons toute cette partie mystique de l'électromagnétisme se simplifier, et il nous paraît plus évident de réaliser à présent une télécommande ou un récepteur HF.

Il restera néanmoins toujours ce grand fossé entre la théorie du signal et sa pratique, entre le signal qui arrive à 27 MHz et la théorie qui le donne à plus de 30MHz, entre la valeur de cette bobine qui devrait être de plus de 1µH, et qui est tellement adaptée au circuit lorsqu'elle ne fait que 800nH… . Si nous devions conclure sur la réception HF, nous dirions simplement qu'il y a une part de théorie pour faire fonctionner un tel système, mais aussi une grande part de pratique, d'essais et de tests.

A la date de rédaction de ce dossier de projet, les tests ne sont pas terminés, et nous ne pouvons pas encore affirmer que le système fonctionnera dans son intégralité. Néanmoins, toutes les parties étudiées pourront être utilisées telles quelles. En effet, la plaque de synthèse de fréquence et son programme fonctionnent parfaitement, et peuvent être adaptés à n'importe quel oscillateur contrôlé en tension en prenant le soin de recalculer le filtre passe bas. De même, le principe de décodage PPM, utilisé depuis longtemps dans les récepteurs de radiomodélisme, est fiable.

Il faut dire aussi que, grâce à ce projet, la technologie CMS, qui nous paraissait au début de l'année inconnue, nous est maintenant, grâce à un petit peu de pratique, accessible.

Un prolongement du projet pourrait se faire en convertissant le programme que nous avons rédigé pour l'adapter à un PIC 12C509, ce qui permettrait de réduire une nouvelle fois l'ensemble.

Enfin, comme le diraient tous les modélistes, nous souhaitons bonne navigation ou peut-être plutôt bon vol à tous ceux qui se serviront de notre étude pour commander leur modèle.

Bibliographie

Ouvrages :

*Robert Du Bois (étude partielle)

- Structure et applications des émetteurs et des récepteurs

1996, Presses polytechniques et universitaires romandes

*F. Manneville J. Esquieu

- Systèmes bouclés linéaires, de communication et de filtrage.

1996, Dunod (étude partielle)

*F. de Dieuleveult / H. Fanet (étude partielle)

- Principes et pratique de l’électronique tome 2 :

Fonctions numériques & mixtes.

1997, Dunod

*F. de Dieuleveult (étude partielle)

- Electronique appliquée aux hautes fréquences

1999,Dunod

*Philippe Bajcik

- Réussir ses récepteurs toutes fréquences

1994, Editions Techniques et Scientifiques Françaises

* K. Hwang / A. Briggs

- Computer Architecture and Parallel Processing

1995, Computer Science Series

* - Technique de l’ingénieur

* M. Ferretti

*F.Thobois

- Le RX 21

Septembre 1998,Le Modèle Réduit d’Avion (article de magazine)

- Théorie de la radiocommande

- RX14 et RX17, récepteurs R/C

Jan. 93, Le Modèle Réduit d’Avion (article de magazine)

- Nouveaux récepteurs le Nec plus ultra !

- Le RX20

Juin 97, Le Modèle Réduit d’Avion (article de magazine)

*P. Techer

- RC-FM Receiver 41 MHz

Data sheet constructeur :

• MC 3362, MC145170: HTTP://motorola.com/sps

• Microchip PIC12C5XX, PIC16C84: HTTP://microchip.com

• LM2931: www.national.com

• J310 : TEMIC semiconductors Siliconix

• CFWS455 : MURATA

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