LA DETECTION
DITE A "SUPER REACTION"
Un article de Dominique MARECHAL
Découverte par un certain Amstrong (américain) au premier tiers du 20ème siècle, ce procédé de décodage d’émissions eu la faveur de bien des amateurs radio dans les années 1960. Ce fut aussi l’âge d’or de petits Talkie Walkie jouets ou pour amateurs de bruit étranges. Bien des « radio modélistes » utilisaient cette technique simple et surtout économique bien qu’efficace. Puis cela tomba en désuétude jusqu’à l’avènement des radiocommandes domestiques. Près d’un siècle après sa découverte, au Japon puis en Chine, bien des entreprises utilisent ce procédé particulièrement économique et suffisamment efficace pour bien des utilisations domestiques (radiocommandes d’éclairage, de thermostat de chauffage, de climatisation, de sonneries extérieures sans fil à passer et autre surveillances anti intrusion de divers accès éloignés non visibles.)
Avantages
Avec un seul transistor en détecteur, vers 450 MHz une fréquence modulée a 90% , le signal détecté est exploitable dès 5 µVolts (microvolts/m) Avec un signal de 20 µVolts on peut espérer obtenir un rapport signal sur bruit de plus de 15 dB! Si on précède le détecteur d’un préampli accordé, une sensibilité de 0,5 à 0,8 µVolts est obtenue avec une consommation sous 5 Volts d’à peine 2,5 mA, préampli BF inclus. Ce qui est tout simplement prodigieux. Un super hétérodyne comprenant un oscillateur, un mélangeur, deux ampli FI, un détecteur de rapport arrive difficilement à faire pareil. Pourtant il consomme 10 fois plus.
Désavantage
La sélectivité d’un détecteur à super réaction est catastrophique. (à 450Mhz plus de +/– 10 Mhz a – 5 dB) Si le rapport signal sur bruit est acceptable à partir de 10 µVolts, ce type de détecteur se révèle incapable de détecter la « modulation » de fréquence. (On devrait dire l’excursion de fréquence ).
Il doit donc être réservé exclusivement aux liaisons en modulation d’amplitude, par exemple à l’écoute facile de la bande aviation qui pour des raisons d’antériorité a conservé la modulation d’amplitude pour ses liaisons UHF et VHF.
Ceci pour deux raisons:
- La première est que tous les équipements existants de l’époque étaient en modulation d’amplitude…
- La seconde est qu’a l’époque des débuts de la VHF (1932) et UHF un peu plus tard, la modulation de fréquence à bande étroite supposait des récepteurs complexes et couteux alors que les récepteurs à modulation d’amplitude avaient intrinsèquement une bande passante étroite pour un excellent rendement, ce qui n’est pas le cas de la NBFM (modulation de fréquence à bande étroite).
Il est a remarquer que lors de l’essor de la Citizen Band, (système d’émission / réception de faible puissance utilisant la bande des 10m = 27 à 30 MHz) ces appareils étaient souvent munis des deux systèmes de modulation et de réception. Les utilisateurs n’utilisaient quasiment que la modulation d’amplitude , la NBFM se révélant peu performante dans cet usage ludique ou pour des liaisons à très courtes portées (quelques KM).
Enfin, compte tenu de l'emplacement des avions et aérodromes, les parasites en VHF et UHF sont peu gênants, donc rien ne fut changé. Autrefois, les canaux étaient espacés de …200 KHz puis 100 KHz puis 50 KHz puis 25 KHz. Actuellement. A présent il est question pour 2018 que les canaux ne soient plus espacés que de …1/3 de ces 25 KHz soit 8,33 KHz!!! La bande passante des modulateurs sera donc très fortement réduite volontairement pour éviter les mélanges entre canaux bien évidemment. Mais revenons à notre sujet le détectrice à superréaction.
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Ci-dessous : Voici l’oscillogramme d’un signal radio de 10 µv de fréquence 450 Mhz modulé par du 1000 Hz a 90%
Environ 320 mV BF sur le collecteur du transistor préampli directement couplé a la détectrice a super réaction
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Voici la même porteuse mais modulée en fréquence avec une excursion de +/– 50KHz
On ne voit…RIEN !
Ici avec 5 μVolts seulement mais en AM… On a plus de 50mV en sortie et petit trans préampli comme précédemment. Avec un peu de souffle bien sûr, car 5 μV c’est très peu!
On se demande bien pourquoi et comment c’est possible… De pouvoir recevoir l’AM avec une telle simplicité !
En voici l’explication:
D'abord, que fait ce fameux transistor monté en détectrice a super réaction ?
Voyons cela avec une analyse spectrale rapide:
Ci-dessus : Ici c’est une visualisation à 50 MHz par carreaux en horizontale…On devine que c’est pas très «propre»…
Voyons cela de plus près…
Ci-desus : On constate que l’oscillation se « promène allègrement +/– 5Mhz autour de la fréquence de réception ceci en permanence… Mais pourquoi ?
Hé bien ! Car il y a d’une part la bobine d’accord sur la fréquence d’oscillation mais aussi une autre bobine improprement appelée self de choc !
Ce n’est PAS une self de choc mais une self résonnant sur …Quoi exactement?
Alors ! Il faut le mesurer:
Ci-dessus : On devine ici environ 5μ Sec pour une dent de scie soit en gros 200Khz!
Donc le transistor interrompt son oscillation à 450Mhz… 200.000 fois par seconde !
Cette mesure est facile à réaliser par l’amateur équipé d’un scope, il suffit de raccorder une sonde sur la broche de l’émetteur derrière cette fameuse self.
Il est à remarquer que sans oscillation (principale) en VHF (ou UHF) il n’y a PAS d’oscillation de découpage. Ceci provient du fait que cette self ne peut réagir que si parcourue par une tension primaire assurée par…L’oscillation principale.
Que fait cette oscillation secondaire ?
Elle va « bloquer » le transistor HF oscillateur 200.000 fois par seconde…Provoquant alors une surtension d’extra courant de rupture aux bornes de la bobine d’accord VHF ou UHF! Ce qui va produire une augmentation très importante de la tension instantanée lors de chaque micro coupure..
Comme cet oscillateur libre est aussi variable, il va avoir tendance à se synchroniser sur la fréquence à recevoir, ceci d’autant plus facilement que celle-ci sera puissante. C’est pourquoi le bruit va décroitre très vite avec l’intensité du signal reçu.
Cependant, si le signal reçu varie d’amplitude, le découpage va permettre grâce a cette surtension se produisant 200.000 fois par seconde (= 200 KHz) de suivre cette augmentation ou diminution d’amplitude…
Le produit de ce découpage et de la fréquence de modulation va être présent dans la jonction émetteur base et on va pouvoir récupérer par effet diode de la jonction une tension BF proportionnelle à ces variations amplifiées par…La surtension très très importante de la bobine d’accord! C’est le principe même de cette détection particulière et c’est pourquoi en FM cela ne fonctionne pas ou très très mal bien que très sensible.
En effet, n’ayant PAS de différence de tension à amplifier mais juste de très légères variations de fréquence du signal reçu, le transistor découpe une tension toujours semblable…Ce qu’on entend c’est du souffle! Presque pas de BF! Et c’est NORMAL, la super réaction c’est UNIQUEMENT pour détecter de l’AM économiquement.
Ce découpage est très critique quand au rendement du détecteur, donc la valeur de la bobine est très critique…C’est rarement révélé dans les articles de vulgarisation se contentant d’appeler cette bobine « self d’arrêt » En fait elle n’arrête rien! Elle permet la super réaction.
Si sa valeur est forte (disons 120 spires sur une résistance de 10 Mohm servant de mandrin) la super réaction se fait à trop basse fréquence (env. 50 KHz) il y a peu de gain de détection et peu de sensibilité.
Si sa valeur est trop faible, l’oscillation principale est fortement perturbée et on le voit en regardant au scope l’allure de la dent de scie. Ici, pour une détectrice superréaction fonctionnant vers 400 / 450 MHz cela a été optimisé.
Une bobine réalisée en fil de 2/10 ème sur une résistance de 1/6 ème de Watt (quelques Mohm) donne les résultats suivant:
Energie HF 10μv et 40 spires 1000Hz à 90%: 15 mV environ
Energie HF 10μv et 30 spires 1000Hz a 90%: 35 mV environ
Energie HF 10μv et 20 spires 1000Hz a 90%: 50 mV environ
Energie HF 10μv et 15 spires 1000Hz a 90%: 100 mV environ
Ensuite avec juste 10 spires la détectrice fonctionne mal, donc on choisi 15 spires (en vrac peu importe.)
Cette valeur choisie n’est pas définitive et est susceptible d’être modifiée en fonction de la bande à recevoir. Ici c’est pour recevoir des UHF. Il est très facile d’essayer 3 ou 4 bobines préalablement bobinées de 10 en 10 spires.
Voici le banc test (Suisse) utilisé pour réaliser ces mesures et essais divers, ici il est réglé pour générer une fréquence de 433,900MHz
Pourquoi j'ai écrit cet article ?
Cet article de vulgarisation rapide a été réalisé parce que j'ai acheté un ensemble émetteur-récepteur supposé permettre de raccorder un thermostat sans fil.
Le petit émetteur fonctionnait bien grâce à un filtre à onde de surface et une mini pile lithium de 3 Volts…
Mais il n’en était pas de même concernant le récepteur. Sa portée indiquée de 30 à 50 m était de …3 mètres!
C’est en me réveillant dans une maison glacée que je me suis mis à vérifier cela…
Il y avait bien un transistor de détection mais monté bizarrement et en court circuit base collecteur au travers de la bobine d’accord! Derrière, 3 transistors montés en amplificateur BF!
En fait, le fabricant n’avait pas les compétences pour réaliser ce montage, circuit simple face, pas de plan de masse…Donc refus d‘osciller à 433,900 Mhz…Devant livrer absolument, il a tenté le coup pour le coup en montant ce transistor en…Diode de détection simple! Un peu comme un poste à galène !
Cela fonctionnait mais…Sur une distance de 3 mètres!
L’importateur n’est qu’un commerçant, et il ne s’est rendu compte de rien.
Alors je me suis mis au travail et, à l’aide de mon petit montage ajouté, (il y a juste la place, je l’ai testé sur …100 mètres et il décode à 100%)
Bien sûr 100 mètres c’est trop, donc je n’ai pas mis d’antenne afin de n’être pas brouillé par d’autres utilisateurs de mon voisinage. (très très nombreux de nos jours)
Renvoyer mon achat n’aurait servi à rien, j’en aurais reçu un autre semblable.
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Voici où ce petit récepteur va prendre place
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Et au dos voici où était le supposé récepteur! Les composants ont été dessoudés, car désormais totalement inutiles maintenant. Vous voyez il était en haut à gauche. On voit les trois transistors BF dont deux seulement seront utilisés.
En bas à droite, le transistor de régulation 5 Volts pour le récepteur et l’ampli BF, le reste est en 12 v |
Voici le détail de ce petit montage facile à réaliser par un amateur
Attention ! Ces petits montages commerciaux n’ont PAS de transformateur (trop
onéreux) un simple condensateur isolé 400 Volts assure la réduction de tension
sur une charge Zéner après redressement!
Donc ne JAMAIS travailler sur le montage alimenté ainsi en 240V car par rapport
à la terre …Il y a du 240 volts ! Pas du 12 et 5 Volts! Même avec des chaussures
bien isolées, vous risquez électrocution.
Cependant, il est très facile pour les tests d’utiliser une pile.
On la raccorde aux bornes du condensateur électro chimique tout simplement . Une pile de 9 Volts suffit pour tester le tout et entendre le relais (12V) coller. Ensuite, une fois réglé ainsi à l’oreille si pas de générateur…Et bien, on dessoude les deux fils raccordés aux bornes du chimique et on raccorde l’appareil comme préconisé par l’importateur, lequel, pas fou, n’a pas prévu d ’antenne extérieure, car cette dernière, elle aussi, serait à la tension de 240 Volts par rapport a la terre, donc système dangereux si mal isolée.
Les enfants ça touche à tout ! Il faut y prendre garde.
Voici le récepteur terminé avant mise dans la boite plastique.
Voici le mylar:
ATTENTION! Ce circuit ne fonctionnera JAMAIS à 450 MHz si vous n'utilisez pas un plan de masse, donc le double face est INDISPENSABLE.
C’est d’ailleurs la cause de l’échec de ce constructeur…Le reste, il maitrise bien.
Donc pour juste la partie UHF, un plan de masse a été prévu voir ci-dessous.
Il n’est pas encore assemblé. Superposé; le carton épaisseur 6/10 ème évite décentrage du masque de masse par rapport a l’autre face C’est facile à réaliser et à la portée de tout amateur soigneux.
Ainsi réalisé; même à 450 Mhz, aucun effet de main n’est constaté, le réglage est aisé.
Et la bobine HF est facilement réalisée en bobinant 3 spires sur un foret de 2,3 mm
Deux perles de verre pour collier pour enfants assurent l’écartement par rapport à la masse et son isolement… Car la masse est au négatif et la bobine au positif +5Volts.
La prise est à une demi spire par rapport au point froid, le couplage via un condensateur de 1000 pF
Ne pas coupler sur l’émetteur comme entrevu dans bien d’autres montages de ce genre car ceci fait varier la fréquence d’accord lors de la proximité d’objets avec l’antenne.
Si vous montez un préampli pour longues distances, la bobine de sortie doit être couplée :
- Soit inductivement (à 3mm de l’autre)
- Soit via la capa de 1000 pF à 1/2 Spire de la masse ou du point froid.
Voici le détail de la prise antenne sur la bobine
Désolé pour les photos mon petit appareil photo numérique est peu performant.
On distingue les deux perles bleues, et coté point froid à 1/2 spire, la capa de 1000 pF est raccordée
Pour les autres découplages j’ai utilisé des CMS 802, ils sont de l’autre coté. Sur ce coté aucun composant n’est raccordé à part cette capa sur la self et si vous apercevez des soudures sur les cotés. c’est pour raccorder le plan de masse avec la piste de masse au dos, ainsi, aucun problème d’effets de main ou de variations de point de fonctionnement.
Le transistor oscillateur est ici un vieux BFR 90. Le 2SC 2786 prévu pour 100 à 200 MHz fonctionne très bien aussi en 450 Mhz. Les deux donnent les mêmes résultats mais le BFR 90 qui a ses courants collecteur très très faibles (ici 600μA) est plus stable, moins nerveux bien que sa FT soit de 5 GHz!
C’est sans importance.
La diode LED est une astuce, ces nouvelles diodes à haute luminosité ont une tension Zéner de 1,8 V elle fixe la tension de base sans autre artifice et évite d’avoir à ajuster la tension de bon fonctionnement..
N’importe quel transistor HF fonctionne alors avec ce montage.
Schéma plus grand cliquer pour agrandir.
Dominique MARECHAL
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Rédigé le 3 Décembre 2015.